【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

发布日期:
2025-07-07

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CHIPSAILING


从实验室的意外发现,到撬动千亿市场的核心材料,玻璃基板如何悄然重塑半导体与生物识别的未来?


1970年,康宁实验室的化学家们面对一块“失败”的微晶玻璃样品陷入沉思——它没有熔化,却意外获得了超强韧性

【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

50年后,这块“摔不碎的玻璃”的后代,正以0.0001毫米级的平整表面和微米级的精密通孔,支撑起AI芯片的万亿级晶体管集成

这就是玻璃基技术:一场源于材料本质突破,终于产业生态重构的静默革命。


01

玻璃基技术:半导体进化的新基石

Glass Substrate Technology

核心定义

玻璃基技术(Glass Substrate Technology)是在超薄特种玻璃基板上,通过激光微加工形成垂直互连通孔(TGV),并填充导电金属实现三维电路集成的先进封装平台。其核心构成包含:

  • 基板材料:硼硅酸盐/石英玻璃

  • 微孔结构:直径10-100μm的通孔

  • 金属互联:铜/钛填充的导电通道

【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

传统有机基板如同在泡沫塑料上布线,易变形且精度受限玻璃基板则相当于在纳米级抛光的钢板上雕刻微米级电路,稳定且精密


为何其在半导体领域不可替代?

玻璃基板在芯片封装中的核心价值,源于其独特的物理特性组合:

► 纳米级平整度   

  • 表面起伏<0.1μm

  • 支持2μm线宽电路,信号损耗降低30%

► 超低热膨胀系数  

  • 热膨胀系数3.2ppm/℃

  • 高温变形仅为塑料基板的1/5 

卓越绝缘性  

  • 介电常数ε=3.8

  • 减少信号串扰,提升高频性能

透光性  

  • 可见光透射率>90%

  • 实现光电共封装(CPO)的关键基础

  • 使屏下指纹识别成为现实

【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

英特尔封装专家段钢指出:“当芯片线宽进入2μm时代,玻璃基板是延续摩尔定律的唯一选择。”


技术演进的关键突破

玻璃基技术的成熟依赖于两项核心工艺的突破:


【1】激光诱导蚀刻(LIDE)

  • 用紫外激光在玻璃内部引发微爆裂,形成侧壁光滑(粗糙度≤0.08μm)的锥形通孔,避免传统机械钻孔导致的微裂纹。

  • 突破意义:实现深宽比100:1的通孔(相当于在1cm厚玻璃上钻出直径0.1mm的孔)

【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

【2】纳米级金属化

  • 采用原子层沉积(ALD)技术先在孔壁生成2nm钛粘合层,再电镀填充金属(铜/钛)导体。

  • 技术关键:填充空洞率<0.01%,导电性能媲美块状铜材

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02

玻璃基技术如何重塑半导体产业

Glass Substrate Technology

破解封装瓶颈

随着芯片晶体管数量突破千亿级,传统有机基板面临致命瓶颈

  • 翘曲变形:大型封装(>80×80mm)在回流焊中翘曲可达200μm

  • 密度极限:线宽/线距最小仅能维持15/15μm

  • 散热困境:热阻系数高达80℃·cm²/W

玻璃基板的介入带来革命性改变:

► 英特尔实测数据:

  • 24×24cm封装翘曲<50μm 

  • 互连密度提升10倍(线宽/线距=2μm/2μm)

  • 热阻系数降至35℃·cm²/W  

【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

► 行业影响:  

使单封装集成1万亿晶体管成为可能(2030年目标) 


03

芯启航:玻璃基技术的生物识别“芯”范式

Chipsailing&Glass Substrate Technology

玻璃基技术:破解指纹识别的痛点

传统硅基传感器在复杂环境中长期面临穿透力不足、热敏感以及形变累积等根本性局限,这些问题会导致成像畸变率上升。

【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

而玻璃基板因具备纳米级平整度,可使指纹图像畸变率降低一个数量级,其热膨胀系数接近硅芯片,能保障 - 30℃至 85℃全温区的性能稳定性,加之90%的透光率,恰好从平整度、热稳定性和透光性等方面破解了传统硅基传感器的技术痛点,成为屏下指纹识别的终极解决方案。


芯启航:玻璃基指纹技术的“中国答卷”

当半导体巨头竞逐玻璃基封装技术时,中国企业在生物识别领域率先实现产业化破局——将玻璃基板的物理优势转化为指纹识别的性能颠覆

【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

当行业聚焦传统硅基方案时,芯启航率先提出玻璃基技术路径。历经5年研发,其玻璃基指纹芯片实现三大突破性进展:

✅穿透能力跃升

✅极端环境适应性

✅活体检测可靠性


芯启航玻璃基技术应用产品

► 活体指纹识别产品

【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

芯启航第五代活体指纹识别产品,延续其 2021 年推出的第四代玻璃基指纹芯片技术 —— 国内首个从基材突破的自主知识产权黑科技,填补了行业空白。该产品以玻璃基取代硅基,结合红外光学活体检测与专属算法,可深入真皮层识别干湿、开裂等各类指纹及新生儿脚纹,同步感应温度湿度,兼具超薄低耗、成本优势,实现技术延续与安全性能双重升级。


► FAP60 指掌纹采集仪

【行业动态】玻璃基技术:透明基板上的中国智造革命

芯启航FAP60 指掌纹采集仪,在结构上突破了传统光学设计,用独有的玻璃基技术,以多指(左右四指采集、双拇指采集、十指单指采集、掌纹采集)同步采集的革新科技,将四指采集时间压缩至0.25秒/次,单指/滚指压缩至0.125秒/次,让海关、机场、码头等场所通行如丝般顺滑。


写在最后

透明基板上的中国智造

当中国封装厂里的玻璃基板封装线发出第一束激光,当芯启航的工程师在低温实验室录下第10万次低温解锁数据——我们看到的不仅是技术参数的突破,更是中国产业从追赶到并跑的韧性跨越。


玻璃基技术的魅力,在于它用朴素的材料本质(平整/稳定/通透),解决了尖端的产业难题(精度/密度/功耗)。而这恰与芯启航的企业基因共振:以基础材料创新为根,以用户真实痛点为本。


此刻,芯启航的玻璃基指纹模组正为千万台中国终端设备的安全保驾护航——这或许正是技术革命的终极意义:让基础材料的突破,成为亿万用户的安全守护!


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