TGV複合修補材料技術：材料世界網

蘇育央 / 工研院材化所

玻璃穿孔(TGV)通常採用雷射鑽孔、離子蝕刻或感光玻璃圖案化等方法形成通孔，再以濺鍍或電鍍銅的方式進行TGV金屬化以提高導電性。然而， TGV在雷射鑽孔與濕蝕刻製程可能因應力產生微裂痕、缺陷或通孔側壁粗糙，導致增層時電阻增加、晶片訊號完整性下降與產品可靠度不佳的問題。因此，開發用於TGV的複合材料需專注於在玻璃鑽孔後的可靠度與高性能，通常會在玻璃與環氧樹脂基體中加入二氧化矽或聚合物，以提高機械強度、達到熱膨脹係數匹配性以及改善電氣性能，進而滿足AI和5G等高頻應用之先進封裝需求。

【內文精選】

TGV玻璃基板在金屬化製程中，由於銅膨脹係數與玻璃不匹配，加熱/冷卻循環容易導致徑向裂紋(Radial Cracks)或周向裂紋(Circumferential Cracks)，對熱應力產生的龜裂，此時亦可使用特殊環氧樹脂樹脂進行封孔與結構強化，或重新使用物理氣相沉積(PVD)/化學氣相沉積(CVD)的金屬材料（銅、鈦/銅、鈀）填補孔內壁，以修復導電性。修補材料與玻璃基板的熱膨脹係數需匹配，若固化後產生凹陷，需要再次填充或研磨以修復表面。可應用於TGV修補材料之比較如表一，國際大廠皆有投入材料開發與專利佈局，提供的材料能達成高熱穩定性、極致平坦度，並能耐受封裝製程中的高溫，減少翹曲。

▼表一、國際大廠專利比較表

近期研究

由於TGV失效主因在於TGV孔內壁的Ti-Cu介面處產生微裂紋，微裂紋是由於Ti和Cu之間材料擴散、缺陷產生以及應力集中等因素造成的，微裂紋會隨著時間推移而不斷生長，最終導致TGV孔內壁的微裂紋貫穿，從而導致TGV互連的可靠性降低引起材料失效。為解決微裂紋的問題，國際大廠Merck的Durazane®聚矽氮烷(Polysilazane)材料，因其優異的緻密性、高附著力及耐高溫特性，便適用於高階封裝中TGV的缺陷修補與密封。然而，聚矽氮烷除了常溫與熱固化(350˚C~550˚C)外，還需要高溫轉化，特別是無機型材料（如PHPS），轉化溫度可達1,000˚C~1,200˚C，以適合後續金屬化製程，對玻璃基板表面有優異的附著力，確保修補處不脫落。形成如此緻密膜，需要高溫製程與高溫水蒸氣下加工特殊設備。因此， TGV修補關鍵在材料需具有高流動性，分子量小，能有效滲入TGV製程中產生的細微孔隙、孔內空隙或填鍍不均處。材料需其高穿透與緻密性、高銅附著力等。

然而，目前TGV修補材料需要高溫/高濕加工特殊設備，造成使用與加工上的高成本與不便。故我們開發了一種高無機–有機的混成複合材料，以溶膠凝膠法(Sol-Gel)反應得到無機氧化物(SiOx:TiOy)，其FTIR如圖二所示，為透明無析出沉澱之無機氧化物---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。