TGV 玻璃基板大勢所趨！如何透過四大 FA 利器攻克 TGV 鍍銅與結構失效？

AI 與高效能運算（HPC）推動更多小晶片（Chiplet）被整合到同一個封裝中，基板也從過往的被動承載角色，轉變為影響互連密度、訊號傳輸與封裝尺寸穩定性的關鍵結構，自 Intel 於 2023 年公布玻璃基板開發進度以來，至 2026 年仍持續推進精密玻璃加工業與供應鏈的深度合作，顯示玻璃基板正由材料潛力加速走向製程優化與規模化驗證。

但對研發與製程工程師而言，真正的挑戰不是「玻璃基板會不會成為趨勢」，而是：大量 TGV 能否一致成形？孔壁是否受損？銅是否完整填入？經過電鍍、退火或可靠度條件測試後，微結構是否發生可能影響可靠度的變化？這些問題無法單靠單一影像檢測來回答，必須仰賴專業的 TGV 分析與玻璃基板檢測方案才能徹底釐清。

本文先看三個結論：

• TGV 品質至少包含三個層次：通孔幾何與玻璃損傷、金屬填孔與介面、銅晶粒與熱機械可靠度，這正是執行 TGV 失效分析（FA）的核心標的。
• 多維度檢測儀器各司其職：X-ray 適合先做非破壞性篩檢與定位；SEM、WLI 與 EBSD 則分別解答截面形貌、表面粗糙度與晶體學問題。
• 關鍵在於檢測策略：先大範圍篩檢、再定點切片，通常比直接任意截面更容易保留樣品，並能顯著提高真因分析（Root Cause Analysis）效率，然而實際方案仍須依樣品尺寸、結構與具體目標進行動態調整。

在 AI 晶片與高效能運算（HPC）對小晶片（Chiplet）異質整合需求呈爆發式成長的當下，傳統有機基板在尺寸穩定性、互連密度與高頻損耗上的物理極限已悄然逼近。自 Intel 於 2023 年拋出玻璃基板的開發藍圖以來，這項材料革命在 2026 年正式邁入製程優化與規模化驗證的關鍵決戰點。玻璃基板憑藉著極佳的平坦度、可調控的熱膨脹係數（CTE）以及優異的電學特性，被視為延續摩爾定律、打破大尺寸封裝載板翹曲（Warpage）痛點的終極解方。

然而從材料潛力走向晶圓級或面板級（Panel-level）的量產之路，製程工程師正面臨前所未有的良率考驗。關鍵核心就在於玻璃通孔（TGV, Through Glass Via）的製程控制，TGV 的挑戰絕非僅僅將孔洞打通，而是一場跨材料、跨尺度的微結構攻防戰。從最初雷射改質與選擇性蝕刻可能產生的 TGV 微裂縫（Micro-crack）與孔口崩邊（Chipping）；到銅金屬化製程中，阻障層（Barrier）的覆蓋率，以及高深寬比電鍍填孔時極易現形的空隙（Void）與接縫（Seam）；乃至於經受熱歷程（Thermal History）與可靠度測試後，金屬與玻璃介面的應力演變與銅晶粒再結晶行為。任何一個細微微結構的失效，都將直接導致昂貴的晶片報廢。

面對 TGV 多維度的失效模式，單一的影像檢測已無法提供完整的答案，閎康科技憑藉多年在失效分析（FA）領域的頂尖實務經驗，特別推出玻璃基板與 TGV 技術檢測全攻略專題，我們將深度拆解 TGV 從通孔形成到銅填孔的完整製程路徑，並引領您如何靈活布建 X-ray（非破壞性篩檢）、WLI（定量粗糙度量測）、SEM（精密截面驗證）與 EBSD（晶粒取向分析）四大檢測利器。透過系統化的檢測策略，協助研發與製程團隊在最短時間內精準定位缺陷、洞察失效機制，跨越玻璃基板的量產門檻，為下一代先進封裝奠定堅實的真因分析基礎。

玻璃基板之所以受到重視，主要不是因為單一材料規格的突破，而是多項材料與製程特性的綜合優勢。在探討玻璃基板與有機基板的差異時，Intel 與 Corning 的公開資料均指出，玻璃可提供優異的平坦度與尺寸穩定性，有助於解決大尺寸封裝中常見的載板翹曲（Warpage）問題；此外，透過調整玻璃成分，能彈性對應不同的熱膨脹係數（CTE）需求，其高絕緣與低損耗特性，亦有利於高頻互連與被動元件整合（Passive Integration）。另一方面，面板級（Panel-level）形式則為製程與成本優化提供了另一條可行路徑。

相對地，玻璃具有脆性，在搬運、雷射加工、濕蝕刻、切割與後續組裝過程中，都可能導入 TGV 微裂縫（Micro-crack）或 TGV 崩邊（Chipping），針對高深寬比（Aspect ratio）孔洞的種子層覆蓋率、金屬與玻璃的黏著性（Adhesion）、TGV 鍍銅填孔均勻性，以及銅與玻璃在熱製程下的應力演變，也都是實際量產時必須克服的關鍵挑戰。

如下圖所示，我們可透過「玻璃 → 通孔形成 → 濕蝕刻 / 清洗 → AOI → 銅種子層 → 銅電鍍」這一條具代表性的製程路徑，來理解 TGV 的關鍵分析節點，實際的工藝路徑會隨玻璃材質、孔徑、深寬比與設備條件而異，例如可採用直接雷射加工，或是先以雷射進行材料改質再搭配選擇性濕蝕刻；因此下表流程應視為分析檢測的關鍵站點切入點，而非單一的標準製程。

圖1｜ TGV從通孔形成、濕蝕刻 / 清洗、種子層到銅填孔與分析的代表性流程；實際製程會依玻璃材料、孔形及設備條件調整。

X-ray：先在非破壞性的情況下進行陣列篩檢與定位

X-ray 檢測利用不同材料對 X-ray 的衰減差異形成影像。以玻璃與銅組成的 TGV 結構為例，兩者具有明顯的影像對比，因此可在不破壞樣品的情況下，快速觀察 TGV 陣列排列與金屬填孔狀況，初步篩選填孔不全、內部孔洞等疑似缺陷，並掌握其位置與分布。

2D X-ray 適合用於快速投影篩檢，其中 Top View 可觀察 TGV 陣列的一致性，Tilt View 則可提供不同角度的互補資訊，協助辨識可能因結構重疊而被遮蔽的異常。當三維結構重疊、2D 投影難以明確判讀時，可進一步利用 3D X-ray 進行多角度影像重建與虛擬切片，以定位銅填孔內部的孔洞，並在影像解析度與分割條件允許的情況下，計算孔洞體積及孔隙率，作為評估 TGV 填孔完整性與製程一致性的量化依據。

然而，X-ray 的缺陷偵測與孔隙率分析能力，仍會受到缺陷尺寸、樣品厚度、結構重疊程度、掃描幾何、影像解析度、設備條件及影像分割門檻等因素影響，X-ray 適合用於內部孔洞與整體結構的非破壞篩檢，但不適合直接量化孔壁粗糙度，也無法僅憑 2D 投影影像確認玻璃與金屬介面完全不存在微裂縫；如需進一步驗證，仍須搭配更高解析度或截面分析技術。

SEM：用截面驗證孔形、填孔與界面

將樣品經研磨或定點截面製備至目標位置後，透過 TGV 截面 SEM 分析，可觀察通孔不同深度位置的孔徑、孔形與錐度（Taper），並檢視玻璃厚度、孔口崩角（Chipping）、微裂縫（Micro-crack）、銅填孔孔洞（Void）、填孔接縫（Seam）、銅 / 玻璃界面狀態，以及表面鍍銅餘厚（Overburden）等特徵。

若先前已透過 X-ray 檢測標示可疑位置，可將缺陷座標導入截面製備流程，進行定點截面分析，以提高缺陷定位與截面命中的成功率。截面分析屬於破壞性分析，樣品在研磨、切割或截面製備過程中，可能產生拖尾、崩裂、刮傷或局部變形等製備假象（Artifact）。因此，在進行 SEM 影像判讀時，應結合缺陷位置、形貌特徵及樣品製備條件，審慎區分原始製程缺陷與截面製備所產生的假象，避免誤判分析結果。（閎康相關服務：SEM 掃描式電子顯微鏡）

圖3｜ TTGV截面SEM孔徑、孔形及玻璃厚度量測示例

WLI 白光干涉儀：將孔壁與表面形貌轉化為可量化的粗糙度數據

白光干涉儀（WLI，亦即光學輪廓儀 Optical Profiler）可重建三維（3D）表面形貌，並精準取得R_a、R_q、R_t、R_z 等表面粗糙度指標。在 WLI 粗糙度量測中，這些定量數據有助於釐清 TGV 孔壁粗糙度是否會影響後續的金屬化製程，並能客觀比較不同通孔工藝或蝕刻條件的優劣。若 TGV 的孔洞幾何結構過深而造成光學視線受限，通常需要先製備出可供量測的特定截面或表面。因此，客戶在委案時，建議先明確說明欲量測的標的為孔壁、孔口還是整體表面，以利規劃最適當的樣品製備流程

圖4｜ WLI取得3D面形貌後，可分析面粗糙度參數，或擷取輪廓線計算Ra、Rq、Rt與Rz。本圖為匿名化合成示意。

EBSD：觀察銅填孔的晶粒、晶界、取向與再結晶

EBSD（Electron Backscatter Diffraction，電子背向散射繞射）可結合 SEM 進行材料微結構分析，透過晶粒、晶體取向、相組成及織構等資訊，深入了解材料在製程或熱處理前後的微結構變化。

透過 IPF（Inverse Pole Figure）晶體取向圖，可觀察晶粒取向及晶粒間的取向差異；藉由 Phase Map（相分布圖），可辨識不同晶相及其分布情形；進一步利用 Pole Figure（極圖）與織構分析，可評估材料是否存在特定晶體取向集中現象。此外，透過晶粒尺寸統計，可量化晶粒尺寸分布及平均晶粒尺寸，作為製程條件與材料特性比較的重要依據。

圖5｜ EBSD晶粒尺寸、晶向、相分布與織構分析結果示例。

TGV 分析不一定要一次把所有方法都做完。較有效的思路是先定義問題，再逐層增加解析度與破壞程度：

1. 定義製程階段與判定目標：是通孔剛形成、已做種子層、完成銅填孔，還是經過退火 / 可靠度？
2. 以 X-ray 做大範圍非破壞篩查：先找陣列中的異常位置、分布與代表區。
3. 進行定點或代表性 SEM 截面：確認孔形、填孔、界面與玻璃損傷是否吻合。
4. 依假設加做 WLI 或 EBSD：前者量化形貌 / 粗糙度，後者解析銅微結構與晶體學差異。

從有機基板跨入玻璃基板，不只是半導體封裝材料的世代交替，更是一場製程控制與良率拉鋸的全新挑戰，TGV 技術所帶來的超高互連密度與絕緣優勢，固然為 AI 與 HPC 晶片釋放了前所未有的效能潛力；但玻璃材質特有的脆性，以及高深寬比銅填孔在熱機械應力下的微結構演變，也大幅拉高了失效分析與真因鑑定（Root Cause Analysis）的技術門檻。

在邁向規模化驗證的關鍵階段，盲目的製程調整往往耗時且成本高昂，唯有透過系統化的檢測策略，從 X-ray 的非破壞性宏觀篩檢、WLI 的精密表面定量，到 SEM 的定點截面特徵驗證 與 EBSD 的晶體學結構解密，才能在層層交織的製程變數中，精準抽絲剝繭出影響良率的關鍵真因。

先進封裝的競速時代，時間就是核心競爭力，閎康科技將持續站在技術最前沿，以頂尖的實驗室製備工藝與全方位的交叉判讀能力，成為半導體研發與製程團隊最堅實的 FA 分析後盾，協助您跨越 TGV 量產瓶頸，在全球半導體巨頭的玻璃基板爭霸戰中贏得先機。