TGV 穿過玻璃通道 圖片
TGV Through Glass Vias 的摘要
玻璃因其固有的特性，日益被認定為先進封裝技術的多用途材料。作為一種優異的絕緣體，玻璃的電氣損耗極小，尤其是在較高頻率下。它的高剛性和可調熱膨脹係數有助於管理玻璃芯基板和粘合堆疊中的翹曲，這對於涉及玻璃通孔 (TGV) 和載體系統的應用非常重要。此外，玻璃還具有成本效益優勢；其成型製程可生產面板格式的元件，厚度可薄至 100 微米。這種能力可使傳統製造技術得到改進，甚至被淘汰。.
隨著業界越來越多採用玻璃，在強化下游製程（包括玻璃處理和通孔/表面金屬化）方面已取得重大進展。一個有趣的發展是利用原本設計用於面板製造的現有工具組和製程，這有助於達到業界所要求的成本效益。在本報告中，我們將討論這些製程和處理技術的最新進展，以支援高效率的製造工作流程。此外，我們將重點介紹最近的示範，這些示範強調了玻璃在先進封裝應用中的電氣、熱和機械可靠性。.
TGV 穿透式玻璃通孔的產品應用
Through Glass Vias (TGV) 技術能夠透過玻璃基板提供可靠的高密度電氣互連，因此在各行各業都有廣泛的應用。以下是 TGV 穿透玻璃通孔技術的一些主要產品應用：
- 消費性電子產品:TGV 廣泛應用於製造智慧型手機、平板電腦及其他可攜式裝置。TGV 有助於縮小這些裝置的尺寸和重量，同時透過在單一晶片上改善多種功能的整合來提升效能。.
- 光電子與光電學:TGV Through Glass Vias 技術對於 LED、雷射二極體和光電偵測器等光電元件的生產至為重要。在光電領域，TGV 可用於製造可容納光學元件的玻璃嵌件，從而實現高效率的光傳輸並減少訊號損失。.
- 射頻 (RF) 模組:TGV 穿透式玻璃通孔在高頻下具有優異的電絕緣性和低電損，這對於 RF 應用非常有利。它們用於無線通訊設備的 RF 模組中，可增強信號完整性並降低干擾。.
- 醫療設備:玻璃的生物相容性和密封能力使 TGV 適用於醫療植入物和診斷設備。它們可用於製造緊湊、可靠的封裝，保護醫療環境中的敏感電子產品。.
- 汽車電子:在汽車應用方面，TGV 穿透式玻璃通孔有助於開發更可靠、更堅固的電子系統，例如必須在惡劣環境條件下執行的感測器和控制單元。.
- 高效能運算:TGV Through Glass Vias 技術用於高效能運算，在多晶片模組和先進處理器中建立高密度互連。這有助於提高資料傳輸速度並減少延遲。.
- 航太與國防:TGV 在極端條件下的可靠性和耐用性使其適用於航空航天和國防應用，在這些應用中，TGV 被用於航空電子、衛星通訊和其他關鍵電子系統。.
- MEMS 裝置:微機電系統 (MEMS) 可受惠於 TGV Through Glass Vias 技術，將電子與機械元件整合於單一玻璃基板中，進而實現加速計與陀螺儀等裝置的小型化與效能提升。.
TGV 的多功能性和優異特性，例如低電氣損耗、高剛性和可自訂的熱膨脹性，持續擴大其在各種高科技領域的應用，推動電子封裝和裝置整合的創新。.
TGV Through Glass Vias 的產品特色
穿透玻璃通孔 (TGV) 技術提供了幾種獨特的產品特性，使其在先進的電子封裝和互連解決方案中具有極高的價值。以下是這些特性的細分，以及它們如何提升 TGV 技術的效能：
- 電氣絕緣:玻璃是絕佳的電氣絕緣體，有助於減少電氣損耗和干擾。此特性對於高頻率尤其有利，使得 TGV 成為 RF 應用和高速資料傳輸的理想選擇。.
- 低介電常數:玻璃的低介電常數可降低穿過基板的導電路徑之間的電容耦合。這對於在高速應用（如電訊和資料中心）中維持訊號完整性至關重要。.
- 高機械強度:玻璃基板以其高剛性及機械強度而聞名，可提供整體封裝的堅固性。這對於需要在機械壓力或震動下維持高可靠性的應用尤其重要，例如汽車和航太電子。.
- 熱穩定性:玻璃具有穩定的熱膨脹係數 (CTE)，可根據半導體封裝中使用的其他材料進行調整。這可降低熱應力，並提高接合介面在溫度波動時的可靠性。.
- 耐化學性:玻璃具有化學惰性，可抵抗許多環境因素，包括濕氣和腐蝕性化學物質。這使得 TGV 適合在惡劣的環境中使用，並延長電子元件的壽命。.
- 密封:TGV 穿透玻璃通孔技術可用於製造密封封裝，保護敏感電子產品不受環境污染物的影響。這在醫療和軍事應用中特別有價值，因為在這些應用中，裝置的完整性和壽命是至關重要的。.
- 設計的擴充性與彈性:TGV 通孔製程可靈活設計不同直徑和密度的通孔。無論是消費性電子產品中的高密度互連，還是工業應用中的堅固互連，這種適應性都使優化特定應用的設計成為可能。.
- 成本效益:儘管 TGV 技術擁有先進的功能，但其成本效益卻很高。玻璃的使用，再加上可擴充的生產製程，可實現經濟的生產，尤其是適合大規模生產的面板格式。.
- 與現有製程相容:TGV Through Glass Vias 技術可與標準半導體製程完美整合，包括光刻和金屬化。這種相容性使現有的生產線更容易採用，減少了對專用設備的需求。.
這些特性使 TGV 技術成為各種高科技應用的首選，讓精巧、高效能、可靠的電子裝置得以開發。.
TGV 技術簡介
半導體封裝的最新進展刺激了對創新材料解決方案的需求。為了強化對 3D 整合電路 (IC) 堆疊至關重要的中間封裝技術，各方已大幅加強努力。為了滿足這些需求，我們正在探索各種方法，包括使用常用材料製成的傳統夾層和扇出晶圓級封裝 (FOWLP)。尤其是後者，已被視為具有成本效益的選擇。.
此外，行動裝置和物聯網 (IoT) 技術的激增對 RF 通訊提出了嚴格的要求。隨著新功能的推出，容納多個頻段、減小封裝尺寸、提高電源效率以延長電池壽命等挑戰也變得越來越重要。.
為了因應這些挑戰，玻璃已成為一種非常有效的材料。它具有多種優異的特性，例如高電阻率、最小的電氣損耗、低介電常數或可調的介電常數，以及可調整的熱膨脹係數 (CTE)。最近的研究利用這些特性來滿足現代電子封裝的嚴格要求。.
對於許多 RF 和 interposer 應用來說，精確的玻璃通孔 (TGV) 對於電氣互連性和其他功能性是不可或缺的。在玻璃上鑽出精確孔洞以及隨後進行金屬化以建立通孔的技術，正朝著量產準備就緒的方向發展。最近的發展也證實了這些玻璃結構的耐用性，特別是在經過嚴格的熱循環測試之後。.
康寧公司在完善不同格式玻璃基板中的高品質通孔方面取得了重大進展。最近的示範包括在晶圓和面板格式中有效使用通孔和盲孔，以保持原始玻璃的完整性和強度。填充通孔已展現出卓越的機械和電氣可靠性，強調了其堅固性和有效性。.
下表概述了 TGV 穿透玻璃通孔製程的當前最佳實踐。儘管這些實踐提供了一個基線，但持續不斷的創新仍在不斷擴展這項技術的能力。.
除了提供卓越的技術性能外，包裝解決方案在經濟上的可行性也至關重要。康寧的熔融成型製程是能夠大規模生產高品質玻璃基板的技術典範，其尺寸遠大於 1 公尺。此製程有能力生產厚度最小約 100 微米的超薄柔性玻璃。.
以如此縮小的厚度提供晶圓或面板形式的大型基板，將有大幅降低製造成本的可能性。利用康寧的熔接成型製程來提供專為電子應用量身訂做的基板，其優點在過去已被充分記錄。.
我們材料的優勢
用於藍寶石材料
藍寶石材料在玻璃通孔 (Through Glass Vias, TGV) 應用中具有多項優勢：
優異的機械特性:
- 硬度與強度:藍寶石具有極高的硬度和強度，使其比一般玻璃更耐磨損和刮傷。這可提高其在製造和操作過程中的耐用性。.熱膨脹係數:藍寶石的熱膨脹係數低，這意味著它在溫度波動下的尺寸變化極小，有助於保持結構的穩定性和精確度。.
優異的電氣特性:
- 電氣絕緣:藍寶石是絕佳的電絕緣體，可有效防止電流洩漏。這對於需要高電絕緣的微電子裝置和高頻應用尤其重要。.低介电常数和损耗:藍寶石具有低介電常數和低介電損耗，對高頻和高速電子應用有益，因為它能減少訊號損耗和延遲。.
光學特性:
- 高透明度:藍寶石在可見光及紅外線光譜中具有高透明度，因此適用於光學裝置及光電應用。.光學穩定性:藍寶石在高溫和嚴苛環境下仍能保持穩定的光學特性，確保在極端條件下的可靠性。.
熱特性:
- 高導熱性:藍寶石具有高導熱性，可在裝置運作期間有效散熱，確保在高功率和高溫條件下正常運作。.熱穩定性:藍寶石在高溫下具有極佳的熱穩定性，可防止因溫度波動而造成的顯著性能變化。.
化學穩定性:
- 耐腐蝕性:藍寶石對大多數化學物質（包括酸和鹼）具有高度耐受性，可延長裝置的使用壽命。.耐環境:藍寶石在惡劣的環境條件下（如高濕度、高輻射）仍能保持穩定，防止降解。.
加工精度:
- 微製程能力:透過先進的加工技術 (例如雷射鑽孔和化學機械拋光)，藍寶石可精確地製成高品質的 TGV，滿足微電子裝置的微米級精度要求。.
總而言之，藍寶石在 TGV 應用上具有許多優點，包括機械強度、電絕緣、熱導率、化學穩定性和光學特性，使其成為高性能微電子和光電子領域的理想材料。這些特性使藍寶石成為製造高品質 TGV 的理想材料。.
適用於 JGS1 JGS2 材料
JGS1 和 JGS2 材料在玻璃通孔 (TGV) 技術中具有以下優勢：
- 高純度和低雜質含量:
- JGS1 和 JGS2 是雜質含量極低的高純度石英玻璃材料，可確保出色的電氣特性和低損耗。.
- 優異的光學效能:
- 這些材料展現出高穿透率和低吸收率的特性，尤其是在紫外線到紅外線的光譜中，對光通訊和感測應用非常有利。.
- 低熱膨脹係數:
- JGS1 和 JGS2 具有極低的熱膨脹係數，使其能夠在溫度變化下保持尺寸穩定，並減少 TGV 穿透式玻璃通孔結構的熱應力。.
- 高機械強度與硬度:
- 它們具有很高的機械強度和硬度，能夠承受 TGV 穿透玻璃通孔製造和後續使用過程中的機械應力。.
- 化學穩定性和耐腐蝕性:
- 石英玻璃對大多數化學物質具有極佳的耐受性，可確保在化學環境中的穩定性，並延長 TGV Through Glass Vias 元件的使用壽命。.
- 高導熱性:
- 這些材料具有相對較高的熱傳導性，有助於散熱，防止電子裝置過熱。.
- 優異的電氣絕緣特性:
- JGS1 和 JGS2 作為絕緣材料具有高電阻率，適用於高頻和高電壓應用，可將漏電和短路風險降至最低。.
- 良好的機械加工性:
- 由於其材料特性，JGS1 和 JGS2 容易加工、拋光和清潔，可生產高精度的玻璃通孔 (Through Glass Vias) 結構。.
這些優點使 JGS1 和 JGS2 成為 TGV Through Glass Vias 技術的理想材料，可滿足高性能和高可靠性應用的需求。.
適用於石英材料
石英材料在玻璃通孔 (TGV) 技術中具有多項優勢：
- 高純度和低雜質含量:
- 石英材料純度高，雜質含量極低，可確保出色的電氣特性，並將訊號損失降至最低。.
- 優異的光學效能:
- 石英在從紫外線到紅外線的廣泛波長範圍內具有高透射率和低吸收率的特性，因此適用於光通訊和傳感應用。.
- 低熱膨脹係數:
- 石英具有極低的熱膨脹係數，可在不同溫度下保持尺寸穩定，並降低 TGV 結構的熱應力。.
- 高機械強度與硬度:
- 石英材料具有很高的機械強度和硬度，使其能夠承受 TGV 穿透玻璃通孔製造和後續使用過程中遇到的機械應力。.
- 化學穩定性和耐腐蝕性:
- 石英對大多數化學物質具有高度耐受性，可確保在各種化學環境中的穩定性，並延長 TGV Through Glass Vias 元件的使用壽命。.
- 高導熱性:
- 石英材料具有相對較高的熱導率，有助於有效散熱，防止電子設備過熱。.
- 優異的電氣絕緣特性:
- 石英具有高電阻率，是高頻和高電壓應用的絕佳絕緣體，因此可將漏電和短路風險降至最低。.
- 良好的機械加工性:
- 石英材料易於加工、拋光和清潔，可生產高精度的 TGV 結構。.
這些優點使石英材料成為 TGV 技術的理想材料，滿足高性能、高可靠性的應用需求。.
問與答
什麼是透過 TGV 技術的穿透式玻璃？
Through Glass Via (TGV) 技術是一種先進的生產技術，主要用於電子產業，在電子封裝中建立高密度互連。TGV 是穿透玻璃基板的垂直電氣互連，與傳統互連方法相比具有多項優點。以下是 TGV 技術的詳細說明：
TGV 技術概觀
1.定義與目的：
- TGV 技術是在玻璃晶片上鑽孔或蝕刻小孔 (通孔)，然後在這些孔中填入導電材料，例如銅或其他金屬，以建立垂直電氣連接。這可讓封裝內的不同電子元件或層相互連線。.
2.關鍵元件：
- 玻璃基板： 基材通常是高純度、低純度的玻璃，例如石英或硼硅玻璃，因其優異的電氣和熱能特性而被選用。.
- 通過形成： 通孔是利用精確的雷射鑽孔、深層反應離子蝕刻 (DRIE) 或其他微製程技術製造而成。.
- 金屬化： 然後將通孔金屬化，通常使用銅或其他導電材料，以形成電氣通路。.
TGV 技術的優勢
1.電氣性能：
- 低訊號損失： 玻璃具有優異的介電特性，可將訊號損失降至最低，並在高頻下提供更佳的效能。.
- 高隔音性： 玻璃基板提供優異的電氣絕緣，可減少串音和電磁干擾。.
2.熱管理：
- 低熱膨脹： 玻璃材料的熱膨脹係數低，可降低熱應力，確保溫度變化時的穩定性。.
- 高效散熱： TGV 結構的設計可加強散熱，改善電子裝置的可靠性與效能。.
3.機械特性：
- 高強度與穩定性： 玻璃基板具有高機械強度和尺寸穩定性，這對於保持細間距互連的完整性至關重要。.
- 耐化學性： 玻璃具有化學惰性和耐腐蝕性，可提高電子封裝的耐用性。.
4.微型化與整合：
- 高密度整合： TGV 技術可建立極細間距的互連，實現更高密度的封裝，並在更小的尺寸內整合更多元件。.
- 三維整合： TGV 有助於電子元件的 3D 整合，使設計更精巧、更有效率。.
TGV 技術的應用
1.先進包裝：
- TGV 應用於先進的封裝解決方案，例如系統級封裝 (SiP) 和異質整合，即將多個半導體元件和被動元件整合到單一封裝中。.
2.MEMS 和傳感器：
- 微機電系統 (MEMS) 和各種感測器因需要高密度互連，以及玻璃優異的機械和熱能特性，而受惠於 TGV 技術。.
3.光電子：
- TGV 在要求低損耗光傳輸和高精確度的光電應用中至關重要，包括光子裝置和積體光電路。.
4.高頻應用：
- 由於玻璃具有優異的電氣特性，因此 TGV 非常適合高頻 RF 和微波應用，包括通訊裝置和雷達系統。.
TGV 的製造過程
1.通過形成：
- 雷射鑽孔： 使用雷射在玻璃基板上精確地鑽孔。此方法精度高，可製造出直徑極小的通孔。.
- 反應離子蝕刻 (RIE)： 作為雷射鑽孔的替代方案，RIE 使用電漿在玻璃上蝕刻出具有高縱橫比及平滑側壁的通孔。.
2.金屬化：
- 種子層沉積： 導電種子層（通常為銅）薄薄地沉積在通孔內部和玻璃表面。.
- 電鍍： 然後，這些通孔會透過電鍍填充銅或其他導電材料，以確保穩固而連續的電氣通路。.
- 平面化： 玻璃表面經過平面化處理，以去除多餘的金屬，確保表面平滑均勻。.
3.組裝與整合：
- 接合： 使用直接接合、陽極接合或黏著劑接合等各種接合技術，將具有 TGV 的玻璃基板與其他元件或基板接合。.
- 包裝： 最後的組件經過包裝和封裝，以保護精密的互連元件，並確保裝置的可靠性。.
總結
TGV 技術代表著電子封裝的一大進步，在電氣性能、熱管理、機械穩定性和集成密度方面具有眾多優勢。其應用領域非常廣泛，包括先進半導體封裝、MEMS、感測器、光電元件和高頻元件。精密的製造過程涉及精密的通孔形成和金屬化技術，可確保基於 TGV 互連的高性能和可靠性，使其成為開發下一代電子裝置的關鍵技術。.