以下文章來源于半導體產業研究，作者深芯盟產業研究部

TGV 玻璃基板量產瓶頸在于特種玻璃原片質量不穩定，飛秒激光誘導蝕刻難處理缺陷玻璃，導致產業鏈協調困難，進度緩慢。

一、微晶玻璃材質作為封裝基板的優勢

在 AI 和 HPC 芯片需求激增下，玻璃基板被視為突破制程瓶頸、實現變道超車，推動人工智能優越性的關鍵。如圖 1 為玻璃基板在載板層和中介層的封裝位置。

圖源：深芯盟

圖1 玻璃基板在載板層和中介層的封裝位置

當前，電子玻璃正向微晶玻璃材質發展，因其低介電常數、低熱膨脹系數、高強度和少缺陷，提供更好的電氣性能、熱穩定性和機械可靠性。

圖源：O. Peitl, et al.Ceramics International 46 (2020) 22513–22520

圖2 Li2O·2SiO2微晶玻璃光學顯微照片（晶體、裂紋和氣泡）

氣泡出現在微晶玻璃中，會降低大多數性能，特別是光傳輸和斷裂強度。巴西圣卡洛斯聯邦大學玻璃材料研究中心的O. Peitl, et al.等人研究了Li2O·2SiO2（L2S）微晶玻璃的氣泡形成機理，將氣泡的形成與玻璃組成的微觀結構參數聯系起來，旨在通過改變參數提高微晶玻璃的致密性。圖2展示了L2S微晶玻璃樣品在不同光照條件下（反射光（A）和透射光（B））下的顯微照片，圖中顯示微晶玻璃中的結晶體、微裂紋和微氣泡。

圖源：Qingchao Jia, et al.* Advanced Materials, 2024.*

圖3 單晶β-CaSiO3在CBS玻璃體系中的生長機理

華東理工大學曾惠丹教授團隊聯合上海澤豐半導體有限公司、丹麥奧爾堡大學和武漢理工大學，通過將Al3+摻雜到鈣硼硅酸鹽（CBS）玻璃體系中，突破了傳統技術瓶頸，調節了玻璃的短程有序（SRO）和中程有序（MRO）結構，促進了非均質網絡結構的形成。這一過程有利于納米級β-CaSiO3和亞納米級α-CaSiO3多晶顆粒的析出。隨著燒結溫度升高，α-CaSiO3中的[Si3O9]環逐漸打開，轉變為β-CaSiO3晶體，并加快了納米級α-CaSiO3被β-CaSiO3吸收的過程。最終，形成了高單晶含量的β-CaSiO3（1-2 μm）單晶體，達到85%的占比。該微晶玻璃具備低介電常數（4.04@15 GHz）和高抗彎強度（256MPa），并首次將其應用于封裝基板，與銀漿共燒匹配良好，性能超過國際先進水平。

表1 非晶玻璃、微晶玻璃和硅片的關鍵性能參數

微晶玻璃的熱膨脹系數可調，通過調整其組成和結構，可使其與硅基板匹配，避免長期使用中因膨脹不匹配而導致的基板開裂。

微晶電子玻璃相比非晶電子玻璃具有以下優點：

更高的強度：晶體結構提供更強的抗拉和抗壓能力，增強玻璃的機械性能。

優異的熱穩定性：低熱膨脹系數使其在高溫環境下保持尺寸穩定，減少裂紋。

更好的電學性能：低介電常數減少電磁干擾，改善電氣性能。

抗腐蝕性能：耐化學腐蝕能力強，適用于極端環境。

高密度互聯能力：較小的晶粒和晶體結構能實現更高的密度互聯，適用于高性能電子器件。

二、微晶玻璃能抵抗蝕刻應力

原理圖來源：深芯盟

圖4 飛秒激光誘導刻蝕TGV微晶玻璃基板原理圖

無論是非晶玻璃還是微晶玻璃，都會存在微裂紋和微氣泡。在飛秒激光誘導刻蝕過程中，超快脈沖飛秒激光大大減少了激光散射對光斑邊緣玻璃的熱應力影響。在玻璃強度成為主要因素的情況下，微晶玻璃在飛秒激光誘導蝕刻過程中能夠更好地保持通孔邊緣的強度，減少微裂紋的擴展，在整體上保持 TGV 玻璃基板的結構完整性，為后續先進封裝的電氣性能打下堅實基礎。同時，微晶玻璃具有較強的耐化學腐蝕能力，非激光激活區域能夠增強對腐蝕液的抵抗力，為孔內蝕刻液發揮作用爭取更多時間。

綜合考量，微晶玻璃在 TGV 玻璃基板上展現出更大的優勢，尤其在強度和結構穩定性方面潛力優越。

三、玻璃基板原片質量待提升

激光誘導刻蝕 TGV 原理

飛秒激光誘導刻蝕玻璃是目前玻璃通孔制作的先進技術。其原理是通過激光精準聚焦于玻璃的局部區域，激發該區域的反應活性，從而與周圍區域產生反應速率差異。激光能量的聚焦導致玻璃表面發生缺陷、晶格結構改變或微裂紋生成，在局部區域形成高反應性，從而精確控制通孔的產生。由于 HF 溶液對玻璃材料的高反應性，結合液流的精準設計，飛秒激光與 HF 復合蝕刻液的組合成為了高效、精準布置通孔的優選方法。盡管面臨能量分布控制、化學溶液控制等挑戰，但低熱效應和高布孔精度使其成為當前的主流 TGV 技術。

國內設備與工藝進展

目前，國內在玻璃基板TGV生產設備與工藝方面已掌握了核心技術，特別是在 TGV 技術的應用上，已經具備了大規模生產的能力。飛秒激光設備（如大族數控和帝爾激光的飛秒 TGV 設備）已成功導入量產，并為規模化生產奠定了基礎。國內廠商在這一領域的技術積累使得他們能夠在新型封裝基板產業革新中受益，從而提升工藝精度和生產效率。

特種玻璃原片質量不穩定

盡管國內設備與工藝技術已具備一定優勢，但目前玻璃基板的核心原料 —— 特種玻璃原片仍依賴于國外頭部制造商，如康寧、肖特、AGC，國內凱盛科技在玻璃基板領域具有較強的技術實力，其產品主要涉及顯示玻璃原片，在半導體級玻璃原片方面，凱盛科技正積極布局，致力于滿足高性能封裝的需求。由于電子級玻璃原片的高要求和工藝的控制難度，國內企業面對的不僅僅是 TGV 工藝問題，不可忽視的玻璃基板質量缺陷無形中擾亂飛秒激光誘導蝕刻的參數設置。為提高玻璃原片質量的穩定性，可以采用材料基因組工程，借助大模型測試軟件（如廣立微 SemiMind）和成分調試軟件（廈門靈捷軟件有限公司開發的玻璃成分設計與測試軟件）加速基板原片的開發。同時，加強 TGV 通孔制程設備與工藝的協同，才能提升 TGV 基板整體供應鏈的可靠性，從而加快玻璃基板的量產進程。

四、為什么要支持玻璃原片企業？

圖源：《玻璃通孔技術研究進展》（陳力等，2021），中金公司研究部

圖5 玻璃通孔產業鏈示意圖

當前，國內玻璃基板產業在 TGV（Through Glass Via，通孔玻璃）工藝、封裝檢測以及相關配套設備方面已具備一定的技術實力，但仍然面臨電子級玻璃原片質量受制于國外制造商的困境。從全球產業鏈來看，康寧（Corning）、肖特（Schott）、AGC 等國外企業占據了高端玻璃基板市場的主導地位，而國內企業，如凱盛科技，正在加速布局半導體級玻璃原片，以求打破這種技術壁壘。

支持玻璃原片企業升級改造的必要性

突破核心原材料瓶頸，提高玻璃基板供應鏈自主可控能力

玻璃基板的質量直接影響 TGV 工藝的穩定性，如果玻璃原片存在質量缺陷，將導致飛秒激光誘導刻蝕的參數難以精準設定，影響量產良率。

電子級晶圓玻璃對厚度均勻性、應力控制、熱膨脹系數等都有極高要求，國內企業需要在原料純度、精密制造和熱處理工藝上進行突破。

提升國內玻璃基板企業全球競爭力

目前國內部分企業（如凱盛科技）已在顯示玻璃原片領域具有一定優勢，但在高端半導體封裝玻璃基板領域仍然落后于國際巨頭。

通過資本支持，使國內企業可以在設備升級、工藝優化、研發投入等方面加大力度，從而在全球市場形成更強的競爭力。

推動國產電子級晶圓玻璃產業化，實現產業鏈自主可控

電子級玻璃基板是先進封裝和光電器件的重要基材，廣泛應用于 5G 通信、微機電系統（MEMS）、先進封裝（Fan - Out）等領域。

若能實現大規模量產，不僅能填補國內市場需求，還可實現供應鏈的穩定性，降低對國外廠商的依賴。

促進 TGV 工藝與玻璃原片質量的協同優化

目前 TGV 玻璃的刻蝕深寬比、通孔密度、孔徑一致性等指標要求極高，玻璃原片的質量不穩定會嚴重影響刻蝕精度和通孔良率。

若玻璃原片穩定性提高，將顯著提升 TGV 基板的可靠性，降低工藝成本，使得國內企業可以更快進入量產階段。

五、結語

玻璃工業的明珠 —— 電子級晶圓玻璃是國內半導體材料領域突破的重要方向，當前國內企業雖然在 TGV 基板制造方面具備一定技術優勢，但仍需在玻璃原片質量穩定性、核心工藝控制、產業化量產能力等方面加速發展。國內資本應大力支持玻璃原片企業的升級改造，幫助其攻克高端玻璃基板的核心技術，最終實現從材料端到工藝端的自主可控，為國內電子產業鏈提供更強的競爭力。