发布日期：2025/9/9TGV失效分析
发布单位：iST宜特
挑战硅霸权？TGV（Through-Glass Via）玻璃基板技术因优异的高频与低损耗特性，广泛应用于5G、AIoT、车用雷达等领域，成为先进封装的新选项。然而，业界在推动 TGV 技术导入时，却频繁遇到工艺良率、封装机械强度、以及材料热失配 (CTE mismatch)等问题。该如何找出失效真因，提升良率呢？
TGV失效分析
半导体产业正迎来基板材料的重大革新！随着 AI、高速运算（HPC）与电动车等应用日益蓬勃，因低损耗、高频特性与成本优势的需求，利用玻璃基板制作玻璃通孔（TGV, Through-Glass Via）在高阶封装技术发展中逐渐被重视，也成为这股AI变革浪潮中，有机会取代硅基板制作的硅中介层（Silicon Interposer）技术的明日之星。
根据业界报导，Intel、Samsung、Hana Technology、Nippon Electric Glass（NEG）等多家半导体与材料大厂，已纷纷投入TGV 的开发与试产，并针对 AI 芯片、高频模块等应用设计新一代封装架构。根据 Verified Market Reports 的研究，TGV技术市场规模预计将由 2024 年的 12 亿美元提升至 2033 年的 25 亿美元，2026–2033年预测年均复合成长率为 9.5%，显示其具备高度竞争价值。
什么是TGV玻璃基板技术？TGV 是一种于玻璃基板上制作「金属导电孔」（vias）的技术。简单来说，就是在一片玻璃板上钻孔，再把导电金属（如铜）填入孔内，让电信讯号得以从玻璃的一面传输到另一侧。像是在玻璃上开出许多高速信道，让芯片之间的电讯号可以快速且低损耗地传输。
图一: TGV结构示意图
(图片来源：iST宜特科技)
跟「硅」这位老前辈相比，TGV的关键优势在于高频传输、绝缘性佳，可视为下一世代2.5D、3D等先进封装的重要技术之一，非常适合应用在 AI、5G、车用雷达等高速模块。然而，业界在导入 TGV 技术时，工艺良率、封装机械强度，以及材料热失配等问题，将是冲击可靠度验证结果与拖慢量产进度的重大瓶颈。
本篇宜特小学堂将根据宜特与业界的实务经验，分享我们如何透过一站式解决方案，四步骤找出产品失效的根本原因。最后也将分享一则实际案例，让您更深入了解 TGV 技术的应用与潜在风险。
TGV失效分析
TGV失效分析
一、目前TGV发展遇到的两大逆风：
(一) 制造良率与成本挑战
1.玻璃钻孔问题：目前雷射或化学蚀刻仍存在孔径形状不一、表面粗糙度高等问题，影响后续导电性与金属填充均匀性。
2.铜填充与扩散风险：填充不均导致孔洞电阻变异，铜扩散至玻璃内部则可能造成绝缘劣化与长期失效。(二) 机械强度与封装应力
1.玻璃基板脆性高：玻璃虽刚性高但脆性(Brittleness)大，在工艺、封装压合、测试或使用过程中易受微裂纹影响而造成电气异常。
2.铜与玻璃间热膨胀系数（CTE）差异大：长期热应力累积易导致界面剥离。
图二: TGV中铜与玻璃间脱层异常。
(图片来源：iST宜特科技)二、时间就是金钱 四大解析步骤快速找出潜在异常点
接着，我们将不藏私地分享宜特故障分析实验室如何找出TGV玻璃基板的故障点。透过以下四大步骤，有效协助客户快速找出潜在故障点并加以改善，适用于TGV初期导入、材料选型、量产前可靠度验证等阶段。
(一) 创造环境，诱发异常点现形。
(二) 非破坏检视TGV缺陷所在区域，快速定位异常点。
(三) 异常点切片分析，了解实际失效现象。
(四) 微观材料结构分析，有效改善潜在风险。
步骤一：创造环境，诱发潜在异常点现形
透过加速老化可靠度实验，如HAST（Highly Accelerated Stress Test）与 HTS（High Temperature Storage），可评估 TGV 结构在高温／高湿／高压环境下的长期稳定性，藉此诱发出结构中可能存在的异常点。此方法可在短时间内模拟数年寿命，快速诱发铜扩散、玻璃界面剥离或导通异常等潜在问题。宜特可依客户需求调整测试条件（如85°C / 85%RH / 1000小时），并结合后段破坏分析，提高整体测试效能。
步骤二：非破坏检测TGV缺陷所在区域，快速定位异常点
当有相关电气漏电失效发生时，可利用亮点分析仪器 (Thermal EMMI或OBIRCH) 进行失效点定位；此外，采用高分辨率 X-Ray 系统，进行 2D 平面观察 与 3D 断层扫描，无需破坏样品，即可快速掌握 TGV 电性异常物性状态或铜填孔的完整性。此技术可识别TGV内部填镀常见的空洞（void）缺陷。我们也可针对高深宽比结构进行局部放大分析，作为后续精细切片的辅助依据。
步骤三：异常点切片分析，了解实际失效现象
在失效定位后，我们可针对异常与试片特性从 X-Section（断面研磨）、CP（Cross-section Polisher）、Plasma FIB各切片技术进行选择最佳制备方式进行精准剖面样品制备（阅读更多: IC切片手法有四种哪一种CP值最高，最适合你的样品？)
步骤四：微观材料结构分析，有效改善潜在风险
切片后可进一步搭配 SEM 或 TEM 观察穿孔界面状态，并利用 EDS / EELS 元素分析确认铜扩散路径与浓度分布，尤其在检测玻璃内部的微量铜扩散时，此步骤至关重要，有助于建立完整失效机制模型。亦可搭配EBSD分析晶粒大小/方向(Grain size/ orientation)、晶界(Grain boundary)特性与残留应力，有助改善工艺与提升可靠度和电气特性 (阅读更多: 揭密TGV工艺中的隐形杀手：EBSD如何破解应力难题)。
三、TGV案例分享
在宜特的TGV异常分析经验中，导致导通失败的主因多为TGV 工艺中「玻璃穿孔」的穿孔质量不良与「金属填孔」（多采用电镀或化学填镀）的铜填镀不均。由于 TGV 基板上的微小通孔需完全且均匀填入铜材，才能确保稳定导电路径，任何玻璃孔蚀刻异常都可能导致导通中断。同时，若电镀参数设定不当，易产生孔内空隙、填充不饱满或柱状结构不连续等缺陷，进而造成电气特性异常与封装失效。
在这个案例中，我们可利用 2D X-ray 非破坏分析，进行异常点定位，再搭配 精准切片，并以 SEM 观察发现铜填充空隙不均，导致部分 TGV 产生无法导通或高阻值异常。经分析后，针对镀铜条件进行优化与调整填镀时间，最终成功协助客户提升铜填孔饱和度与导电一致性，得以提升整体良率。
图三：从2D X-Ray观察，产品原先有铜填孔不均的问题，没有连结在一起的通孔表示导通失败 (左图以黄圈标出部分失效处)；经过镀铜条件优化与调整后，提升了铜填孔的饱和度(右图)。
(图片来源：iST宜特科技)
图四：从SEM可清楚看出，工艺优化和调整后，最终成功提升铜填孔饱和度。
(图片来源：iST宜特科技)
尽管硅中介层技术因「工艺成熟」与「散热佳」，仍是目前多数应用的主力。然而，TGV玻璃基板低电气阻抗、高频率传输与卓越的绝缘特性，成为半导体产业在AI加速器、高阶通讯及毫米波雷达等前瞻技术趋势下的关键材料之一。随着全球半导体大厂的积极投入，TGV玻璃基板有望成为先进封装领域中极具战略意义的「明日基板」技术。若能透过有效的故障分析手法加速协助提升TGV玻璃基板可靠度与其工艺良率，将可大大增加TGV及早量产化的可能性。
宜特验证分析实验室在TGV封装可靠度领域累积了多年的深耕经验，建立丰富的案例数据库可供借鉴。从TGV穿孔分析、加速老化可靠度实验，到后续的破坏性高分辨率观察，实验室配备完整的检测设备，包括HAST、电性亮点分析、2D/3D X-Ray、SEM、TEM、EDS、EELS、EBSD、XPS、SIMS等，提供一站式TGV测试能力。这将有助于加速TGV技术在多个应用领域的发展进程，推动高效能与高可靠度的突破。
本文与各位长久以来支持宜特的您分享经验，若您想要更进一步了解细节，欢迎洽询+886-3-579-9909 分机6741 李先生│Email: web_ISE@istgroup.com；marketing_tw@istgroup.com