一、什么是玻璃通孔（TGV）
玻璃通孔（Through Glass Via，简称 TGV）是一种在玻璃基板上制作垂直互连通孔，实现三维集成等功能的先进封装互连技术。玻璃基板由高纯净的玻璃材料制成（常见类型包括硅酸盐玻璃、石英玻璃和硼硅酸盐玻璃等），具备良好的绝缘性和热稳定性，在大规模集成电路（VLSI）和其他电子元件制造中，常被用作电路板或支撑基板以承载元件。
图1：玻璃基板
二、TGV 与 TSV 的技术背景
TGV 技术衍生于 2.5D/3D 集成 TSV 转接板技术，最早可追溯至 2008 年。硅通孔（TSV）技术在高频或高速信号传输中，因硅衬底损耗导致信号特性退化，同时硅材料成本高、工艺复杂。玻璃材料与硅、二氧化硅材料属性存在差异，因此在玻璃基板上进行通孔刻蚀和孔金属化的 TGV 互连技术成为研究的关键方向，成为一种可能取代硅基板的新型互连技术。
三、TGV 工艺流程
3.1 玻璃基板预处理
TGV 工艺的第一步是玻璃基板的预处理，目的是去除表面杂质，确保后续工艺的洁净度。
- 清洗：使用去离子水、有机溶剂（如丙酮、酒精）等对玻璃基板进行超声清洗，去除表面的灰尘、油污、有机物残留等杂质，保证后续工艺的洁净度。
- 干燥：采用氮气吹干或高温烘烤等方式，使玻璃基板表面干燥，避免水分影响后续加工。
3.2 通孔形成
通孔形成是 TGV 工艺的核心环节，分为光刻和刻蚀两个步骤。
- 光刻：在玻璃基板表面涂覆光刻胶，通过光刻设备将设计好的通孔图案曝光在光刻胶上。光刻胶在曝光区域发生化学反应，经显影液处理后，保留与通孔图案对应的光刻胶图形，作为后续蚀刻的掩膜。
- 刻蚀：利用干法刻蚀（如反应离子刻蚀 RIE）或湿法刻蚀技术。干法刻蚀通过等离子体中的活性粒子与玻璃发生化学反应和物理轰击，按照光刻胶掩膜图案去除玻璃材料，形成通孔；湿法刻蚀则是将玻璃基板浸泡在刻蚀液（如氢氟酸等）中，选择性地溶解玻璃来形成通孔。蚀刻过程需精确控制时间、温度、刻蚀液浓度等参数，保证通孔的尺寸精度和形状质量。
图2：激光诱导选择刻蚀步骤
3.3 通孔清洗与表面处理
刻蚀完成后，需要对通孔进行清洗与表面活化处理，为后续金属化做准备。
- 清洗：去除蚀刻过程中残留的蚀刻液、光刻胶等物质。使用特定溶剂去除光刻胶，再用去离子水多次冲洗，确保通孔内部和玻璃基板表面洁净。
- 表面活化：通过化学溶液（如含硅烷偶联剂的溶液）处理等方式，对玻璃表面及通孔内壁进行活化，提高后续金属化时金属与玻璃的结合力。
3.4 金属化
金属化是 TGV 工艺的关键步骤，通过沉积和电镀在通孔内填充导电材料，形成垂直互连结构。
- 种子层沉积：采用物理气相沉积（PVD，如溅射）或化学气相沉积（CVD）等方法，在玻璃基板表面及通孔内壁沉积一层薄薄的金属种子层，通常选用铜、钛等金属。种子层作为后续电镀的导电基底，为后续金属填充提供良好的导电通路。
- 电镀：以种子层为电极，在电镀液中进行电镀操作，使金属（如铜）在通孔内及玻璃基板表面生长填充，直至将通孔完全填满，形成具有良好导电性的金属互连柱。需控制电镀参数（如电流密度、时间、温度等），保证金属填充的均匀性和质量。
图2：双面通孔电镀TGV金属化工艺流程
3.5 平坦化与后处理
金属化完成后，需要对玻璃基板进行平坦化和检测，确保最终结构的尺寸精度和电气性能符合设计要求。
- 平坦化：通过化学机械抛光（CMP）等工艺，去除玻璃基板表面多余的金属，使表面平整，保证后续与其他器件连接时的平整度和电气性能。
- 检测与测试：使用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等设备对通孔的尺寸、形状、表面质量等进行检测；通过电气测试设备测量通孔的电阻、电容等电气参数，确保 TGV 结构符合设计要求。
四、小结
TGV（玻璃通孔）是一种在玻璃基板上制作垂直互连通孔的先进封装互连技术，衍生于 TSV 转接板技术，旨在解决硅基板在高频信号传输中的损耗退化与成本问题。其工艺流程主要包括玻璃基板预处理、通孔形成（光刻+刻蚀）、通孔清洗与表面活化、金属化（种子层沉积+电镀）、以及平坦化与后处理五个环节。玻璃基板凭借优异的绝缘性和热稳定性，在先进封装三维集成中展现出替代硅基板的潜力。
