www.188betkr.com 讯在高性能计算、人工智能快速发展的当下，半导体行业对芯片集成规模和封装基板性能的要求越来越高。过去常用的有机基板在解决大尺寸封装翘曲问题上力不从心，而玻璃基板凭借出色的机械性能、热稳定性和平整度，成为下一代先进封装的“潜力选手”。不过，玻璃基板上的关键结构——玻璃通孔（TGV），却一直被应力问题困扰。
TGV是实现玻璃基板上下电路连通的核心通道，通常需要用铜填充。但铜和玻璃的热膨胀系数差异很大，在封装加工的升温、降温过程中，两者收缩或膨胀的程度不同，会产生巨大的热应力。这种应力可能导致玻璃开裂、铜与玻璃分层，严重影响封装的可靠性和使用寿命。之前行业常用聚酰亚胺（PI）作为缓冲层缓解应力，但PI在高温烧结时容易降解，无法适配后续的化学镀金属化工序，应用受限。
针对这一痛点，中国科学院微电子研究所陈钏团队提出了新方案：在玻璃基板TGV的玻璃与铜之间，烧结一层无机缓冲层。为了适配化学镀工艺，团队选择了ZnO、TiO?、ZrO?三种无机材料，通过有限元仿真分析，研究它们对TGV应力的缓解效果，还探索了缓冲层厚度、玻璃芯板厚度等参数的影响。
仿真结果令人惊喜，首先，这三种无机缓冲层都能有效降低应力，且效果比传统PI更好。在叠层工艺的升温过程中（温度从25℃升至190℃），纯铜填充的TGV玻璃芯板最大应力达202.36MPa，TiO2缓冲层的应力缓冲效果最好，其最大主应力相较于纯铜降低了49.3%，同时无机缓冲层的应力缓冲效果明显好于常规的PI缓冲层。
添加不同缓冲层的应力效果对比 来源：《降低玻璃基板TGV应力的无机缓冲层方法与仿真分析》（赵泉露等）
研究还发现，缓冲层的厚度对应力影响显著。随着缓冲层厚度从1μm增加到5μm，升温过程中玻璃芯板的应力持续减小，而降温过程中的应力会略有增大，但始终在安全范围内。更重要的是，无机缓冲层通过增厚来缓解应力的能力比PI强得多，工艺适配性更灵活。不过要注意，缓冲层厚度并非越厚越好，厚度增加到一定程度后，应力降幅会逐渐变小，呈现“收益递减”的特点。
TiO2与PI缓冲层玻璃芯板最大主应力对比 来源：《降低玻璃基板TGV应力的无机缓冲层方法与仿真分析》（赵泉露等）
有趣的是，玻璃芯板的厚度对TGV应力影响不大。芯板厚度从400μm增加到1200μm，升温、降温过程中的应力变化都很微小。这是因为芯板厚度增加时，缓冲层和铜柱的高度也同步增加，它们在通孔内的占比不变，所以应力不会明显波动，这为后续玻璃基板尺寸设计提供了更多自由度。
随着先进封装技术向更高集成度、更小尺寸发展，玻璃基板的应用前景将越来越广阔。而无机缓冲层技术的研究，为玻璃基板在高性能芯片封装中的大规模应用提供了可能，也为半导体行业的持续创新注入了新动力。
参考来源:
赵瑾.玻璃通孔三维互连技术中的应力问题
赵泉露.降低玻璃基板TGV应力的无机缓冲层方法与仿真分析
张名爱.应用于三维集成封装的玻璃转接板的制备和测试
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