玻璃基板缘何成为行业焦点？其在芯片封装领域的卓越性能便是最佳答案

2025-05-13
来源：中国粉体网月明

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[导读] 玻璃基板凭借优异的高频电学性能、热稳定性和化学稳定性,成为芯片封装应用领域研究重点

中国粉体网讯 芯片封装是半导体制造的关键环节，通过保护裸芯片、实现电气连接，让芯片能稳定工作并与外部电路协同。它不仅为芯片提供物理防护，抵御外界环境侵蚀，还能有效管理散热，防止芯片过热。封装类型从传统的双列直插式，发展到如今先进的球栅阵列、系统级封装等。随着电子产品的发展，芯片封装正朝着小型化、高性能化、三维集成与异构集成的方向不断演进。

芯片封装基板材料是连接并传递裸芯片与印刷电路板之间信号的载体，目前,芯片封装的基板材料主要包括有机基板、陶瓷基板和玻璃基板三种。有机基板具有质量轻、可实现复杂电路设计、工艺流程简单、生产成本低等优点,但有机基板的高温热稳性差,易受高温影响而变形;陶瓷基板的介电性能稳定,机械性能好,能满足集成电路的需求,但制造成本较高,且不适用于对轻量化有需求的应用场景;玻璃基板具有优异的电气绝缘性能,能有效减少信号损耗和串扰,适合高频应用环境，还具备高机械强度和高平整度,能够实现高密度互连和精确的层间对准。

目前玻璃基板在芯片封装中的应用主要包括玻璃中介层、扇出型封装、微机电系统封装和集成天线封装四个方面。

玻璃中介层

玻璃中介层是玻璃基板一种常见应用形式,作为电气互连层,被广泛应用于高性能集成电路封装。玻璃中介层通过玻璃通孔（TGV）技术实现高密度的电气连接,被认为是有机中介层和硅中介层的有力替代品。

厦门大学钟毅等将金刚石直接集成到芯片背面,并与玻璃基板进行异质集成,构建了一个高效的散热系统。该研究采用纳米层Cu/Au重结晶的低温连接技术,将金刚石与硅芯片键合,并将此结构封装到玻璃基板上。玻璃基板作为中介层,其低热膨胀系数与硅芯片的良好匹配有效减少了热循环过程中产生的热应力,同时玻璃基板优异的电气绝缘性能还可有效降低信号损耗和电气干扰。

金刚石-芯片-玻璃中介层封装集成和热测试来源：《金刚石-芯片-玻璃中介层的异构集成，实现高效的热管理》（钟毅等）

扇出型封装

扇出型封装是将芯片从传统的晶圆级封装中“扇出”到一个更大的封装区域上，通过在重新分布层（RDL）上进行布线，将芯片的输入输出引脚（I/O）重新分布到封装的周边或其他指定区域，从而实现更高的引脚密度和更好的电气性能。

刘佳豪等提出了一种基于玻璃基板嵌入技术的扇出天线封装结构，通过在单面或双面玻璃基板上嵌入再布线层技术来增加设计灵活性和改善天线辐射性能,最终得到了两种优化的天线设计,一种是具有7.6GHz带宽和4.7dB增益的向上辐射天线,另一种是具有5.3GHz带宽和5.2dB增益的向下辐射天线。玻璃基板在该创新封装中发挥了关键作用,适用于5G毫米波和其他高频通信应用。

玻璃嵌入式扇出天线封装结构来源：《用于5G毫米波应用的玻璃嵌入式扇形天线封装》（刘佳豪等）

微机电系统封装

微机电系统（MEMS）封装是确保器件性能和可靠性的关键技术。玻璃基板在MEMS封装中不仅提供机械保护和电气绝缘,由于其低热膨胀系数,还在热管理方面表现出显著优势。

Szyszka等介绍了一种基于MEMS技术的微型四极质谱仪,其中关键部件采用单晶硅制造,并通过硼硅酸盐玻璃进行封装和电气绝缘。该装置通过3D打印外壳确保机械稳定性、元件对齐和电气绝缘。这项研究展示了玻璃基板作为电绝缘和结构支撑材料在MEMS器件中的应用,成功实现了小型化、便携性与合理性能的结合,适用于现场实时分析。

微型四极质谱仪来源：Szyszka.MEMS quadrupole mass spectrometer

集成天线封装

Rooijen等介绍了一种用于D波段(110~170GHz)天线封装集成的核壳透镜结构。核心透镜通过位于玻璃基板上的薄膜漏波馈源进行馈电,玻璃基板作为低损耗中介层,有效连接了天线和电子前端。该研究实现了高增益、宽带和低损耗的天线设计,为高频通信系统的发展提供了新的技术解决方案。

Bartlett等利用多层结构玻璃技术首次设计并制造了D波段椭圆波导天线,通过激光诱导刻蚀在玻璃晶片上形成高精度波导结构,并通过铬和金的金属化处理确保其导电性。该天线在109~149GHz表现出优异的回波损耗和高增益(14.0~15.6dB)。该研究有效解决了传统金属波导在高频应用中的质量、尺寸和信号衰减问题。