什麼是玻璃通孔（TGV）
TGV是一種穿過玻璃基板的垂直電氣連接技術。它使用高品質的硼矽玻璃或石英玻璃作為基材，通過種子層濺鍍、電鍍填充、化學機械平坦化和RDL再佈線等步驟，實現了3D互聯。每個TGV通孔的直徑通常在10μm到100μm之間。在先進封裝領域中，通常需要在每片晶圓上應用數萬個TGV通孔並對其進行金屬化，以獲得所需的導電性。
相較於矽基板，玻璃通孔互連技術具有以下優勢：
- 高頻電特性優良
- 大尺寸超薄玻璃基板成本低
- 製程簡單
- 機械穩定性強
這項技術可應用於各種領域，包括：
- 2.5D/3D晶圓級封裝
- 晶片堆疊
- MEMS感測器和半導體裝置的3D整合
- 射頻元件和模組
- CMOS影像感測器(CIS)
- 汽車射頻和攝影機模組
此外，玻璃通孔技術具有以下特性：
- 光學：高透明度、低螢光
- 化學與機械：高耐化學性和化學惰性、各向同性、良好的機械穩定性、低熱膨脹、可調節的熱膨脹係數
- 電氣：完美的隔離器、低插入損耗、光滑的表面可實現細線光刻
此外，由於玻璃基板的特性，還有以下優點：
- 厚度減少，效能密度提升，成本和功耗降低
- 成分可變，可根據特定應用客製化玻璃特性
- 板級客製化，玻璃可以製造各種厚度的晶圓和大面板，並且可以製造超大尺寸和超薄的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料。
英特爾一直致力於在玻璃基板領域探索技術，以實現更強大的計算能力，並獲得最大的利潤。在2023年9月18日，他們推出了基於下一代先進封裝的玻璃基板開發的最先進處理器。這款處理器的通孔節距為75 μm，計劃在2026年至2030年期間進行量產。英特爾表示，這一成果將重新定義晶片封裝的範疇，為資料中心、人工智慧和圖形建構等領域提供了改變遊戲規則的解決方案，推動了摩爾定律的進步。此外，英特爾還研發了共同封裝光學元件技術（CPO），透過玻璃基板設計，利用光學傳輸的方式增強訊號傳輸效率。
在提到TGV時，文章提到了英特爾對玻璃基板技術的強調。他們將利用玻璃基板來製造面向資料中心的系統級封裝（SiP），其中可能包含數十個小瓦片（tile），且功耗可能高達數千瓦。這些封裝需要非常密集的Chiplet互連，同時要確保在生產和使用過程中不會因為熱而彎曲。文章指出，未來幾年矽基板可能難以應對這些挑戰，而英特爾認為玻璃基板具有卓越的機械、物理和光學特性，能夠使公司建造更高性能的多晶片SiP，甚至在晶片上放置更多的晶片。特別是，他們預計玻璃基板能夠實現容納多片矽的超大型24×24cm SiP。这些都是TGV技術的應用範疇。
英特爾能夠利用玻璃通孔（TGV）來彌合機械和電氣之間的差距。他們實現了更緊密的TGV間距，使得可以透過基板本身傳輸訊號，從而允許更多數量的通孔存在。根據英特爾的報告，他們成功將TGV的間距控制在100μm以內，這將TGV密度提高了10倍。這些技術最終使得透過基板核心路由訊號更加靈活，並且在某種程度上使得使用更少的RDL層路由訊號變得更加容易。
英特爾指出，玻璃基板具有更高的溫度耐受性，使變形減少了50％。這使得可以更靈活地設定供電和訊號傳輸規則，例如無縫嵌入光互連、電容、電感等裝置。由於資料中心的業務壓力日益增大，對於降低功耗以及對光模組封裝整合度的需求也在提升。共封裝光學（CPO）封裝所用的核心技術TGV，使玻璃基板作為晶片封裝載板具備更優異的散熱性，這使得其在大功率元件封裝與高算力資料中心伺服器等領域有一定的應用空間。
在射頻和類比/混合電路晶片整合發展中，對高性能被動元件的需求正在急速增加，對電容的要求也隨之提高。儘管矽基高密度電容可以滿足高電容密度和高整合性的需求，但基板帶來的損耗和深矽刻蝕製程成本也成為了業界的考量。玻璃基板TGV技術作為替代方案成為熱門研究主題，因其具有優異的絕緣性、可調節的熱膨脹係數（CTE）、面板級尺寸的可用性以及出色的高頻電性能，使其成為集成被動器件的理想基板。
玻璃中介層在射頻封裝領域有著確立的應用。它利用玻璃的特殊性能，尤其是在高頻下具有低電損耗的特性。相對較高的剛度以及調節熱膨脹係數的能力有助於控制玻璃芯基板和黏合疊層的彎曲。
在晶圓級封裝方面，對於確保MEMS元件的壽命和可靠性來說，TSV技術是至關重要的。在使用玻璃作為封蓋晶圓製造感測器的情況下，可以利用玻璃通孔提供穿過玻璃基板的垂直連接。目前，一種新型封裝基板，使用整個玻璃面板或部分玻璃面板，正在開發中。這些類型的封裝基板在光子封裝、高效能運算和其他領域都有應用。
將玻璃用作晶片嵌入的基板時，具有許多現有晶圓級扇出（WLFO）封裝技術所沒有的優點。玻璃的光滑表面和高尺寸穩定性使得即使在大型面板上也能實現類矽重分佈層（RDL）佈線和類BEOL（Back-End-of-Line）I/O，這具有超高I/O和更低成本的無與倫比的組合。玻璃的CTE可以定制，因此可以直接連接到板上。與模塑料相比，玻璃還具有高電阻率、優異的防潮性和高表面光滑度。
然而，製造玻璃基板上的通孔面臨著巨大的挑戰，特別是在通過玻璃通孔技術實現2.5D或3D封裝的情況下。這些通孔可以是盲孔或通孔，並且可以具有不同的直徑和形狀。其他重要參數包括通孔的縱橫比和錐角，其中縱橫比是指通孔直徑與通孔深度的關係，而錐角則是指限定通孔開口的角度。製造高速、高深寬比、側壁無缺陷、高密度和高產量的通孔是一項挑戰。由於需要嚴格的精度和通孔尺寸要求，這一挑戰變得更加複雜。
TGV微裂紋改善是急需提升的指標。標準的玻璃掩模各向同性濕蝕刻無法製造出縱橫比大於1的微觀特徵。傳統的玻璃雷射鑽孔通常伴隨著低產量和隱藏的微裂紋，以及由熱引起的應力，這可能導致成品率下降和/或災難性故障。
相比於傳統鑽孔，玻璃通孔雷射誘導蝕刻製造的通孔沒有微裂紋、碎裂和熱應力，並且可以在玻璃上形成盲孔和通孔。除了優質的LIDE處理的玻璃通孔刻痕外，還具有高精度和可重複性。雷射誘導蝕刻技術除了一般有益特性外，還能為玻璃中的通孔形成提供特定的優勢，例如：
- 通孔直徑：最小通孔直徑為10µm，且在同一基板上的所有微孔通常具有相同的直徑，透過多次蝕刻可獲得不同直徑。
- 縱橫比/深寬比：先進的雷射加工和蝕刻技術能夠創建非常高的縱橫比，通常長寬比可達10 : 1，甚至可高達50 : 1、70 : 1或100 : 1，視玻璃類型而定。
- 側壁：生成的微孔側壁光滑、無裂痕、無碎屑、無應力，可實現可靠的金屬化，錐角在0.1°-30°之間，且典型的側壁粗糙度Ra≤0.08μm。
- 通孔形狀：製造的微孔通常呈沙漏形狀，透過限制蝕刻僅在先前改性的玻璃的一側進行，可以形成V形微孔。