中國(guó)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(guò)保護(hù)裸芯片、實(shí)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(hù)，抵御外界環(huán)境侵蝕，還能有效管理散熱，防止芯片過(guò)熱。封裝類型從傳統(tǒng)的雙列直插式，發(fā)展到如今先進(jìn)的球柵陣列、系統(tǒng)級(jí)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(jìn)。

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(hào)的載體，目前,芯片封裝的基板材料主要包括有機(jī)基板、陶瓷基板和玻璃基板三種。有機(jī)基板具有質(zhì)量輕、可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電路設(shè)計(jì)、工藝流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn),但有機(jī)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(jī)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(duì)輕量化有需求的應(yīng)用場(chǎng)景;玻璃基板具有優(yōu)異的電氣絕緣性能,能有效減少信號(hào)損耗和串?dāng)_,適合高頻應(yīng)用環(huán)境，還具備高機(jī)械強(qiáng)度和高平整度,能夠?qū)崿F(xiàn)高密度互連和精確的層間對(duì)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(jī)電系統(tǒng)封裝和集成天線封裝四個(gè)方面。

玻璃中介層

玻璃中介層是玻璃基板一種常見(jiàn)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(guò)玻璃通孔（TGV）技術(shù)實(shí)現(xiàn)高密度的電氣連接,被認(rèn)為是有機(jī)中介層和硅中介層的有力替代品。

廈門(mén)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(jìn)行異質(zhì)集成,構(gòu)建了一個(gè)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(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力,同時(shí)玻璃基板優(yōu)異的電氣絕緣性能還可有效降低信號(hào)損耗和電氣干擾。

金剛石-芯片-玻璃中介層封裝集成和熱測(cè)試  來(lái)源：《金剛石-芯片-玻璃中介層的異構(gòu)集成，實(shí)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(jí)封裝中“扇出”到一個(gè)更大的封裝區(qū)域上，通過(guò)在重新分布層（RDL）上進(jìn)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(shí)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(guò)在單面或雙面玻璃基板上嵌入再布線層技術(shù)來(lái)增加設(shè)計(jì)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(jì),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(lái)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(jī)電系統(tǒng)封裝

微機(jī)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(jī)械保護(hù)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(shì)。

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(guò)硼硅酸鹽玻璃進(jìn)行封裝和電氣絕緣。該裝置通過(guò)3D打印外殼確保機(jī)械穩(wěn)定性、元件對(duì)齊和電氣絕緣。這項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了小型化、便攜性與合理性能的結(jié)合,適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)分析。

微型四極質(zhì)譜儀 來(lái)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(guò)位于玻璃基板上的薄膜漏波饋源進(jìn)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(shí)現(xiàn)了高增益、寬帶和低損耗的天線設(shè)計(jì),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(jì)并制造了D波段橢圓波導(dǎo)天線,通過(guò)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(guò)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(hào)衰減問(wèn)題。

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

參考來(lái)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

注:圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除!