中國粉體網訊 除玻璃通孔成孔技術外，高質量的金屬填充是限制玻璃基板應用的另一大技術難點。其一，因刻蝕工藝的影響，玻璃通孔技術（TGV）與硅通孔技術（TSV）存在差異，TGV孔徑較大且多為通孔，其孔的形狀主要有盲孔、垂直通孔、X型通孔和V型通孔四種類型，這給銅的沉積帶來極大挑戰，容易導致孔出現“堵塞”情況；其二，相較于硅材料，玻璃表面光滑，與常用金屬的粘附性欠佳，這使得玻璃襯底與金屬層之間極易發生分層，進而出現金屬層卷曲甚至脫落的問題。
來源：《玻璃通孔三維互連鍍銅填充技術發展現狀》（紀執敬等）
目前，金屬填孔TGV主要有兩種工藝：一是銅漿塞孔工藝，包括“自下而上填充”、“蝶形填充”和“共形填充”三種填充方式，二是電鍍工藝。這兩種工藝在應用場景、材料成本和性能上存在差異。選擇何種工藝取決于孔徑、深寬比以及對電阻率和電導率的要求。
自下而上填充
目前，對于TGV盲孔的主要填充方式是自上而下的填充。通過在TGV孔口側壁及表面添加抑制劑，在盲孔底部添加加速劑的方式，抑制TGV孔口側壁及表面銅沉積速度的同時，加速盲孔底部的銅沉積，從而讓銅形成一種自下而上的填充方式來確保整個盲孔的填充過程中沒有孔洞和縫隙的出現。
自上而下填充過程示意圖 來源：廣發證券
蝶形填充
通孔與盲孔填充相比，二者存在顯著差異，盲孔填充時，鍍液在孔內流動性差，相對的，鍍液可在通孔內部流動，極大地增強了通孔內的傳質效果。此外，二者幾何形狀不同，通孔沒有盲孔那樣明確的底部，無法實現自下而上的填充方式。
目前，垂直TGV通孔通常采用蝶形填充的電鍍方式。在TGV通孔壁上按照“兩邊多，中間少”的原則涂抹抑制劑，通過改變通孔內次級電流分布，促使銅優先在孔的中心沉積，從而形成形似“蝴蝶”的填充形貌，這也是該填充方式名稱的由來，待通孔內形成蝴蝶形狀后，通孔便轉變為兩個對稱的盲孔，此時填充方式由蝶形填充切換為自上而下填充，最終實現對通孔的完整填充。
蝶形填充過程示意圖 來源：廣發證券
共形填充
共形填充是通過添加劑的作用使得TGV孔內銅的沉積速率與孔的側壁以及表面的沉積速率相當的一種電鍍方式。對于垂直的盲孔與通孔，共形填充模式下隨著填充過程的進行，其深寬比不斷增大，在填充的最后階段容易出現孔洞缺陷，而X形、V形通孔由于其自身特殊孔形的原因，從根本上避免了中央孔洞缺陷的形成，例如，X形通孔的中間區域較窄，在兩側銅等速沉積的情況下會先于通孔中央形成連接，然后逐步向上下兩個方向進行類似自上而下的填充。相比于垂直通孔的蝶形填充電鍍模式，共形填充的電鍍模式由于加速劑的使用以及TGV孔形的原因，可以實現更大電流密度下通孔的完整快速填充。
TGV孔內電鍍薄層
除了以上三種TGV通孔填實工藝，TGV也可采用通孔內電鍍薄層方案實現電學連接。將TGV基板浸入含有金屬離子的電鍍液中，通過外部電源在基板和電鍍液之間施加電場。在電場作用下，金屬離子向TGV孔內的陰極（玻璃基板表面）遷移，并在表面得到電子，還原沉積為金屬原子，逐層堆積形成連續、均勻的金屬薄層。通常電鍍填孔需要現在玻璃通孔壁上沉積金屬粘附層如鈦(Ti)、鉻(Cr)等種子層，然后再進行銅電鍍，否則會出現脫落等現象。
參考來源:
紀執敬.玻璃通孔三維互連鍍銅填充技術發展現狀
陳力.玻璃通孔技術研究進展
(中國粉體網編輯整理/月明)
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