中國粉體網(wǎng)訊 在如今的電子設(shè)備越來越輕薄、性能越來越強(qiáng)大的背后，隱藏著許多精密的制造技術(shù)，玻璃基板通孔填充技術(shù)就是其中不可或缺的一環(huán)。簡單來說，當(dāng)我們在玻璃基板上打好通孔（也就是TGV）后，需要用特殊材料把這些小孔填滿，才能實(shí)現(xiàn)電子信號(hào)的順暢傳遞。這個(gè)“填縫”過程看似簡單，卻是決定電子設(shè)備性能和體積的關(guān)鍵步驟。目前主要有兩種填充方法，金屬電鍍填充和導(dǎo)電膏填充，它們各有妙招，也各有挑戰(zhàn)。
金屬電鍍填充：像“蓋樓”一樣填滿小孔
金屬電鍍填充的原理有點(diǎn)像“蓋樓”，先在通孔內(nèi)壁鋪一層“地基”，再一層層往上“蓋”金屬，直到把小孔填滿。這層“地基”叫金屬種子層，通常用銅或鎳制成，就像給墻壁刷一層底漆，能讓后續(xù)的金屬更好地附著。制作種子層常用的方法有兩種：物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD），它們能讓金屬均勻地貼在玻璃孔壁上。
接下來就是電鍍過程了，把玻璃基板放進(jìn)含有金屬離子的溶液里，通上電流后，金屬離子會(huì)像被磁鐵吸引一樣，在種子層表面慢慢析出金屬，從底部往上一點(diǎn)點(diǎn)填滿通孔。這種“自下而上”的填充方式很考驗(yàn)技術(shù)，必須確保沒有氣泡或空洞，否則會(huì)影響信號(hào)傳輸。也正因如此，這個(gè)過程往往耗時(shí)較長，成本也相對(duì)較高。
自下而上填充過程 來源：《玻璃通孔三維互連鍍銅填充技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀》（紀(jì)執(zhí)敬等）
近些年大量學(xué)者投入到電鍍填充的研究中，Ｗu(yù)等探討了通過銅電鍍填充錐形TGV的工藝。研究表明，在150Ａ/m2電流密度下，通過抑制劑、加速劑和平整劑的協(xié)同作用，能夠在1.5h內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速且無空隙的填充，同時(shí)獲得光滑均勻的表面。不過，隨著電流密度的增加，也需要注意過早密封和孔隙產(chǎn)生的可能性。Wang等提出了一種基于雙面銅電鍍部分填充TGV的工藝，發(fā)現(xiàn)形成的Ｘ形部分填充TGV和再分布層結(jié)構(gòu)在溫度循環(huán)測試中表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，直流電阻僅增加1.3%。該工藝簡化了流程，提高了TGV的熱機(jī)械可靠性，并成功應(yīng)用于MEMS靜電開關(guān)的真空封裝。Lai等提出了一種使用銀納米線導(dǎo)電復(fù)合材料作為種子層，通過直接電鍍實(shí)現(xiàn)TGV金屬化的新方法。該方法可以在玻璃上形成具有強(qiáng)黏附性的均勻銅層，且具有低成本和簡化工藝的優(yōu)勢。
總的來說，金屬電鍍填充的最大優(yōu)勢是導(dǎo)電性好、工藝成熟，能確保通孔結(jié)構(gòu)完整，因此成為目前的主流方法。但如何進(jìn)一步縮短時(shí)間、降低成本，仍是工程師們努力的方向。
導(dǎo)電膏填充：像“擠牙膏”一樣填滿縫隙
如果說金屬電鍍填充像“蓋樓”，那導(dǎo)電膏填充就像“擠牙膏”，把特制的導(dǎo)電膏直接擠進(jìn)通孔，固化后形成導(dǎo)電路徑。導(dǎo)電膏里主要含有銀、銅等導(dǎo)電顆粒，以及環(huán)氧樹脂或有機(jī)聚合物這樣的“黏合劑”，既能導(dǎo)電，又能牢牢粘在玻璃上。
這個(gè)過程看似簡單，實(shí)則步驟不少，首先要對(duì)通孔內(nèi)壁進(jìn)行表面處理，比如打磨或涂底漆，讓導(dǎo)電膏能更好地附著；然后用絲網(wǎng)印刷、注射填充或印刷涂覆等方法把導(dǎo)電膏擠進(jìn)孔里；為了避免氣泡，還常常借助真空環(huán)境來填充，確保膏體分布均勻；最后通過加熱、紫外線照射或化學(xué)處理讓導(dǎo)電膏固化，形成穩(wěn)定的“導(dǎo)線”，固化后還要打磨拋光，讓表面平整，方便后續(xù)封裝。
兩種技術(shù)的對(duì)比與未來方向
金屬電鍍填充和導(dǎo)電膏填充各有千秋，金屬電鍍的導(dǎo)電性更優(yōu)，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，適合對(duì)性能要求高的場景，但成本和耗時(shí)較高；導(dǎo)電膏填充工藝簡單、成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)，但導(dǎo)電性和長期可靠性稍遜。
隨著電子設(shè)備向“更薄、更小、更快”發(fā)展，這兩種技術(shù)都在不斷優(yōu)化。比如金屬填充中，部分填充和新材料種子層的應(yīng)用正在降低成本；導(dǎo)電膏填充則通過改進(jìn)配方和設(shè)備，努力提高導(dǎo)電性和可靠性。未來，或許還會(huì)出現(xiàn)結(jié)合兩者優(yōu)勢的混合技術(shù)，讓玻璃基板通孔填充既高效又低成本，為微型電子設(shè)備的發(fā)展注入新動(dòng)力。
參考來源:
張興治.芯片封裝用玻璃基板通孔加工和填充技術(shù)
紀(jì)執(zhí)敬.玻璃通孔三維互連鍍銅填充技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
Wu.Synergistic effect of additives on filling of tapered TGV vias by copper electroplating
Wang.Partially filled TGV based on double sides cu conformal electroplating process for MEMS vacuum packaging
Lai.Directly electroplated metallization on through glass via (TGV) using silver nanowires conductive composite as seed layer
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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