Samtec前沿应用 | GCT玻璃芯技术要点

摘要前言

5G和先进数字计算技术需要

具有最小信号衰减的超高速互连。随着毫米波/射频电路有望扩展到170GHz及以上，许多人正在探索用作基板和/或中介层的新材料。

医疗（尤其是可植入设备）、数据通信和航空航天等应用，需要在小尺寸范围内实现高性能、高可靠性和高精度。玻璃具有可持续性、耐用性、高性能和小型化能力，可满足这些快速增长的行业需求。好消息是，玻璃芯技术（下文简称GCT）已远远超出研发阶段，目前已实现大规模量产。

一些采用先进封装的最新产品基于Samtec的专有GCT技术，该技术可实现高性能连接。已开发的产品包括来自行业领先的通信和医疗电子公司的天线、滤波器、相控阵模块和分路器。

Samtec的GCT技术还被用于基板集成波导，这是一种支持chiplets的使能技术。

GCT的大批量生产

多年来，Samtec一直在优化GCT工艺，目前已实现大批量生产，针对硼硅酸盐、合成石英/熔融石英及蓝宝石晶圆的工艺已十分成熟。与硅基或有机基板上的铜层压板相比，玻璃具有显著优势（详见表格）。

这些优势包括：

性能：低介电常数特性可实现更快、更清晰的信号传输；

封装：支持嵌入式无源元件及小型化设计；

环境适应性：在更大的温度范围内保持稳定性能。

然而，要克服生产中的挑战，如避免玻璃断裂、实现多层设计且无破损等，需要对材料科学和物理学有深入理解。

为了更好地控制GCT工艺，Samtec将所有生产环节均纳入内部管理，这不仅能实现精细化质量控制，还能规避供应链问题。值得注意的是，在制作完整的玻璃芯电路时，对所有上下游工艺的把控至关重要。只有理解并掌控全部流程，才能确保产品的可靠性。

目前，Samtec最受欢迎的GCT产品是玻璃通孔（TGVs）和重布线层电路（RDLs）。客户利用这些玻璃通孔和重布线层，可对滤波器、波导等元件进行图案化设计。这一技术能实现更清晰的信号传输、更低的损耗，同时减少需组装的分立元件数量。

许多合作伙伴正通过GCT技术拓展其集成电路（IC）设计。若您正考虑采用GCT技术，以下是关于玻璃材料需要了解的5个核心要点：

关于GCT需了解的五大要点

1. 小型化与特征尺寸

器件正朝着日益小型化的方向发展，这推动了对紧凑且耐用的互连解决方案的需求。GCT能够实现极小且极高密度的特征尺寸，其布线可小至10/10微米（线宽/线距）。GCT的基础平台通常为2.5D或3D堆叠，其设计本身并不适用于引线键合结构。

2. 与硅的膨胀系数（CTE）匹配

随着功率水平的提升，热性能和热膨胀系数（CTE）成为重要考量因素。热膨胀系数反映了材料随温度变化而膨胀或收缩的能力。对于需要与硅键合的GCT电路，建议选择硼硅酸盐玻璃——其热膨胀系数约为3.3 ppm/℃，与硅的匹配度最高。这一点至关重要，可避免键合点产生应力。

3. 电气性能

GCT的重布线层（RDL）采用光刻工艺，而有机基板则采用厚膜工艺。在有源半导体器件中，基于玻璃的设计能实现行业领先的低损耗性能。这一点对于高频器件、回程测试结构、信号布线以及未来移动技术而言至关重要。

4. 透光性

GCT具有透光特性，这使其适用于可从透明基板中获益的应用场景或组装方式。其中，合成石英/熔融石英的纯度和透光性最高，非常适合高频及光学应用。

5. 气密性

Samtec GCT的通孔采用气密性密封设计。这一特性对太空应用、微机电系统（MEMS）器件及植入式医疗设备等场景至关重要。GCT可实现气密性密封，且表面形貌接近零起伏。

Samtec GCT解决方案

Samtec的玻璃芯技术（GCT）是一项专有工艺，通过制作小直径、细间距的金属化密封TGV，充分发挥玻璃的性能优势。TGV再通过我们的薄膜RDL工艺连接，在玻璃基板上形成定制电路。这不仅为芯片和封装互连提供低损耗扇出，还比传统硅基中介层成本更低。

Samtec在GCT产品开发与制造领域拥有多年行业经验，可提供快速原型制作以及一站式解决方案，涵盖设计、制造、可靠性测试、规模化量产与技术支持。我们的工厂设施通过了ITAR和ISO认证，配备当今最先进的光刻、薄膜沉积和计量设备。

如需下一代微电子解决方案协助，请联系Samtec中国团队。