玻璃基板上TGV的金屬化製程：材料世界網

李文錦、陳希平 / 工研院材化所

玻璃通孔(TGV)是在玻璃基板中提供垂直串聯，實現玻璃基板成為中介層的關鍵結構，其內部填入金屬銅，使電子訊號可以在上下層間流通。而在玻璃上鑽孔、銅層的填充、玻璃與銅之間的熱膨脹係數(CTE)匹配，以及過程中的研磨切割，都必須有精密的控制，避免造成玻璃基板內部的缺陷形成，影響封裝製程的可信賴度。本文將簡要地介紹TGV金屬化的整體流程，並舉出當中可能發生缺陷之成因與目前可見之相關因應對策。

【內文精選】

TGV金屬化製程

TGV全填充結構的工藝流程如圖一所示。運用雷射鑽孔及化學蝕刻修飾形成通孔後，對玻璃進行清潔程序，可以透過紫外線(UV)光照射和含有錯合劑的鹼性脫脂，對玻璃表面進行清潔。紫外線和鹼性脫脂可以使玻璃表面清潔，也會使銅對玻璃的附著力得到改善，同時對玻璃本身產生的應力最小。然後在玻璃的整個表面(包括正面、背面和TGV側壁)沉積厚度分別為300 nm和500 nm的鈦和銅，形成後續填銅程序中必備的的種子層。此程序通常是透過物理氣相沉積(PVD)來完成，然而由於成孔過程形成的孔形不盡完善，很容易使物理氣相沉積的種子層產生瑕疵，導致後續填銅作業產生更大的缺陷。因此業界持續積極地開發濕式化學鍍，藉由反應性藥液的充分被覆，來消除因孔形不完美所造成的障礙，以確保種子層在通孔中完全覆蓋並保持連續狀態。相較於矽基板通孔，在玻璃通孔中製作種子層，由於無需在內壁上沉積絕緣層，使得玻璃基板的製造成本比矽基板的製造成本低得多。完成種子層製作，便可以透過電化學沉積將銅填入孔中。

圖一、TGV全填充結構的工藝流程

TGV金屬化可靠度

含有銅柱TGV的玻璃基板，必須能夠通過熱循環(Thermal Cycling)的考驗，才可進入實際應用。TGV填充銅後，熱循環也會在玻璃芯內產生應力裂縫，這會造成可靠性問題。應力會導致裂縫在製程的最後步驟中毫無預警地擴展，對產量和最終產品性能產生負面影響，此問題會隨著面板玻璃的減薄(面板厚度有可能減少至200 μm)而更為嚴重。

從熱力學模擬研究結果顯示，銅通孔邊緣附近會產生大應力梯度和塑性變形，這可能導致界面分層和開裂。在加熱階段，會產生徑向裂紋(Radial Cracks)，因為銅膨脹對玻璃基板施加壓力時，導致TGV附近產生顯著的周向拉伸應力(Tensile Circumferential Stresses)。另一種類型稱為周向裂紋(Circumferential Cracks)，會出現在冷卻階段。收縮的銅傾向從基材上分離，然而銅和基材之間的強附著力會阻礙這一現象的發生，導致大量玻璃基板內的徑向拉應力(Tensile Radial Stresses)。若從造成分層的角度來比較，周向裂紋會比徑向裂紋對玻璃基板造成更大的傷害(圖三) ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。