作为封装基板，玻璃的优势巨大。它非常平坦，热膨胀比有机基板低，这简化了光刻工艺。随着封装尺寸的增加优点更明显，但并非所有的问题都得到了解决。

而这还只是开始。多芯片封装日益严重的问题是翘曲现象，目前已得到极大改善。芯片可采用混合键合技术连接到玻璃基板的再分层脚位上。与有机芯材基板相比，玻璃为高频高速器件提供了极低的传输损耗。

硅中介层和有机芯基板的热潮正在逐渐消退。玻璃基板不仅成本远低于硅中介层，其翘曲率还能降低50%，定位精度更是提升35%。这使得实现2µm线径和间距的再分布层(RDLs)变得轻而易举，这正是有机芯基板难以企及的。更值得一提的是，玻璃通信波长的高透明特性，为6G应用中的波导集成提供了可能。而超薄(<100µm)玻璃还能轻松实现700×700毫米的大尺寸生产。

玻璃(通常指硼硅酸盐或石英玻璃)用途广泛且性能优异。它既能作为载体使用，也可作为嵌入元件的基底材料，还能充当三维堆叠材料，还是传感器与微机电系统(MEMS)的密封材料。相较于有机材料，玻璃具有更优的导热性能，能更高效地将热量从有源器件传导出去。其热膨胀系数(CTE)可在3至10 ppm/℃范围内调节，这使得它在低端应用中更适配硅基材料，在高端应用中则更契合印刷电路板(PCB)的需求。

玻璃在高频应用中也表现优异。其介电常数比硅低得多，且切线损耗低，传输损耗比硅低几个数量级，大大提高了信号完整性。

多年来，玻璃材料凭借其诸多优势，作为下一代封装基板材料持续获得业界关注。其核心优势在于能够实现高密度互连，并支持低于2µm的RDL(可重排逻辑层)特性。“过去两年人工智能计算的迅猛发展，使得集成封装领域通过布线密度提升芯片内部通信速度的需求成为研发重点，”美国Disco 高科技公司技术经理 Frank Wei表示。

不过，这项技术也并非完美无缺。玻璃切割(单晶切割)工艺存在微裂纹风险，而要大规模稳定制造数千个细间距玻璃通孔(TGVs)，始终是制约玻璃技术发挥全部潜力的瓶颈。英特尔过去十年持续重金投入玻璃基板研发，并于本月初确认将继续推进相关计划。尽管面临制造工艺的挑战，但高性能计算/人工智能芯片前景正推动着技术快速发展。这一点在2025年电子元件与技术大会(ECTC)等近期会议上得到印证，研究人员展示了以下领域的突破进展：

*堆叠式玻璃结构实现>100 GHz数据传输速率

*通过激光和高频蚀刻技术实现TGV结构蚀刻

*无需后续蚀刻的直接激光蚀刻工艺

*6µm结构与>15长宽比TGV结构的制造

*基于预测性产率建模优化叠层工艺来加速FOPLP产率提升

*并通过单晶化界面处的堆叠层锥形设计防止玻璃破裂

用于高频应用的玻璃

玻璃是6G无线通信网络的理想选择，由于其高频传输和极低损耗，支持超过100 GHz的数据速率。在堆叠玻璃中的异构集成可以将高频前端芯片与低损耗互连器集成到大规模天线阵列中。

佐治亚理工学院博士生李兴臣表示：“通过将收发器模块分解为功率放大器、频率转换器等独立功能芯片，这些芯片可嵌入堆叠基板核心并实现垂直互连。” 这种在玻璃基板上堆叠2英寸(50×50毫米)芯片的工艺亮点包括：菊花链结构集成、玻璃层间精准对准(3µm)、玻璃激光钻孔技术以及铜填充工艺。

研究人员选择ABF(Ajinomoto Build-up Film，Dk = 3.3，Df = 0.0044)作为兼具低k介电材料和玻璃粘合剂功能的介质，并采用基于RDL技术的双层共面波导结构(见图1)。该器件实现了高达220 GHz的宽带性能，且损耗仅为0.3 dB。

图1：堆叠玻璃架构采用未固化的ABF介质作为粘合剂，通过激光钻孔工艺实现堆叠。

来源：ECTC

100µm厚的玻璃面板采用倒装芯片键合技术堆叠在未固化的ABF基板上，这种设计能有效减少加热时的面板位移。ABF基板首先封装芯片，随后在顶层玻璃上层压另一层未固化的ABF(15µm)并进行固化处理。通过激光加工形成信号传输和散热优化的玻璃通孔，接着使用粘合促进剂、化学镀铜和电镀工艺填充V型通孔，使其高度达到130µm，间距为100µm。该方案展现出作为6G应用三维堆叠技术的潜力。

全玻璃通孔(TGV)工艺

激光技术在TGV制造中发挥着关键作用。LPKF激光与电子公司战略产品经理Richard Noack近日详细阐述了如何改进激光诱导深蚀刻(LIDE)技术以实现量产应用。LIDE技术首先通过激光对硼硅酸盐玻璃进行处理，这种结构变化使其易于实现各向异性蚀刻。

激光光刻过程通过单次激光脉冲破坏玻璃的成分。“最初的光刻宽度小于1µm，” Noack 说。“这种轻柔蚀刻速率比材料其它部分高出100倍。”

接下来，在氢氟酸(HF)中进行湿法刻蚀，形成所需的形状(见图2)。LIDE已经展示了其刻蚀穿孔的能力，这些孔径小至3µm，并由5µm空间分隔。

为提升湿法面板加工效率，Yield 工程系统公司(YES)研发了一款自动化多腔室蚀刻、冲洗及干燥设备，可同时处理多达12块510×515毫米规格的玻璃面板。该公司高级总监维Venugopal Govindarajulu(努戈帕尔·戈文达拉朱鲁)介绍了用于大批量生产高抗反射率玻璃通孔的湿法蚀刻工艺。

该工具可使玻璃材料在130°C下以每小时80µm的蚀刻速率蚀刻25-100µm个TGV。激光工艺可调节，满足所需不同形状,包括圆柱形、沙漏形、直通孔或腔体等。

YES团队确定蚀刻速率和TGV剖面是HF浴液化学、酸浓度和蚀刻温度的函数，可通过调节实现高选择性蚀刻(蚀刻速率修改区域/未处理玻璃的蚀刻速率)5：1。

沙漏状结构被认为最适合采用铜表面物理气相沉积技术，实现无空隙填充。通过湿法蚀刻槽获得的深径比(深度/直径)范围在4：1至20：1之间(200µm厚玻璃)。“在大规模制造环境中，关键考量因素包括：优化蚀刻速率的化学配方、确保蚀刻均匀性的流体动力学设计，实现工艺性能所需的精准温度与流量控制。” Govindarajulu解释道。

图2：沙漏形轮廓与铜PVD种子层最为匹配，其次是电解镀层。来源：ECTC

尽管LIDE工艺被认为是玻璃通孔制备的主流技术，但企业正在探索更环保的解决方案，避免使用有毒的氢氟酸。东京大学的Toshi Otsu (大津敏)及其团队成功在100µm厚的朝日玻璃ENA1材料上制备出6µm宽、25µm间距的孔洞。该方法采用准直的深紫外激光束(257纳米)，通过调节脉冲能量和发射次数实现精准控制。“使用超短脉冲激光可最大限度减少对周围材料的热效应，从而实现精确且洁净的加工效果，”研究团队指出。

图3：孔深随脉冲能量增加而增大，但达到极限。来源：ECTC

SEM横截面显示，高深宽比的TGVs在玻璃顶部的孔径比底部更大。深度可以最大化到260µm，长径比在20：1到25：1之间。(见图3)。未来的工作将研究改变激光的数值如何影响孔径。

玻璃芯基板的产量提升

每当行业考虑诸如玻璃等新材料时，通过模拟仿真可以提供有关材料如何相互作用的见解。它还可以帮助比较工艺，例如，哪种粘附促进剂与玻璃最佳地相互作用，或者PVD铜或无电解铜沉积形成更好的种子层。

“当采用新型基板(如玻璃)时，原子级建模将成为预测在玻璃基板上叠加多层薄膜时界面行为的关键工具。这为我们在制造前就明确了工作重点和工艺关注方向，”Synopsys首席解决方案工程师Anders Blom表示。

由于玻璃属于非晶态材料，其建模需要使用数十个原子进行模拟，而晶体硅等材料仅需两个原子即可开始建模。“得益于GPU加速技术和机器学习算法的最新突破，我们现在能够将快速力场与精确的第一性原理建模相结合，构建并运行这类复杂系统的仿真模型。”Blom指出。

在面板级研发推进和量产提升方面，良率预测性建模是另一项利器，尤其适用于配备高速内存(HBM)的AI处理器。Onto Innovation应用开发经理John Chang在ECTC会议上详细介绍了良率预测性模型。“这类组件成本高昂，”他强调道，“因此必须在每个环节最大限度提高良率，并通过早期识别缺陷来降低损失，这至关重要。”

虽然玻璃芯基板相比有机芯基板能显著降低图形畸变和翘曲，但在扇出面板级加工(FOPLP)中仍可能影响良品率。Onto Innovation 公司采用离线测量工具检测芯片偏移与形貌畸变，结合定制化工艺参数与机器学习算法，可快速改善510×515毫米面板的套准缺陷。张博士表示：“通过运用预测分析和机器学习模型，良品预测技术不仅能识别潜在的在线工艺缺陷，还能在早期阶段提出切实可行的优化方案，从而加快生产参数调整速度，实现更高效的量产提速。”

面板叠加误差通常呈现非线性分布特征，目前存在四种校正方案：全局校正、区域校正(如每面板4个区域)、芯片校正和逐点校正。芯片校正虽然产率最高，但校正耗时会拖累整体效率。相比之下，逐点校正通过在位移相似的区域对每个面板进行多芯片曝光，既能保持高产率又不会过度牺牲效率。不过单靠这种优化手段，其产率仍达不到理想水平。

图4：产率预测工作流程可实时监测和分析影响叠层产率的晶圆偏移和图案畸变。来源：ECTC

为了加快覆盖层的改进过程，该团队建立了一种方法，将最终产量作为不同工艺参数条件的函数进行模拟。“通过利用这项技术(图4中的全流)，用户可以通过仿真模拟确定最佳参数，并通过运行认证基板来验证预测，”张教授说道。

此外，图表和直方图能帮助在生产型光刻胶工艺流程(FOPLP)环境中早期识别覆层问题，从而加快工艺验证并优化生产流程。“随着未来几年FOPLP技术预计将实现显著增长，我们相信产率预测技术将为快速推进FOPLP光刻工艺的量产和提升产率提供明确路径，”张教授表示。

玻璃以其易碎性而闻名。微裂纹是处理和其它操作期间的主要问题，特别是切割。

玻璃芯基板在切割过程中出现的裂纹被称为SeWaRe(源自日语“背裂”)，即切割时基板背面开裂。Disco公司的Frank Wei 和 Andrew Frederick 通过研究，采用不同厚度的裸硼硅玻璃(125毫米、200毫米和500毫米)以及在玻璃两侧添加两种层压积聚层的方法，探究了切割导致基板开裂的原因，并最终确定了业界最广为人知的损伤最小化方案。

Disco研究显示，相较于激光单晶切割技术(包括激光隐形和激光增强烧蚀填充工艺)，双刀片切割法虽然会产生更多边缘切削，但能获得更光滑的边缘。经切割形成的晶粒尺寸分别为5×5毫米和15×15毫米。值得注意的是，叠层结构有效提升了晶粒强度，其中采用高模量介电材料的晶粒展现出最佳性能。

有限元建模(FEM)研究表明，边缘崩裂现象由最尖锐的微观缺陷引发，这些缺陷在切割过程中应力最为集中。 Disco研究团队发现，当叠层结构延伸至单化区域边缘时，会出现SeWarRe缺陷。通过采用被称为“回拉法”的工艺，在单化边缘处部分剥离层压结构，即可有效消除此类缺陷。

图5：当对聚合物堆积层(正面和背面)采用回缩法时，消除了单体化过程中的碎裂现象。

来源：ECTC

在玻璃面板切割工艺领域，主流通常是在基板两侧完成堆叠层压后进行切割。索尼半导体解决方案公司的三井俊及其团队另辟蹊径，采用将切割好的基板嵌入有机树脂中来实现边缘保护。他们将这种玻璃芯嵌入切割工艺(SGEP)与行业常规工艺进行对比。“传统工艺(CP)在保持大尺寸玻璃面板的同时操作简便，但需要投入大量资金用于双面互连结构的形成，并对设备进行大规模改造以确保玻璃在切割过程中的完整性。”

传统工艺流程从TGV蚀刻和金属化开始，接着是内核互连工艺。然后，堆叠层被层压，随后进行单体化处理。最后，在基板的每个边缘涂覆有机树脂。

相反，SGEP在形成内核互连结构后对基板进行切割。这一创新步骤包括将玻璃芯段嵌入覆铜层压框架中。随后进行叠层工艺，最后切割树脂框架。

Mitarai (米塔莱)指出，这种针对单面玻璃边缘的保护工艺存在复杂性。双面堆叠层能有效平衡单面加工过程中因热膨胀系数(CTE)引发的翘曲问题。而单面玻璃芯嵌入工艺则实现了单面加工，同时提供更优质的基板保护。该技术的下一步改进将着重提升工艺与严苛设计规则的兼容性，并进一步提高成品良率。

玻璃芯上的混合键合

玻璃材质的平整度与定位精度为集成工艺开辟了全新可能。“与有机芯基板不同，玻璃芯基板足够平整，可实现铜-铜混合键合工艺，”Unimicron(联华电子)高级项目助理 John Lau(约翰·劳)表示。他强调，玻璃并非有机芯基板的替代品，而是与现有材料形成互补。通过二氧化硅介质和双镶嵌工艺，可制造出更精细的RDL线和空间结构。

Unimicron团队展示了将器件通过倒装芯片键合技术同时应用于有机基板和玻璃基板的实验。研究发现，玻璃基板上的倒装芯片混合键合翘曲度略高于微凸点键合，但两者均处于可接受范围内。研究人员指出，微凸点键合因具备减震功能而具有更低的翘曲度。针对与热膨胀系数(CTE)约18 ppm/℃的PCB板键合的情况，建议采用热膨胀系数更高的玻璃材料(10 ppm/℃)。

结论

在单片化过程中进行玻璃微芯片加工，称为SeWaRe，如果在刀片或激光切割前能够实施一致的聚合物回缩，可以预防微裂纹。看来切换切割方法可以减少但不能消除微裂纹。

玻璃基板生态系统中的企业正大力推进技术升级，为应对多芯片先进封装中芯片与基板尺寸的持续增长做足准备。目前主流工艺是先进行激光修整再采用氢氟酸刻蚀来制作不同形状和尺寸的玻璃通孔，但若能通过激态原子激光直接刻蚀工艺实现后续铜填充所需的孔形，则会成为更具环保优势的解决方案。