从硅基到玻璃基：封装革命的下一站，激光站上C位？

来源：光电汇OESHOW原文链接

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在半导体产业步入“后摩尔时代”的今天，三维集成技术已成为突破芯片性能瓶颈的核心路径。当传统有机基板在散热能力、尺寸稳定性和互连密度上逐渐逼近物理极限，玻璃基板凭借其低介电常数、高热膨胀系数匹配性和优异的机械稳定性，正从技术探索走向规模化量产的前夜。

而玻璃基板走向产业化的核心关卡，正是玻璃通孔技术（TGV）。市场对这一技术的渴求已清晰可见：据Yole Intelligence《2024年玻璃通孔（TGV）技术与市场报告》显示，全球TGV加工市场规模将从2023年的12亿美元增长至2030年的78亿美元，复合年增长率（CAGR）将高达32.6%，其中半导体封装领域占比最大（2023年约65%），预计2027年HBM封装中TGV的渗透率将超80%，AI芯片封装对高深宽比（>50:1）TGV的需求年增长高达45%。

这一轮由材料革命驱动的产业跃迁，正将红利导向激光微加工设备赛道。玻璃硬脆、易裂、难控形的材料特性，注定传统机械与化学方案无法满足高端封装需求；而激光诱导蚀刻法凭借其“冷加工、无损伤、高精度”的独特优势，已成为TGV成孔的公认技术路线。在这场从硅基到玻璃基的封装革命中，激光企业正站在先进封装的最前沿。

TGV为何需用激光？

TGV是在玻璃上制作微米级通孔并填充导电金属，实现垂直电气互联，被喻为玻璃基板上的微型金属桥梁。这一技术的价值体现在多个应用层面：在玻璃转接板与玻璃芯板层面，它推动封装向更高集成密度、更大封装尺寸升级；在MEMS器件封装领域，它可实现完全气密的封装壳体，同时作为电信号引出通道；在射频前端模块中，它支持在单一玻璃基板上集成高Q值3D电感、MIM电容和滤波器；甚至在共封装光学应用中，它可在电子芯片和光子芯片之间形成高效的热隔离带。

然而，玻璃的硬脆特性给TGV加工带来了巨大挑战。机械钻孔易产生裂纹、崩边，良率不可控；普通激光热影响区大，带来微裂、残渣，埋下可靠性隐患；喷砂、光敏玻璃、干法刻蚀等，或精度不足、或成本过高、或侧壁粗糙。

行业对TGV成孔的要求高度一致：高精度、窄节距、高深宽比、侧壁光滑、垂直度好、低成本、高速度。能同时满足的方案只有一个：超短脉冲激光+诱导湿法蚀刻。激光负责精准改性，湿法负责高效去除，实现“冷加工、无损伤、可量产”。

激光诱导蚀刻成主流，飞秒激光成标配

制约TGV技术发展的主要困难之一，就是玻璃通孔的成孔工艺。它需要满足高速、高精度、窄节距、侧壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列严苛要求。目前主流的成孔技术路线包括喷砂法、光敏玻璃法、聚焦放电法、等离子体刻蚀法、激光烧蚀法等，但真正具备大规模应用前景的，是激光诱导蚀刻技术。

这一技术采用“激光改性+化学蚀刻”的两步法工艺：首先利用超短脉冲激光（皮秒或飞秒）依据设计图案对玻璃进行选择性改性，再通过化学蚀刻将改性区域快速刻蚀掉，最终形成通孔。相比传统方法，激光诱导蚀刻具有加工精度高、成孔快、深宽比高、无损伤等显著优势。

飞秒激光之所以成为TGV加工的“利器”，在于其极短的脉冲宽度（~10⁻¹⁵秒），能在材料吸收能量前完成“冷烧蚀”——电子被瞬间剥离，晶格几乎不升温，真正实现亚微米级的洁净成孔。这种加工方式有效避免了热影响区的形成，从源头上杜绝了微裂纹和崩边的隐患。

全球玩家竞逐：激光企业的技术角力

在TGV加工这一前景诱人的赛道上，国内外激光企业正在展开一场激烈的技术竞逐。

国际阵营：技术积淀深厚

德国TRUMPF：2025年1月，通快宣布与SCHMID集团合作开发出了一种用于玻璃中介层先进封装的激光蚀刻组合工艺。通过“激光蚀刻+湿法化学处理”工艺，利用TruMicro系列超短脉冲激光器对玻璃进行选择性改性，随后用蚀刻溶液刻蚀掉改性区域。该工艺能将TGV加工时间缩短90%，加工的孔径公差±5 μm，深度公差±10 μm，目前已进入商业化应用阶段。

接下来，通快将集中资源攻克TGV加工中的一些技术瓶颈，如提升激光加工速度（目前可达每秒数百孔）和良率（＞99.5%），同时降低设备成本。随着AI芯片、自动驾驶等领域对高密度封装的需求激增，通快计划在2025-2027年间推出新一代 TGV 激光加工系统，支持更大尺寸（如300 mm玻璃晶圆）和更高精度（线宽＜1 μm）的加工需求。

德国LPKF：作为目前主流的超快激光改性+湿法刻蚀加工TGV技术的发明者和长期推动者，其开发的LIDE激光诱导深度蚀刻技术是一种全新的无损、无应力玻璃加工技术，在TGV加工领域树立了行业标杆。

LIDE工艺能够精准控制能量在玻璃内部形成熔融区，实现高深宽比通孔加工，有效解决镀铜电路时的玻璃破裂难题。其Vitrion 5000系列设备可处理510×515 mm量级的玻璃基板，在此尺寸下保持±5 μm的位置精度，每秒可加工5000个通孔，最小孔径可达5 μm。据悉，该设备已交付韩国三星电机，用于半导体玻璃基板中试线。

立陶宛WOP：公司利用其Femto TGV系统输出的300 fs超短脉冲，能在10~15秒内完成材料的激光诱导改性，加工的最小孔径为5 μm、深宽比20:1、侧壁粗糙度Ra<0.15 μm。其加工良率可达100%，这一指标在实际生产线中无疑极具竞争力。据悉，Femto TGV系统能将数据中心光互联的功耗降低40%，为下一代CPO封装与硅光集成提供底层技术支撑。

立陶宛EKSPLA：通过Femtolux 30飞秒激光器的GHz脉冲串模式，实现80:1以上的高深宽比TGV加工。其MHz+GHz burst模式可实现自下而上的钻孔，形成零锥度通孔，加工吞吐量显著提升。

国产力量：奋起直追

国内激光企业在TGV加工领域同样表现活跃，部分企业已实现关键突破。

华工激光自主开发了激光诱导微孔深度蚀刻技术（LIMHDE）。该技术联合国际知名学府和国家级材料实验室共同开发，相比传统的玻璃穿孔技术，该技术拥有更好的穿孔质量、更小的加工半径和更深的加工深度。该技术采用了最新一代超短脉冲激光技术，并针对玻璃、石英等不同类型的材料定制化开发了诱导微孔激光头，最小可以做到5 μm孔径，径深比可达1:100。目前该技术已经应用于玻璃基板加工领域，能够为玻璃基板行业客户提供高效优质的先进封装解决方案。

帝尔激光自2019年开始TGV激光微孔技术研发，推出的TGV设备通过激光加速可控蚀刻技术，最大深径比达到100:1，最小孔径≤5 µm，最小孔间距≤10 µm。公司已完成面板级玻璃基板通孔设备的出货，实现了晶圆级和面板级TGV封装激光技术的全面覆盖。目前，其应用于玻璃基板半导体封装的面板级激光微孔设备更是实现出口订单发货，标志着国产TGV设备获得国际市场认可。

大族半导体的飞秒激光强化玻璃蚀刻通孔设备，可实现每秒打孔>5000个，深径比>50:1，定位精度±5 µm，适用于玻璃基板先进封装领域通孔的超快钻孔加工。

德龙激光重点研发的玻璃通孔设备，单点加工每秒2000个孔，在550 mm×650 mm 200 μm玻璃厚度上最小孔径10 μm，可支持高于1:50的深径比，相关新产品已获得订单并出货。

华日激光推出的Femto2-R40飞秒激光器是国内首款脉冲宽度小于190 fs的工业级红外飞秒激光器，凭借其高精度、高效率、高稳定性，在TGV玻璃通孔制备领域展现了强大的技术实力。该激光器脉冲宽度<190 fs，能量高度集中，可实现微米甚至纳米级别的通孔加；百万孔一致性>98%，深径比高达150:1，满足高端制造需求；支持510*515 mm大面积玻璃基板加工，加工速率高达10000 via/s。