摩爾定律發(fā)展趨勢(shì)放緩和集成電路應(yīng)用的多元化發(fā)展，是當(dāng)前集成電路產(chǎn)業(yè)的兩個(gè)重要特點(diǎn)，隨著智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)電子、高性能計(jì)算、5G和人工智能等領(lǐng)域產(chǎn)品的興起，特別是5G領(lǐng)域（5G毫米波（28-60GHz）、5G Sub-6GHz、5G物聯(lián)網(wǎng)（Sub-1GHz））高速、高頻、以及多種器件異質(zhì)集成的運(yùn)用要求，需要先進(jìn)封裝技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展。

基于硅通孔的轉(zhuǎn)接板（Interposer) 2.5D集成技術(shù)作為先進(jìn)系統(tǒng)集成技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多芯片高密度三維集成，但硅基轉(zhuǎn)接板的成本高且電學(xué)性能差，使其市場(chǎng)化運(yùn)用受限。作為一種可能替代硅基轉(zhuǎn)接板的材料，玻璃通孔（TGV）三維互連技術(shù)因眾多優(yōu)勢(shì)正在成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，與硅基板相比，TGV的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：1）優(yōu)良的高頻電學(xué)特性。玻璃材料是一種絕緣體材料，介電常數(shù)只有硅材料的1/3左右，損耗因子比硅材料低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，使得襯底損耗和寄生效應(yīng)大大減小，保證了傳輸信號(hào)的完整性；2）大尺寸超薄玻璃襯底易于獲取。Corning、Asahi以及SCHOTT等玻璃廠商可以提供超大尺寸（>2m × 2m）和超?。?50μm）的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料。3）低成本。受益于大尺寸超薄面板玻璃易于獲取，以及不需要沉積絕緣層，玻璃轉(zhuǎn)接板的制作成本大約只有硅基轉(zhuǎn)接板的1/8；4）工藝流程簡(jiǎn)單。不需要在襯底表面及TGV內(nèi)壁沉積絕緣層，且超薄轉(zhuǎn)接板中不需要減薄；5）機(jī)械穩(wěn)定性強(qiáng)。即便當(dāng)轉(zhuǎn)接板厚度小于100μm時(shí)，翹曲依然較小；6）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。除了在高頻領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景，作為一種透明材料，還可應(yīng)用于光電系統(tǒng)集成領(lǐng)域，氣密性和耐腐蝕性?xún)?yōu)勢(shì)使得玻璃襯底在MEMS封裝領(lǐng)域有巨大的潛力。幾種常用基板材料性能參數(shù)如表1所示。

表1 各種材料的性能參數(shù)對(duì)比

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多研究者致力于研發(fā)低成本、小尺寸、細(xì)間距、無(wú)損快速玻璃成孔技術(shù)的開(kāi)發(fā)，如噴砂法、光敏玻璃、等離子體刻蝕、聚焦放電、激光燒蝕等。但是由于玻璃材料的易碎性和化學(xué)惰性，當(dāng)前已有的方法都還存在許多問(wèn)題，距離實(shí)際應(yīng)用和大規(guī)模的量產(chǎn)，還有很長(zhǎng)的路要走。截止目前，玻璃通孔三維互連技術(shù)發(fā)展的主要困難包括：1）現(xiàn)有的方法雖然可以實(shí)現(xiàn)TGV，但有些方法會(huì)損傷玻璃，造成表面不光滑；有些方法的加工效率低，沒(méi)法大規(guī)模量產(chǎn)；2）TGV的高質(zhì)量填充技術(shù)，與TSV不同，TGV孔徑相對(duì)比較大且多為通孔，電鍍時(shí)間和成本將增加；3）與硅材料相比，由于玻璃表面平滑，與常用金屬（如Cu）的黏附性較差，容易造成玻璃襯底與金屬層之間的分層現(xiàn)象，導(dǎo)致金屬層卷曲，甚至脫落等現(xiàn)象。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，廈門(mén)云天半導(dǎo)體科技有限公司團(tuán)隊(duì)在TGV技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展了多年研發(fā)，先后采用激光燒蝕、等離子體刻蝕、光敏玻璃工藝等技術(shù)方案，探索可規(guī)模化量產(chǎn)技術(shù)。近兩年，成功開(kāi)發(fā)先進(jìn)激光加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率的玻璃通孔制備，并實(shí)現(xiàn)深寬比為10:1的玻璃通孔量產(chǎn)。近期研發(fā)結(jié)果顯示，該技術(shù)可以做到20:1的深孔和5:1深的玻璃盲孔，且具備較好的形貌。云天半導(dǎo)體是目前全球率先具備低成本規(guī)模化量產(chǎn)TGV技術(shù)的代工企業(yè)，處于業(yè)界領(lǐng)先地位。

圖1：玻璃通孔超高密度列陣（孔徑20 um，孔間距40um）

圖2：220/20玻璃通孔截面圖

借助于云天半導(dǎo)體特色激光加工工藝，每秒可完成數(shù)百個(gè)以上的通孔制作，可以加工出多種形狀的通孔，如方形通孔，圓形通孔，以及異形孔通孔也可加工，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品小型化，降低側(cè)壁粗糙度，高效且成本低，滿(mǎn)足客戶(hù)多種要求。

云天半導(dǎo)體率先建立TGV晶圓雙面電鍍銅完全填充工藝，采用低成本光刻+電鍍技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)TGV孔填充和RDL金屬一次成型。這種工藝可以廣泛的應(yīng)用于3D互連，且在IPD器件上實(shí)現(xiàn)高Q值（超過(guò)60@1GHz）。該技術(shù)可為快速發(fā)展的射頻應(yīng)用提供3D集成封裝技術(shù)解決方案。如圖3所示，為T(mén)GV銅填充陣列。

圖3：TGV銅填充陣列

通過(guò)玻璃通孔將集成電路和電子器件在垂直方向堆疊起來(lái)的三維集成技術(shù)，為電子系統(tǒng)的性能提升和系統(tǒng)級(jí)集成提供了一種高性能、低成本的解決方案。玻璃轉(zhuǎn)接板，由于其巨大的高互連密度和高熱機(jī)械可靠性?xún)?yōu)勢(shì)，在三維集成技術(shù)中有著廣闊的應(yīng)用前景。其中，高電學(xué)性能、高可靠性、低成本制造是玻璃通孔走向?qū)嶋H應(yīng)用的核心因素。如圖4所示，為玻璃轉(zhuǎn)接板在三維集成芯片中的應(yīng)用。

圖4：TGV轉(zhuǎn)接板在三維封裝中的應(yīng)用

TGV技術(shù)還可以應(yīng)用于醫(yī)療、光電器件、射頻模塊、電子氣體放大器、設(shè)備治具等領(lǐng)域，隨著技術(shù)進(jìn)步，成本不斷降低，應(yīng)用將愈加廣泛。

云天半導(dǎo)體簡(jiǎn)介：

廈門(mén)云天半導(dǎo)體科技有限公司成立于2018年7月，致力于5G應(yīng)用的半導(dǎo)體系統(tǒng)集成協(xié)同設(shè)計(jì)、工藝研發(fā)、工程驗(yàn)證和量產(chǎn)服務(wù)。公司建有研發(fā)基地和量產(chǎn)生產(chǎn)線(xiàn)，以3D-WLP/IPD/TGV/Fan-out等領(lǐng)先創(chuàng)新技術(shù)為客戶(hù)提供系統(tǒng)封裝集成方案和量產(chǎn)服務(wù)。