玻璃通孔（TGV）技术由于具有优异的电学、光学特性，良好的力学稳定性和低成本等优势，在三维封装、集成无源器件和光电器件集成方面具有广泛应用前景。然而，玻璃通孔三维互连结构复杂，材料物性差异显著，在热循环、加工残余应力等复杂应力耦合作用下，极易出现结构损伤与电气失效，制约了封装器件的可靠性与使用寿命。

TGV结构中，应力的来源主要有2个：工艺残余应力和热应力。由于玻璃在几乎所有工艺过程只发生脆性变形，因此工艺残余应力主要在TGV-Cu中形成。且对于三维集成封装来说，无论是其制备过程，还是后续的测试表征，都需要将封装体进行温度冲击或者温度循环，而封装体是由硅芯片、有机基底、铜填充的TGV、铝焊盘等不同热膨胀系数（CTE）的材料所组成。由于差距较大，在冷热载荷的作用下，封装体内部会产生不同程度的应力和应变，当应力达到一定程度后，材料将会发生断裂或者疲劳损伤，继而对结构可靠性产生影响。

若从产生诱因维度拆分，封装应力又可划分为工艺制程引入应力、材料物性失配引发应力两大类。

从封装工艺层面来看，应力主要源于对玻璃基材的加工处理，以及异质材料的生长、集成等制程操作。以TGV通孔制备工艺为例，在通孔电镀填铜的过程中，电镀液配比、添加剂浓度等关键工艺参数，会直接影响封装结构的应力大小，是工艺应力的重要诱因。

从封装材料层面来看，应力问题主要由材料性能不匹配引发。在MEMS三维封装场景中，常采用玻璃盖帽晶圆与硅基芯片进行键合封装，两类材料的热膨胀系数存在差异，热失配会使芯片产生残余热应力；同时，封装材料与芯片材料之间的晶格失配、材料结晶与再结晶等现象，还会产生内部固有应力。上述各类材料应力，会直接导致封装体结构稳定性下降，引发可靠性失效问题。

开展TGV结构应力与可靠性研究，能够明晰各类应力的产生机理，有效规避应力诱发的结构断裂、疲劳损伤及失稳失效等问题，对提升三维封装器件的结构稳定性与工作可靠性、延长器件服役寿命具有重要的工程价值与理论意义。

7月3日，由中粉会展・先进封装材料主办的第二届玻璃基板与TGV技术大会将在合肥盛大启幕。届时将邀请工业和信息化部电子第五研究所重点实验室技术总师杨晓锋作《复杂应力下TGV互连失效机理研究》报告，杨老师将重点剖析玻璃基板TGV技术当前面临的核心应力难题，并分享团队在TGV互连失效机理方面的最新研究成果与进展。

专家简介

杨晓锋：博士，硕士生导师。2016年，2020年于厦门大学获得工学硕士和博士学位，现任工信部电子五所电子元器件可靠性技术全国重点实验室先进封装与微系统可靠性技术总师。长期从事先进封装技术及先进传感技术研究，主要研究方向包括先进封装可靠性、热机械可靠性、先进传感和柔性电子等。主持和参与了多项国家级、省部级科研项目。