如何找出TGV玻璃基板的失效真因？

TGV玻璃基板技术因优异的高频与低损耗特性，广泛应用于5G、AIoT、车用雷达等领域，成为先进封装的新选项。然而，业界在推动TGV 技术导入时，却频繁遇到制程良率、封装机械强度、以及材料热失配(CTE mismatch)等问题。该如何找出失效真因，提升良率呢？

根据业界报导，Intel、Samsung、Hana Technology、Nippon Electric Glass（NEG）等多家半导体与材料大厂，已纷纷投入TGV 的开发与试产，并针对AI 晶片、高频模组等应用设计新一代封装架构。根据Verified Market Reports的研究，TGV技术市场规模预计将由2024 年的12 亿美元提升至2033 年的25 亿美元，2026–2033年预测年均复合成长率为9.5%，显示其具备高度竞争价值。

什么是TGV玻璃基板技术？ TGV 是一种于玻璃基板上制作金属导电孔（vias）的技术。简单来说，就是在一片玻璃板上钻孔，再把导电金属（如铜）填入孔内，让电信讯号得以从玻璃的一面传输到另一侧。像是在玻璃上开出许多高速通道，让晶片之间的电讯号可以快速且低损耗地传输。

图1：TGV结构示意图

跟硅相比，TGV的关键优势在于高频传输、绝缘性佳，可视为下一世代2.5D、3D等先进封装的重要技术之一，非常适合应用在AI、5G、车用雷达等高速模组。然而，业界在导入TGV 技术时，制程良率、封装机械强度，以及材料热失配等问题，将是冲击可靠度验证结果与拖慢量产进度的重大瓶颈。

本篇将分享如何四步骤找出产品失效的根本原因以及实际案例，让您更深入了解TGV 技术的应用与潜在风险。

一、目前TGV发展遇到的两大逆风：

(一) 制造良率与成本挑战

1. 玻璃钻孔问题：目前雷射或化学蚀刻仍存在孔径形状不一、表面粗糙度高等问题，影响后续导电性与金属填充均匀性。

2. 铜填充与扩散风险：填充不均导致孔洞电阻变异，铜扩散至玻璃内部则可能造成绝缘劣化与长期失效。

(二) 机械强度与封装应力

1. 玻璃基板脆性高：玻璃虽刚性高但脆性(Brittleness)大，在制程、封装压合、测试或使用过程中易受微裂纹影响而造成电气异常。

2. 铜与玻璃间热膨胀系数（CTE）差异大：长期热应力累积易导致界面剥离。

图2：TGV中铜与玻璃间脱层异常。来源：iST宜特科技

二、时间就是金钱四大解析步骤快速找出潜在异常点

接着，透过以下四大步骤，找出TGV玻璃基板的潜在故障点并加以改善，适用于TGV初期导入、材料选型、量产前可靠度验证等阶段。

(一) 创造环境，诱发异常点现形

(二) 非破坏检视TGV缺陷所在区域，快速定位异常点

(三) 异常点切片分析，了解实际失效现象

(四) 微观材料结构分析，有效改善潜在风险

步骤一：创造环境，诱发潜在异常点现形

透过加速老化可靠度实验，如HAST（Highly Accelerated Stress Test）与HTS（High Temperature Storage），可评估TGV 结构在高温／高湿／高压环境下的长期稳定性，借此诱发出结构中可能存在的异常点。此方法可在短时间内模拟数年寿命，快速诱发铜扩散、玻璃界面剥离或导通异常等潜在问题。

步骤二：非破坏检测TGV缺陷所在区域，快速定位异常点

当有相关电气漏电失效发生时，可利用亮点分析仪器（Thermal EMMI或OBIRCH）进行失效点定位；此外，采用高解析度X-Ray 系统，进行2D 平面观察与3D 断层扫描，无需破坏样品，即可快速掌握TGV 电性异常物性状态或铜填孔的完整性。此技术可识别TGV内部填镀常见的空洞（void）缺陷。也可针对高深宽比结构进行局部放大分析，作为后续精细切片的辅助依据。

步骤三：异常点切片分析，了解实际失效现象

在失效定位后，可针对异常与试片特性从X-Section（断面研磨）、CP（Cross-section Polisher）、Plasma FIB各切片技术进行选择最佳制备方式进行精准剖面样品制备。

步骤四：微观材料结构分析，有效改善潜在风险

切片后可进一步搭配SEM或TEM观察穿孔界面状态，并利用EDS / EELS元素分析确认铜扩散路径与浓度分布，尤其在检测玻璃内部的微量铜扩散时，此步骤至关重要，有助于建立完整失效机制模型。亦可搭配EBSD分析晶粒大小/方向（Grain size/ orientation）、晶界（Grain boundary）特性与残留应力，有助改善制程与提升可靠度和电气特性。

三、TGV案例分享

在TGV异常分析经验中，导致导通失败的主因多为TGV 制程中玻璃穿孔的穿孔品质不良与金属填孔（多采用电镀或化学填镀）的铜填镀不均。由于TGV 基板上的微小通孔需完全且均匀填入铜材，才能确保稳定导电路径，任何玻璃孔蚀刻异常都可能导致导通中断。同时，若电镀参数设定不当，易产生孔内空隙、填充不饱满或柱状结构不连续等缺陷，进而造成电气特性异常与封装失效。

在这个案例中，可利用2D X-ray非破坏分析，进行异常点定位，再搭配精准切片，并以SEM观察发现铜填充空隙不均，导致部分TGV 产生无法导通或高阻值异常。经分析后，针对镀铜条件进行优化与调整填镀时间，最终成功协助客户提升铜填孔饱和度与导电一致性，得以提升整体良率。

图3：从2D X-Ray观察，产品原先有铜填孔不均的问题，没有连结在一起的通孔表示导通失败(左图以黄圈标出部分失效处)；经过镀铜条件优化与调整后，提升了铜填孔的饱和度(右图)。来源：iST宜特科技

图4：从SEM可清楚看出，制程优化和调整后，最终成功提升铜填孔饱和度。来源：iST宜特科技

尽管硅中介层技术因制程成熟与散热佳，仍是目前多数应用的主力。然而，TGV玻璃基板低电气阻抗、高频率传输与卓越的绝缘特性，成为半导体产业在AI加速器、高阶通讯及毫米波雷达等前瞻技术趋势下的关键材料之一。随着全球半导体大厂的积极投入，TGV玻璃基板有望成为先进封装领域中极具战略意义的明日基板技术。若能透过有效的故障分析手法加速协助提升TGV玻璃基板可靠度与其制程良率，将可大大增加TGV及早量产化的可能性。

来源：iST宜特科技官网，侵删

艾邦建有玻璃基板与TGV技术交流群，可以加强产业链的合作，促成各企业的需求对接，同时您也可以与行业精英共同探讨玻璃基板及TGV技术的前沿动态，共享资源，交流经验，欢迎您的加入。

包括但不仅限于以下议题

更多相关议题征集中，演讲及赞助请联系李小姐：18823755657（同微信）

报名方式一：扫码添加微信，咨询会议详情

李小姐：18823755657（同微信）

邮箱：lirongrong@aibang.com

注意：每位参会者均需要提供信息

方式二：长按二维码扫码在线登记报名

或者复制网址到浏览器后，微信注册报名

https://www.aibang360.com/m/100272

阅读原文，点击报名

我们诚邀您加入“玻璃基板与TGV技术交流群”，与行业精英共同探讨玻璃基板及TGV技术的前沿动态，共享资源，交流经验。在这里，您可以第一时间获取技术革新信息，深入解析行业趋势，与行业领袖面对面交流，共同推动技术革新，探索无限商机。