中国粉体网讯  在我们日常生活中，智能手机、电脑、智能家居设备越来越智能，背后离不开芯片技术的飞速发展。就像城市发展从平房向高楼大厦演进一样，芯片制造也正在经历从二维结构到三维集成的变革。而玻璃基板键合技术，正是这场变革中让芯片"叠高楼"的核心工艺。

芯片制造的"后摩尔时代"挑战

过去几十年，芯片性能提升主要依靠制程微缩，也就是把芯片上的晶体管做得越来越小。当制程工艺逼近3nm以下时，遇到了物理极限，导致芯片发热严重、功耗剧增，依赖缩小尺寸提升性能的老路越走越窄，业界称之为"后摩尔时代"。

随着Chat GPT、无人驾驶等人工智能技术爆发，算力需求呈指数级增长。知名计算机专家吴军曾形容，Open AI每训练一次，就相当于3000辆特斯拉同时跑30多公里。这就要求芯片不仅算力强，还要功耗低，就像汽车既要跑得快，又要省油。传统二维芯片就像单层厂房，空间有限，而三维集成技术则把芯片变成"摩天大楼"，通过立体堆叠大幅提升算力密度。

玻璃基板：三维芯片的"理想地基"

在三维芯片领域，玻璃基板堪称“理想地基”。其卓越的性能为芯片发展筑牢根基，凭借较低的介电常数，玻璃基板在高频信号传输中展现出强大优势，损耗远低于传统硅材料，为5G、6G乃至未来更高速的通信场景提供了稳定保障。同时，玻璃基板采用面板工艺生产，成本大幅降低至硅基方案的八分之一，且天然绝缘特性简化了工艺步骤，在提升生产效率的同时，有效控制成本。

玻璃通孔（TGV）技术作为玻璃基板应用的关键一环，更是为三维芯片搭建起高效“运输网络”。飞秒激光诱导刻蚀技术，以“光刀”精准加工出通孔，结合磁控溅射、蝶形电镀等工艺，构建出低阻导电通路。表面的多层铜布线（RDL），将信号对准误差控制在极小范围，如同精密的交通枢纽，让芯片间的信号传输既高效又精准，使玻璃基板成为推动三维芯片技术发展的理想之选。

键合工艺：让芯片"叠高楼"的"超级胶水"

键合工艺作为三维封装的核心技术，需在低温条件下实现异质材料界面高强度结合，并精准调控键合层的电学特性(绝缘/导通)，是构建高可靠性三维互连架构的关键挑战。玻璃基键合技术通过界面化学重构与机械互锁机制，已广泛应用于MEMS谐振器、光子集成电路及微流控传感器的封装领域，其核心在于解决玻璃与硅、金属或聚合物等异质材料间的热-力-电协同匹配问题。

在玻璃基三维封装中，垂直互连通常依赖TGV通孔内的导电金属填充如(Cu、Ti)。通过物理气相沉积(PVD)结合电镀工艺实现通孔金属化后，需借助键合技术完成多层玻璃基板或芯片的堆叠集成。目前的键合工艺包括热压扩散键合、阳极键合、超高真空表面活化室温键合等。

热压扩散键合：热压扩散键合作为玻璃基三维封装的主流技术，通过热物理作用实现界面原子级互扩散。在高温下，特别是超过玻璃化转变温度时，玻璃的表面化学状态会发生显著变化，这些变化涉及表面化学键的重排或新的表面结构的形成，这是热压缩键合过程的基础。

阳极键合：阳极键合，又称电场辅助键合或静电键合，该技术通过热场与电场的协同作用，驱动玻璃中碱金属离子的定向迁移，实现玻璃与金属、半导体的原子级键合。在典型工艺中，玻璃-硅体系被加热至300~500℃的热激活温度区间，同时施加500-1500V直流电场，在这种情况下，玻璃材料变得更柔软，玻璃中的钠离子在电场驱动下向阴极迁移，形成厚度约10-50μm的钠耗尽层，与此同时，氧阴离子扩散至硅表面，与硅原子反应生成2-5nm厚的非晶态氧化硅过渡层，最终通过Si-O-Si共价键实现高强度界面结合。

活化液体锡焊料阳极键合工艺示意图  来源：Wim.Optimized solder alloy for glass-to-metal joints by simultaneous soldering and anodic bonding

超高真空表面活化室温键合：为消除传统热键合工艺中热应力引发的界面失稳效应，研究者开发出基于超高真空表面活化改性的室温键合技术。该技术通过高能离子束轰击键合表面，实现污染物剥离与氧化层刻蚀，同时诱导表层原子化学态重构，暴露出高活性亚稳态原子层，进而在室温条件下通过物理接触即可形成高强度化学键合。

表面活化键合原理图 来源：《表面活化室温键合技术研究进展》（张洪泽等）

结语：

从手机到卫星，从AI到量子计算，玻璃基板键合技术就像芯片制造中的"隐形基建"。当我们惊叹于AI模型的智能、5G网络的速度时，正是这些看似微小的工艺创新，在幕后支撑着科技革命的大厦。随着技术不断突破，未来的芯片可能像乐高积木一样自由组合，而玻璃基板键合技术，正是连接这一切的"科技胶水"，让更多不可能成为可能。

参考来源:

傅觉锋.玻璃基键合技术研究进展

张洪泽.表面活化室温键合技术研究进展

李文磊.玻璃通孔的结构控制方法及电磁特性研究

Wim.Optimized solder alloy for glass-to-metal joints by simultaneous soldering and anodic bonding

(中国粉体网编辑整理/月明)

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