使用玻璃基板,首先得在上面打出成千上萬個微米級的孔,然後在孔裡填滿銅,最後還得保證幾百度溫差下不開裂。
玻璃基板要取代有機基板,英特爾、三星、台積電、輝達全在押注。但有一個繞不開的死結:為什麼這麼好、還遲遲沒有大規模量產?
答案就在兩個字裡:TGV。
TGV,全稱Through-Glass Via,玻璃通孔。它是玻璃基板的"任督二脈"——沒有它,玻璃就是一塊普通的玻璃板,做不了晶片封裝。而TGV恰恰是整個產業鏈最難啃的硬骨頭。
具體來說,就是下面三件事。
一、打孔——在玻璃上繡花
第一道難關:打孔。
玻璃基板上要打多少個孔?一顆晶片可能需要成千上萬個TGV。每個孔的直徑只有幾十微米(比頭髮絲還細),深度幾百微米。深寬比(深度與直徑之比)通常要求10:1以上,高的甚至做到150:1。
打個比方:想像在一張 A4 紙厚度的玻璃上,打出比頭髮絲還細的孔,孔壁不能有裂紋、毛刺,垂直度要接近90°。玻璃是脆性材料,稍有不當應力,整塊基板就會報廢。
目前主流的打孔技術是雷射誘導刻蝕——先用雷射在玻璃內部"畫"出一條改性路徑,再用化學腐蝕液把這條路徑變成通孔。
聽起來簡單,但雷射能量控制、腐蝕液配方、溫度、時間,每一步都需要精密調參。
二、填孔——比打孔更難的技術
第二道難關:填孔。
孔打好了,還要在孔裡填滿導電材料(通常是銅),讓電訊號能夠從上到下穿過玻璃。這步叫金屬化填充。
為什麼難?因為TGV的深寬比高。當深寬比超過10:1甚至更高時,孔內電鍍液交換受阻,銅離子在孔口沉積的速度遠快於孔中心。最終孔口過早封閉,把電鍍液和氣泡包在中間,形成致命的空氣間隙。
一旦出現空氣間隙,互連電阻會升高,訊號完整性惡化,熱循環中還會因應力集中引發裂紋,直接導致器件失效。
目前解決這個問題的主流方案是“由內向外”電鍍,也就是讓銅從孔的中心向外生長,而不是從兩端往中間長,從根源上杜絕氣孔的包裹。
此外,銅與玻璃的粘附力本身較弱,還需要先在玻璃表面沉積一層黏附層、阻擋層和種子層,再開始電鍍。每一個環節都是精密的化學反應。
三、熱應力——冷熱交替中的“生死考驗”
第三道難關:熱應力。
孔打好了,銅也填進去了。但這還沒完——晶片工作時會發熱,關機會冷卻,周而復始。
玻璃和銅的熱膨脹係數(CTE)差異很大:銅受熱膨脹明顯,玻璃幾乎不動。結果就是,長期的熱脹冷縮會讓銅與玻璃的介面產生巨大的應力,最終導致介面剝離、玻璃開裂。
這正是TGV技術在量產中最頭疼的可靠性問題。實驗室裡做出來的樣品沒問題,但到了真實工作環境,幾百次冷熱循環後,微裂紋就會慢慢出現,最終導致電氣失效。
三個難點串起來看:打孔時有裂紋風險,填孔時怕空洞,使用時怕熱應力。任何一環出問題,良率就崩了。
目前玻璃基板的量產良率遠低於傳統有機基板的95%+水平,TGV成孔精度、孔內無缺陷填充、銅層附著力、多層RDL對準精度和冷熱循環可靠性,是決定玻璃基板從中試走向量產的核心瓶頸。
四、產業走到那了?
TGV難歸難,但產業沒有停在原地。
裝置端,德國LPKF的雷射誘導深度蝕刻(LIDE)技術是無裂紋、高深寬比TGV的國際標竿。國內海目星實現了"雷射+濕法刻蝕"全鏈條自研,通孔良率≥98.5%,整版良率>99%。帝爾雷射、大族雷射也在積極佈局TGV雷射裝置。
製造端,沃格光電已掌握玻璃基板全製程工藝,CPO光模組玻璃基載板完成批次送樣。京東方已完成大板級玻璃載板研發並產出樣品。
材料端,全球由康寧、AGC、肖特主導,國內凱盛科技、旗濱集團、力諾藥包等加速追趕。
台積電的CoPoS試驗線預計2026年6月全面建成,進入工藝驗證階段,業內預期2026年將是玻璃基板小批次商業出貨的起點。
最後
玻璃基板的故事,不是“大公司砸錢就能搞定”的線性敘事。
它涉及材料科學、精密加工、化學工藝的複雜耦合。打孔、填孔、熱應力,每一個都要啃很多年,沒有捷徑。
頭部玩家押注了十年以上,才剛站在量產門口。攻堅窗口在2026-2028年,真正大規模商用,預計要到2028-2030年。
量產從來不是個時間表問題,是個良率問題。 (硅基剖面)
