在先進封裝這條賽道上，玻璃基板已經從PPT概念走進了工程驗證的關鍵階段。它的底氣來自一組硬參數：剛性高、翹曲小、介電性能好、表面平整、熱膨脹係數更接近矽。把這些優勢落到應用上，就是能承載更大面積的晶片互連、更高密度的重布線層，也能更好匹配AI晶片、HBM、Chiplet和高速SerDes這類高頻寬場景。
但玻璃基板有一個繞不開的短板——TGV，也就是玻璃通孔。要在玻璃裡做出垂直金屬通道，還能扛住封裝製造和長期使用中的熱循環，這件事的難度並不亞於當年矽通孔TSV的攻關。
英特爾這件名為《BOTTOM-UP PLATING OF THROUGH-GLASS VIAS》的美國專利申請，盯上的正是TGV金屬化裡的核心矛盾：怎樣在玻璃孔裡形成可靠導電通道，同時把金屬和玻璃之間因熱膨脹係數不匹配造成的應力、裂紋和可靠性風險壓下去。
一、專利基本檔資訊
先把這件專利的身份資訊交代清楚：
- 公開號：US 2026/0173908 A1
- 申請人：Intel Corporation（英特爾公司），位於美國加利福尼亞州聖克拉拉
- 發明人：Mohammad Mamunur Rahman、Jason M. Gamba、Srinivasa Venkata Ramanuja Pietambaram
- 申請號：18/985,308
- 申請日：2024年12月18日
- 公開日：2026年6月18日
從技術方案看，它圍繞TGV的自下而上電鍍（bottom-up plating）展開，給出了三條主要工藝路線：減法蝕刻路線、改良半加成工藝路線、以及配合流動腔體填充材料的路線。任何一條路線都可以再疊加一個關鍵設計——在TGV側壁加入liner緩衝層。
二、為什麼TGV是玻璃基板必須邁過的坎
玻璃基板的價值，在於它能替代傳統有機樹脂基板，比如ABF類材料，成為先進封裝裡的剛性核心。專利裡列舉了玻璃的一串優點：
- 機械剛度高、翹曲控制好
- 熱穩定性好、電阻率高
- 介電常數低、介電損耗低、化學穩定性好
- 光學透明、表面平整
這些特性讓它很適合做高密度互連、重布線層、嵌入式無源器件、射頻模組、光子器件和玻璃核心封裝的載體。
但玻璃終究是玻璃，它和金屬天生"合不來"。TGV需要在玻璃裡形成垂直導電通道，通常靠銅等金屬填充或電鍍而成。麻煩出在熱膨脹係數上：
- 玻璃的CTE：大約在3–5 ppm/K量級
- 銅的CTE：大約在15 ppm/K量級
兩者差距很大。換句話說，只要封裝經歷加熱、冷卻、回流焊、功率循環或可靠性測試，金屬和玻璃就會因為膨脹收縮不一致而在介面處積累熱應力。這種應力一旦超過玻璃局部強度，就可能引發微裂紋，裂紋還會從TGV側壁、頂部或底部的玻璃-金屬-空氣交匯點開始擴展，最終導致封裝失效。
所以，此專利對此有明確判斷：TGV應力主要來自玻璃與孔內金屬材料之間的CTE不匹配。所以這件方案的著力點，不只是"把孔填滿"，而是如何在填充的同時降低介面應力、留出金屬熱膨脹空間、減少裂紋起始點。
三、最核心的創新：自下而上電鍍 + 無側壁種子層 + 空氣隙
傳統TGV金屬化通常會先在玻璃孔壁和表面鋪一層種子層，比如銅、鈦/銅疊層，再通過電鍍把孔填實。這樣做的好處是導電連續、工藝成熟，缺點也很明顯：金屬和玻璃幾乎全程貼在一起，CTE失配帶來的剪下應力和徑嚮應力會直接作用在玻璃上。
英特爾這件專利換了個思路。它強調在TGV側壁不預先鋪設完整的種子層，而是讓導電填充材料從孔底開始向上生長。這樣一來，金屬填充體和玻璃側壁之間就容易形成微小間隙——也就是空氣隙。
這個設計一舉多得：
- 空氣隙本身就是緩衝空間：金屬的CTE比玻璃大得多，受熱膨脹時，空氣隙允許銅向內或沿生長方向自由形變，而不把應力全部傳給玻璃側壁
- 空氣隙阻斷介面連續性：讓玻璃不用承受連續金屬殼層帶來的環形約束
- 省掉側壁種子層和部分平坦化步驟：降低了工藝複雜度與成本
專利附圖FIG. 5A、FIG. 7A、FIG. 9A分別展示了三種路線中可能出現的空氣隙結構。以FIG. 5A為例，圖中TGV側壁和導電填充材料之間可見一個或多個void，這些void可以理解為空氣隙。專利給出的典型寬度為20 nm至200 nm，或40 nm至140 nm。
這裡有一個容易被忽略的點：這些空氣隙不是缺陷，而是刻意保留的應力緩衝結構。這正是本專利區別於傳統"完全貼合、完全填充、完全覆蓋種子層"TGV路線的關鍵所在。
四、玻璃基板與TGV的基本形態
在講工藝之前，先建立對玻璃基板的尺寸概念。專利描述的玻璃基板可以是石英、二氧化矽、熔融石英、矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、硼浮法玻璃、鉛硼玻璃、感光玻璃、非感光玻璃或陶瓷玻璃等。
典型尺寸範圍如下：
玻璃基板可以做成實心玻璃層，也可以是先進封裝中的玻璃核心。TGV形狀並不固定，可以是圓形、矩形、錐形或沙漏形，可以從一面貫穿到另一面，也可以是盲孔。
專利FIG. 1和FIG. 2展示了TGV在微電子元件中的位置。FIG. 1里，玻璃基板110嵌在更大的基板結構107中，通過TGV 115連接上下導電結構；FIG. 2則展示了另一種架構，玻璃基板110自身帶有腔體129，可嵌入橋接晶片114-1，並通過TGV 115連接頂部和底部的導電接觸件128、126。
五、第一條路線：減法蝕刻 + 自下而上電鍍
這條路線對應專利FIG. 4A至FIG. 4F，可以理解為一個"先電鍍、後圖形化"的過程。
- 在玻璃基板上形成TGV開孔420，必要時還可形成腔體421
- 在基板第一面190-1下方放置金屬線圈410，用於輔助電鍍電流分佈；兩者之間可視需要使用粘合劑412
- 若粘合劑為非導電或不相容電鍍體系，則將其從TGV底部去除，露出金屬線圈
- 從孔底開始自下而上電鍍，讓導電填充材料426從底部向上生長，直至填滿TGV開孔420，必要時也可延伸到第二面190-2之上
- 在第一面和第二面形成掩膜414，通過減法蝕刻去除多餘金屬，只保留目標TGV和接觸墊
- 最後移除掩膜，形成TGV 415，並在玻璃基板上下形成導電接觸件436和438
FIG. 4A至FIG. 4F完整呈現了這個流程。FIG. 4A顯示玻璃基板、TGV開孔、腔體和金屬線圈；FIG. 4B顯示去除了孔底粘合劑；FIG. 4C顯示導電填充材料自下而上填滿TGV；FIG. 4D和FIG. 4E顯示通過兩次減法蝕刻分別定義上下金屬圖形；FIG. 4F顯示最終的TGV結構。
這條路線的好處是工藝相對直接，尤其適合已經在PCB或封裝廠成熟的減法蝕刻體系。代價是上下接觸墊的形狀受蝕刻影響較大，容易出現錐形、凹形側壁或底切，但這反而成了該路線的識別特徵——FIG. 5B和FIG. 5C顯示，上下接觸墊可能呈現上窄下寬或上寬下窄的錐形，側壁角度可低於約90°，典型範圍約60°至90°；FIG. 5B還顯示了接觸墊側壁可能存在的凹形輪廓。
六、第二條路線：改良半加成工藝 mSAP + 自下而上電鍍
第二條路線對應FIG. 6A至FIG. 6K，更適合需要精細線路和高密度互連的場景。
- 同樣先形成TGV開孔420，並將玻璃基板第一面190-1固定於帶金屬線圈410的載具上
- 在第二面190-2上塗覆掩膜414，只暴露TGV開孔區域
- 從孔底開始自下而上電鍍，讓導電填充材料426填滿TGV開孔420，但不一定覆蓋整個第二面
- 剝離第二面的掩膜
- 去除第一面的金屬線圈和粘合劑，暴露TGV底部的填充金屬
- 在第一面沉積種子層424，再通過掩膜定義圖形，電鍍形成第一面上的導電接觸件446
- 最後去除多餘種子層，得到TGV 445及上下接觸結構
FIG. 6A至FIG. 6K展示了全過程。FIG. 6C和FIG. 6D是關鍵：掩膜414隻暴露TGV開孔，電鍍從孔底向上進行；FIG. 6G之後顯示第一面種子層424的沉積；FIG. 6H至FIG. 6K則展示了mSAP式的圖形化過程。
這條路線最大的特點是只在玻璃基板某一面設定種子層，而不是讓種子層完整覆蓋TGV側壁。由此形成的結構有明顯的不對稱性：
- 第二面：導電接觸件448通常與TGV填充金屬直接接觸，中間沒有種子層
- 第一面：導電接觸件446與TGV之間夾著種子層424
專利圖片FIG. 7B和FIG. 7C清楚展示了這種不對稱。FIG. 7B顯示第二面接觸墊448直接落在TGV填充金屬上；FIG. 7C則顯示第一面接觸墊446下方存在種子層424。兩者的側壁角度通常在約85°至95°之間，遠不如減法蝕刻路線那麼明顯的錐形。
更值得關注的是，mSAP路線還會留下一個獨特的"footer undercut"痕跡——接觸墊靠近玻璃表面的根部可能出現輕微底切，寬度大約500 nm至800 nm，或580 nm至750 nm。這個特徵幾乎成了識別mSAP工藝的"指紋"。
七、第三條路線：流動腔體填充材料 + 自下而上電鍍
第三條路線對應FIG. 8A至FIG. 8H，最大亮點在於如何處理玻璃基板中的大腔體。
- 形成TGV開孔420和腔體421
- 在第二面190-2上設定掩膜434，把TGV開孔蓋住，只暴露腔體421
- 用流動性較好的腔體填充材料430填入腔體，材料可以是氧化物或高流動性環氧類材料
- 去除掩膜，露出TGV開孔
- 由於腔體已被填充材料堵住，電鍍液不會大量進入腔體，金屬只會從TGV孔底向上生長，填滿TGV開孔420
- 最後對第二面進行平坦化處理，使導電填充材料426和腔體填充材料430大致共面
FIG. 8C至FIG. 8H展示了關鍵步驟。FIG. 8C顯示掩膜434隻打開腔體區域；FIG. 8D顯示流動材料430填入腔體421；FIG. 8F顯示TGV開孔420被自下而上填滿；FIG. 8G顯示平坦化後兩者共面。
這條路線的精髓，在於用流動材料預先佔據腔體空間，從而把電鍍引導到真正需要金屬化的TGV區域。專利特別指出，這種流動腔體填充材料與傳統ABF不同——ABF含有較多玻璃填料、樹脂、硬化劑，流動性較差；而這裡的材料玻璃填料含量很低，總體積可以低於約70%、60%、50%，甚至低於約15%，換來更好的流動性，能充分潤濕並填充腔體角落，減少殘留空洞。
八、Liner緩衝層：給玻璃和金屬之間加一道"軟墊"
如果說空氣隙是第一道防線，那liner就是第二道。專利提出可以在TGV側壁加入一層或多層liner 422，作為玻璃基板和導電填充材料之間的緩衝層。
Liner可以選的材料相當廣：
- 聚合物類：聚酰亞胺PI、聚對二甲苯（parylene N/C/D或無鹵素聚對二甲苯）、聚酯PET、聚氨酯PU、聚碳酸酯PC、聚氯乙烯PVC、聚苯並惡唑PBO
- 無機非金屬類：碳摻雜氧化矽CDO、低模量SiOx、碳氧化矽SiOC或其他低k介電材料
Liner的典型厚度為約200 nm至10 μm，或200 nm至5 μm，或500 nm至1 μm。
從力學角度看，liner的價值在於低模量。專利提到，理想的liner楊氏模量低於約30 GPa，例如低於約10 GPa，或在約1 GPa至30 GPa、1 GPa至20 GPa、1 GPa至15 GPa之間。模量越低，吸收和緩衝金屬熱膨脹應力的能力越強。
更巧妙的是，liner還能做成復合結構：靠近玻璃的一側用較高模量材料（如氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、氧化鋁、氧化鉿等），負責保護玻璃、平滑孔壁；靠近金屬的一側用較低模量聚合物（如聚對二甲苯），負責吸收壓縮應力。這樣一來，高模量層抗拉伸、低模量層抗壓縮，各司其職。
FIG. 10B展示了liner 422覆蓋TGV側壁和腔體側壁的狀態。專利特別強調，liner可以與玻璃側壁直接接觸，也可以覆蓋第一面、第二面，甚至同時覆蓋兩面和開孔側壁，形成連續的保護膜。
九、三種路線的橫向對比
十、專利真正的創新性
“薄膜材料”認為這件專利的創新不是單一技術點，而是由五個相互咬合的設計共同構成的一個系統方案。
第一，它重新定義了TGV金屬化的應力控制方式
傳統思路是"讓金屬牢牢貼在玻璃上"，這件專利反其道而行之——通過自下而上電鍍、無側壁種子層和空氣隙，有意讓金屬和玻璃之間留出緩衝空間。這讓TGV不再是一個剛性鎖死的金屬-玻璃復合結構，而是一個允許金屬熱膨脹、降低玻璃側壁載荷的柔性結構。
第二，它把"無側壁種子層"轉化為可識別的結構特徵
專利明確提出，TGV側壁、玻璃基板表面可以不設種子層。於是空氣隙、直接金屬接觸、缺失的種子層，就成了判斷該工藝的重要線索。對失效分析和逆向工程來說，這是一個非常實用的判斷依據。
第三，它給出了多種可量產的工藝路線
從減法蝕刻到mSAP再到流動腔體填充，覆蓋了不同成本、密度和結構的需求。尤其是mSAP路線，把先進封裝裡成熟的精細圖形化能力搬進了玻璃基板TGV製造；流動腔體填充則專門解決玻璃基板中大腔體與TGV共存時的工藝干擾問題。
第四，它把liner從"絕緣層"升級為"應力管理層"
很多TGV方案也會用liner，但本專利對liner的模量、CTE、厚度、材料體系和復合結構做了系統限定。低模量聚合物liner的意義不只是絕緣，更是緩衝銅的熱膨脹、降低玻璃-金屬介面的剪下應力。
第五，它提供了可檢測的微觀結構"指紋"
專利詳細列出了多種可通過SEM/TEM觀察到的特徵：空氣隙、錐形接觸墊、凹形側壁、footer undercut、單面種子層、直接接觸介面、低填料流動材料等。這說明它不只是停留在概念層面，而是充分考慮了量產、失效分析和智慧財產權取證的實際需求。
十一、空氣隙會不會影響可靠性
這是很多人看到方案後的第一反應——有空氣隙，會不會反而更危險？專利的判斷是：空氣隙在合適尺寸和位置下，利大於弊。
- 尺寸足夠小：不會顯著破壞TGV的電流承載能力
- 位置合適：又能給銅的熱膨脹留出空間，減少玻璃側壁承受的壓應力或剪應力
- 專利給出範圍：寬度約20 nm至200 nm，或40 nm至140 nm，正好處於"能緩衝應力、又不至於造成大空洞失效"的區間
當然，空氣隙也不是越多越好。如果金屬填充體在孔內發生斷裂、鬆動或形成大空洞，那就會損害電氣性能和機械可靠性。所以專利強調的是受控的空氣隙——它是自下而上電鍍過程中因無側壁種子層自然形成的副產物，而非無序缺陷。
十二、對先進封裝產業意味著什麼
玻璃基板被視為突破有機基板面積和翹曲限制的重要方向，尤其在AI晶片、HBM、Chiplet、伺服器CPU/GPU、射頻模組和光電整合中潛力巨大。但這項技術能不能真正放量，關鍵就看TGV能不能做到低成本、高可靠性、低應力和高一致性。
英特爾這件專利恰好踩在這個關鍵節點上。它沒有給出一個泛泛的"玻璃通孔怎麼做"的答案，而是圍繞應力釋放、工藝簡化、結構識別和可靠性提升四個維度，拿出了一套完整方案。對行業來說，它的價值在於把TGV從"能打孔、能填銅"推進到了"能控制應力、能相容量產、能通過微觀結構識別工藝來源"的新階段。
參考文獻
Intel Corporation. Bottom-Up Plating of Through-Glass Vias. US 2026/0173908 A1. Published June 18, 2026. (薄膜材料)