中國粉體網訊 在我們日常生活中，智能手機、電腦、智能家居設備越來越智能，背后離不開芯片技術的飛速發展。就像城市發展從平房向高樓大廈演進一樣，芯片制造也正在經歷從二維結構到三維集成的變革。而玻璃基板鍵合技術，正是這場變革中讓芯片"疊高樓"的核心工藝。
芯片制造的"后摩爾時代"挑戰
過去幾十年，芯片性能提升主要依靠制程微縮，也就是把芯片上的晶體管做得越來越小。當制程工藝逼近3nm以下時，遇到了物理極限，導致芯片發熱嚴重、功耗劇增，依賴縮小尺寸提升性能的老路越走越窄，業界稱之為"后摩爾時代"。
隨著Chat GPT、無人駕駛等人工智能技術爆發，算力需求呈指數級增長。知名計算機專家吳軍曾形容，Open AI每訓練一次，就相當于3000輛特斯拉同時跑30多公里。這就要求芯片不僅算力強，還要功耗低，就像汽車既要跑得快，又要省油。傳統二維芯片就像單層廠房，空間有限，而三維集成技術則把芯片變成"摩天大樓"，通過立體堆疊大幅提升算力密度。
玻璃基板：三維芯片的"理想地基"
在三維芯片領域，玻璃基板堪稱“理想地基”。其卓越的性能為芯片發展筑牢根基，憑借較低的介電常數，玻璃基板在高頻信號傳輸中展現出強大優勢，損耗遠低于傳統硅材料，為5G、6G乃至未來更高速的通信場景提供了穩定保障。同時，玻璃基板采用面板工藝生產，成本大幅降低至硅基方案的八分之一，且天然絕緣特性簡化了工藝步驟，在提升生產效率的同時，有效控制成本。
玻璃通孔（TGV）技術作為玻璃基板應用的關鍵一環，更是為三維芯片搭建起高效“運輸網絡”。飛秒激光誘導刻蝕技術，以“光刀”精準加工出通孔，結合磁控濺射、蝶形電鍍等工藝，構建出低阻導電通路。表面的多層銅布線（RDL），將信號對準誤差控制在極小范圍，如同精密的交通樞紐，讓芯片間的信號傳輸既高效又精準，使玻璃基板成為推動三維芯片技術發展的理想之選。
鍵合工藝：讓芯片"疊高樓"的"超級膠水"
鍵合工藝作為三維封裝的核心技術，需在低溫條件下實現異質材料界面高強度結合，并精準調控鍵合層的電學特性(絕緣/導通)，是構建高可靠性三維互連架構的關鍵挑戰。玻璃基鍵合技術通過界面化學重構與機械互鎖機制，已廣泛應用于MEMS諧振器、光子集成電路及微流控傳感器的封裝領域，其核心在于解決玻璃與硅、金屬或聚合物等異質材料間的熱-力-電協同匹配問題。
在玻璃基三維封裝中，垂直互連通常依賴TGV通孔內的導電金屬填充如(Cu、Ti)。通過物理氣相沉積(PVD)結合電鍍工藝實現通孔金屬化后，需借助鍵合技術完成多層玻璃基板或芯片的堆疊集成。目前的鍵合工藝包括熱壓擴散鍵合、陽極鍵合、超高真空表面活化室溫鍵合等。
熱壓擴散鍵合：熱壓擴散鍵合作為玻璃基三維封裝的主流技術，通過熱物理作用實現界面原子級互擴散。在高溫下，特別是超過玻璃化轉變溫度時，玻璃的表面化學狀態會發生顯著變化，這些變化涉及表面化學鍵的重排或新的表面結構的形成，這是熱壓縮鍵合過程的基礎。
陽極鍵合：陽極鍵合，又稱電場輔助鍵合或靜電鍵合，該技術通過熱場與電場的協同作用，驅動玻璃中堿金屬離子的定向遷移，實現玻璃與金屬、半導體的原子級鍵合。在典型工藝中，玻璃-硅體系被加熱至300~500℃的熱激活溫度區間，同時施加500-1500V直流電場，在這種情況下，玻璃材料變得更柔軟，玻璃中的鈉離子在電場驅動下向陰極遷移，形成厚度約10-50μm的鈉耗盡層，與此同時，氧陰離子擴散至硅表面，與硅原子反應生成2-5nm厚的非晶態氧化硅過渡層，最終通過Si-O-Si共價鍵實現高強度界面結合。
活化液體錫焊料陽極鍵合工藝示意圖 來源：Wim.Optimized solder alloy for glass-to-metal joints by simultaneous soldering and anodic bonding
超高真空表面活化室溫鍵合：為消除傳統熱鍵合工藝中熱應力引發的界面失穩效應，研究者開發出基于超高真空表面活化改性的室溫鍵合技術。該技術通過高能離子束轟擊鍵合表面，實現污染物剝離與氧化層刻蝕，同時誘導表層原子化學態重構，暴露出高活性亞穩態原子層，進而在室溫條件下通過物理接觸即可形成高強度化學鍵合。
表面活化鍵合原理圖 來源：《表面活化室溫鍵合技術研究進展》（張洪澤等）
結語：
從手機到衛星，從AI到量子計算，玻璃基板鍵合技術就像芯片制造中的"隱形基建"。當我們驚嘆于AI模型的智能、5G網絡的速度時，正是這些看似微小的工藝創新，在幕后支撐著科技革命的大廈。隨著技術不斷突破，未來的芯片可能像樂高積木一樣自由組合，而玻璃基板鍵合技術，正是連接這一切的"科技膠水"，讓更多不可能成為可能。
參考來源:
傅覺鋒.玻璃基鍵合技術研究進展
張洪澤.表面活化室溫鍵合技術研究進展
李文磊.玻璃通孔的結構控制方法及電磁特性研究
Wim.Optimized solder alloy for glass-to-metal joints by simultaneous soldering and anodic bonding
(中國粉體網編輯整理/月明)
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