中國粉體網(wǎng)訊  芯片封裝是半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過保護裸芯片、實現(xiàn)電氣連接，讓芯片能穩(wěn)定工作并與外部電路協(xié)同。它不僅為芯片提供物理防護，抵御外界環(huán)境侵蝕，還能有效管理散熱，防止芯片過熱。封裝類型從傳統(tǒng)的雙列直插式，發(fā)展到如今先進的球柵陣列、系統(tǒng)級封裝等。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，芯片封裝正朝著小型化、高性能化、三維集成與異構(gòu)集成的方向不斷演進。

芯片封裝基板材料是連接并傳遞裸芯片與印刷電路板之間信號的載體，目前,芯片封裝的基板材料主要包括有機基板、陶瓷基板和玻璃基板三種。有機基板具有質(zhì)量輕、可實現(xiàn)復(fù)雜電路設(shè)計、工藝流程簡單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點,但有機基板的高溫?zé)岱�(wěn)性差,易受高溫影響而變形;陶瓷基板的介電性能穩(wěn)定,機械性能好,能滿足集成電路的需求,但制造成本較高,且不適用于對輕量化有需求的應(yīng)用場景;玻璃基板具有優(yōu)異的電氣絕緣性能,能有效減少信號損耗和串?dāng)_,適合高頻應(yīng)用環(huán)境，還具備高機械強度和高平整度,能夠?qū)崿F(xiàn)高密度互連和精確的層間對準(zhǔn)。

目前玻璃基板在芯片封裝中的應(yīng)用主要包括玻璃中介層、扇出型封裝、微機電系統(tǒng)封裝和集成天線封裝四個方面。

玻璃中介層

玻璃中介層是玻璃基板一種常見應(yīng)用形式,作為電氣互連層,被廣泛應(yīng)用于高性能集成電路封裝。玻璃中介層通過玻璃通孔（TGV）技術(shù)實現(xiàn)高密度的電氣連接,被認(rèn)為是有機中介層和硅中介層的有力替代品。

廈門大學(xué)鐘毅等將金剛石直接集成到芯片背面,并與玻璃基板進行異質(zhì)集成,構(gòu)建了一個高效的散熱系統(tǒng)。該研究采用納米層Cu/Au重結(jié)晶的低溫連接技術(shù),將金剛石與硅芯片鍵合,并將此結(jié)構(gòu)封裝到玻璃基板上。玻璃基板作為中介層,其低熱膨脹系數(shù)與硅芯片的良好匹配有效減少了熱循環(huán)過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力,同時玻璃基板優(yōu)異的電氣絕緣性能還可有效降低信號損耗和電氣干擾。

金剛石-芯片-玻璃中介層封裝集成和熱測試  來源：《金剛石-芯片-玻璃中介層的異構(gòu)集成，實現(xiàn)高效的熱管理》（鐘毅等）

扇出型封裝

扇出型封裝是將芯片從傳統(tǒng)的晶圓級封裝中“扇出”到一個更大的封裝區(qū)域上，通過在重新分布層（RDL）上進行布線，將芯片的輸入輸出引腳（I/O）重新分布到封裝的周邊或其他指定區(qū)域，從而實現(xiàn)更高的引腳密度和更好的電氣性能。

劉佳豪等提出了一種基于玻璃基板嵌入技術(shù)的扇出天線封裝結(jié)構(gòu)，通過在單面或雙面玻璃基板上嵌入再布線層技術(shù)來增加設(shè)計靈活性和改善天線輻射性能,最終得到了兩種優(yōu)化的天線設(shè)計,一種是具有7.6GHz帶寬和4.7dB增益的向上輻射天線,另一種是具有5.3GHz帶寬和5.2dB增益的向下輻射天線。玻璃基板在該創(chuàng)新封裝中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,適用于5G毫米波和其他高頻通信應(yīng)用。

玻璃嵌入式扇出天線封裝結(jié)構(gòu) 來源：《用于5G毫米波應(yīng)用的玻璃嵌入式扇形天線封裝》（劉佳豪等）

微機電系統(tǒng)封裝

微機電系統(tǒng)（MEMS）封裝是確保器件性能和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。玻璃基板在MEMS封裝中不僅提供機械保護和電氣絕緣,由于其低熱膨脹系數(shù),還在熱管理方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。

Szyszka等介紹了一種基于MEMS技術(shù)的微型四極質(zhì)譜儀,其中關(guān)鍵部件采用單晶硅制造,并通過硼硅酸鹽玻璃進行封裝和電氣絕緣。該裝置通過3D打印外殼確保機械穩(wěn)定性、元件對齊和電氣絕緣。這項研究展示了玻璃基板作為電絕緣和結(jié)構(gòu)支撐材料在MEMS器件中的應(yīng)用,成功實現(xiàn)了小型化、便攜性與合理性能的結(jié)合,適用于現(xiàn)場實時分析。

微型四極質(zhì)譜儀 來源：Szyszka.MEMS quadrupole mass spectrometer

集成天線封裝

Rooijen等介紹了一種用于D波段(110~170GHz)天線封裝集成的核殼透鏡結(jié)構(gòu)。核心透鏡通過位于玻璃基板上的薄膜漏波饋源進行饋電,玻璃基板作為低損耗中介層,有效連接了天線和電子前端。該研究實現(xiàn)了高增益、寬帶和低損耗的天線設(shè)計,為高頻通信系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的技術(shù)解決方案。

Bartlett等利用多層結(jié)構(gòu)玻璃技術(shù)首次設(shè)計并制造了D波段橢圓波導(dǎo)天線,通過激光誘導(dǎo)刻蝕在玻璃晶片上形成高精度波導(dǎo)結(jié)構(gòu),并通過鉻和金的金屬化處理確保其導(dǎo)電性。該天線在109~149GHz表現(xiàn)出優(yōu)異的回波損耗和高增益(14.0~15.6dB)。該研究有效解決了傳統(tǒng)金屬波導(dǎo)在高頻應(yīng)用中的質(zhì)量、尺寸和信號衰減問題。

波紋橢圓喇叭天線真空外殼 來源：Bartlett.D-band corrugated horn antenna using multi-layer structured-glass technology

參考來源:

劉佳豪.用于5G毫米波應(yīng)用的玻璃嵌入式扇形天線封裝

張興治.玻璃基板在芯片封裝中的應(yīng)用和性能要求張興治

Szyszka. MEMS quadrupole mass spectrometer

Bartlett. D-band corrugated horn antenna using multi-layer structured-glass technology

Rooijen. A core-shell lens for antenna on-package integration at D-band

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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