先進封裝技術之爭 | 臺積電領跑玻璃通孔金屬化電鍍技術的創(chuàng)新應用

10多年前，只有一兩家探險者在玻璃鉆孔上一往情深，直到2020年市場才開始出現(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，具有出色的信號傳輸性能，更穩(wěn)定的良率和更具競爭力的成本。因此，玻璃作為 2.5D/3D先進封裝一直受到廣泛關注。近期隨著臺積電從按兵不動到大手一揮，玻璃基板的熱度快速導向臺灣，臺廠即刻組成扇出面板級封裝供應鏈，這包含頂級半導體設備、視覺檢測設備供應商、半導體材料和關鍵零部件制造商。

如今，玻璃基板技術日趨活躍的技術交流合作，不僅推動了關鍵材料的變化、演進，還給設備升級帶來巨大的商機，這將是國內(nèi)業(yè)者可以與國際同業(yè)比拼的亮點。業(yè)內(nèi)一致認為，2026年左右玻璃基板技術進入到產(chǎn)業(yè)化迅猛期，因此玻璃基板設備及材料大有可為，電鍍/鍍銅、金屬化設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），是先進封裝中重要的金屬化技術之一。電鍍一個關鍵部分是利用電流將所需材料沉積到基材表面，但玻璃基板是非導電材料，必須使其表面導電，這就需要先鍍一層電鍍銅。

當然，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電材料更加復雜。

國內(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，對玻璃基板從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化越發(fā)需要電鍍技術來改變玻璃易碎的人生：

提升導電率(填銅漿的電阻率約為1.6-1.9Ω·m/sq）

增強結(jié)合力(Jedec 標準>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，實現(xiàn)金屬和玻璃基板之間的高強粘附，連續(xù)的統(tǒng)一RDL ，高導電信號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)就是個好的見證。Evatec的面板級CLN600就是針對FOPLP和ICS的PVD設備，具備在玻璃基板上除氣、蝕刻和沉積功能。附著力>10 N/cm，每小時的運行速率為24個面板，從515X510mm到600mm x 600mm。

佛智芯針對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，化學粗話、表面改性、建設Ti/Cu、鍍銅加厚，密度大尺寸基板結(jié)合強度要求應該更高，需要可靠性和標準支持。在標準板幅510x515mm上玻璃金屬處理化處理后抗彎強度穩(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)合強度可達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 進行 Cu電沉積可實現(xiàn)高深寬比的鍍通孔 (PTH) 結(jié)構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修改鍍銅的微觀結(jié)構，從而顯著提高 Cu 互連的機械特性（延展性），極大地促進了先進電子封裝應用的細線技術的發(fā)展。

臺灣工研院早在7、8年前就開始投入玻璃基板所需的TGV技術，并在2年前首度對外發(fā)表高深寬比玻璃基板電鍍填孔及檢測技術，透過玻璃基板通孔連通上下層金屬導線，傳輸電力與訊號，使晶片效能最佳化。全濕式制程的AR可達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，獨家研發(fā)出特調(diào)藥水（一種添加劑，一層100至200nm的復合式氧化物導電薄膜），填孔前可讓電鍍在玻璃通孔上面的金屬與玻璃之間完美地結(jié)合，可有效增加電極密度、改善晶片堆疊。

Hi semico 用于 PLP TGV ?ECD面板式電鍍設備均采用新型的垂直電鍍法（Vertical Electroplating）與傳統(tǒng)的水平電鍍技術不同，利用立式電鍍槽的結(jié)構，通過氣泡上升和液體向下流動產(chǎn)生的渦流使得金屬離子均勻分布到整個表面，從而實現(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 玻璃基板電鍍的測試設備可開始提供多方位客戶產(chǎn)品打樣服務。

安美特MKS-Atotech為先進表面處理、化學鍍和電鍍以及最終表面處理開發(fā)領先的工藝和制造技術。針對玻璃面板面板和晶圓尺寸上附著力的難點，該公司開發(fā)出VitroCoat GI ? ，是一種超薄金屬氧化物粘附促進劑，可通過濕化學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劑在玻璃上進行鍍膜，可直接在玻璃上形成更細致的l/sCu痕量，表面分布均勻的鍍銅膜對玻璃具有優(yōu)異的附著力，Cu與玻璃之間的結(jié)合強度達到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，實現(xiàn)了直接在玻璃基板上形成的銅膜的 10N/cm 附著強度。

OKUNO是日本金屬加工的領先企業(yè)。開發(fā)出對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 移動通信高速通信系統(tǒng)的新工藝。

天承科技公司專注于化學沉積、電鍍和銅面處理等技術領域，公司前期已有相關玻璃基板通孔填孔的研發(fā)和技術儲備，已成功開發(fā)出用于TGV的SkyFabTHF系列產(chǎn)品，現(xiàn)正把握時機進行下游拓展。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，共同推動行業(yè)進步。

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，適用于多種玻璃基板，利用金屬氟化物錯化物溶液 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制造領域蝕刻、水平沉銅、脈沖/填孔電鍍、化學鎳金的經(jīng)驗，切換到玻璃基板表面處理賽道。三孚新科實現(xiàn)了高縱橫比脈沖鍍銅工藝技術，已經(jīng)儲備玻璃基板電鍍相關技術及專用化學品產(chǎn)品，與國內(nèi)封裝廠合作，首次在玻璃基板表面處理領域?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)應用。特別是脈沖、填孔電鍍工藝及半導體電鍍設備兩個層面，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封裝的Ultra ECP ap-p面板級電鍍設備。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?？杉庸こ叽绺哌_515x510毫米的面板，同時具有600x600毫米版本可供選擇。

KOTO濕鍍工藝可用于晶圓和面板。該工藝不需要對玻璃表面進行蝕刻，因此可以保持玻璃的光滑度并形成精細的圖案。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現(xiàn)的高深寬比的TGV內(nèi)部，也可以形成堅固的導電膜。

Nanosystems JP Inc.提供玻璃通孔(TGV)銅填充和金屬化服務，利用先進的電鍍技術實現(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。這一關鍵步驟確保了后續(xù)銅(Cu)電鍍的堅實基礎，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。“通孔填充鍍層”工藝，其中銅被填充到通孔中，實現(xiàn)了鍍層銅與玻璃結(jié)合牢固（粘合強度8 牛頓/厘米），未與基板分離。

為解決玻璃基板量產(chǎn)中關鍵TGV制程的填孔難題，鑫巨半導體推出了面向大尺寸玻璃基板量產(chǎn)的ECD設備，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、超薄的RDL圖形線路量產(chǎn)制造能力。配用國產(chǎn)藥水實現(xiàn)了在515*510mm面積的玻璃板上實現(xiàn)高一致性、高良率和高效率的電化學金屬沉積。

大日本印刷株式會社 (DNP) 開發(fā)了一款面向下一代半導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增強了玻璃和金屬之間的粘合性，實現(xiàn)L /S 2/2的細間距和以及＞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，還正在推進新開發(fā)的Conformal Type玻璃基板的可擴展性，以支持510×515mm的面板尺寸?。

為了避免此一耗時的處理流程，Manz 開發(fā)出水平閃鍍設備。結(jié)合水平除膠渣與化學銅(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 制程設備高密度的玻璃通孔及內(nèi)接導線金屬化工藝，并確保電鍍后的基板表面均勻性最高可達 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。

公司的競爭優(yōu)勢還在于形成小于10微米（?）的微電路和絕緣層的沉積技術。負責大客戶Absolix在玻璃上鉆孔以進行信號傳輸?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施或涂層，在 PVD 中，對雙面玻璃金屬化的附著力達到了10N/cm以上。

佐治亞理工學院為開發(fā)面板級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 鍵可增強粘附性。在玻璃基板量測執(zhí)行雙面電鍍制造八金屬層 (8ML) 載體,對于 ABF電介質(zhì)與玻璃粘附強度從 9 N/cm 增加到 12 N/cm以上，并率先RDL 細微間距推進至1μm，以應對超過100x100mm的封裝基板。毫無疑問，佐治亞理工學院的玻璃基板技術用于芯片市場的高端領域人工智能和服務器半導體，其產(chǎn)業(yè)化公司AB已經(jīng)做好了量產(chǎn)準備。

到2030年，AI模型將擁有比當今最先進的算法（如OpenAI的GPT-4）高出10,000倍的計算能力。這考慮到預計的行業(yè)產(chǎn)能增長，業(yè)界認為2030年可能會有2000萬到4億個AI芯片用于AI訓練。

到2030年，英偉達依舊GPU領域的佼佼者。臺積電（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，臺積電不得不面臨封裝技術的革新，甚至包括顛覆自家的2.5D技術。

如今，臺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。臺積電十幾年前研發(fā)玻璃上中介層封裝結(jié)構，潛心研究玻璃沉銅金屬化附著力促進劑、表面均勻性和微孔離子蝕刻以及玻璃基板上具有精細特征和超多層金屬布線。這些技術專利并沒有正式宣布，而臺積電一旦完成產(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標準。臺積電玻璃技術直接瞄準下一代AI和硅光子的量產(chǎn)。

鑒于臺積電在開發(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，臺廠已組建玻璃基板技術聯(lián)盟，將所有玻璃基板設備廠商聚集在一起，在臺積電這位大哥的帶領下，搶占2025-2026年的市場化窗口期。

隨著AI熱潮進入下一階段，玻璃基板在未來扮演重要角色已成定局。