Tech # Drilling Holes in Glass: the “TGV (Through-Glass Via) Hard Problem” # 유리에 구멍 …
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Writer Joshuaa
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Date 26-01-27 17:38
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# Drilling Holes in Glass: the “TGV (Through-Glass Via) Hard Problem”
# 유리에 구멍 뚫기: TGV(Through-Glass Via) ‘난제’의 정체
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## English (EN)
### 0) “TGV” here means **Through-Glass Via** (not the French high-speed train)
In advanced semiconductor packaging and RF substrates, **TGV = Through-Glass Via**: making many precise holes through a glass panel/wafer and turning them into vertical electrical interconnects. Glass is attractive for high-frequency performance and dimensional stability, and it can be processed in large panels for cost. ([meridian.allenpress.com][1])
---
### 1) Why “drilling holes in glass” becomes the bottleneck
The hardest part of TGV is often **via formation** (making the holes) because you must hit **all** of these at once:
* **High aspect ratio** (deep holes with small diameters) and tight tolerances
* **Low damage** (no microcracks, minimal chipping, smooth sidewalls)
* **High throughput** (millions of vias per panel, not a lab demo)
* **Downstream compatibility** (metallization must adhere, survive thermal cycling, not crack the glass)
Research reviews and reliability papers repeatedly highlight glass fragility and crack susceptibility as central challenges for glass substrates and TGV adoption. ([ScienceDirect][2])
A practical “industry baseline” often cited is that TGV aspect ratios are commonly around **5–10**, with a wide range of achievable taper depending on process. ([MDPI][3])
Pushing much beyond that can be limiting; high aspect ratio perforation is explicitly described as a major factor restricting glass interposers in some studies. ([Wiley Online Library][4])
---
### 2) The physics: why glass hates holes
Glass is a **brittle, flaw-sensitive material**. A tiny defect at the rim or in the wall (microcrack, subsurface damage) can become a crack starter later under:
* thermal cycling (package heats up / cools down)
* copper expansion mismatch
* mechanical shock / warpage
* moisture + stress corrosion
That means “a hole that looks fine under a normal microscope” can still fail in reliability, because microcracks can be sub-surface and grow later. Reliability studies point to cracking as a key failure risk and discuss stress issues around TGV-Cu and interfaces. ([MDPI][5])
---
### 3) What exactly makes it a “난제” in manufacturing terms (the real constraints)
Below are the typical pain points engineers fight simultaneously:
1. **Chipping at entry/exit**
* Glass edges chip easily; exit side is especially vulnerable.
* Chips reduce yield and become crack initiators.
2. **Microcracks / subsurface damage**
* Mechanical/abrasive processes can leave hidden damage.
* Laser ablation can create microcracks if heat/energy deposition is not controlled.
3. **Taper control**
* Many drilling/ablation methods naturally create conical vias.
* Too much taper complicates metallization and electrical design (resistance/inductance, plating uniformity). Typical taper can vary widely by method and parameters. ([MDPI][3])
4. **Aspect ratio vs throughput**
* High quality, high AR often needs multi-step or multi-pass processes.
* Single-shot fast drilling is fast but often trades off quality/AR control (industry vendors discuss this tradeoff). ([Wophotonics][6])
5. **Debris, redeposition, contamination**
* Ablation and blasting create particles; residue hurts adhesion and plating.
6. **Metallization on glass is not “automatic”**
* After hole formation, you still must deposit seed/adhesion layers and plate copper reliably.
* Example approaches include depositing Ti/Cu directly on glass surfaces and via walls (DMoG-like approaches in packaging literature). ([IMAPSource][7])
7. **Thermo-mechanical reliability**
* Copper + glass interface stresses concentrate near geometrical corners/edges and can drive delamination/cracks if not designed/buffered. ([MDPI][5])
* Thermal cycling tests on glass interposers with TGVs are commonly used to compare glass compositions and long-term reliability. ([Mosaic Microsystems][8])
8. **Panel warpage / handling**
* Glass panels can be thin and fragile; handling + fixturing becomes process risk.
9. **Inspection/metrology at scale**
* You must detect tiny cracks and chipping across huge via counts.
10. **Cost + licensing + supply chain maturity**
* For advanced packaging (including AI packaging discussions), TGV is promising but still faces process maturity and scaling constraints. ([KoreaScience][9])
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### 4) The main TGV hole-making methods (and what they trade off)
A 2025 paper on glass RF structures summarizes typical TGV hole creation methods as **laser or ultrasonic drilling, powder blasting, or wet chemical etching**. ([ScholarWorks][10])
A broader micro-hole drilling review lists additional approaches including assisted micro-EDM (niche). ([PMC][11])
Here’s the practical engineering comparison:
#### A) Mechanical drilling / grinding (diamond tools)
* **Pros:** simple concept, accessible equipment
* **Cons:** chipping + subsurface microcracks, tool wear, slower for massive via arrays
#### B) Ultrasonic machining / ultrasonic vibration-assisted grinding
* **Idea:** abrasive slurry + ultrasonic vibration reduces cutting forces and improves edge quality
* **Pros:** can reduce chipping and improve internal surface quality versus conventional grinding ([ScienceDirect][12])
* **Cons:** throughput, tool design, and consistency across large panels can be challenging
#### C) Powder blasting / abrasive jet
* **Pros:** good for some via sizes and batch processing
* **Cons:** roughness, mask wear, taper, debris management
#### D) Direct laser ablation (UV / CO₂ / etc.)
* **Pros:** non-contact, programmable patterns, flexible
* **Cons:** thermal effects and crack risk unless optimized; redeposition; taper control challenges
#### E) Ultrashort-pulse lasers (ps/fs) + optimized scanning
* **Pros:** can achieve high quality with reduced cracking and smoother walls; parameter optimization is a whole field (e.g., ultrashort-pulsed laser studies on 200 µm glass optimizing passes/energy/diameter). ([ScienceDirect][13])
* **Cons:** equipment cost, throughput vs quality tuning
#### F) Hybrid: laser modification + **selective wet etching** (LIDE / selective laser-induced etching family)
* **Concept:** laser “modifies” regions inside glass (often without bulk material removal), then wet etching removes only modified regions to create vias.
* **Pros:** positioned as enabling high-precision, low-defect vias; industry analysis highlights LIDE as a notable hybrid process for via formation. ([lide.lpkf.com][14])
* **Cons:** chemistry control, glass type dependence, process integration complexity (laser + wet line)
A 2023 review notes that selective etching approaches can enable near-vertical vias with high aspect ratios and very smooth surfaces, with outcomes depending on glass type and etching chemistry. ([MDPI][3])
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### 5) What “solving the TGV hard problem” looks like (acceptance criteria)
In real commercialization, “we can drill a hole” is meaningless. You need a spec package like:
* Via diameter tolerance and positional accuracy across panel
* Entry/exit chipping max (and statistical outliers)
* Wall roughness and taper window
* Zero-critical crack rate (or a quantified crack length threshold)
* Metallization adhesion (pull/shear tests) + via resistance distribution
* Reliability: thermal cycling, humidity bias, drop/warpage tests (depending on application) ([Mosaic Microsystems][8])
If any one of these fails, your “TGV hole process” is not production-ready.
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### 6) Bottom line (why it stays a “난제”)
TGV hole formation is a hard problem because it combines **materials fracture mechanics + high-volume manufacturing + electrochemistry/metallization + reliability physics** in one step chain.
You’re not optimizing one metric; you’re minimizing the worst tail risk across millions of vias—while keeping cost and throughput realistic.
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## 한국어 (KO)
### 0) 여기서 TGV는 **Through-Glass Via(유리 관통 비아)** 의미
“유리 구멍 뚫기 TGV 난제”에서 TGV는 프랑스 고속열차가 아니라, **유리 기판(패널/웨이퍼)에 수많은 관통 홀을 만들고 이를 전기적 수직 연결로 쓰는 패키징/고주파 공정**입니다.
유리는 고주파 특성이 좋고(손실이 낮고), 치수 안정성이 좋으며, 대면적 패널 공정 가능성이 있어서 주목받습니다. ([meridian.allenpress.com][1])
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### 1) 왜 “유리 구멍 뚫기”가 TGV의 병목이 되나
TGV는 결국 “**구멍을 만든다** → **구멍 벽에 금속을 안정적으로 입힌다** → **열/기계 스트레스에서도 안 깨진다**”가 전부입니다.
이 중 제일 난도가 높은 단계가 대개 **관통 홀 형성(Perforation/Drilling)** 입니다.
동시에 만족해야 하는 조건이 너무 많기 때문입니다:
* 작은 지름으로 **깊게**(고종횡비) 뚫기
* **치핑(깨짐), 미세균열(마이크로크랙)** 최소화
* **테이퍼(원뿔 기울기)** 관리
* 수백만 개 비아를 **양산 속도/원가**로 처리
* 후공정(씨드/도금/충진/평탄화)에서 문제 없이 붙고, 장기 신뢰성에서 버티기
유리 기판과 TGV의 신뢰성 이슈를 다룬 리뷰들은 유리의 취성, 균열 민감성을 핵심 장애로 반복 강조합니다. ([ScienceDirect][2])
또한 TGV 성능 지표로 자주 언급되는 종횡비(Aspect ratio)는 보통 **5~10** 범위를 많이 얘기하며, 테이퍼는 공정/조건에 따라 매우 넓게 달라질 수 있다고 정리되어 있습니다. ([MDPI][3])
특히 더 높은 종횡비 관통 홀은 유리 인터포저 확산의 제한 요인으로 직접 언급되기도 합니다. ([Wiley Online Library][4])
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### 2) 유리가 “구멍”을 싫어하는 물성(핵심: 균열역학)
유리는 **연성 변형으로 에너지를 흡수하지 못하는 취성 재료**라서,
홀 입구/출구/벽면에 생기는 아주 작은 결함(치핑, 미세균열, 서브서피스 데미지)이
나중에 열 사이클·도금 응력·휨·충격에서 **균열 시작점**이 됩니다.
TGV-Cu와 유리 계면/형상에서 응력 집중이 생기고, 이를 완화하기 위한 버퍼층/구조 설계가 논문 주제로 반복됩니다. ([MDPI][5])
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### 3) “TGV 난제”를 만드는 실전 제조 이슈 10개(양산 관점)
1. **입구/출구 치핑**
* 출구면 치핑이 특히 심각(관통 직전 깨짐).
* 치핑은 이후 균열의 씨앗이 됨.
2. **미세균열/서브서피스 데미지**
* 기계/연마/블라스트는 표면 아래 숨은 손상이 남기 쉬움.
* 레이저는 조건이 나쁘면 열 영향으로 크랙이 생김.
3. **테이퍼 제어**
* 비아가 원통이 아니라 원뿔이 되면 도금 균일성과 전기적 성능이 흔들림.
* 테이퍼 범위는 공정에 따라 크게 달라질 수 있음. ([MDPI][3])
4. **종횡비 vs 속도(스루풋) 트레이드오프**
* 고품질 고종횡비는 대개 멀티패스/복합공정이 필요.
* 단발(싱글샷) 고속 공정은 빠르지만 품질/형상 관리가 어려울 수 있다는 식의 트레이드오프가 업계 서비스 설명에서도 나타납니다. ([Wophotonics][6])
5. **분진/재증착/오염**
* 블라스트/레이저는 파티클과 잔사 문제 → 접착/도금 결함 유발.
6. **유리 위 금속화(메탈라이제이션)가 쉽지 않음**
* 홀 벽면까지 균일 씨드/접착층을 형성해야 함.
* Ti/Cu 등을 유리와 비아 벽에 직접 형성하는 접근(예: DMoG 계열)도 패키징 문헌에서 논의됩니다. ([IMAPSource][7])
7. **열-기계 신뢰성(장기)**
* 유리-구리 계면/모서리에서 응력 집중 → 균열/박리 위험. ([MDPI][5])
* 실제로 TGV 유리 인터포저를 열사이클링으로 평가한 사례들이 보고됩니다. ([Mosaic Microsystems][8])
8. **패널 취급/지그/휘어짐**
* 얇은 유리는 공정 중 핸들링 자체가 수율 요인.
9. **검사(메트롤로지)**
* 수백만 홀에서 치핑·크랙·편심을 검사해야 함(통계 꼬리 리스크 관리).
10. **AI/고성능 패키징 요구와 공정 성숙도**
* AI 패키징 고도화 흐름에서 TGV가 유망 기술로 계속 언급되지만, 드릴링/기능층/충진 등 공정 통합 난제도 함께 정리됩니다. ([KoreaScience][9])
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### 4) 유리 구멍 뚫기(TGV 홀 형성) 대표 공정들과 트레이드오프
2025년 유리 기반 구조 논문에서도 TGV 홀 생성 방법으로 **레이저/초음파 드릴링, 파우더 블라스팅, 습식 화학 에칭** 등을 전형적으로 언급합니다. ([ScholarWorks][10])
마이크로홀 드릴링 리뷰에서는 보조 전극을 이용한 마이크로-EDM 같은 방법도 “가능한 옵션”으로 포함됩니다(다만 산업 주류는 아님). ([PMC][11])
#### A) 기계 드릴/연삭(다이아몬드)
* 장점: 개념 단순
* 단점: 치핑/숨은 균열, 공구 마모, 대량 비아에서 시간/수율 부담
#### B) 초음파 가공/초음파 보조 연삭(UVAG 등)
* 장점: 가공력 감소로 치핑·거칠기 개선 가능(기존 연삭 대비 개선 보고). ([ScienceDirect][12])
* 단점: 대면적 패널의 일관성/스루풋/공구 설계가 관건
#### C) 파우더 블라스팅(연마재 분사)
* 장점: 특정 지름대에서 공정성이 좋음
* 단점: 마스크/분진/테이퍼/거칠기 관리
#### D) 직접 레이저 어블레이션
* 장점: 비접촉, 패턴 유연
* 단점: 조건 나쁘면 열 영향/미세균열, 재증착, 테이퍼
#### E) 초단펄스(ps/fs) 레이저 + 최적 스캔
* 장점: 균열과 치핑을 줄이면서 고품질 홀을 만들기 위한 최적화 연구가 활발(예: 200µm 유리에서 패스/에너지/직경 최적화로 드릴 품질 개선 연구). ([ScienceDirect][13])
* 단점: 설비비, 속도-품질 최적점 잡기가 어렵다
#### F) 레이저 변질 + 선택적 습식 에칭(예: LIDE 계열)
* 개념: 레이저로 유리 내부를 “변질”시키고, 변질부만 선택적으로 습식 에칭해서 비아를 만든다.
* 장점: 결함(치핑/크랙) 최소화와 고정밀 비아 형성 방향으로 강하게 주목받는 하이브리드 방식으로 소개됩니다. ([lide.lpkf.com][14])
* 2023년 리뷰에서는 선택적 에칭 특성이 유리 종류/에칭 화학에 따라 고종횡비·저테이퍼 비아 형성에 유리할 수 있다고 정리합니다. ([MDPI][3])
* 단점: 레이저+습식라인 통합, 화학/유리 조성 의존성, 공정 복잡도
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### 5) “난제를 풀었다”는 양산 합격 기준(체크리스트)
양산에서 의미 있는 답은 “홀을 뚫었다”가 아니라 아래가 전부 맞는지입니다.
* 지름/위치 공차(패널 전체)
* 입·출구 치핑 상한 + 이상치(outlier) 관리
* 벽면 거칠기/테이퍼 윈도우
* 크랙 0 또는 허용 임계치(길이/밀도)
* 씨드/도금 접착력, 비아 저항 분포
* 열사이클/습열/휨 등 신뢰성에서 생존 ([Mosaic Microsystems][8])
이 중 하나라도 실패하면 “TGV 홀 공정”은 아직 제품 공정이 아닙니다.
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### 6) 결론(한 문장으로)
**TGV 난제 = 유리의 취성(균열역학) + 수백만 개 대량 생산 + 후공정 금속화/도금 + 장기 신뢰성**을 한 번에 만족해야 해서 생기는 복합 최적화 문제입니다.
그래서 “유리 구멍 뚫기”가 TGV 상용화에서 계속 핵심 병목으로 남습니다.
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## 日本語 (JA)
### TGV（Through-Glass Via）の「ガラス穴あけ難題」とは
* TGVはガラス基板を貫通する多数の穴を作り、金属化して縦方向の配線にする技術。ガラスはRF特性と寸法安定性の利点があり注目。 ([meridian.allenpress.com][1])
* 難しい理由は、**高アスペクト比・低欠陥（欠け/微小亀裂なし）・高スループット・信頼性**を同時に満たす必要があるため。 ([ScienceDirect][2])
* 一般的にARは5–10程度がよく言及され、さらに高AR化がボトルネックになり得る。 ([MDPI][3])
**主な工法**（代表例）
* レーザー/超音波ドリル、パウダーブラスト、湿式エッチング ([ScholarWorks][10])
* ハイブリッド（レーザー改質＋選択的湿式エッチング：LIDE系）が高精度・低欠陥の方向で注目。 ([lide.lpkf.com][14])
**量産合格の観点**
欠け・微小亀裂・テーパー・金属密着・熱サイクル信頼性まで含めて仕様を満たすことが「難題の本体」。 ([MDPI][5])
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## Español (ES)
### El “problema difícil” de perforar vidrio para TGV
* TGV crea orificios a través de vidrio y luego los metaliza para interconexión vertical; el vidrio destaca en aplicaciones RF por su estabilidad y propiedades eléctricas. ([meridian.allenpress.com][1])
* Lo difícil es combinar: **alto aspecto (profundo/estrecho), mínimo astillado y microgrietas, alta productividad y fiabilidad termo-mecánica**. ([ScienceDirect][2])
* AR típico citado a menudo ~5–10; empujar más puede convertirse en limitación. ([MDPI][3])
**Métodos comunes**: láser/ultrasonido, powder blasting, y grabado químico; y procesos híbridos tipo LIDE (modificación láser + grabado selectivo) ganan atención por precisión/defectos bajos. ([ScholarWorks][10])
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## Français (FR)
### Le “vrai” défi TGV : percer le verre sans l’endommager, à l’échelle industrielle
* Les TGV (Through-Glass Vias) sont des vias traversants dans un substrat en verre, ensuite métallisés; le verre est attractif (RF, stabilité dimensionnelle, traitement en panneau). ([meridian.allenpress.com][1])
* Le caractère “difficile” vient du cumul : **grand rapport d’aspect + absence d’ébréchures/microfissures + débit élevé + fiabilité thermo-mécanique**. ([ScienceDirect][2])
* On cite souvent des rapports d’aspect ~5–10; au-delà, la perforation devient un facteur limitant. ([MDPI][3])
**Procédés** : perçage laser/ultrason, sablage abrasif, gravure chimique; et des hybrides (type LIDE : modification laser + gravure sélective) sont mis en avant pour la précision et la réduction des défauts. ([ScholarWorks][10])
[1]: https://meridian.allenpress.com/ism/article/2019/1/000147/433086/Thin-Glass-Substrates-with-Through-Glass-Vias?utm_source=chatgpt.com "Thin Glass Substrates with Through-Glass Vias."
[2]: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0026271424001574?utm_source=chatgpt.com "Thermo-mechanical reliability of glass substrate and ..."
[3]: https://www.mdpi.com/1424-8220/24/1/171?utm_source=chatgpt.com "Application of Through Glass Via (TGV) Technology for ..."
[4]: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adem.202400397?utm_source=chatgpt.com "Ultrahigh Aspect Ratio Through Glass Vias Perforation ..."
[5]: https://www.mdpi.com/2072-666X/13/10/1799?utm_source=chatgpt.com "Thermo-Mechanical Reliability Study of Through Glass ..."
[6]: https://wophotonics.com/services/through-glass-via-tgv-wafer/?utm_source=chatgpt.com "Through Glass Via TGV Wafers and Panels"
[7]: https://imapsource.org/api/v1/articles/57123-3d-sip-assembly-and-reliability-for-glass-substrate-with-through-vias.pdf?utm_source=chatgpt.com "3D SiP Assembly and Reliability for Glass Substrate with ..."
[8]: https://www.mosaicmicro.com/wp-content/uploads/Glass_Reliability_ECTC2015.pdf?utm_source=chatgpt.com "Through Glass Vias (TGV) and Aspects of Reliability"
[9]: https://koreascience.kr/article/JAKO202520361203877.page?utm_source=chatgpt.com "AI 반도체 패키징을 위한 최근의 Through-Glass Via (TGV ..."
[10]: https://scholarworks.bwise.kr/cau/bitstream/2019.sw.cau/79961/1/Substrate%20Integrated%20Waveguide%20on%20Glass%20with%20Vacuum-Filled%20Tin%20Through%20Glass%20Vias%20for%20Millimeter-Wave%20Applications.pdf?utm_source=chatgpt.com "Substrate Integrated Waveguide on Glass with Vacuum-Filled ..."
[11]: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6190316/?utm_source=chatgpt.com "Micro-Hole Drilling on Glass Substrates—A Review - PMC"
[12]: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141635924002216?utm_source=chatgpt.com "Ultrasonic vibration-assisted grinding of quartz glass micro- ..."
[13]: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014381662500291X?utm_source=chatgpt.com "Fabrication and analysis of through-glass vias for ..."
[14]: https://lide.lpkf.com/en/?utm_source=chatgpt.com "LIDE® Laser Induced Deep Etching Technology | LPKF"
# 유리에 구멍 뚫기: TGV(Through-Glass Via) ‘난제’의 정체
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## English (EN)
### 0) “TGV” here means **Through-Glass Via** (not the French high-speed train)
In advanced semiconductor packaging and RF substrates, **TGV = Through-Glass Via**: making many precise holes through a glass panel/wafer and turning them into vertical electrical interconnects. Glass is attractive for high-frequency performance and dimensional stability, and it can be processed in large panels for cost. ([meridian.allenpress.com][1])
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### 1) Why “drilling holes in glass” becomes the bottleneck
The hardest part of TGV is often **via formation** (making the holes) because you must hit **all** of these at once:
* **High aspect ratio** (deep holes with small diameters) and tight tolerances
* **Low damage** (no microcracks, minimal chipping, smooth sidewalls)
* **High throughput** (millions of vias per panel, not a lab demo)
* **Downstream compatibility** (metallization must adhere, survive thermal cycling, not crack the glass)
Research reviews and reliability papers repeatedly highlight glass fragility and crack susceptibility as central challenges for glass substrates and TGV adoption. ([ScienceDirect][2])
A practical “industry baseline” often cited is that TGV aspect ratios are commonly around **5–10**, with a wide range of achievable taper depending on process. ([MDPI][3])
Pushing much beyond that can be limiting; high aspect ratio perforation is explicitly described as a major factor restricting glass interposers in some studies. ([Wiley Online Library][4])
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### 2) The physics: why glass hates holes
Glass is a **brittle, flaw-sensitive material**. A tiny defect at the rim or in the wall (microcrack, subsurface damage) can become a crack starter later under:
* thermal cycling (package heats up / cools down)
* copper expansion mismatch
* mechanical shock / warpage
* moisture + stress corrosion
That means “a hole that looks fine under a normal microscope” can still fail in reliability, because microcracks can be sub-surface and grow later. Reliability studies point to cracking as a key failure risk and discuss stress issues around TGV-Cu and interfaces. ([MDPI][5])
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### 3) What exactly makes it a “난제” in manufacturing terms (the real constraints)
Below are the typical pain points engineers fight simultaneously:
1. **Chipping at entry/exit**
* Glass edges chip easily; exit side is especially vulnerable.
* Chips reduce yield and become crack initiators.
2. **Microcracks / subsurface damage**
* Mechanical/abrasive processes can leave hidden damage.
* Laser ablation can create microcracks if heat/energy deposition is not controlled.
3. **Taper control**
* Many drilling/ablation methods naturally create conical vias.
* Too much taper complicates metallization and electrical design (resistance/inductance, plating uniformity). Typical taper can vary widely by method and parameters. ([MDPI][3])
4. **Aspect ratio vs throughput**
* High quality, high AR often needs multi-step or multi-pass processes.
* Single-shot fast drilling is fast but often trades off quality/AR control (industry vendors discuss this tradeoff). ([Wophotonics][6])
5. **Debris, redeposition, contamination**
* Ablation and blasting create particles; residue hurts adhesion and plating.
6. **Metallization on glass is not “automatic”**
* After hole formation, you still must deposit seed/adhesion layers and plate copper reliably.
* Example approaches include depositing Ti/Cu directly on glass surfaces and via walls (DMoG-like approaches in packaging literature). ([IMAPSource][7])
7. **Thermo-mechanical reliability**
* Copper + glass interface stresses concentrate near geometrical corners/edges and can drive delamination/cracks if not designed/buffered. ([MDPI][5])
* Thermal cycling tests on glass interposers with TGVs are commonly used to compare glass compositions and long-term reliability. ([Mosaic Microsystems][8])
8. **Panel warpage / handling**
* Glass panels can be thin and fragile; handling + fixturing becomes process risk.
9. **Inspection/metrology at scale**
* You must detect tiny cracks and chipping across huge via counts.
10. **Cost + licensing + supply chain maturity**
* For advanced packaging (including AI packaging discussions), TGV is promising but still faces process maturity and scaling constraints. ([KoreaScience][9])
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### 4) The main TGV hole-making methods (and what they trade off)
A 2025 paper on glass RF structures summarizes typical TGV hole creation methods as **laser or ultrasonic drilling, powder blasting, or wet chemical etching**. ([ScholarWorks][10])
A broader micro-hole drilling review lists additional approaches including assisted micro-EDM (niche). ([PMC][11])
Here’s the practical engineering comparison:
#### A) Mechanical drilling / grinding (diamond tools)
* **Pros:** simple concept, accessible equipment
* **Cons:** chipping + subsurface microcracks, tool wear, slower for massive via arrays
#### B) Ultrasonic machining / ultrasonic vibration-assisted grinding
* **Idea:** abrasive slurry + ultrasonic vibration reduces cutting forces and improves edge quality
* **Pros:** can reduce chipping and improve internal surface quality versus conventional grinding ([ScienceDirect][12])
* **Cons:** throughput, tool design, and consistency across large panels can be challenging
#### C) Powder blasting / abrasive jet
* **Pros:** good for some via sizes and batch processing
* **Cons:** roughness, mask wear, taper, debris management
#### D) Direct laser ablation (UV / CO₂ / etc.)
* **Pros:** non-contact, programmable patterns, flexible
* **Cons:** thermal effects and crack risk unless optimized; redeposition; taper control challenges
#### E) Ultrashort-pulse lasers (ps/fs) + optimized scanning
* **Pros:** can achieve high quality with reduced cracking and smoother walls; parameter optimization is a whole field (e.g., ultrashort-pulsed laser studies on 200 µm glass optimizing passes/energy/diameter). ([ScienceDirect][13])
* **Cons:** equipment cost, throughput vs quality tuning
#### F) Hybrid: laser modification + **selective wet etching** (LIDE / selective laser-induced etching family)
* **Concept:** laser “modifies” regions inside glass (often without bulk material removal), then wet etching removes only modified regions to create vias.
* **Pros:** positioned as enabling high-precision, low-defect vias; industry analysis highlights LIDE as a notable hybrid process for via formation. ([lide.lpkf.com][14])
* **Cons:** chemistry control, glass type dependence, process integration complexity (laser + wet line)
A 2023 review notes that selective etching approaches can enable near-vertical vias with high aspect ratios and very smooth surfaces, with outcomes depending on glass type and etching chemistry. ([MDPI][3])
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### 5) What “solving the TGV hard problem” looks like (acceptance criteria)
In real commercialization, “we can drill a hole” is meaningless. You need a spec package like:
* Via diameter tolerance and positional accuracy across panel
* Entry/exit chipping max (and statistical outliers)
* Wall roughness and taper window
* Zero-critical crack rate (or a quantified crack length threshold)
* Metallization adhesion (pull/shear tests) + via resistance distribution
* Reliability: thermal cycling, humidity bias, drop/warpage tests (depending on application) ([Mosaic Microsystems][8])
If any one of these fails, your “TGV hole process” is not production-ready.
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### 6) Bottom line (why it stays a “난제”)
TGV hole formation is a hard problem because it combines **materials fracture mechanics + high-volume manufacturing + electrochemistry/metallization + reliability physics** in one step chain.
You’re not optimizing one metric; you’re minimizing the worst tail risk across millions of vias—while keeping cost and throughput realistic.
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## 한국어 (KO)
### 0) 여기서 TGV는 **Through-Glass Via(유리 관통 비아)** 의미
“유리 구멍 뚫기 TGV 난제”에서 TGV는 프랑스 고속열차가 아니라, **유리 기판(패널/웨이퍼)에 수많은 관통 홀을 만들고 이를 전기적 수직 연결로 쓰는 패키징/고주파 공정**입니다.
유리는 고주파 특성이 좋고(손실이 낮고), 치수 안정성이 좋으며, 대면적 패널 공정 가능성이 있어서 주목받습니다. ([meridian.allenpress.com][1])
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### 1) 왜 “유리 구멍 뚫기”가 TGV의 병목이 되나
TGV는 결국 “**구멍을 만든다** → **구멍 벽에 금속을 안정적으로 입힌다** → **열/기계 스트레스에서도 안 깨진다**”가 전부입니다.
이 중 제일 난도가 높은 단계가 대개 **관통 홀 형성(Perforation/Drilling)** 입니다.
동시에 만족해야 하는 조건이 너무 많기 때문입니다:
* 작은 지름으로 **깊게**(고종횡비) 뚫기
* **치핑(깨짐), 미세균열(마이크로크랙)** 최소화
* **테이퍼(원뿔 기울기)** 관리
* 수백만 개 비아를 **양산 속도/원가**로 처리
* 후공정(씨드/도금/충진/평탄화)에서 문제 없이 붙고, 장기 신뢰성에서 버티기
유리 기판과 TGV의 신뢰성 이슈를 다룬 리뷰들은 유리의 취성, 균열 민감성을 핵심 장애로 반복 강조합니다. ([ScienceDirect][2])
또한 TGV 성능 지표로 자주 언급되는 종횡비(Aspect ratio)는 보통 **5~10** 범위를 많이 얘기하며, 테이퍼는 공정/조건에 따라 매우 넓게 달라질 수 있다고 정리되어 있습니다. ([MDPI][3])
특히 더 높은 종횡비 관통 홀은 유리 인터포저 확산의 제한 요인으로 직접 언급되기도 합니다. ([Wiley Online Library][4])
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### 2) 유리가 “구멍”을 싫어하는 물성(핵심: 균열역학)
유리는 **연성 변형으로 에너지를 흡수하지 못하는 취성 재료**라서,
홀 입구/출구/벽면에 생기는 아주 작은 결함(치핑, 미세균열, 서브서피스 데미지)이
나중에 열 사이클·도금 응력·휨·충격에서 **균열 시작점**이 됩니다.
TGV-Cu와 유리 계면/형상에서 응력 집중이 생기고, 이를 완화하기 위한 버퍼층/구조 설계가 논문 주제로 반복됩니다. ([MDPI][5])
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### 3) “TGV 난제”를 만드는 실전 제조 이슈 10개(양산 관점)
1. **입구/출구 치핑**
* 출구면 치핑이 특히 심각(관통 직전 깨짐).
* 치핑은 이후 균열의 씨앗이 됨.
2. **미세균열/서브서피스 데미지**
* 기계/연마/블라스트는 표면 아래 숨은 손상이 남기 쉬움.
* 레이저는 조건이 나쁘면 열 영향으로 크랙이 생김.
3. **테이퍼 제어**
* 비아가 원통이 아니라 원뿔이 되면 도금 균일성과 전기적 성능이 흔들림.
* 테이퍼 범위는 공정에 따라 크게 달라질 수 있음. ([MDPI][3])
4. **종횡비 vs 속도(스루풋) 트레이드오프**
* 고품질 고종횡비는 대개 멀티패스/복합공정이 필요.
* 단발(싱글샷) 고속 공정은 빠르지만 품질/형상 관리가 어려울 수 있다는 식의 트레이드오프가 업계 서비스 설명에서도 나타납니다. ([Wophotonics][6])
5. **분진/재증착/오염**
* 블라스트/레이저는 파티클과 잔사 문제 → 접착/도금 결함 유발.
6. **유리 위 금속화(메탈라이제이션)가 쉽지 않음**
* 홀 벽면까지 균일 씨드/접착층을 형성해야 함.
* Ti/Cu 등을 유리와 비아 벽에 직접 형성하는 접근(예: DMoG 계열)도 패키징 문헌에서 논의됩니다. ([IMAPSource][7])
7. **열-기계 신뢰성(장기)**
* 유리-구리 계면/모서리에서 응력 집중 → 균열/박리 위험. ([MDPI][5])
* 실제로 TGV 유리 인터포저를 열사이클링으로 평가한 사례들이 보고됩니다. ([Mosaic Microsystems][8])
8. **패널 취급/지그/휘어짐**
* 얇은 유리는 공정 중 핸들링 자체가 수율 요인.
9. **검사(메트롤로지)**
* 수백만 홀에서 치핑·크랙·편심을 검사해야 함(통계 꼬리 리스크 관리).
10. **AI/고성능 패키징 요구와 공정 성숙도**
* AI 패키징 고도화 흐름에서 TGV가 유망 기술로 계속 언급되지만, 드릴링/기능층/충진 등 공정 통합 난제도 함께 정리됩니다. ([KoreaScience][9])
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### 4) 유리 구멍 뚫기(TGV 홀 형성) 대표 공정들과 트레이드오프
2025년 유리 기반 구조 논문에서도 TGV 홀 생성 방법으로 **레이저/초음파 드릴링, 파우더 블라스팅, 습식 화학 에칭** 등을 전형적으로 언급합니다. ([ScholarWorks][10])
마이크로홀 드릴링 리뷰에서는 보조 전극을 이용한 마이크로-EDM 같은 방법도 “가능한 옵션”으로 포함됩니다(다만 산업 주류는 아님). ([PMC][11])
#### A) 기계 드릴/연삭(다이아몬드)
* 장점: 개념 단순
* 단점: 치핑/숨은 균열, 공구 마모, 대량 비아에서 시간/수율 부담
#### B) 초음파 가공/초음파 보조 연삭(UVAG 등)
* 장점: 가공력 감소로 치핑·거칠기 개선 가능(기존 연삭 대비 개선 보고). ([ScienceDirect][12])
* 단점: 대면적 패널의 일관성/스루풋/공구 설계가 관건
#### C) 파우더 블라스팅(연마재 분사)
* 장점: 특정 지름대에서 공정성이 좋음
* 단점: 마스크/분진/테이퍼/거칠기 관리
#### D) 직접 레이저 어블레이션
* 장점: 비접촉, 패턴 유연
* 단점: 조건 나쁘면 열 영향/미세균열, 재증착, 테이퍼
#### E) 초단펄스(ps/fs) 레이저 + 최적 스캔
* 장점: 균열과 치핑을 줄이면서 고품질 홀을 만들기 위한 최적화 연구가 활발(예: 200µm 유리에서 패스/에너지/직경 최적화로 드릴 품질 개선 연구). ([ScienceDirect][13])
* 단점: 설비비, 속도-품질 최적점 잡기가 어렵다
#### F) 레이저 변질 + 선택적 습식 에칭(예: LIDE 계열)
* 개념: 레이저로 유리 내부를 “변질”시키고, 변질부만 선택적으로 습식 에칭해서 비아를 만든다.
* 장점: 결함(치핑/크랙) 최소화와 고정밀 비아 형성 방향으로 강하게 주목받는 하이브리드 방식으로 소개됩니다. ([lide.lpkf.com][14])
* 2023년 리뷰에서는 선택적 에칭 특성이 유리 종류/에칭 화학에 따라 고종횡비·저테이퍼 비아 형성에 유리할 수 있다고 정리합니다. ([MDPI][3])
* 단점: 레이저+습식라인 통합, 화학/유리 조성 의존성, 공정 복잡도
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### 5) “난제를 풀었다”는 양산 합격 기준(체크리스트)
양산에서 의미 있는 답은 “홀을 뚫었다”가 아니라 아래가 전부 맞는지입니다.
* 지름/위치 공차(패널 전체)
* 입·출구 치핑 상한 + 이상치(outlier) 관리
* 벽면 거칠기/테이퍼 윈도우
* 크랙 0 또는 허용 임계치(길이/밀도)
* 씨드/도금 접착력, 비아 저항 분포
* 열사이클/습열/휨 등 신뢰성에서 생존 ([Mosaic Microsystems][8])
이 중 하나라도 실패하면 “TGV 홀 공정”은 아직 제품 공정이 아닙니다.
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### 6) 결론(한 문장으로)
**TGV 난제 = 유리의 취성(균열역학) + 수백만 개 대량 생산 + 후공정 금속화/도금 + 장기 신뢰성**을 한 번에 만족해야 해서 생기는 복합 최적화 문제입니다.
그래서 “유리 구멍 뚫기”가 TGV 상용화에서 계속 핵심 병목으로 남습니다.
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## 日本語 (JA)
### TGV（Through-Glass Via）の「ガラス穴あけ難題」とは
* TGVはガラス基板を貫通する多数の穴を作り、金属化して縦方向の配線にする技術。ガラスはRF特性と寸法安定性の利点があり注目。 ([meridian.allenpress.com][1])
* 難しい理由は、**高アスペクト比・低欠陥（欠け/微小亀裂なし）・高スループット・信頼性**を同時に満たす必要があるため。 ([ScienceDirect][2])
* 一般的にARは5–10程度がよく言及され、さらに高AR化がボトルネックになり得る。 ([MDPI][3])
**主な工法**（代表例）
* レーザー/超音波ドリル、パウダーブラスト、湿式エッチング ([ScholarWorks][10])
* ハイブリッド（レーザー改質＋選択的湿式エッチング：LIDE系）が高精度・低欠陥の方向で注目。 ([lide.lpkf.com][14])
**量産合格の観点**
欠け・微小亀裂・テーパー・金属密着・熱サイクル信頼性まで含めて仕様を満たすことが「難題の本体」。 ([MDPI][5])
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## Español (ES)
### El “problema difícil” de perforar vidrio para TGV
* TGV crea orificios a través de vidrio y luego los metaliza para interconexión vertical; el vidrio destaca en aplicaciones RF por su estabilidad y propiedades eléctricas. ([meridian.allenpress.com][1])
* Lo difícil es combinar: **alto aspecto (profundo/estrecho), mínimo astillado y microgrietas, alta productividad y fiabilidad termo-mecánica**. ([ScienceDirect][2])
* AR típico citado a menudo ~5–10; empujar más puede convertirse en limitación. ([MDPI][3])
**Métodos comunes**: láser/ultrasonido, powder blasting, y grabado químico; y procesos híbridos tipo LIDE (modificación láser + grabado selectivo) ganan atención por precisión/defectos bajos. ([ScholarWorks][10])
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## Français (FR)
### Le “vrai” défi TGV : percer le verre sans l’endommager, à l’échelle industrielle
* Les TGV (Through-Glass Vias) sont des vias traversants dans un substrat en verre, ensuite métallisés; le verre est attractif (RF, stabilité dimensionnelle, traitement en panneau). ([meridian.allenpress.com][1])
* Le caractère “difficile” vient du cumul : **grand rapport d’aspect + absence d’ébréchures/microfissures + débit élevé + fiabilité thermo-mécanique**. ([ScienceDirect][2])
* On cite souvent des rapports d’aspect ~5–10; au-delà, la perforation devient un facteur limitant. ([MDPI][3])
**Procédés** : perçage laser/ultrason, sablage abrasif, gravure chimique; et des hybrides (type LIDE : modification laser + gravure sélective) sont mis en avant pour la précision et la réduction des défauts. ([ScholarWorks][10])
[1]: https://meridian.allenpress.com/ism/article/2019/1/000147/433086/Thin-Glass-Substrates-with-Through-Glass-Vias?utm_source=chatgpt.com "Thin Glass Substrates with Through-Glass Vias."
[2]: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0026271424001574?utm_source=chatgpt.com "Thermo-mechanical reliability of glass substrate and ..."
[3]: https://www.mdpi.com/1424-8220/24/1/171?utm_source=chatgpt.com "Application of Through Glass Via (TGV) Technology for ..."
[4]: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adem.202400397?utm_source=chatgpt.com "Ultrahigh Aspect Ratio Through Glass Vias Perforation ..."
[5]: https://www.mdpi.com/2072-666X/13/10/1799?utm_source=chatgpt.com "Thermo-Mechanical Reliability Study of Through Glass ..."
[6]: https://wophotonics.com/services/through-glass-via-tgv-wafer/?utm_source=chatgpt.com "Through Glass Via TGV Wafers and Panels"
[7]: https://imapsource.org/api/v1/articles/57123-3d-sip-assembly-and-reliability-for-glass-substrate-with-through-vias.pdf?utm_source=chatgpt.com "3D SiP Assembly and Reliability for Glass Substrate with ..."
[8]: https://www.mosaicmicro.com/wp-content/uploads/Glass_Reliability_ECTC2015.pdf?utm_source=chatgpt.com "Through Glass Vias (TGV) and Aspects of Reliability"
[9]: https://koreascience.kr/article/JAKO202520361203877.page?utm_source=chatgpt.com "AI 반도체 패키징을 위한 최근의 Through-Glass Via (TGV ..."
[10]: https://scholarworks.bwise.kr/cau/bitstream/2019.sw.cau/79961/1/Substrate%20Integrated%20Waveguide%20on%20Glass%20with%20Vacuum-Filled%20Tin%20Through%20Glass%20Vias%20for%20Millimeter-Wave%20Applications.pdf?utm_source=chatgpt.com "Substrate Integrated Waveguide on Glass with Vacuum-Filled ..."
[11]: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6190316/?utm_source=chatgpt.com "Micro-Hole Drilling on Glass Substrates—A Review - PMC"
[12]: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141635924002216?utm_source=chatgpt.com "Ultrasonic vibration-assisted grinding of quartz glass micro- ..."
[13]: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014381662500291X?utm_source=chatgpt.com "Fabrication and analysis of through-glass vias for ..."
[14]: https://lide.lpkf.com/en/?utm_source=chatgpt.com "LIDE® Laser Induced Deep Etching Technology | LPKF"