Evatec，TGV 金属化工艺！

发布时间：2026-06-06来源：半导体盒

来源：Evatec、Fraunhofer IZM。

上一期分享了 EVG 的 IR LayerRelease™ 技术，可以依托硅基底实现纳米级精度薄膜层转移，在先进封装制程中可摒弃玻璃基板，实现超薄薄膜三维堆叠工艺。本期分享由 Fraunhofer IZM 的 Kevin Kroehnert、Markus Woehrmann 撰文，内容对比成熟的硅通孔（TSV）技术，介绍玻璃通孔（TGV）技术优势，以及优化其制程需要考量的关键要素，特别是 Evatec 的 TGV 金属化工艺。

引言

在半导体行业中，硅通孔（TSV）技术已成熟应用于 2.5D 及 3D 封装，但硅材料自身物性限制了其在部分场景的落地。目前 TSV 仅量产应用于高端产品，例如高端图形处理器（GPU）、现场可编程门阵列（FPGA）配套的硅中介层。相较硅基中介层，玻璃中介层 + 玻璃通孔（TGV）正逐步成为 3D 封装的优选替代方案，核心源于玻璃材料优异的综合性能，能够解决下一代封装设计中的多项固有短板。

玻璃在宽波段范围内具备高透光性、优良绝缘特性与耐化学腐蚀性能；介电常数、损耗因子数值低，十分适配射频（RF）场景使用。通过调整玻璃组分可定制材料性能，市面已有大量商用玻璃基材可选。

玻璃热膨胀系数可与硅匹配，便于在玻璃中介层表面或内部集成有源器件。借助 TGV 垂直互连结构，既能实现器件气密性封装，又可完成内部电路的电气引出，实现封装内外信号互通。除此之外，对比硅基 TSV 制程，玻璃基材制备 TGV 在生产成本上同样具备优势。

TGV 成型工艺

TGV 拥有多种成型制备工艺。玻璃厂商早已将预制通孔、金属化完成的 TGV 产品纳入产品线，如今 TGV 开孔可选工艺进一步丰富，主流技术包含：LIDE® 激光深度刻蚀、激光烧蚀、喷砂加工、紫外曝光、AGC 电火花加工、超声钻孔、Hermes 模塑成型。（注：本文所述样品金属化 TGV 通孔主要由 LPKF 依托 LIDE® 激光深度刻蚀工艺制备。）

近六年间，玻璃原材料与设备供应商持续优化通孔加工工艺，大幅提升 TGV 深宽比指标，实现规模化量产可行性。LPKF 等企业已开通玻璃基板代工业务，完善玻璃中介层产业链配套。多样化的通孔成型工艺，叠加不同应用场景对通孔孔径、深宽比的差异化需求，给后续配套制程带来新挑战。

弗劳恩霍夫 IZM 联合合作单位开发两套工艺路线：厚度 300μm 以下超薄玻璃基板采用临时载片工艺；厚规格基板采用高性价比无载片工艺。整套工艺依托原有硅通孔（TSV）、重布线层（RDL）晶圆产线搭建，便于后续无缝落地量产。IZM 已完成规格跨度极大的玻璃通孔金属化验证：玻璃中介层厚度 40μm~470μm，通孔直径 10μm~1mm。图 1 汇总了多款经 IZM 金属化处理的 TGV 样品。

图 1：通孔形貌（顺时针排布）：LIDE 工艺制备，孔深 40μm、孔径 30μm；孔深 100μm、孔径 20μm；孔深 300μm、孔径 50μm；孔深 470μm、孔径 80μm。

TGV 金属化工艺

玻璃中介层金属化依托 Evatec CLUSTERLINE® 200 全自动设备完成。该单片式量产设备适配 150mm/200mm 晶圆，设备配置含 2 组可装载 25 片晶圆（6 英寸 / 8 英寸）的真空锁仓、双臂机械手传输模组、晶圆预对位台；针对 TSV/TGV 工艺额外搭载 ICP 溅射预处理腔体，以及两套大功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）腔体，分别用于钛阻挡层、铜种子层镀膜，整机集成除气与冷却单元（图 2）。

图 2：Evatec CLUSTERLINE® 200 II 设备整机示意图。

CLUSTERLINE® 200 搭配 HIPIMS 模块可实现高深宽比 TGV 与异形结构的金属化加工，可处理带通孔 / 盲孔的各类玻璃晶圆（盲孔结构沿用 TSV 中介层设计），适配不同开孔工艺带来的异形通孔。玻璃晶圆物性和硅差异显著，原硅中介层溅射工艺需针对性改良，关键区别如表 1 所示。玻璃通孔内需沉积附着力良好、厚度充足的阻挡层与种子层，保障后续电镀作业。

表 1 TSV 与 TGV 基材关键物性差异

玻璃材料特性	说明
导热系数	低于硅，热量向冷却吸盘传导效率更低
通孔形貌	开孔工艺决定孔型，与 BOSCH 干法刻蚀制备的硅通孔形貌不一致
通孔尺寸	基板越厚、孔径越大，通孔内壁待镀膜面积显著增加

两套专用 HIPIMS 物理气相沉积（PVD）腔体分工作业：一腔镀钛粘接层，一腔镀铜种子层。HIPIMS 为脉冲直流溅射工艺，采用窄占空比、高峰值数百安培脉冲电源，可生成高密度等离子体；在晶圆基板施加射频偏压后，电离金属粒子以窄角度定向轰击基材，在通孔内壁与晶圆表面形成连续致密薄膜（图 3）。

图 3：Evatec HIPIMS 工艺原理示意图。

受玻璃低导热系数制约，溅射产热无法快速经冷却吸盘导出，因此需要延长镀膜工序间隔冷却时间，拉长整体制程时长；针对多变的孔径与孔型，还需提升镀膜用料。对于全贯通型 TGV，可采用晶圆双面溅射方案优化镀层均匀性。

溅射完成后开展电镀，根据产品用途与通孔结构，可实现三种铜填充形态：通孔内壁衬层电镀、气密密封电镀、通孔全铜填实。图 4 展示两种 TGV 样品：上样 470μm 厚中介层、80μm 孔径通孔，仅内壁镀铜衬层；下同规格通孔，顶面额外制备铜堵头，满足气密封装需求。

电镀后晶圆表面会形成大面积多余厚铜（溢铜层 overburden），依次通过湿法刻蚀 + 化学机械研磨（CMP）去除，最终在晶圆正反两面露出通孔边缘铜环。图 5 为 CMP 后成品：通孔边缘裸露一圈铜环，便于后续与重布线层互连；上侧孔径 80μm，下侧孔径 300μm。TGV 端面露出后，可根据产品需求从晶圆正反面继续加工。

TGV 电气性能与可靠性测试包含多类表征方案：采用菊花链*结构做可靠性循环测试（Daisy Chain Test）、开尔文（Kelvin）结构做直流参数测试、专用结构完成射频 RF 性能测试（图 6）。菊花链可靠性与封装成品测试数据表明：经过超 1000 次 - 55℃~+125℃温循试验，TGV 电气性能无劣变。

图 6：玻璃中介层上用于电性表征与可靠性验证的开尔文、菊花链测试结构。

*菊花链测试是先进封装（TGV/TSV/2.5D 中介层）最主流的互连可靠性验证手段：把成百上千个TGV 通孔、电镀铜柱、焊盘、RDL 重布线首尾串联，做成一条连续闭合的串联导电回路，外形像菊花花瓣依次串联，因此得名。

应用案例：GLARA 项目

德国联邦教育与研究部（BMBF）资助的 GLARA 项目是 TGV 典型落地项目。项目目标：为 Endress and Hauser 旗下 160GHz 雷达专用集成电路（ASIC）研发气密玻璃封装，用于料位测距传感器。

该 ASIC 原方案依靠引线键合安装于微波印制电路板（PCB）；采用玻璃气密封装后，省去键合引线、缩短互连线路，降低寄生损耗与封装成本，同时实现芯片密闭防护。

封装由上下两片玻璃中介层构成，依托玻璃优异射频性能替代硅基方案：下层基板厚 470μm，内部开槽容纳 ASIC 芯片，底面植球用于 PCB 贴片；上层基板厚 100μm，搭载芯片并连通天线与焊盘。全流程在 200mm 规格 B33 玻璃晶圆上完成晶圆级封装；下层中介层 LIDE 工艺制备 TGV 孔径 80μm，上层中介层 TGV 孔径 20μm。

项目合作方：Endress & Hauser、Pactech Gmbh、LPKF AG、乌尔姆大学（University Ulm）、Sentronics Metrology GmbH、MSG Lithoglas GmbH。