前言

AI大模型、HBM、Chiplet高速互连需求爆发，传统有机ABF基板受翘曲、带宽、热稳定性限制，玻璃基板成为先进封装下一代核心载体。玻璃基板机械刚性高、介电损耗低、热膨胀可控，但TGV玻璃通孔金属化是产业化最大瓶颈：玻璃CTE（3~5 ppm/K）与铜CTE（15 ppm/K）差异巨大，冷热循环易产生界面微裂纹、封装失效。

2026年6月18日，英特尔公开专利《BOTTOM-UP PLATING OF THROUGH-GLASS VIAS》（公开号US 2026/0173908 A1），提出自下而上电镀TGV整套系统方案，放弃传统孔壁全覆盖种子层思路，通过可控空气隙+缓冲层Liner双重应力缓冲，配套三条可量产工艺路线，完整解决TGV热应力失效痛点。本文结合专利附图，逐条拆解结构、工艺、微观特征与产业价值。

一、专利基础信息

申请人：Intel Corporation（美国加州圣克拉拉）
申请日：2024-12-18；公开日：2026-06-18
核心发明人：Mohammad Mamunur Rahman、Jason M. Gamba等
核心创新逻辑：取消TGV侧壁完整种子层，铜金属从孔底向上生长，侧壁形成受控空气隙作为应力缓冲；可选复合低模量Liner二次卸力，配套减法蚀刻、改良半加成mSAP、腔体填充三条量产工艺。

二、TGV传统方案致命缺陷（附图逻辑对照FIG.5B/C）

传统TGV金属化流程：玻璃通孔成型→孔壁全域溅射Ti/Cu种子层→全孔电镀铜。

结构问题：铜与玻璃侧壁100%紧密贴合，无缓冲空间
失效根源：冷热回流、功率循环下，铜膨胀收缩幅度远大于玻璃，界面持续累积剪切、径向应力，从玻璃-金属-空气交汇点滋生微裂纹并扩散，最终断路失效
专利核心判断：TGV可靠性失效全部源于玻璃/金属CTE失配，不能只追求“无空洞填孔”，必须主动设计应力释放结构

玻璃基板基础规格（专利附图FIG.1/FIG.2基板尺寸参照）

参数标准范围

玻璃基板厚度 50 μm ~ 1.4 mm

基板长宽尺寸 10 mm ~ 250 mm

TGV通孔节距 50 μm ~ 500 μm

玻璃基材类型石英、硼硅、铝硅、感光玻璃、微晶玻璃等

附图标注说明：

• FIG.1：基础玻璃基板封装架构

107：上层大封装基板；110：玻璃芯基板；115：TGV垂直通孔；TGV连通上下层导电结构，实现芯片垂直互连

• FIG.2：带嵌入式腔体玻璃基板架构

110：玻璃基板；129：芯片嵌入腔体；114-1：桥接芯片；128/126：上下导电接触垫；TGV贯穿玻璃，连通腔体芯片与外部线路

三、核心颠覆性设计：自下而上电镀+侧壁空气隙（附图FIG.5A）

1. 结构差异（专利FIG.5A标注详解）

传统工艺：孔壁全覆盖种子层，铜紧贴玻璃无间隙

英特尔新方案：侧壁无完整种子层，铜仅从孔底向上沉积，铜导体与玻璃侧壁之间生成受控空气隙（Void）

空气隙标准宽度：20~~200 nm，最优区间40~~140 nm
关键定性：空气隙非工艺缺陷，是主动设计的应力缓冲层

2. 空气隙三大作用

形变缓冲：铜受热膨胀时向内挤压空气隙，避免直接挤压脆性玻璃侧壁，大幅降低界面压应力
切断连续约束：消除传统全包裹金属层带来的环形束缚应力，抑制裂纹萌生
简化制程：省去侧壁种子层沉积、全局平坦化工序，降低材料与制造成本

附图FIG.5A部件标注

420：TGV玻璃通孔腔体
426：自下而上电镀铜填充导体
Void（20~200nm）：侧壁缓冲空气隙
玻璃基材：通孔外围绝缘基体

四、三大量产工艺路线分步图解（附图分段标注）

路线一：减法蚀刻SE工艺（附图FIG.4A~FIG.4F，识别特征FIG.5B/5C）

适用场景：成本敏感、线宽容忍度高的通用玻璃封装基板

核心逻辑：先整体电镀填满通孔，再通过双面蚀刻定义上下金属焊盘

完整流程附图标注拆解

1. FIG.4A：前置成型

110：玻璃基板；420：TGV通孔；421：嵌入式腔体；410：底部辅助电镀金属载片；412：临时粘接胶

2. FIG.4B：孔底预处理

去除通孔底部粘接胶，露出底层金属载片，打通电镀导电通路

3. FIG.4C：自下而上电镀填充

电流从底部金属载片导入，铜426从孔底向上生长填满通孔，侧壁自然形成空气隙

4. FIG.4D/4E：双面掩膜+减法蚀刻

190-1基板底面、190-2基板顶面覆盖光刻掩膜414，蚀刻去除多余铜金属，仅保留TGV柱体与上下焊盘

5. FIG.4F：成品结构

436底部接触垫、438顶部接触垫、415完整TGV互连柱

工艺识别特征（FIG.5B/5C）

焊盘侧壁呈锥形，侧壁夹角60°~90°（小于90°）
焊盘侧壁存在凹形轮廓、底切结构，上窄下宽/上宽下窄形态明显

路线二：改良半加成mSAP工艺（附图FIG.6A~6K，识别特征FIG.7B/7C）

适用场景：高密度细线路、芯片级封装、高精度RDL重布线

核心逻辑：单面沉积种子层，上下结构不对称，适配先进封装精细图形化需求

流程附图标注拆解

1. FIG.6A~6B：基板固定+单面掩膜

玻璃基板底面190-1贴合金属载片410，顶面190-2涂布掩膜414，仅暴露TGV通孔开口

2. FIG.6C~6D：单向自下而上电镀

仅通孔区域电镀铜426，顶面掩膜阻挡铜向外铺展，侧壁保留空气隙

3. FIG.6E~6G：剥离掩膜、去除载片、底面沉积种子层424

4. FIG.6H~6K：mSAP图形化

光刻掩膜定义线路，电镀生成底面导电接触垫446，蚀刻去除多余种子层，完成成型

工艺识别特征（FIG.7B/7C）

结构不对称：顶面448焊盘直接贴合铜导体（无种子层）；底面446焊盘与铜之间存在种子层424
独有指纹：焊盘根部出现footer undercut底切，宽度500~800 nm（最优580~750 nm）
焊盘侧壁角度85°~95°，锥形效应极弱

路线三：流动腔体填充工艺（附图FIG.8A~8H）

适用场景：带大尺寸嵌入式腔体、集成桥接芯片/无源器件的复合玻璃基板

核心逻辑：低填料流动性材料预先填充腔体，隔离电镀液，仅对TGV通孔定向电镀

流程附图标注拆解

1. FIG.8A~8C：腔体掩膜保护

掩膜434盖住TGV通孔，仅打开腔体421窗口

2. FIG.8D：腔体填充

430低填料流动填充材料填入腔体；填料体积占比＜70%，最低可至15%，流动性优异，无腔体死角空洞

3. FIG.8E：去除掩膜，暴露TGV通孔

4. FIG.8F：定向自下而上电镀

腔体被填充材料封堵，电镀液仅进入TGV，铜426从底部向上填满通孔

5. FIG.8G~8H：表面平坦化，铜导体与腔体填充材料共面

工艺识别特征

基板顶面铜导体与腔体填充材料高度平齐，无明显高低落差，腔体内部无电镀铜残留

三大工艺路线横向对比表

工艺路线核心特征适配场景微观识别指纹（附图对应）

减法蚀刻SE 先电镀、后双面蚀刻成型低成本、宽松线宽封装基板锥形焊盘、侧壁凹形（FIG.5B/C）

mSAP改良半加成单面种子层、不对称结构高密度细线路、先进RDL 单面种子层、500~800nm根部底切（FIG.7B/C）

流动腔体填充低粘度材料预填腔体，定向电镀带大腔体、嵌入式芯片基板铜/填充材料共面、腔体无铜（FIG.8G）

五、双层应力防护：Liner复合缓冲层（附图FIG.10B）

空气隙为第一道应力缓冲，专利新增Liner侧壁缓冲层作为第二重防护，可单独或搭配空气隙使用。

附图FIG.10B部件标注

422：复合Liner缓冲层，完整覆盖TGV通孔侧壁、腔体侧壁
玻璃基体：基板主体
426：电镀铜填充导体

Liner材料体系与设计标准

1. 高分子低模量层（贴近铜侧）

材料：聚酰亚胺PI、聚对二甲苯Parylene、PBO、PET等；杨氏模量1~30 GPa（最优1~15 GPa），吸收铜热膨胀压缩应力

2. 无机高模量底层（贴近玻璃侧）

材料：氧化硅、氮化硅、氧化铝；作用：平滑孔壁、隔离玻璃与高分子，抵抗拉伸开裂

3. 厚度区间：200 nm ~ 10 μm，主流选型500 nm ~ 1 μm

Liner核心价值

传统TGV缓冲层仅做绝缘隔离；本专利将Liner升级为应力管理层，通过高低模量复合结构，双向抵消玻璃与金属界面的拉、压应力，进一步降低裂纹风险。

六、空气隙可靠性答疑：微小间隙是否影响导电？

专利针对行业核心质疑给出明确论证：

尺寸可控：20~200 nm窄间隙，不会大幅缩减铜导体有效截面积，电流承载能力无明显衰减
应力收益远大于微小导电损耗：空气隙卸除80%以上界面热应力，冷热循环可靠性提升数倍
区分可控间隙与失效空洞

本方案：均匀、连续窄空气隙，自下而上电镀自然生成，属于设计结构
不良缺陷：铜导体断裂、毫米级大空洞、间隙分布杂乱，会造成电阻飙升、断路

七、专利五大原创创新点（附图全维度支撑）

1. 应力控制逻辑重构

摒弃“金属贴合玻璃”传统思路，以无侧壁种子层+空气隙构建柔性互连结构，从根源解决CTE失配。附图FIG.5A直接展示间隙缓冲结构。

2. 微观工艺指纹标准化

每条路线对应独有的SEM/TEM可观测微观特征（锥形焊盘、单面种子层、根部底切、共面腔体），便于失效分析、逆向溯源、知识产权取证。

3. 全场景量产工艺覆盖

减法蚀刻兼容传统PCB产线；mSAP匹配高端精细布线；腔体填充解决嵌入式芯片基板痛点，覆盖玻璃基板全品类需求。附图FIG4/6/8完整展示三条产线全流程。

4. Liner功能重新定义

把缓冲层从单纯绝缘层升级为复合应力吸收层，限定模量、厚度、复合分层结构，形成标准化应力缓释方案（FIG.10B）。

5. 架构通用化设计

兼容实心玻璃芯、带腔体嵌入式基板、薄/厚玻璃、圆形/锥形/沙漏形TGV通孔，适配AI芯片、HBM、射频、光电封装多场景（FIG.1/FIG.2）。

八、产业意义：玻璃基板商业化关键突破

当前先进封装产业共识：玻璃基板是突破有机基板面积、翘曲、高频损耗瓶颈的核心路线，但TGV金属化可靠性是量产卡点。

英特尔这套自下而上电镀TGV专利，实现三大产业价值：

解决可靠性卡脖子问题：空气隙+Liner双层应力缓冲，彻底规避冷热循环微裂纹失效，满足服务器AI芯片、HBM长期服役要求；
降低量产成本：省去侧壁种子层、大面积平坦化工序，三条工艺兼容现有封装产线，无需全新设备投入；
加速玻璃基板落地：形成标准化、可检测、可复制的TGV金属化方案，为面板级玻璃芯基板大规模商用扫清工艺障碍。

未来在Xeon服务器CPU、高端GPU、2.5D/3D Chiplet、射频光子集成产品中，带自下而上电镀TGV的玻璃基板将逐步替代传统有机基板与硅中介层。

参考文献

Intel Corporation. Bottom-Up Plating of Through-Glass Vias. US 2026/0173908 A1. Published June 18, 2026.

来源：赤潮诗社，侵删

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