（一）玻璃基板：材料与工艺的变革
玻璃基板主要用来取代原先的硅/有机物基板和中介层，可应用于面板、IC等泛半导体领域。
在目前的2.5D封装中，以较为主流的台积电的CoWoS封装为例，是先将半导体芯片（CPU、GPU、存储器等）通过Chip on Wafer（CoW）的封装制程一起连接至中介层（Interposer）上，再通过Wafer on Substrate（WoS）的封装制程将硅中介层连接至底层基板上；其中，中介层（interposer）一般选用硅（COWOS-S）、有机物（COWOS-R）或者是硅和有机物的结合（COWOS-L）。
玻璃材质的引入可以取代原先的硅中介层和有机基板。
玻璃基板直接利用玻璃中介层（Glass Interposer）实现芯片之间、芯片与外部的互联，利用玻璃材质成本低、电学性能好、翘曲低等优点来克服有机物材质和硅材质的缺陷，来实现更稳定、更高效的连接以及降低生产成本，有望为2.5D/3D封装带来全新的范式改变。
玻璃基板的3D封装方面，TGV及其相关的RDL将成为关键工艺。
目前的3D封装中，以HBM工艺为例，其中的关键技术包括TSV（Through-Silicon Vias）、微凸点（Microbumps）、TCB键合（Thermo-Compression Bonding，热压键合）、混合键合（hybrid bonding）等；对于玻璃基板的3D封装，TGV（Through Glass Via，玻璃通孔）、铜孔的填充及其RDL将成为关键工艺。
玻璃基板优势显著。
根据《玻璃通孔技术研究进展》（陈力等），玻璃基板的优势主要体现在：
（1）低成本：受益于大尺寸超薄面板玻璃易于获取，以及不需要沉积绝缘层，玻璃转接板的制作成本大约只有硅基转接板的1/8；
（2）优良的高频电学特性：玻璃材料是一种绝缘体材料，介电常数只有硅材料的1/3左右，损耗因子比硅材料低 2~3 个数量级，使得衬底损耗和寄生效应大大减小，可以有效提高传输信号的完整性；
（3）大尺寸超薄玻璃衬底易于获取：康宁、旭硝子以及肖特等玻璃厂商可以量产超大尺寸（大于2 m×2 m）和超薄（小于50μm）的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料；
（4）工艺流程简单：不需要在衬底表面及TGV内壁沉积绝缘层，且超薄转接板不需要二次减薄；
（5）机械稳定性强：当转接板厚度小于100μm时，翘曲依然较小；
（6）应用领域广泛：除了在高频领域有良好应用前景之外，透明、气密性好、耐腐蚀等性能优点使玻璃通孔在光电系统集成领域、MEMS封装领域有巨大的应用前景。
根据《Heterogeneous integration for AI applications: status and future needs》，可以看到玻璃中介层对比硅中介层，拥有更低的介电常数、更短的互联长度和更高的传输速率（约提高3.5倍）以及带宽密度（提高约3倍），同时能耗可以有效降低约2倍，玻璃中介层的优势较为明显。
3D封装方面：TGV可以在玻璃上制作空腔，进而为芯片的封装提供一种名为嵌入式玻璃扇出（eGFO）的新方案。
根据《Heterogeneous integration for AI applications: status and future needs》，这种架构不需要逻辑芯片中的TSV来建立较短的互连长度，因此可以提高信号完整性，减少昂贵芯片的占用空间，并降低整体系统成本。该解决方案由多个嵌入式芯片和使用RDL连接的组装芯片（玻璃制成）组成，目前这种封装的IO间距可以做到20μm，L/S为2/2μm，并拥有三个金属层，在传输效率、带宽密度、能耗上均有明显优势。
（二）新型显示已有成熟应用，半导体领域东风渐起
（1）新型显示领域：玻璃基板的应用已经得到验证
目前玻璃基板在新型显示领域的渗透目标主要是Mini/Micro LED（MLED）。
玻璃基Mini/Micro LED也叫COG（Chip on Glass），即LED发光晶体直接封装在TFT玻璃基板（或者TFT树脂基板）上的LED显示单元封装技术。
面板领域采用玻璃基板的优势在于：（1）相对来说导热率更高、散热性更强、受热膨胀率更低，可以有效应用于密度较高的MLED焊接，满足复杂的布线需要；（2） 玻璃基板平坦度高，芯片转移难度较PCB低；（3）玻璃刚性较好，在多组背光单元拼接时，玻璃基板可以满足高精度拼接需求，减少拼接产生的拼缝问题。
玻璃基已用于Mini LED产品。
根据沃格光电2023年年报，在Mini LED基板方面，玻璃基板取代PCB板的优势在于具有更优的性能和成本优势。玻璃基低胀缩以及高平整度的特性可以更好支持真正的Mini Led芯片的COB封装，同时在高端产品以及高分区、窄边框、低OD值上都有优于PCB基板的良好表现。特别是在车载显示领域，玻璃基Mini LED背光在拥有Mini LED技术寿命长、高亮度、高色域饱和度以及低成本优势的基础上，依靠玻璃材质的高平整性、低涨缩比及超薄特性在大屏化和轻薄化，具有较明显的应用优势。
Micro LED直显领域，持续发力。
根据《新型玻璃基Micro-LED曲面弯折拼接显示技术研究》，随着LED芯片和像素间距变得越来越小，Micro-LED显示背板在固晶焊接时，单位面积上会产生更高的热量密集。PCB基板由于其自身散热性的限制，会存在翘曲变形的风险，所以将Micro-LED芯片直接转移到PCB基板上的工艺难度会越来越高。相比之下，玻璃材料的散热性好、受热膨胀率低可有效地应用于密度较高的Micro-LED焊接。除此之外，玻璃基在透明显示领域亦有着得天独厚的优势，能很大程度地丰富Micro LED产品的多样性。
（2）半导体领域：工艺难度较大，处于0-1的关键阶段
2.5D/3D市场规模增长明显。
根据Yole的统计与预测，全球先进封装市场规模有望从2021年340亿美元上升至2027年的620亿美元，CAGR约为11%。其中2.5D/3D封装市场规模增速最快，CAGR达到18%，有望在2027年超过200亿美元，成为全球先进封装市场规模最大的工艺种类。
玻璃基板有望率先应用于MEMS、射频封装、三维集成无源元件以及集成天线封装等领域。
根据《玻璃通孔技术研究进展》（陈力等），2013年LEE等人利用玻璃通孔技术实现射频MEMS器件的晶圆级封装，采用电镀方案实现通孔的完全填充，通过该方案制作的射频MEMS器件在20 GHz时具有0.197 dB的低插入损耗和20.032 dB的高返回损耗，在40 GHz以内具有稳定的射频性能；在5G毫米波集成天线封装方面，2020年乔治亚理工的Tummala首次在100 μm的玻璃基板上实现了在n257频段(26.5~29.5 GHz)的芯片嵌入毫米波天线集成模块，该方案相比于倒装芯片嵌入技术具有更低的信号损耗。同样的，使用TGV工艺制成的TGV-集成天线，可以应用于3D系统封装（SiP）中，能够实现更紧凑、高功率、高效的V波段（40~75 GHz）无线平面内芯片到芯片（C2C）通信。
算力芯片领域，巨头积极投入研发。
目前人工智能对数据中心和传输效率提出了更高的要求，尤其是对低功耗、高带宽的光模块的需求更加迫切，而高算力Chiplet芯片离不开Cowos、FOEB等先进封装平台。因此，随着AI芯片尺寸/封装基板越来越大，玻璃基封装被各大公司提上日程，期望玻璃基板能够构建更高性能的多芯片系统级封装（SiP）。
根据宾夕法尼亚大学的预测，未来随着封装工艺的演进异质集成将成为芯片发展的主流路径，参考其给出的未来10年后的超高封装密度集成芯片结构，可以看出如果需要将各模组都集成在同一芯片中，对组件小型化、基板材质都提出了很高的要求。玻璃基板翘曲低、电学性能优异的特点将使其成为下一代核心基板材料的不二之选，而玻璃通孔TGV工艺也将成为高效实现各模块互联的重要工艺。
美国对先进封装基板材料的重视已上升至国家角度。
根据美国商务部公告，24年5月23日，美国拜登政府宣布美国商务部与韩国SKC的子公司Absolics签署了一份不具约束力的初步条款备忘录（PMT），根据《芯片和科学法案》提供高达7500万美元的直接资金，支持其在佐治亚州科文顿建造一座120,000平方英尺的工厂，并开发用于半导体先进封装的基板技术，这也是CHIPS首次提议投资于通过制造新型先进材料来支持半导体供应链的商业工厂。
TGV技术是TSV技术的延续，主要区别在于引入了基板种类的变化。
TSV（Through Silicon Via）是指通过在
硅中介层
打孔的方式实现实现垂直互联，而与之对应的TGV（Through Glass Via，玻璃通孔）是指穿过
玻璃基板
的垂直电气互连，它们都通过在中介层打孔并进行电镀填充来实现垂直方向的电气互联，以此来降低信号传输的距离，增加带宽和实现封装的小型化。而与TSV不同的是，TGV的中介层基板使用的是高品质硼硅玻璃、石英玻璃，以此来取得比硅中介层更好的封装表现，被认为是下一代三维集成的关键技术。
TGV作为TSV的低成本替代方案，逐渐受到广泛关注。
根据《玻璃通孔技术研究进展》（陈力等），硅基转接板2.5D/3D集成技术作为先进系统集成技术，近年来得到了迅猛的发展，但硅基转接板存在两个主要问题：（1）成本高，硅通孔（TSV）的制作采用硅刻蚀工艺，随后硅通孔需要氧化绝缘层、薄晶圆的拿持等技术，步骤复杂且流程较长；（2）电学性能差，硅材料属于半导体材料，传输线在传输信号时，信号与衬底材料有较强的电磁耦合效应，衬底中产生涡流现象，造成信号完整性较差（插损、串扰等）。
TGV省去了沉积隔离层、绝缘层的过程。
TGV的制备流程包括，先玻璃基板上进行打孔，然后采用电镀的方法将Cu沉积在基板通孔和正反面已实现电气连接，然后采用CMP的方法将表面Cu层去掉，最后采用PVD镀膜光刻方法制备RDL重布线层，去胶后最终形成钝化层。与TSV的制备流程对比，TGV省去了在衬底表面及TGV内壁沉积绝缘层的步骤（由于铜可以与硅发生反应，因此需要沉积绝缘层、隔离层），并由于玻璃基板本身就可以做的很薄，还可以省去二次减薄的过程。
由于TSV技术目前相对比较成熟，已经大规模应用在高带宽存储器HBM的生产中，因此TGV与TSV相同的制备步骤（d）~（h）可以借鉴TSV的成功经验，技术成熟度相对比较高。根据《玻璃通孔三维互连镀铜填充技术发展现状》（纪执敬等），目前TGV中介层面临的挑战主要集中在TGV的通孔成孔工艺以及TGV的高质量填充两方面。
（一）玻璃通孔成孔技术：如何制作高精度的通孔/盲孔
玻璃通孔成孔技术是制约TGV发展的主要困难之一。
TGV通孔的制备需要满足高速、高精度、窄节距、侧壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求，如何制备出高深宽比、窄节距、高垂直度、高侧壁粗糙度、低成本的玻璃微孔一直是多年来各种研究工作的重心。目前主流的玻璃通孔加工成型方法有喷砂法、聚焦放电法、等离子刻蚀法、激光烧蚀法、电化学放电法、光敏玻璃法、激光诱导刻蚀法等。
1. 喷砂法：加工精度较低，应用场景较少
加工步骤：
喷砂法要求在加工前先在玻璃基板上制作一层复合掩模，然后以制备的复合掩模为基础，采用干粉喷砂工艺对玻璃晶片进行蚀刻。考虑到蚀刻效率和宽高比，可在玻璃晶片的一侧先蚀刻一次，随后在玻璃晶片的另一侧也采用同样的工艺步骤进行蚀刻，两次喷砂蚀刻过程中必须保证中心点完全对称以形成完整的通孔。
工艺特点：
由于喷砂法制作的通孔非常粗糙，孔孔径较大且一致性较差，所以该方法只能制作孔径较大(>200 μm)、间距较大的玻璃通孔，而逐渐退出三维集成封装的应用范畴；同时，该工艺中使用的沙粒直径一般为20~50μm，如此大的颗粒碰撞会对玻璃表面以及孔的侧壁造成封装系统无法接受的损伤，以此少见于先进封装工艺。
2. 聚焦放电法：通孔均匀性好，生产效率较低
加工步骤：
聚焦放电主要包括两个步骤：1. 将玻璃放在两个电极之间，通过控制放电对玻璃局部区域进行放电熔融；2. 通过焦耳热使玻璃内部产生高应力，引起内部高压和介电击穿，上述步骤可以在不到1 μs的时间内就完成100~500 μm厚的玻璃通孔制备，可以制备最小孔径为20μm、深宽比5~8的玻璃通孔。
工艺特点：
聚焦放电产生玻璃通孔的方法可以制备多种类型的玻璃，如石英、钠钙玻璃、无碱玻璃、含碱玻璃等，且从聚焦放电制作的TGV阵列可以看出，该方法能够制作均匀性较好、没有裂纹的高密度通孔。但由于此方法是单次进行单孔制作，所以生产效率较低，且从玻璃通孔的切片结果来看，通孔的形状不是很垂直，可能会影响后续填充的效果。
3. 等离子体刻蚀：通孔可靠性提高，工艺成本较高
加工步骤：
用等离子刻蚀法在石英玻璃上制作玻璃通孔步骤如下：1. 在石英上蒸发沉积了一层铝层作为刻蚀硬掩模；2. 通过光刻的方法暴露出玻璃表面需要光刻的位置；3. 用氯气或者三氯化硼腐蚀暴露的铝层，用氧气等离子体去除玻璃表面的光刻胶；4. 利用全氟环丁烷/氩气等离子体蚀刻石英以形成TGV。
工艺特点：
等离子体法刻蚀TGV可以同时进行大面积的多个TGV刻蚀，因此生产效率相较聚焦放电法可以得到改善，且因为其侧壁粗糙度小（<150nm）、侧壁无损伤，拥有良好的可靠性保证。但是等离子刻蚀TGV的方法也还存在许多缺点，包括工艺复杂，需要额外的多个步骤；生产成本高，需要用到掩膜版、光刻胶等；以及刻蚀速率慢，速率小于1 μm/min。
4. 激光烧蚀法：通孔垂直度较高，但粗糙度、无裂纹无法兼顾
激光烧蚀TGV制作是利用激光的能量将玻璃烧蚀以形成玻璃通孔，可制备出垂直度高的玻璃通孔。激光烧蚀所使用激光器主要包括飞秒激光、皮秒激光、纳秒准分子激光器和CO2激光器等。其中CO2激光属于“热激光”，其通过局部烧蚀玻璃材料形成TGV，但利用该种激光制备的TGV侧壁裂纹较多（热应力问题）；准分子激光器属于“冷激光”，其烧蚀形成的TGV孔壁基本上没有裂纹出现，但是孔壁的粗糙度略大（4~5 μm），且成孔效率较低。
5. 电化学放电加工法：工艺简单设备要求低，但可加工孔径较大
加工步骤：
电化学放电加工法是一种将电火花加工（EDM）和电解加工（ECM）相结合的新型低成本玻璃微加工方法。该方法通过电解液的电化学放电和化学腐蚀产生的热熔作用，将材料从基板中去除。电化学加工的电解槽由一个碱性电解质溶液（氢氧化钾、氢氧化钠等）和两个电极组成，工具电极和对电极分别连接到电源的正、负端子上。当两个电极之间施加电位差时，在工具电极周围由于气泡的聚结而形成一层薄薄的氢气膜，将工具电极与周围的电解液完全隔离。当电位差进一步增大时，氢气膜破裂，产生电化学放电，并将将玻璃融化并移除。
工艺特点：
该方法不仅工艺简单，且对设备要求较低，能快速加工出TGV。但是目前该方法只能加工出孔径大于300 μm且上开口大于下开口的锥形玻璃通孔，这也大大限制了该方法的应用范围。
6. 光敏玻璃法：高密度、高深宽比通孔，但成本较高、材料受限
加工步骤：
光敏玻璃法是指根据光敏玻璃材料特性，利用紫外曝光、热处理、湿法刻蚀等方法实现玻璃通孔加工的工艺流程。加工前需先将玻璃进行预处理，即将玻璃先后放入异丙醇和丙酮中分别超声清洗10min取出后用氮气吹干，除去玻璃表面杂质，随后先通过紫外光对光敏玻璃进行曝光，并在马弗炉中进行热处理以让紫外线照射过的区域材料变性成为陶瓷材料，最后通过氢氟酸溶液进行湿法刻蚀来去除陶瓷材料，整个加工过程中需要精密的温度控制。
工艺特点：
基于光敏玻璃的TGV制作方法优势在于采用高刻蚀速率的湿法腐蚀可以实现各向异性刻蚀，从而获得高密度、高深宽比的玻璃通孔。但是该技术也存在两个问题：1. 价格昂贵，光敏玻璃本身的材料价格和工艺制程价格都相对较高；2. 对于不同尺寸的图形，尤其是盲孔或者盲槽的刻蚀，由于腐蚀速率不同会造成图形定义精度差别较大；3. 由于需要高温处理，会导致玻璃在半固化状态下移动，造成结构偏移。
7. 激光诱导刻蚀法：目前最有大规模使用前景的工艺
加工步骤：
通过脉冲激光诱导玻璃产生连续的变性区，相比未变性区域的玻璃，变性玻璃在氢氟酸中刻蚀速率较快，基于这一现象可以在玻璃上制作通孔/盲孔。根据《玻璃通孔三维互连镀铜填充技术发展现状》（纪执敬等），德国LPKF公司率先用该技术实现了玻璃通孔制备，该公司将该方法分为两步：1. 使用皮秒激光在玻璃上产生变性区域；2. 将激光处理过的玻璃放到氢氟酸溶液中进行刻蚀，该工艺可以制备孔径最小为10μm的TGV通孔，典型深宽比在10:1的范围内，某些特殊条件下根据玻璃类型可达到50:1。
工艺特点：
激光诱导刻蚀法的反映机理与上文展示的光敏玻璃法类似，都是通过某种光线的照射使得玻璃内部出现变性区域，然后通过酸溶液湿法刻蚀完成，区别在于激光诱导刻蚀法对无需使用特殊的光敏玻璃。此外，激光诱导刻蚀法的优势还包括：1.可以在50~500μm 厚的玻璃上形成孔径大于20 μm的玻璃通孔，成孔质量均匀，一致性好，无裂纹；2. 成孔速率快，可达到290TGV/s；3. TGV形貌可调，由于刻蚀的各向异性，可以通过调节激光参数来控制TGV的垂直度和形貌。但也具有激光诱导速度慢、制备过程复杂、激光诱导孔径受激光范围限制、表面易损伤及对材料要求高等缺点。
综合比较各种玻璃通孔制造技术，激光诱导刻蚀法具有低成本优势，有大规模应用前景。
（二）玻璃通孔填孔技术：如何高质量进行金属填充
除了TGV成孔技术外，限制玻璃通孔应用的另一个技术难点是高质量的金属填充。一方面，与TSV不同，TGV孔径较大，且多为通孔，且受刻蚀工艺的影响，TGV孔的形状不同，主要有盲孔、垂直通孔、X型通孔以及V型通孔四种类型，这些对铜的沉积构成了较大的挑战，容易形成孔的“堵塞”；另一方面，与硅材料相比，由于玻璃表面光滑，与常用金属的粘附性较差，容易造成玻璃衬底与金属层之间的分层现象，导致金属层卷曲甚至脱落的现象。
为了实现TGV的无孔洞、无缝隙填充，针对不同的孔形填充方式也各不相同。
目前主要的填充工艺包括“自下而上（Bottom-up）填充”、“蝶形填充 （Butterfly Model，BFT）”和“共形填充（Conformal）”三种填充方式。
1. Bottom-up填充：盲孔的主要填充方式
目前，对于TGV盲孔的主要填充方式是Bottom-up的填充。
通过在TGV孔口侧壁及表面添加抑制剂，在盲孔底部添加加速剂的方式，可以在抑制TGV孔口侧壁及表面铜的沉积速度的同时，加速盲孔底部的Cu沉积，从而让Cu形成一种“自下而上”的填充方式来确保整个盲孔的填充过程中没有孔洞和缝隙的出现。
2. 蝶形填充：垂直TGV通孔的主要填充方式
目前，垂直TGV通孔的电镀填充方式一般为蝶形填充（BFT填充）。
与盲孔填充相比，通孔填充在流体力学与质量传输方面存在明显差异。盲孔填充时，镀液在孔内很难流动，而镀液可以在通孔内部流动从而加强通孔内部的传质。且通孔与盲孔的几何形状不同，没有盲孔所谓的底部，不会产生自下而上的填充方式。由于通孔与盲孔在几何形状、流场、质量传输等方面的差异，导致用于盲孔填充的电镀配方无法直接用于通孔的电镀填充。
蝶形填充的流程包括：
1. 在TGV通孔壁上按照“两边多，中间少”的方式涂抹抑制剂，从而影响通孔内次级电流的分布，让铜在孔的中心进行优先沉积的填充，形成类似“蝴蝶”的形貌，故称之为蝶形填充；2. 当通孔的蝴蝶形状形成后，通孔转变为两个对称的盲孔，填充方式由蝶形填充转变为Bottom-up填充，形成对通孔的完全填充。
Dimitrov 课题组提出了一种高深宽比TGV通孔电镀的改良方案。
首先使用酒精对TGV进行预润湿，然后在不含添加剂的甲基磺酸铜镀液中预先沉积一定厚度的铜，紧接着使用四唑类添加剂噻唑蓝溴化四唑（MTT）作为抑制剂，在恒定电流和恒定电压的模式下对TGV进行电镀填充。通过使用这种改进的工艺，可以在1h和4h内实现对深宽比为5:1和10:1的TGV的完整填充，且与TNBT、NTBC相比，成本较低（MTT:NTBC:TNBT=1:8:14）。但是该工艺的流程相对复杂，工业化生产难度较大，不过甲基磺酸铜镀液所允许的Cu2+浓度（1.5 mol·L-1）远远大于硫酸铜镀液（0.9 mol·L-1），可以提高电镀填充的速率，对于高深宽比的TGV通孔填充更具意义。
3. Conformal填充：X和V型通孔的主要填充方式
Conformal填充是通过添加剂的作用使得TGV孔内铜的沉积速率与孔的侧壁以及表面的沉积速率相当的一种电镀方式。
对于垂直的盲孔与通孔，conformal 填充模式下随着填充过程的进行，其深宽比不断增大，在填充的最后阶段容易出现孔洞缺陷，而X形、V形通孔由于其自身特殊孔形的原因，从根本上避免了中央孔洞缺陷的形成，例如，X形通孔的中间区域较窄，在两侧Cu等速沉积的情况下会先于通孔中央形成连接，然后逐步向上下两个方向进行类似“Bottom-up”的填充。相比于垂直通孔的 BFT电镀模式，Conformal的电镀模式由于加速剂的使用以及TGV孔形的原因，可以实现更大电流密度下通孔的完整快速填充。
4. TGV孔内电镀薄层
除了以上三种TGV电镀填实工艺，TGV也可采用通孔内电镀薄层方案实现电学连接。根据《玻璃通孔技术研究进展》（陈力等），在电性能方面薄层电镀与实心电镀的插入损耗差别较小，采用薄层电镀方案的优势是在保证电学性能的同时可以有效减小电镀时间和电镀成本。通常电镀填孔需要现在玻璃通孔壁上沉积金属粘附层如钛(Ti)、铬(Cr)等种子层，然后再进行Cu电镀，否则会出现脱落等现象。根据NSC日本株式会社官网，相比电镀填实工艺，通孔内电镀薄层的孔深和孔径适用范围都更大，应用范围更广。
