中國粉體網(wǎng)訊 在半導(dǎo)體先進(jìn)封裝領(lǐng)域，隨著多芯片集成與異構(gòu)集成需求的不斷攀升，傳統(tǒng)基板材料逐漸難以滿足高密度互連、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等核心要求。玻璃基板憑借獨(dú)特的材料性能與工藝潛力，正成為突破封裝技術(shù)瓶頸的重要解決方案，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造流程及高密度互連技術(shù)上的創(chuàng)新，為高性能芯片封裝提供了新路徑。
玻璃基板的核心競爭優(yōu)勢源于其獨(dú)特的封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該結(jié)構(gòu)以玻璃為核心層材料，在核心層上下表面構(gòu)建高密度、細(xì)間距金屬布線，布線通過電鍍銅或鎢填充形成，細(xì)間距區(qū)域則采用薄膜沉積氧化硅作為介質(zhì)層實(shí)現(xiàn)絕緣。這種設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)基板更精細(xì)的線寬線距與更高的布線密度，為多芯片間局部高密度互連提供支撐。同時，玻璃基板支持通過倒裝方式實(shí)現(xiàn)芯片與基板金屬焊盤的互連，還能在基板內(nèi)部集成電阻、電容、電感等無源組件，進(jìn)一步提升封裝集成度。
從材料性能對比來看，玻璃在關(guān)鍵參數(shù)上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)基板材料，其表面粗糙度低于10nm，熱膨脹系數(shù)可在3×10-6~9×10-6K-1之間靈活調(diào)節(jié)，楊氏模量達(dá)50~90GPa，且吸濕性接近于零。這些特性使其在微細(xì)布線加工、熱應(yīng)力控制及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)突出，有效解決了傳統(tǒng)有機(jī)材料層壓板（如BT、ABF類）在高精度封裝中的短板。
在封裝尺寸上，玻璃基板可實(shí)現(xiàn)100mm×100mm的大尺寸加工，為多芯片集成與系統(tǒng)級封裝（SiP）設(shè)計(jì)提供了更大空間。此外，玻璃面板在面積利用率上的優(yōu)勢也十分顯著，515mm×510mm、650mm×550mm規(guī)格的玻璃面板，有效面積分別是12英寸硅晶圓的3.6倍與4.9倍，大幅提升了單位產(chǎn)能與封裝效率，為芯粒整合創(chuàng)造了有利條件。
在高密度互連技術(shù)領(lǐng)域，玻璃基板已形成多類成熟工藝方案，以匹配不同精度需求。當(dāng)前主流工藝可分為以下三類：
硅基半加成工藝：以TSMC、ASE、Intel為代表，核心是在晶圓表面制備重布線層（RDL）。流程為濺射鈦/銅黏附層與種子層，旋涂PR光刻膠（如JSR111）并曝光露出電鍍區(qū)域，最終通過電鍍、濕法去膠、濕法刻蝕完成線路制作。該工藝對種子層黏附性、電鍍均勻性、藥液交換效率要求較高，成本相對較低，適用于線寬/線距≥5μm/5μm的產(chǎn)品。
無機(jī)介質(zhì)層大馬士革工藝：以Amkor為代表，專注于亞微米級金屬布線。先沉積無機(jī)介質(zhì)層并開窗，再整面電鍍金屬，最后通過化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）去除覆銅層。金屬布線嵌入介質(zhì)層的設(shè)計(jì)可增強(qiáng)與基材結(jié)合力，為實(shí)現(xiàn)線寬/線距≤2μm的細(xì)間距RDL提供解決方案。
半導(dǎo)體硅基精密工藝：依托半導(dǎo)體硅工藝技術(shù)，通過剝離、離子束刻蝕（IBE）、溝槽加工等技術(shù)實(shí)現(xiàn)精密圖案化?？蓪⒕€寬與線距均控制在≤2μm，顯著提升互連密度，但對生產(chǎn)條件、設(shè)備配置、制造尺寸要求嚴(yán)苛，導(dǎo)致成本較高。
玻璃表面布線加工路線及高密度布線樣品 來源：《玻璃基板技術(shù)研究進(jìn)展》（趙瑾等）
行業(yè)實(shí)踐已驗(yàn)證玻璃基板在高密度互連領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。臺積電利用數(shù)字光刻與低溫濺射技術(shù)，在37cm×47cm玻璃基板上成功堆疊5層RDL，最小線寬達(dá)3μm，采用PSPI聚合物作為介質(zhì)層，側(cè)壁傾角約71°，翹曲控制在0.2mm以內(nèi)；廈門云天半導(dǎo)體則通過大馬士革工藝，在玻璃正面制備出5層無機(jī)薄膜介質(zhì)的RDL互連堆疊結(jié)構(gòu)，最細(xì)線寬可達(dá)1.5μm。這些成果表明，玻璃基板可通過TGV（玻璃通孔）實(shí)現(xiàn)垂直互連，配合高密度RDL滿足高I/O、高帶寬的封裝需求。
最小RDL線寬為1.5μm的5層RDL堆疊結(jié)構(gòu) 來源：云天半導(dǎo)體
隨著人工智能、高性能計(jì)算領(lǐng)域?qū)π酒懔Φ男枨蟪掷m(xù)攀升，先進(jìn)封裝技術(shù)正朝著高集成度、高可靠性的方向加速演進(jìn)。在此趨勢下，玻璃基板憑借材料性能、工藝靈活性與集成潛力的綜合優(yōu)勢，有望在未來半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域占據(jù)更關(guān)鍵的地位。
參考來源:
趙瑾.玻璃基板技術(shù)研究進(jìn)展
張興治.玻璃基板在芯片封裝中的應(yīng)用和性能要求
劉麗敏.基于超薄玻璃襯底的橋連封裝技術(shù)研究
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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