先進(jìn)封裝技術(shù)之爭(zhēng) | 臺(tái)積電領(lǐng)跑玻璃通孔金屬化電鍍技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

10多年前，只有一兩家探險(xiǎn)者在玻璃鉆孔上一往情深，直到2020年市場(chǎng)才開始出現(xiàn)討論的聲浪，2023英特爾發(fā)浪，2024大家都浪，2025/2026浪成歡樂的海洋。

玻璃具有出色的表面平滑度和電絕緣性，具有出色的信號(hào)傳輸性能，更穩(wěn)定的良率和更具競(jìng)爭(zhēng)力的成本。因此，玻璃作為 2.5D/3D先進(jìn)封裝一直受到廣泛關(guān)注。近期隨著臺(tái)積電從按兵不動(dòng)到大手一揮，玻璃基板的熱度快速導(dǎo)向臺(tái)灣，臺(tái)廠即刻組成扇出面板級(jí)封裝供應(yīng)鏈，這包含頂級(jí)半導(dǎo)體設(shè)備、視覺檢測(cè)設(shè)備供應(yīng)商、半導(dǎo)體材料和關(guān)鍵零部件制造商。

如今，玻璃基板技術(shù)日趨活躍的技術(shù)交流合作，不僅推動(dòng)了關(guān)鍵材料的變化、演進(jìn)，還給設(shè)備升級(jí)帶來巨大的商機(jī)，這將是國(guó)內(nèi)業(yè)者可以與國(guó)際同業(yè)比拼的亮點(diǎn)。業(yè)內(nèi)一致認(rèn)為，2026年左右玻璃基板技術(shù)進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化迅猛期，因此玻璃基板設(shè)備及材料大有可為，電鍍/鍍銅、金屬化設(shè)備及配套藥水的老板們等來了好生意，呲牙。

鍍銅金屬化

電鍍（Electroplating），也稱為電沉積（Electrodeposition），是先進(jìn)封裝中重要的金屬化技術(shù)之一。電鍍一個(gè)關(guān)鍵部分是利用電流將所需材料沉積到基材表面，但玻璃基板是非導(dǎo)電材料，必須使其表面導(dǎo)電，這就需要先鍍一層電鍍銅。

當(dāng)然，還需要更好的粘合劑，由于玻璃表面平滑，與常用金屬（如 Cu）的黏附性較差，容易造成玻璃襯底與金屬層卷曲甚至脫落等現(xiàn)象。結(jié)合力差加上易碎性玻璃，使得電鍍工藝可能比其他非導(dǎo)電材料更加復(fù)雜。

國(guó)內(nèi)客戶無論選≤12”玻璃晶圓，還是515*510mm以上的大板，無論是300~600um的玻璃厚度，還是≤1:10?孔徑比，對(duì)玻璃基板從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化越發(fā)需要電鍍技術(shù)來改變玻璃易碎的人生：

提升導(dǎo)電率(填銅漿的電阻率約為1.6-1.9Ω·m/sq）

增強(qiáng)結(jié)合力(Jedec 標(biāo)準(zhǔn)>5N/cm）

增加耐磨性

提升均勻性(商業(yè)上理想的通孔/過孔金屬化均勻性必須大于80%TP值)

提高熱性能

在過去的幾年中，Evatec通過填充和RDL沉積，實(shí)現(xiàn)金屬和玻璃基板之間的高強(qiáng)粘附，連續(xù)的統(tǒng)一RDL ，高導(dǎo)電信號(hào)路徑從頂層通過底層和兼容性從一層到下一層。為Samtec開發(fā)就是個(gè)好的見證。Evatec的面板級(jí)CLN600就是針對(duì)FOPLP和ICS的PVD設(shè)備，具備在玻璃基板上除氣、蝕刻和沉積功能。附著力>10 N/cm，每小時(shí)的運(yùn)行速率為24個(gè)面板，從515X510mm到600mm x 600mm。

佛智芯針對(duì)不同玻璃及客戶要求，已開發(fā)多套表面處理及其金屬化適配方案。通過減法工藝，化學(xué)粗話、表面改性、建設(shè)Ti/Cu、鍍銅加厚，密度大尺寸基板結(jié)合強(qiáng)度要求應(yīng)該更高，需要可靠性和標(biāo)準(zhǔn)支持。在標(biāo)準(zhǔn)板幅510x515mm上玻璃金屬處理化處理后抗彎強(qiáng)度穩(wěn)定，0~110GHz頻段內(nèi)，相較于光玻璃插值損耗不變，適配高深徑比玻璃通孔。電鍍金屬化方案/銅漿塞孔工藝深徑比＜20 :1，金屬化結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)8.26N/cm以上。

群創(chuàng)光電利用脈沖反向電沉積工藝，通過在厚度為 500 μm 的玻璃基板和 TGV 進(jìn)行 Cu電沉積可實(shí)現(xiàn)高深寬比的鍍通孔 (PTH) 結(jié)構(gòu)和接近理想的鍍銅均勻性。利用多步電鍍工藝可以有效提高TGV中鍍銅電沉積的均勻性(TP>80%)并將t總值降低至約50 %? 。Cu均勻性的改善得益于多步電鍍工藝使通孔結(jié)構(gòu)中的電流和 Cu 離子分布均勻。此外，多步電鍍工藝還可以適當(dāng)修改鍍銅的微觀結(jié)構(gòu)，從而顯著提高 Cu 互連的機(jī)械特性（延展性），極大地促進(jìn)了先進(jìn)電子封裝應(yīng)用的細(xì)線技術(shù)的發(fā)展。

臺(tái)灣工研院早在7、8年前就開始投入玻璃基板所需的TGV技術(shù)，并在2年前首度對(duì)外發(fā)表高深寬比玻璃基板電鍍填孔及檢測(cè)技術(shù)，透過玻璃基板通孔連通上下層金屬導(dǎo)線，傳輸電力與訊號(hào)，使晶片效能最佳化。全濕式制程的AR可達(dá)20至35。該方法首先是開發(fā)全新填孔電鍍製程，以玻璃通孔基板為中介層，再將銅電鍍上基板填充孔洞，讓電路上下連通。為增加金屬與玻璃的接合度，獨(dú)家研發(fā)出特調(diào)藥水（一種添加劑，一層100至200nm的復(fù)合式氧化物導(dǎo)電薄膜），填孔前可讓電鍍?cè)诓Ａ咨厦娴慕饘倥c玻璃之間完美地結(jié)合，可有效增加電極密度、改善晶片堆疊。

Hi semico 用于 PLP TGV ?ECD面板式電鍍?cè)O(shè)備均采用新型的垂直電鍍法（Vertical Electroplating）與傳統(tǒng)的水平電鍍技術(shù)不同，利用立式電鍍槽的結(jié)構(gòu)，通過氣泡上升和液體向下流動(dòng)產(chǎn)生的渦流使得金屬離子均勻分布到整個(gè)表面，從而實(shí)現(xiàn)了高精度的電鍍。相比水平電鍍，良率可以上升4%。目前海世高與藥品廠商的研發(fā)正在進(jìn)行中，力將滿鍍后面銅厚度控制在5~10um，515X510mm 玻璃基板電鍍的測(cè)試設(shè)備可開始提供多方位客戶產(chǎn)品打樣服務(wù)。

安美特MKS-Atotech為先進(jìn)表面處理、化學(xué)鍍和電鍍以及最終表面處理開發(fā)領(lǐng)先的工藝和制造技術(shù)。針對(duì)玻璃面板面板和晶圓尺寸上附著力的難點(diǎn)，該公司開發(fā)出VitroCoat GI ? ，是一種超薄金屬氧化物粘附促進(jìn)劑，可通過濕化學(xué)方法在玻璃上形成金屬沉積。其利用超薄金屬氧化物粘附促進(jìn)劑在玻璃上進(jìn)行鍍膜，可直接在玻璃上形成更細(xì)致的l/sCu痕量，表面分布均勻的鍍銅膜對(duì)玻璃具有優(yōu)異的附著力，Cu與玻璃之間的結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到7 N/cm?以上。

J-GLABAL利用低真空濺射的深鍍能力，與濺射相結(jié)合的濕鍍工藝在 TGV 基板的通孔內(nèi)形成銅膜。通過選擇合適的鍍銅溶液并優(yōu)化鍍銅條件和鍍膜特性、退火條件和氧化膜形成方法，實(shí)現(xiàn)了直接在玻璃基板上形成的銅膜的 10N/cm 附著強(qiáng)度。

OKUNO是日本金屬加工的領(lǐng)先企業(yè)。開發(fā)出對(duì)金屬氧化物膜的玻璃基板的高密著性的無電解鍍銅工藝“PLOPX”，通過液相沉積 (LPD) 方法形成金屬氧化物膜層以增加附著力，可以處理高縱橫比的玻璃通孔 (TGV) 基板，其中所有程序都可以通過濕法完成。該方案有望成為 5G 和 6G 移動(dòng)通信高速通信系統(tǒng)的新工藝。

天承科技公司專注于化學(xué)沉積、電鍍和銅面處理等技術(shù)領(lǐng)域，公司前期已有相關(guān)玻璃基板通孔填孔的研發(fā)和技術(shù)儲(chǔ)備，已成功開發(fā)出用于TGV的SkyFabTHF系列產(chǎn)品，現(xiàn)正把握時(shí)機(jī)進(jìn)行下游拓展。公司目前與涉及到玻璃基板的各方展開緊密的接觸，積極為各方提供樣品打樣服務(wù)，共同推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。

日本奧野製藥工業(yè)與Panasonic環(huán)境工程公司合作，開發(fā)出新的電鍍製程PLOPX。新製程屬于濕處理(Wet Process)技術(shù)，適用于多種玻璃基板，利用金屬氟化物錯(cuò)化物溶液 與氟離子捕獲劑透過液相沉積法(Liquid Phase Deposition)，于玻璃基板上形成厚度均勻的金屬氧化物膜，之后依序附著鈀觸媒，并將硫酸銅電鍍后的熱處理溫度提高至300℃以上，大幅提升了剝離強(qiáng)度。本次製造出的錫氧化物膜與銅膜，未產(chǎn)生空洞之類的缺陷，形成了緻密的被膜，除了在各種玻璃基板可發(fā)揮優(yōu)異的電鍍密著性之外，且剝離強(qiáng)度超越濺鍍法等既有手法的制品。

三孚新科借用在PCB制造領(lǐng)域蝕刻、水平沉銅、脈沖/填孔電鍍、化學(xué)鎳金的經(jīng)驗(yàn)，切換到玻璃基板表面處理賽道。三孚新科實(shí)現(xiàn)了高縱橫比脈沖鍍銅工藝技術(shù)，已經(jīng)儲(chǔ)備玻璃基板電鍍相關(guān)技術(shù)及專用化學(xué)品產(chǎn)品，與國(guó)內(nèi)封裝廠合作，首次在玻璃基板表面處理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用。特別是脈沖、填孔電鍍工藝及半導(dǎo)體電鍍?cè)O(shè)備兩個(gè)層面，與目前玻璃基板制備主流工藝高度契合。

盛美上海推出了扇出型面板級(jí)封裝的Ultra ECP ap-p面板級(jí)電鍍?cè)O(shè)備。采用自家的水平式電鍍確保玻璃基板具有良好的均勻性和精度，可用于TGV填充、銅柱、鎳和錫銀（SnAg）電鍍、焊料凸塊以及采用銅、鎳、錫銀和金電鍍層的高密度扇出型（HDFO）產(chǎn)品。可加工尺寸高達(dá)515x510毫米的面板，同時(shí)具有600x600毫米版本可供選擇。

KOTO濕鍍工藝可用于晶圓和面板。該工藝不需要對(duì)玻璃表面進(jìn)行蝕刻，因此可以保持玻璃的光滑度并形成精細(xì)的圖案。正面和背面的圖案通過玻璃通孔（TGV）牢固地連接在一起，同與玻璃的結(jié)合力達(dá)到5N/cm以上。濕式鍍膜工藝可一次性在各種形狀的TGV上形成金屬膜。即使是在干式工藝難以實(shí)現(xiàn)的高深寬比的TGV內(nèi)部，也可以形成堅(jiān)固的導(dǎo)電膜。

Nanosystems JP Inc.提供玻璃通孔(TGV)銅填充和金屬化服務(wù)，利用先進(jìn)的電鍍技術(shù)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的結(jié)果。該工藝從在通孔內(nèi)沉積鈦/銅(Ti/Cu)籽晶層開始。這一關(guān)鍵步驟確保了后續(xù)銅(Cu)電鍍的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，允許保形涂層或完整、無空隙的過孔填充。

NSC 的 TGV 制造工藝能夠在方形面板上制造高深寬比＞15:1的通孔現(xiàn)已量產(chǎn)。其“保形鍍層”工藝中銅被涂覆在通孔表面上?！巴滋畛溴儗印惫に?，其中銅被填充到通孔中，實(shí)現(xiàn)了鍍層銅與玻璃結(jié)合牢固（粘合強(qiáng)度8 牛頓/厘米），未與基板分離。

為解決玻璃基板量產(chǎn)中關(guān)鍵TGV制程的填孔難題，鑫巨半導(dǎo)體推出了面向大尺寸玻璃基板量產(chǎn)的ECD設(shè)備，具備1:15寬深比的高良率TGV填孔能力、2-5微米線寬線距超精細(xì)、超薄的RDL圖形線路量產(chǎn)制造能力。配用國(guó)產(chǎn)藥水實(shí)現(xiàn)了在515*510mm面積的玻璃板上實(shí)現(xiàn)高一致性、高良率和高效率的電化學(xué)金屬沉積。

大日本印刷株式會(huì)社 (DNP) 開發(fā)了一款面向下一代半導(dǎo)體封裝的玻璃芯基板 (GCS)，包含用于電連接配置在雙面玻璃細(xì)金屬布線的TGV。作為一種保形型玻璃基板，其中金屬層粘附在Via的側(cè)壁上。DNP增強(qiáng)了玻璃和金屬之間的粘合性，實(shí)現(xiàn)L /S 2/2的細(xì)間距和以及＞20:1的深徑比。DNP除了現(xiàn)有的將銅填充在玻璃通孔中的Filling Type玻璃基板外，還正在推進(jìn)新開發(fā)的Conformal Type玻璃基板的可擴(kuò)展性，以支持510×515mm的面板尺寸?。

為了避免此一耗時(shí)的處理流程，Manz 開發(fā)出水平閃鍍?cè)O(shè)備。結(jié)合水平除膠渣與化學(xué)銅(PTH) 制程，水平閃鍍制程讓金屬電鍍制程可以在連續(xù)的水平生產(chǎn)線上完成。配備RDL 制程設(shè)備高密度的玻璃通孔及內(nèi)接導(dǎo)線金屬化工藝，并確保電鍍后的基板表面均勻性最高可達(dá) 95%，銅厚度超過 100 μm。這不僅提高了芯片密度，還改善了散熱性。

公司的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)還在于形成小于10微米（?）的微電路和絕緣層的沉積技術(shù)。負(fù)責(zé)大客戶Absolix在玻璃上鉆孔以進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)腡GV工藝以及形成金屬層的“金屬化”工藝，PVD 是 F&S Electronics 可沉積薄膜用于電路板電路實(shí)施或涂層，在 PVD 中，對(duì)雙面玻璃金屬化的附著力達(dá)到了10N/cm以上。

佐治亞理工學(xué)院為開發(fā)面板級(jí)封裝玻璃與金屬之間的粘結(jié)性辛苦了十幾年，通過創(chuàng)新沉積鈦種子層形成大量的 Ti-C 鍵可增強(qiáng)粘附性。在玻璃基板量測(cè)執(zhí)行雙面電鍍制造八金屬層 (8ML) 載體,對(duì)于 ABF電介質(zhì)與玻璃粘附強(qiáng)度從 9 N/cm 增加到 12 N/cm以上，并率先RDL 細(xì)微間距推進(jìn)至1μm，以應(yīng)對(duì)超過100x100mm的封裝基板。毫無疑問，佐治亞理工學(xué)院的玻璃基板技術(shù)用于芯片市場(chǎng)的高端領(lǐng)域人工智能和服務(wù)器半導(dǎo)體，其產(chǎn)業(yè)化公司AB已經(jīng)做好了量產(chǎn)準(zhǔn)備。

到2030年，AI模型將擁有比當(dāng)今最先進(jìn)的算法（如OpenAI的GPT-4）高出10,000倍的計(jì)算能力。這考慮到預(yù)計(jì)的行業(yè)產(chǎn)能增長(zhǎng)，業(yè)界認(rèn)為2030年可能會(huì)有2000萬(wàn)到4億個(gè)AI芯片用于AI訓(xùn)練。

到2030年，英偉達(dá)依舊GPU領(lǐng)域的佼佼者。臺(tái)積電（TSMC）將要生產(chǎn)這些芯片，并將它們與高帶寬內(nèi)存夾在一起。然而，臺(tái)積電不得不面臨封裝技術(shù)的革新，甚至包括顛覆自家的2.5D技術(shù)。

如今，臺(tái)積電重啟玻璃基板的研發(fā)。為滿足大客戶的客制化需求，臺(tái)積電正加足馬力在515x510mm基板尺寸上攻克玻璃中介層金屬化的產(chǎn)業(yè)化難題。臺(tái)積電十幾年前研發(fā)玻璃上中介層封裝結(jié)構(gòu)，潛心研究玻璃沉銅金屬化附著力促進(jìn)劑、表面均勻性和微孔離子蝕刻以及玻璃基板上具有精細(xì)特征和超多層金屬布線。這些技術(shù)專利并沒有正式宣布，而臺(tái)積電一旦完成產(chǎn)品上市，其工藝定將成為玻璃基板的電鍍和其他制程的全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。臺(tái)積電玻璃技術(shù)直接瞄準(zhǔn)下一代AI和硅光子的量產(chǎn)。

鑒于臺(tái)積電在開發(fā)未來FOPLP封裝的玻璃基板的純熟程度，英特爾、三星倍感壓力。如今，臺(tái)廠已組建玻璃基板技術(shù)聯(lián)盟，將所有玻璃基板設(shè)備廠商聚集在一起，在臺(tái)積電這位大哥的帶領(lǐng)下，搶占2025-2026年的市場(chǎng)化窗口期。

隨著AI熱潮進(jìn)入下一階段，玻璃基板在未來扮演重要角色已成定局。