中國粉體網(wǎng)訊 隨著5G通信、智能手機和人工智能的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品正朝著多功能集成、小型化和低成本的方向不斷邁進。這一趨勢要求不斷提高電路密度、減小集成電路間距，以此提升集成度和信號傳輸速度。在摩爾定律逐漸放緩的今天，先進封裝技術(shù)通過改變芯片連接距離和方式，成為提升芯片性能的關(guān)鍵力量。其中，2.5D轉(zhuǎn)接板封裝技術(shù)作為2D和3D封裝之間的過渡方案，正受到越來越多的關(guān)注。
從2D到3D：封裝技術(shù)的演進與挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)的2D系統(tǒng)級封裝在走線方面存在明顯局限，容易導(dǎo)致產(chǎn)品帶寬有限、體積較大，難以滿足高性能設(shè)備的需求。而3D硅封裝技術(shù)雖然具備低功耗、帶寬寬的優(yōu)勢，卻因成本過高，在工藝研發(fā)、可靠性設(shè)計和散熱設(shè)計等方面面臨諸多挑戰(zhàn)，大規(guī)模應(yīng)用受到限制。
為了平衡性能與成本，2.5D封裝技術(shù)應(yīng)運而生。它通過將多種芯片與器件裝配在中介層上，利用走線實現(xiàn)芯片間水平與垂直信號的相互連接，既突破了2D封裝的性能瓶頸，又避開了3D封裝的高成本難題。中介層作為2.5D封裝的核心，按材料可分為有機、玻璃、陶瓷和硅中介層四類，不同材料的特性直接影響著封裝技術(shù)的表現(xiàn)。
不同中介層材料的比拼
有機中介層以有機樹脂和玻璃纖維為主要材料，制造成本低、工藝流程簡單，但散熱性較差，且隨著層數(shù)增加，翹曲問題會愈發(fā)嚴(yán)重，難以應(yīng)用于高性能產(chǎn)品領(lǐng)域。
目前，硅中介層技術(shù)相對成熟穩(wěn)定，已在生產(chǎn)中大量應(yīng)用。但它存在明顯短板，在高頻條件下，信號串?dāng)_和插損顯著，導(dǎo)致可靠性下降，且價格較高，限制了其應(yīng)用范圍。
陶瓷中介層采用AlN和Al₂O₃等陶瓷材料，具備優(yōu)良的絕緣性和機械性能，其中AlN陶瓷還具有低熱膨脹系數(shù)、高電阻和高導(dǎo)熱性等優(yōu)勢。然而，陶瓷材料加工需要靜壓粉末壓制，不僅成本高昂，效率也很低，大規(guī)模生產(chǎn)困難。
在這樣的背景下，玻璃中介層逐漸走進人們的視野。尤其是玻璃通孔（TGV）技術(shù)，作為硅通孔（TSV）的替代方案，被視為下一代3D集成的核心技術(shù)，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
玻璃材料之所以能成為中介層的理想選擇，源于其獨特的物理和化學(xué)特性。它是一種透明材料，便于加工過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)的檢查和光學(xué)連接；具有良好的熱穩(wěn)定性，在高溫下不易變形；表面平整度高，能夠形成高密度的通孔和信號走線；且熱膨脹系數(shù)可調(diào)節(jié)，能根據(jù)特定產(chǎn)品要求選擇合適性能的玻璃材料。
玻璃中介層的實踐與應(yīng)用
近年來，國內(nèi)外科研機構(gòu)和企業(yè)在玻璃中介層技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用上取得了一系列成果。
2019年，IWAI等專家利用多層玻璃基板技術(shù)制作多芯片封裝系統(tǒng)，通過激光誘導(dǎo)玻璃變性、濕法刻蝕等技術(shù)形成種子層，再結(jié)合半加成法工藝設(shè)計走線方案，最終實現(xiàn)了多芯片組件的裝配。
多芯片封裝系統(tǒng)工藝流程以及基于玻璃基板的多芯片組件 來源：IWAI.Multilayer glass substrate with high density via structure for all inorganic multi-chip module
2020年，廈門云天半導(dǎo)體科技公司開發(fā)的77GHz汽車?yán)走_(dá)芯片組件，采用嵌入式玻璃扇出技術(shù)，在180μm厚的玻璃晶圓中制作玻璃腔，將芯片嵌入其中，有效保護了芯片底部，提升了封裝性能。
2024年，電子科技大學(xué)成功開發(fā)出采用系統(tǒng)級封裝技術(shù)和TGV工藝的超寬帶雙頻段射頻T/R微系統(tǒng)，通過堆疊六層無堿玻璃實現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)，進一步拓展了玻璃中介層在高性能微系統(tǒng)中的應(yīng)用。
結(jié)語
在電子產(chǎn)品不斷追求高性能、小型化的浪潮中，2.5D封裝技術(shù)扮演著承上啟下的重要角色。而玻璃中介層憑借其優(yōu)異的高頻性能、良好的絕緣性、可調(diào)節(jié)的熱膨脹系數(shù)以及相對較低的成本，正逐漸成為2.5D封裝技術(shù)的核心選擇。隨著相關(guān)工藝的不斷成熟和創(chuàng)新應(yīng)用的持續(xù)涌現(xiàn)，玻璃中介層有望在未來的先進封裝領(lǐng)域發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，為電子設(shè)備的性能突破提供有力支撐。
參考來源:
謝迪.基于TGV工藝的三維集成封裝技術(shù)研究
劉德喜.TGV技術(shù)在微波領(lǐng)域的應(yīng)用與挑戰(zhàn)
盧茜.玻璃基三維集成技術(shù)在寬帶射頻領(lǐng)域的應(yīng)用
IWAI.Multilayer glass substrate with high density via structure for all inorganic multi-chip module
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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