陶瓷基板！功率器件的關鍵封裝材料

未來產鏈 2025-06-19 18:05

4周搞定BLE/Wi?Fi/NFC，從選型到首例工程 測試中斷？接觸漂移？5 道題找到根因

掃描文末二維碼，加入金剛石交流群

啟明會議

9月25-26日，“2025先進封裝及熱管理大會”將于江蘇蘇州召開。本次大會聚焦高算力熱管理挑戰，設置先進封裝與異質異構論壇、高算力熱管理創新論壇、液冷技術與市場應用論壇三大板塊。

將匯集來自產業界和學術界的專家和領導者，圍繞chiplet、2.5D/3D等先進封裝技術、以及熱界面材料、碳基（金剛石）熱管理、液冷技術等先進封裝、熱管理技術及相關新材料等熱點話題展開深入探討，以促進上下游之間的深度對話與合作。大會旨在搭建產學研平臺，推動技術融合，為半導體供應鏈提供創新動能。

掃碼報名

終端用戶限定200個免費名額

隨著對更強大計算的需求增加，半導體行業進入在封裝中使用多個“小芯片”的異構時代，提高信號傳輸速度、功率傳輸、設計規則和封裝基板的穩定性將是至關重要的。與目前使用的有機基板相比，玻璃基板具有優異的機械、物理和光學性能，可以在封裝中連接更多的晶體管，提供更好的可擴展性，并組裝更大的小芯片復合體。

優秀天然屬性，成就理想基板材料

玻璃基板諸多卓越的物理特性，使其在半導體器件制造領域大放異彩。它表面平整得近乎完美，粗糙度微乎其微，此特性恰似堅固基石，為微小尺寸半導體器件的精密制造筑牢根基。在芯片小型化、集成化的發展趨勢下，微小尺寸器件對制造平臺精度有著嚴苛要求，而玻璃基板如同一位精準的 “空間搭建師”，為器件制造提供了超平整、超光滑的理想操作空間，從而保障了高密度重布線層（RDL）布線的順利推進。

玻璃基板與硅、有機基板各項性質對比來源：興業證券經濟與金融研究院

有效對抗翹曲問題，適合大尺寸封裝

在高密度芯片封裝過程中，大尺寸基板常遭遇熱量積聚難題。當硅芯片（熱膨脹系數 2.9 - 4ppm/K）、環氧樹脂模塑料以及有機 RDL 層堆疊封裝時，因各材料熱膨脹系數存在差異，溫度升高，不同材料膨脹幅度不一。在成型、固化或脫粘等工藝環節，材料界面應力變化，會導致堆疊結構翹曲，甚至引發分層或接頭凸塊錯位等失效風險。

相較之下，玻璃基板具有獨特性能優勢。其熱膨脹系數 3 - 9ppm/K，與硅芯片相近，封裝過程中不易因熱量導致各層材料形變程度不同而發生翹曲。其楊氏模量 50 - 90GPa，遠高于有機材料，具備更強抗形變能力。更關鍵的是，玻璃基板具有大尺寸穩定性與可調節的剛性模量，可將通孔密度提升至傳統硅基板的 10 倍，大幅提高芯片封裝密度。

晶圓翹曲示意圖來源：《臨時鍵合工藝中晶圓翹曲研究》（李碩等）

優越電氣性能，減少傳輸損耗

玻璃作為絕緣材料，其相對介電常數低至僅為硅片三分之一，為高頻信號傳輸賦予獨特優勢。寄生電容效應得以顯著降低，信號傳輸能量損耗也隨之大幅減少，玻璃中介層在高速數據傳輸中既可維持高功率效率，又能保障信號完整性。

玻璃材料的高電阻率特性使其在高密度互連場景下表現出色。相鄰互連間的電流泄漏受到顯著抑制，與硅材料相比，串擾與噪聲干擾得以大幅削減。隨著芯片封裝向精細化、高密度互聯演變，玻璃基板憑借卓越的介電與絕緣性能，不僅契合人工智能芯片對超高互聯密度需求，更為復雜封裝結構中信號穩定傳輸提供堅實保障。

與硅片相比玻璃基板傳輸線的插入損耗更低來源：Shorey.Process and Application of Through Glass Via(TGV) Technology

封裝尺寸變化帶來顯著成本效益

芯片的矩形結構與硅中介層的圓形形態存在天然幾何不匹配問題，致使晶圓邊緣出現大量未利用區域，且芯片尺寸越大，晶圓面積利用率就越低。以 300mm 晶圓級封裝和 515×510mm 面板級封裝為例，矩形面板級封裝的芯片占用面積比高達 93%，相較于晶圓級封裝 64% 的利用率，優勢明顯。這種幾何效率差異直接導致生產速率出現級差，據 Yole 報告，扇出型晶圓級封裝（FOWLP）面積使用率低于 85%，而扇出型面板級封裝（FOPLP）則突破 95%。所以，采用大規格矩形玻璃作為載體或最終作為中介層，能在一個載體或中介層中容納更多芯片，從而顯著提高先進封裝效率。具體而言，從 200mm 過渡到 300mm 大約能節省 25% 的成本，從 300mm 過渡到板級，則能節約 66% 的成本。