TGV 晶圓 — 玻璃通孔
具備雷射鑽孔與金屬化通孔的玻璃通孔（TGV）晶圓，適用於 2.5D 玻璃中介層、mmWave AiP、CoPoS 整合與光子中介層。提供 Borofloat 33、熔融石英與無鹼玻璃等級。
概述
玻璃通孔（TGV）技術是矽通孔（TSV）的玻璃基板對應技術，可實現穿過玻璃晶圓的垂直電性互連，用於 2.5D 與 3D 封裝。與矽不同，玻璃是電絕緣體（電阻率 > 10¹⁰ Ω·cm），因此無需 TSV 製造中必須的介電隔離襯層。玻璃的低介電常數（εr = 4.0–5.5）與低損耗正切（tan δ < 0.005）亦能降低訊號衰減，使 TGV 中介層在 RF 與 mmWave 應用中優於矽中介層。
GINECHIP 供應 Borofloat 33、熔融石英與無鹼玻璃等級的 TGV 晶圓，通孔直徑從 10μm 至 200μm，深寬比可達 10:1。我們的 TGV 成形方法包括雷射誘導深蝕刻（LIDE）、聚焦放電與超短脈衝雷射燒蝕。所有 TGV 均以 PVD 阻障/種子層後接 Cu 電鍍進行金屬化，並可選配 Ni/Au 表面處理。每一批次均執行完整的計量，包括 SEM 橫截面、四點克爾文電阻與 X 光空洞檢測。
TGV 成形方法
Laser-Induced Deep Etching (LIDE)
高深寬比LIDE 採用兩步製程：以飛秒雷射對玻璃進行改質，形成改質軌跡，接著以濕式化學蝕刻優先移除雷射改質的材料。此方法可產生孔壁平滑、高深寬比（可達 10:1）的 TGV，且微裂與殘餘應力極少。LIDE 製程相容於直徑 100mm 至 300mm 的硼矽酸鹽、熔融石英與無鹼玻璃基板。
Focused Electrical Discharge
高速聚焦放電（亦稱放電加工或火花輔助化學雕刻）利用工具電極與玻璃表面之間的高壓放電，局部燒蝕材料。此方法在 50–200μm 的通孔直徑下提供最高產能（可達每秒 1,000 個通孔）。最適合優先考量產能而非最小特徵尺寸的粗間距 TGV 中介層。
Ultrashort Pulse Laser Ablation
多用途直接以飛秒或皮秒雷射燒蝕玻璃，無需後續濕式蝕刻。超短脈衝寬度（< 1 ps）可將熱影響區與微裂降至最低。此方法在通孔幾何形狀上提供最大彈性——錐形、直壁或成形側壁——並相容於所有玻璃類型。產能低於 LIDE 或放電法，但適合原型製作與小量生產。
技術規格
| 參數 | 規格 |
|---|---|
| 基板材料 | Borofloat 33, Fused silica quartz, AN100 alkali-free glass, Sapphire Al₂O₃ |
| 直徑 | 100mm (4″), 150mm (6″), 200mm (8″), 300mm (12″) |
| TGV 成形方法 | Laser-induced deep etching (LIDE), Focused electrical discharge, Wet HF etching, Ultrashort pulse laser ablation |
| 通孔直徑 | 10μm – 200μm (application-dependent) |
| 通孔深度 | 100μm – 1,100μm (through-wafer) |
| 深寬比 | Up to 6:1 (laser), up to 10:1 (LIDE), up to 3:1 (wet etch) |
| 通孔間距 | 50μm – 500μm (minimum pitch depends on diameter) |
| 通孔密度 | Up to 10⁴ vias/mm² (10μm diameter, 50μm pitch) |
| 側壁角度 | 88° ± 1° (laser), 89° ± 0.5° (LIDE) |
| 側壁粗糙度 | < 200nm Ra (laser), < 100nm Ra (LIDE), < 50nm (wet etch + anneal) |
| 金屬化 | Cu (PVD seed + electroplating), Ti/Cu, TiW/Cu, Cr/Au, Cu/Ni/Au |
| 隔離襯層 | PECVD SiO₂ (100–500nm), ALD Al₂O₃ (50–100nm), polymer (BCB, SU-8) |
| 金屬化覆蓋性 | > 50% step coverage (PVD), > 90% (ALD barrier + CVD seed) |
| 通孔電阻 | < 100 mΩ (typical, 50×500μm via, solid Cu fill) |
| 封裝 | Interleaved cleanroom paper, vacuum-sealed single-wafer cassette |
應用
TGV 晶圓是 2.5D 封裝用玻璃中介層的核心構建模組。玻璃的低介電常數（εr = 4.0–5.5）與低損耗正切（tan δ < 0.005）相較於矽中介層可降低訊號衰減，使其成為高速數位與 RF 應用的理想選擇。TGV 晶圓雙面的多層 RDL 提供晶片小晶片、HBM 堆疊與封裝基板之間的橫向佈線結構。
玻璃基板的低介電損耗結合 TGV 互連，可實現從天線到波束成形 IC 的低損耗 RF 轉換。用於 5G mmWave（28/39 GHz）與 6G（100+ GHz）天線封裝模組的 TGV 中介層，每次轉換可達到插入損耗 < 0.5 dB，明顯優於以有機基板為基礎的替代方案。
CoPoS（Chip-on-Panel-on-Substrate）架構依賴 TGV 金屬化的玻璃面板作為中介層基板。TGV 提供正面 RDL（晶片對晶片佈線）與背面封裝基板介面之間的垂直互連。在 510×515mm 玻璃面板上進行面板級 TGV 成形，可實現 CoPoS 相較於晶圓級方法 4.5 倍的產能優勢。
整合光波導（以飛秒雷射於熔融石英中寫入）的 TGV 晶圓，可在單一玻璃基板上共同整合電性互連（Cu 填充 TGV）與光學互連（波導）。這對於共同封裝光學（CPO）至關重要，因為電性與光學訊號都必須在光子引擎與交換器 ASIC 之間佈線。
TGV 晶圓為 MEMS 晶圓級封裝提供氣密、低寄生參數的電性饋通。玻璃的電絕緣性（電阻率 > 10¹⁰ Ω·cm）消除了矽 TSV 晶圓所需的介電隔離層，簡化製程並降低電容式 MEMS 感測器的寄生饋通電容。
硼矽酸鹽或熔融石英晶圓中的玻璃通孔可在微流體層之間實現流體互連，用於實驗室晶片（lab-on-chip）與器官晶片（organ-on-chip）元件。玻璃的光學透明性允許對流體通道進行即時螢光顯微觀察，而化學惰性確保與生物樣本及腐蝕性試劑的相容性。
品質與計量
通孔幾何 SEM/FIB
以 SEM 橫截面與 FIB 銑削量測通孔直徑、深度、側壁角度與側壁粗糙度。100% 自動光學檢測（AOI）用於通孔位置精度（±2μm）與通孔直徑均勻性（±5%）。
通孔電阻（四點克爾文）
對個別 TGV 與菊花鏈測試結構進行四點克爾文探針量測。TGV 電阻 < 100 mΩ（典型值，50×500μm Cu 填充通孔）。1,000 個通孔鏈的菊花鏈連續性良率 > 99%。
隔離 / 漏電流
在相鄰 TGV 之間以及 TGV 與基板表面之間進行 I-V 量測。200nm PECVD SiO₂ 襯層在 5V 偏壓下漏電流 < 1 nA。相鄰通孔之間的隔離電阻 > 10¹⁰ Ω。
X 光 / CT 檢測
以 X 光顯微鏡與電腦斷層掃描檢測 Cu 填充 TGV 中的空洞。填充中無 > 5μm 的空洞。可為量產批次提供全晶圓 X 光檢測。
AFM 表面粗糙度
CMP 後表面粗糙度量測。Cu 碟形凹陷 < 50nm，玻璃侵蝕 < 30nm。CMP 後 Ra < 1nm，以符合 RDL 微影相容性。
TTV / Bow / Warp 干涉量測
TGV 成形後與 CMP 後的全晶圓形貌。200mm 玻璃晶圓的 TTV ≤ 5μm、Bow ≤ 25μm。這對後續 RDL 微影的焦深要求至關重要。
橫截面 SEM（EDS）
對 TGV 橫截面進行能量色散 X 射線光譜（EDS）分析，以驗證阻障/種子層連續性、Cu 填充品質，以及 Cu/阻障層介面金屬間化合物的形成檢測。
熱循環可靠性
依據 JEDEC JESD22-A104 進行溫度循環（-55°C 至 +150°C，1,000 次循環）。循環後 TGV 電阻變化 < 10%。依 C-SAM 檢測，Cu/玻璃、Cu/襯層或襯層/玻璃介面無分層。