在半導(dǎo)體行業(yè)，隨著摩爾定律逐漸逼近物理極限，通過三維集成提升芯片性能已成為核心發(fā)展方向。2.5D/3D封裝、異構(gòu)集成等先進(jìn)封裝技術(shù)的普及，對(duì)垂直互連密度和基板性能提出了更高要求。傳統(tǒng)的硅基板在高頻信號(hào)傳輸、制造成本和工藝復(fù)雜度等方面的局限性日益凸顯，而玻璃基板憑借獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正成為下一代芯片基板的理想選擇。

玻璃通孔(TGV, Through Glass Via)作為實(shí)現(xiàn)玻璃基板三維集成的關(guān)鍵技術(shù)，猶如芯片世界的“微型通道”，引領(lǐng)著半導(dǎo)體封裝從“硅基時(shí)代”向“玻璃基時(shí)代”過渡。

玻璃通孔(TGV)，是在玻璃基板上制作的垂直貫通的微小通孔，并在通孔中填充導(dǎo)電材料，以實(shí)現(xiàn)不同層面之間電氣連接的技術(shù)。TGV被認(rèn)為是下一代三維集成封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一，用于替代硅通孔(TSV，Through Silicon Via)轉(zhuǎn)接板和有機(jī)物基板。

在目前的2.5D封裝中，臺(tái)積電的CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）封裝的核心之一為硅轉(zhuǎn)接板及 TSV工藝，但其存在成本高和電學(xué)性能差等不足。而玻璃轉(zhuǎn)接板及TGV工藝具有低成本、易獲取、低翹曲、高頻電學(xué)特性優(yōu)良等特點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)主要包括：

TGV通常由直徑為10μm-100μm的微通孔組成，以高品質(zhì)硼硅玻璃、石英玻璃為基材，通過種子層濺射、電鍍填充、化學(xué)機(jī)械平坦化、RDL再布線，Bump工藝引出實(shí)現(xiàn)3D互聯(lián)。對(duì)于先進(jìn)封裝領(lǐng)域的各種應(yīng)用，每片晶圓上通常需要形成數(shù)萬(wàn)個(gè)TGV通孔并對(duì)其進(jìn)行金屬化，以獲得所需要的導(dǎo)電性。TGV微通孔需具有高精度、窄節(jié)距、側(cè)壁光滑以及良好的垂直度，以確保后續(xù)金屬化工藝的質(zhì)量和電學(xué)性能的穩(wěn)定。額外還要考慮到玻璃材料的易碎性和化學(xué)惰性，成孔過程中需避免對(duì)玻璃造成損傷，保持表面完整性。

目前TGV的成孔技術(shù)包括噴砂法、光敏玻璃法、聚焦放電法、等離子刻蝕法、激光燒蝕法、電化學(xué)法、激光誘導(dǎo)刻蝕法等。綜合比較各種玻璃通孔制造技術(shù)，激光誘導(dǎo)刻蝕法具有高速度、無(wú)掩模、高深寬比、一致性好、無(wú)裂紋等優(yōu)勢(shì)，具備大規(guī)模應(yīng)用前景。

激光誘導(dǎo)刻蝕法通過超快脈沖激光誘導(dǎo)玻璃產(chǎn)生連續(xù)的改性區(qū)，相比未改性區(qū)域的玻璃，改性后的玻璃在酸性或堿性刻蝕液中的刻蝕速率更快，基于這一現(xiàn)象可以在玻璃中制作出大規(guī)模通孔結(jié)構(gòu)。通過激光脈沖能量、光束形狀、聚焦條件、刻蝕液濃度、刻蝕溫度等不同參數(shù)的控制，可制備出理想的TGV玻璃通孔。

Workshop of Photonics(WOP)公司成立于2004年，總部位于立陶宛維爾紐斯，是一家致力于超快激光微加工技術(shù)研發(fā)的科技公司。作為全球領(lǐng)先的飛秒激光微加工設(shè)備及解決方案提供商，WOP擁有先進(jìn)的激光微加工應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室及十?dāng)?shù)套激光加工系統(tǒng)，用于前沿工藝開發(fā)和小批量生產(chǎn)，可為客戶提供研發(fā)打樣和代加工服務(wù)，并能按需定制飛秒激光微加工設(shè)備。

WOP公司在飛秒激光微加工領(lǐng)域擁有超過20年的技術(shù)積累，對(duì)玻璃、陶瓷、合金等硬脆材料以及聚合物、塑料等柔性材料的微加工均有豐富的經(jīng)驗(yàn)。特別是針對(duì)玻璃材料的加工，WOP開發(fā)了多種先進(jìn)工藝并持有相關(guān)專利，可實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的玻璃切割、鉆孔、開槽、焊接、選擇性燒蝕、彩色標(biāo)記以及光束整形元件加工等應(yīng)用。其技術(shù)與產(chǎn)品已廣泛用于半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)、光通信、先進(jìn)制造、消費(fèi)電子等多個(gè)領(lǐng)域。

針對(duì)TGV先進(jìn)封裝應(yīng)用，WOP開發(fā)了選擇性激光誘導(dǎo)刻蝕(SLE，Selective Laser-induced Etching)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的玻璃改性成孔工藝，滿足300mm玻璃晶圓或600mm玻璃面板的TGV加工。其加工優(yōu)勢(shì)包括成孔速度快、無(wú)漏孔、孔徑一致性高、側(cè)壁粗糙度小，無(wú)崩邊、無(wú)微裂紋，可加工通孔或盲孔，且孔的形狀、錐度靈活可控，滿足工業(yè)級(jí)大規(guī)模TGV通孔加工需求。具體指標(biāo)如下：玻璃厚度<1.1mm，微孔直徑最小10um，深徑比最大100:1，側(cè)壁粗糙度Ra<80nm，孔徑一致性高達(dá)99%，圓度高達(dá)98%，版圖加工速度目前為300-400孔/秒，年內(nèi)有望突破2000孔/秒。

此外，基于SLE工藝，WOP還可以提供光纖對(duì)準(zhǔn)陣列(FAA，F(xiàn)iber Alignment Arrays)的研發(fā)與代加工服務(wù)，為高速光通信系統(tǒng)關(guān)鍵組件的生產(chǎn)提供解決方案。FAA可實(shí)現(xiàn)高精度的一維或二維光纖與光纖，光纖與芯片的對(duì)準(zhǔn)耦合，滿足高密度的光互聯(lián)需求。

FAA的制備對(duì)通孔的形貌、孔徑公差及定位精度要求較高，WOP借助先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，不僅可以加工普通的直通孔結(jié)構(gòu)，還能制備帶傾角的通孔以及開口更復(fù)雜的漏斗形、階梯形或圓錐形的結(jié)構(gòu)，方便插入光纖。

近期，凌云光與WOP公司的合作進(jìn)一步加強(qiáng)，在TGV、FAA、CPO等先進(jìn)封裝相關(guān)領(lǐng)域深度合作，共同推進(jìn)WOP飛秒激光微加工技術(shù)的本地化應(yīng)用，助力國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展！

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