近期，我國(guó)商務(wù)部對(duì)原產(chǎn)于日本的進(jìn)口二氯二氫硅發(fā)起反傾銷調(diào)查，維護(hù)我國(guó)半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)合法權(quán)益。這一動(dòng)作背后，折射出國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)關(guān)鍵戰(zhàn)略材料的迫切突圍需求。玻璃基板作為先進(jìn)封裝領(lǐng)域的核心材料之一，正成為國(guó)產(chǎn)替代的賽道焦點(diǎn)。
玻璃基板的概念
玻璃基板（Glass Substrate）是指采用高性能玻璃材料作為半導(dǎo)體、顯示面板、封裝載體等電子元器件的基底材料。 玻璃基板具有優(yōu)異的光學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和電學(xué)性能，在現(xiàn)代電子制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
玻璃基板ZUI早應(yīng)用于顯示行業(yè)，如液晶顯示（LCD）和有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）面板，隨后隨著先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展，玻璃基板開(kāi)始進(jìn)入半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是在晶圓級(jí)封裝（WLP）、面板級(jí)封裝（PLP）、2.5D/3D封裝、射頻（RF）應(yīng)用以及先進(jìn)光學(xué)器件等領(lǐng)域。目前，玻璃基板被視為替代傳統(tǒng)硅基板和有機(jī)基板（如PCB、BT基板）的重要材料之一，尤其在高密度互連、高頻信號(hào)傳輸?shù)葢?yīng)用中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
玻璃基板與傳統(tǒng)基板的差異
目前，半導(dǎo)體行業(yè)主要使用的基板材料包括硅基板（Si Substrate）、有機(jī)基板（Organic Substrate，如PCB、BT基板）以及陶瓷基板（Ceramic Substrate）。玻璃基板與這些傳統(tǒng)基板在多個(gè)方面存在顯著差異：
1機(jī)械性能
玻璃基板相比硅基板具有更高的抗彎強(qiáng)度，不易破碎。相比有機(jī)基板，玻璃基板的熱膨脹系數(shù)（CTE）更接近硅材料，從而減少熱應(yīng)力引起的翹曲問(wèn)題。
2介電性能
玻璃的介電常數(shù)（Dk）低，通常在4-6之間，遠(yuǎn)低于硅基板（Dk約為11.7），在高頻通信應(yīng)用（如5G、毫米波）中可降低信號(hào)損耗，提升傳輸效率。玻璃的介電損耗（Df）更低，使其適用于高速信號(hào)傳輸。
3平整度與制造精度
玻璃基板的表面平整度極高，遠(yuǎn)優(yōu)于PCB和BT基板，這對(duì)先進(jìn)封裝中的微縮化線路加工（如RDL布線）至關(guān)重要。
4成本與工藝兼容性
玻璃基板可通過(guò)面板級(jí)制造方式生產(chǎn)，具有更大的尺寸優(yōu)勢(shì)，有利于降低單位成本。玻璃基板的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕性高，可在高溫和腐蝕性環(huán)境下長(zhǎng)期使用。
由于這些優(yōu)點(diǎn)，玻璃基板在高頻高速應(yīng)用（如5G基站、光通信、AI芯片封裝）和先進(jìn)封裝技術(shù)（如Fan-Out封裝、2.5D/3D封裝）中成為重要的候選材料。
玻璃通孔（TGV）技術(shù)
玻璃通孔（TGV）是指在玻璃基板上加工貫穿孔，并在孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料（如銅），以實(shí)現(xiàn)芯片之間的垂直互連。 TGV技術(shù)使玻璃基板在2.5D/3D封裝中具備類似硅通孔（TSV）的互連能力，同時(shí)保持低成本和優(yōu)異的介電性能。目前TGV主要采用以下加工工藝：
1激光鉆孔（Laser Drilling）
利用飛秒激光或皮秒激光直接刻蝕玻璃，適用于高精度微孔加工。
2濕法蝕刻（Wet Etching）
通過(guò)HF等酸性溶液選擇性腐蝕玻璃，適用批量生產(chǎn)。
3機(jī)械鉆孔（Mechanical Drilling）
使用超硬鉆頭加工，但效率較低。
玻璃通孔加工完成后，需填充導(dǎo)電材料以實(shí)現(xiàn)電連接，常見(jiàn)方法包括：濺射（Sputtering）+ 電鍍（Electroplating）、化學(xué)氣相沉積（CVD）和金屬漿料填充等工藝。TGV技術(shù)使玻璃基板能夠?qū)崿F(xiàn)高密度互連，同時(shí)兼具低損耗、高頻特性，在5G、光通信、AI芯片封裝等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。
SEM在表征玻璃基板中的應(yīng)用
表面形貌分析：SEM可用于觀察玻璃基板的微觀結(jié)構(gòu)，評(píng)估加工質(zhì)量，如表面粗糙度、裂紋、微孔尺寸等。同時(shí)通過(guò)斷面觀察，可評(píng)估玻璃基板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、金屬填充狀態(tài)，以及潛在的缺陷（如空洞、裂紋）。
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圖1 玻璃表面形貌觀測(cè)(Apreo 2拍攝)
玻璃通孔（TGV）分析：SEM可用于檢測(cè)TGV孔徑、孔壁質(zhì)量、金屬填充均勻性等關(guān)鍵指標(biāo)，優(yōu)化工藝參數(shù)。
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圖2 TGV通孔孔徑等關(guān)鍵尺寸測(cè)量(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))
薄膜沉積質(zhì)量檢測(cè)：玻璃基板常需進(jìn)行金屬化（如Cu、Al沉積），SEM可用于評(píng)估薄膜厚度、均勻性及附著力。同時(shí)結(jié)合能量色散X射線譜（EDS, Energy Dispersive Spectroscopy）可以分析玻璃基板的化學(xué)成分，檢測(cè)金屬涂層和填充材料的元素分布，優(yōu)化玻璃基板的制造工藝。
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圖3 鍍層成分分布檢測(cè)(Apreo 2拍攝)
玻璃基板因其優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械和熱學(xué)性能，正逐步成為半導(dǎo)體行業(yè)的新興材料。玻璃通孔（TGV）技術(shù)的成熟使其在先進(jìn)封裝和高頻應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大潛力，而掃描電子顯微鏡（SEM）等高精度表征手段則為玻璃基板的質(zhì)量控制提供了重要支持。賽默飛超高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡Apreo 2兼具低電壓高質(zhì)量成像和多功能分析性能于一體，采用雙引擎技術(shù)，超低電壓下可直接分析玻璃樣品，且無(wú)需做噴鍍處理。如上面展示案例所示，在低電壓下，直接將玻璃樣品置于Apreo 2電鏡中進(jìn)行拍攝，同時(shí)憑借快捷的FLASH功能，設(shè)備可自動(dòng)執(zhí)行精細(xì)調(diào)節(jié)動(dòng)作，只需移動(dòng)幾次鼠標(biāo)，就可完成必要的合軸對(duì)中、消像散和圖像聚焦校正，即使電鏡初學(xué)者也能充分發(fā)揮Apreo 2的ZUI佳性能。
未來(lái)，隨著半導(dǎo)體封裝技術(shù)的進(jìn)步，玻璃基板有望在5G通信、AI芯片、光通信等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
