玻璃基板的出現(xiàn)滿足了業(yè)界對人工智能等高性能應(yīng)用的巨大需求及其嚴(yán)格的要求，包括進(jìn)一步減小玻璃通孔 (TGV) 的尺寸和間距。到目前為止，有機(jī)基板采用鍍通孔 (PTH) 型通孔，但這些通孔無法滿足這些具有挑戰(zhàn)性的要求。
隨著玻璃芯基板取代有機(jī)基板的出現(xiàn)，迄今為止需要基本印刷電路板 (PCB) 技術(shù)的各種工藝都進(jìn)入了新的階段，復(fù)雜性顯著提高。本篇討論了基板中互連的形成，無論這些互連是有機(jī)基板的 PTH 還是玻璃基板中的 TGV。
先前的 PTH 技術(shù)需要在覆銅板 (CCL) 基板上進(jìn)行機(jī)械鉆孔。這些孔的直徑通常約為 0.2mm至 1mm。鉆孔后，使用已有數(shù)十年歷史的化學(xué)鍍銅工藝對孔進(jìn)行電鍍。為了滿足 AI 等先進(jìn)封裝的要求，PTH 將被 TGV 技術(shù)取代，該技術(shù)能夠提供小于 0.1mm的通孔和更細(xì)的間距。
對于玻璃芯基板加工，創(chuàng)建 TGV 的最流行方法是使用激光，結(jié)合濕蝕刻工藝。目前，這些通孔通常是沙漏形；然而，一些制造商正在嘗試圓柱形和 V 形。一旦制造出 TGV，它們將用銅填充，以提供玻璃面板基板正面和背面之間的電氣連接。
圖1：帶有玻璃通孔的玻璃基板的橫截面圖
但在所有創(chuàng)新中，仍存在一些工藝挑戰(zhàn)，包括裂縫、劃痕、通孔缺陷等。我們從最具挑戰(zhàn)的問題開始討論。
通孔臨界尺寸 (CD) 控制：頂部、底部和腰部之間的 CD 關(guān)系控制側(cè)壁角度，這在銅種子物理氣相沉積 (PVD) 工藝中非常重要。由于 TGV 底部的凹角，面板必須在 PVD 腔內(nèi)翻轉(zhuǎn)，以確保完全覆蓋種子金屬。這些 CD 可以通過高速自動(dòng)光學(xué)檢測系統(tǒng) (AOI) 確定，該系統(tǒng)能夠在不到五分鐘的時(shí)間內(nèi)收集數(shù)百萬個(gè)通孔的尺寸。值得注意的是，一些制造商正在使用粘合化學(xué)來繼續(xù)化學(xué)鍍銅種子沉積技術(shù)。這也會(huì)影響 CD 變化。
缺失或有缺陷的通孔：必須保證 100% 的 TGV 是開放的且無缺陷。通過將 AOI 的 TGV 位置與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 布局進(jìn)行比較，可以在數(shù)百萬個(gè)通孔中找到一個(gè)缺失的通孔，這就像大海撈針。
鍍銅填充、空洞、凹痕和凸起：使用 PTH 時(shí)，只需要在鉆孔的孔壁周圍進(jìn)行鍍層。然而，就 TGV 而言，行業(yè)目前正朝著兩條不同的方向發(fā)展。雖然許多制造商選擇用銅完全填充 TGV，但其他制造商只用金屬鍍層側(cè)壁，然后用介電材料填充 TGV 的其余部分，類似于有機(jī)基板中的 PTH。聲學(xué)技術(shù)能夠檢測填充物中的空洞，而干涉?zhèn)鞲衅骺梢栽趯︺~填充覆蓋層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平面化 (CMP) 后確定凹痕和凸起的地形性質(zhì)。
裂紋和劃痕：進(jìn)來的材料可能會(huì)出現(xiàn)裂紋和劃痕，尤其是在面板邊緣。在 TGV 中填充銅后，熱循環(huán)也會(huì)在玻璃芯內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。這會(huì)導(dǎo)致可靠性問題。此外，這些應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致裂紋在工藝的最后步驟中毫無征兆地?cái)U(kuò)散，從而對產(chǎn)量和最終產(chǎn)品性能產(chǎn)生負(fù)面影響。這尤其成問題，因?yàn)槊姘搴穸阮A(yù)計(jì)將減少到 200μm。
為了深入了解之前強(qiáng)調(diào)的故障機(jī)制，在 TGV 制造工藝的研發(fā)階段，高速、100% 的檢查至關(guān)重要。然后，使用試驗(yàn)線玻璃基板的統(tǒng)計(jì)監(jiān)控，可以使用帶有 AI 和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的先進(jìn)自動(dòng)缺陷和分類 (ADC) 軟件在工藝流程的早期識別致命故障機(jī)制并幫助防止裂紋擴(kuò)展。這最大限度地降低了在最后工藝步驟中報(bào)廢面板的昂貴風(fēng)險(xiǎn)。除了 TGV 缺陷檢查外，還需要 TGV 計(jì)量來保持放置精度、圓度和 CD 控制。需要監(jiān)控和控制所有關(guān)鍵參數(shù)以防止產(chǎn)量損失。
從缺陷預(yù)防的角度來看，自動(dòng)化機(jī)器人基板處理、進(jìn)來的玻璃面板質(zhì)量控制和玻璃熱膨脹系數(shù) (CTE) 與其余封裝組件的匹配，也在使玻璃芯基板更接近 HVM 準(zhǔn)備方面發(fā)揮著重要作用。
將玻璃芯基板的線寬/間距 (l/s) 控制在 1.5μm 以下一直是許多工藝工程師的工作；您甚至可以稱其為先進(jìn)封裝領(lǐng)域的珠穆朗瑪峰挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在的問題是，玻璃芯基板工程師需要多長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)高良率的 HVM TGV 工藝？
目前，許多人仍對是否有必要使用玻璃基板而非傳統(tǒng)有機(jī)基板持觀望態(tài)度。事實(shí)上，許多晶圓廠仍在推廣有機(jī)基板，因?yàn)樗麄兿嘈庞袡C(jī)基板可以擴(kuò)展到 1.5μm l/s。無論如何，對于本文中討論的所有挑戰(zhàn)，工藝控制 解決方案都是不可避免的。
在此之前，有機(jī)基板和玻璃基板將繼續(xù)共存，各自達(dá)到新的技術(shù)高峰。最終，封裝架構(gòu)和/或制造成本將決定哪種技術(shù)首先達(dá)到這一新高峰。
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原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：將玻璃通孔 (TGV) 引入大批量生產(chǎn)
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