玻璃基板的應(yīng)用

玻璃基板具有良好的光學(xué)透明度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠承受制造過程中較高的溫度和化學(xué)處理。在電子工業(yè)里，玻璃基板并非新生事物，此前被廣泛用于顯示面板材料的載體。在半導(dǎo)體封裝中，玻璃基板可以取代有機(jī)封裝中類似印刷電路板的有機(jī)材料。

在先進(jìn)封裝技術(shù)方面，玻璃基板可運(yùn)用于2.5D/3D封裝、扇出晶圓級封裝（FOWLP）、嵌入式晶圓級球柵陣列（eWLB）、晶圓級芯片尺寸封裝（WLCSP）和玻璃芯片（COG）等。例如英特爾預(yù)計，玻璃基板能使芯片上多放置50%的die（裸片），實(shí)現(xiàn)更高的互聯(lián)密度，可顯著提高先進(jìn)封裝的效率。玻璃基板還可以作為中介層、IC載板、印制電路板，在先進(jìn)封裝中充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，如具有較低的介電常數(shù)，可減少信號損失，保障互聯(lián)密度和信號的完整性；高電阻率使得相鄰互連之間的電流泄漏較?。粺崤蛎浵禂?shù)與硅接近，不易因封裝過程中產(chǎn)生熱量導(dǎo)致各層材料間形變程度不同而發(fā)生翹曲等 。

另外，在AI芯片領(lǐng)域，隨著對強(qiáng)大AI需求的不斷增加，傳統(tǒng)的有機(jī)基板已顯得有些力不從心，而玻璃基板因其優(yōu)良的物理特性，逐漸受到了更多關(guān)注。像AMD的新一代EPYC處理器等高性能芯片對設(shè)計和制造提出了更高的要求，玻璃基板有助于滿足人工智能芯片封裝的需求。國際大行摩根士丹利表示，像Nvidia的GB200這種強(qiáng)大的AI芯片后續(xù)或?qū)⑹褂貌ＡЩ甯倪M(jìn)使用體驗(yàn) 。

柔性基板的應(yīng)用

柔性基板是一種基于聚酰亞胺薄膜或聚酰胺薄膜的電路板，其特點(diǎn)是具有柔性和可彎曲性。這種可彎曲性使它適用于復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)中，在小型化電子產(chǎn)品里應(yīng)用廣泛。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，柔性基板的應(yīng)用非常普遍。例如在手機(jī)和平板電腦中，用于連接顯示屏和主板、連接攝像頭和主板等；在數(shù)碼相機(jī)中，用于連接顯示屏和主板、連接電池和主板等。在汽車電子系統(tǒng)中，柔性基板扮演重要角色，用于連接車載娛樂系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、儀表板、車身控制模塊和安全系統(tǒng)等。在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，由于其可以彎曲和適應(yīng)特定形狀，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療傳感器、監(jiān)護(hù)設(shè)備和醫(yī)療成像設(shè)備中。在工業(yè)控制和自動化領(lǐng)域，柔性基板用于連接傳感器、執(zhí)行器、控制模塊和數(shù)據(jù)采集設(shè)備等。在航空航天領(lǐng)域，柔性基板輕薄靈活的特性使其廣泛應(yīng)用于航空通信設(shè)備和航天器內(nèi)部連接。此外，還可用于音頻、通信設(shè)備等領(lǐng)域，提供連接和信號傳輸功能。隨著技術(shù)的發(fā)展，像柔性LED燈帶、柔性顯示屏和燈具等產(chǎn)品也廣泛使用柔性基板。還有新興的柔性太陽能電池板，它是世界太陽能產(chǎn)業(yè)的新興技術(shù)產(chǎn)品，可彎曲折疊便于攜帶，雖然轉(zhuǎn)換效率稍低于普通的硬性太陽能電池板，但為太陽能汽車、太陽能帆船賽艇以及太陽能取暖或制冷的節(jié)能型住宅的普及鋪平了道路 。

陶瓷基板的應(yīng)用

陶瓷基板是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁（Al2O3）或氮化鋁（AlN）陶瓷基片表面（單面或雙面）上的特殊工藝板。所制成的超薄復(fù)合基板具有優(yōu)良電絕緣性能，高導(dǎo)熱特性，優(yōu)異的軟釬焊性和高的附著強(qiáng)度，并可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形，具有很大的載流能力，已成為大功率電力電子電路結(jié)構(gòu)技術(shù)和互連技術(shù)的基礎(chǔ)材料。

在汽車行業(yè)，可以找到各種用于制造電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、集成啟動交流發(fā)電機(jī)、柴油和水泵控制裝置以及車輛電機(jī)和發(fā)動機(jī)控制裝置的陶瓷基板，這些應(yīng)用有助于減少燃料消耗和尾氣污染。在可再生能源領(lǐng)域，陶瓷基板應(yīng)用于制造光伏太陽能逆變器和聚光光伏聚光器。在工業(yè)方面，其工業(yè)應(yīng)用涉及泵控制、變頻驅(qū)動器、電源和標(biāo)準(zhǔn)化半導(dǎo)體模塊等。在半導(dǎo)體相關(guān)領(lǐng)域，陶瓷基板用作半導(dǎo)體封裝材料，為集成電路提供導(dǎo)熱和電絕緣的平臺；在大功率電力半導(dǎo)體模塊、半導(dǎo)體致冷器、電子加熱器、功率控制電路、功率混合電路等方面也有應(yīng)用；還用于智能功率組件、高頻開關(guān)電源、固態(tài)繼電器等。在LED基板方面，陶瓷基板用作發(fā)光二極管（LED）芯片的基礎(chǔ)，有助于散發(fā)LED產(chǎn)生的熱量，提高其性能并延長使用壽命。在雷達(dá)系統(tǒng)中，由于能夠承受高溫和惡劣的環(huán)境條件，陶瓷基板被用于雷達(dá)系統(tǒng)以及航空航天和國防應(yīng)用中的其他電子元件。在植入式醫(yī)療器械中，陶瓷基材由于其生物相容性和耐腐蝕性而被用于一些醫(yī)療器械和植入物。在太陽能電池方面，陶瓷基板可用作薄膜太陽能電池的基板，具有耐用性和對環(huán)境因素的抵抗力。在天線制造方面，陶瓷基板因其電氣特性和耐用性而被用于制造通信設(shè)備的天線。在智能手機(jī)和平板電腦等消費(fèi)電子設(shè)備的某些組件中，也可使用陶瓷基板以改善熱管理 。

玻璃基板、柔性基板和陶瓷基板應(yīng)用區(qū)別

物理特性決定的應(yīng)用區(qū)別

• 玻璃基板：

• 玻璃基板具有較高的硬度和剛性，這使得它在需要高精度和穩(wěn)定性的應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色。例如在半導(dǎo)體封裝中，玻璃基板的高硬度能夠保證芯片在封裝過程中的精確位置，并且其良好的平整度為微小尺寸半導(dǎo)體器件的制造提供了理想的平臺，有利于高密度RDL布線。此外，玻璃基板的熱膨脹系數(shù)為3 - 9ppm/K，與硅的2.9 - 4ppm/K接近，不易因封裝過程中產(chǎn)生熱量導(dǎo)致各層材料間形變程度不同而發(fā)生翹曲，這一特性在芯片封裝等對溫度變化敏感的應(yīng)用中非常關(guān)鍵 。

• 玻璃的光學(xué)透明度也是一個重要特性，雖然在之前提到的半導(dǎo)體封裝等應(yīng)用中未著重體現(xiàn)，但在顯示領(lǐng)域，玻璃基板被廣泛用于顯示面板材料的載體，這與其光學(xué)透明度是分不開的。

• 柔性基板：

• 柔性基板最大的特點(diǎn)就是可彎曲性和柔韌性。這種特性使得它能夠適應(yīng)各種不規(guī)則形狀的設(shè)備和產(chǎn)品。例如在可穿戴設(shè)備中，設(shè)備需要貼合人體曲線，柔性基板可以輕松實(shí)現(xiàn)這一要求；在汽車內(nèi)部復(fù)雜的空間布局中，柔性基板可以彎曲地連接各個電子部件，而不會像剛性基板那樣受到空間限制。

• 相比于玻璃基板和陶瓷基板，柔性基板的剛性幾乎可以忽略不計，這使得它在受到外力作用時更容易發(fā)生形變。不過這種形變在其設(shè)計的應(yīng)用場景中是可接受的，甚至是有益的，例如在一些需要折疊或者卷曲功能的電子設(shè)備中。

• 陶瓷基板：

• 陶瓷基板具有高強(qiáng)度和高硬度，同時又具備良好的熱傳導(dǎo)性。例如在大功率電力半導(dǎo)體模塊中，陶瓷基板能夠承受高功率下產(chǎn)生的熱量，并快速將熱量傳導(dǎo)出去，保證模塊的正常運(yùn)行。

• 陶瓷材料的化學(xué)穩(wěn)定性使其在一些特殊環(huán)境下表現(xiàn)出色，如在植入式醫(yī)療器械中，陶瓷基板的生物相容性和耐腐蝕性使其能夠安全地與人體組織接觸，而不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致不良影響。

應(yīng)用領(lǐng)域的區(qū)別

• 玻璃基板：

• 在半導(dǎo)體和芯片封裝領(lǐng)域逐漸嶄露頭角，特別是隨著AI芯片等高性能芯片的發(fā)展，玻璃基板的優(yōu)勢在滿足復(fù)雜電路的互聯(lián)密度、信號完整性等方面得到體現(xiàn)。例如在2.5D/3D封裝等先進(jìn)封裝技術(shù)中的應(yīng)用，能夠提高芯片的性能和集成度。

• 在顯示領(lǐng)域，是顯示面板材料的傳統(tǒng)載體，雖然現(xiàn)在面臨著一些新興顯示技術(shù)的挑戰(zhàn)，但仍然在很多傳統(tǒng)顯示設(shè)備中占據(jù)重要地位。

• 柔性基板：

• 在消費(fèi)電子領(lǐng)域，從手機(jī)、平板電腦到數(shù)碼相機(jī)等，主要用于內(nèi)部組件之間的連接，利用其柔韌性節(jié)省空間并適應(yīng)設(shè)備的小型化需求。

• 在新興的太陽能領(lǐng)域，柔性太陽能電池板利用柔性基板可彎曲折疊的特性，為太陽能的廣泛應(yīng)用提供了新的可能，如在太陽能汽車、太陽能帆船等特殊設(shè)備上的應(yīng)用。

• 在醫(yī)療和航空航天等領(lǐng)域，柔性基板能夠適應(yīng)特殊的形狀要求，如醫(yī)療傳感器需要貼合人體皮膚，航空航天設(shè)備內(nèi)部緊湊且不規(guī)則的空間布局等。

• 陶瓷基板：

• 在大功率電子設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如汽車電子中的發(fā)動機(jī)控制模塊、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，這些設(shè)備需要處理高功率電能，陶瓷基板的高導(dǎo)熱性和高絕緣性能夠保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

• 在對可靠性要求極高的領(lǐng)域，如航空航天和國防應(yīng)用中的雷達(dá)系統(tǒng)等，陶瓷基板能夠承受高溫、高壓和惡劣的環(huán)境條件，保證電子元件的正常工作。

• 在光電器件方面，如LED基板，陶瓷基板有助于提高LED的散熱性能，延長其使用壽命，這在照明和顯示等領(lǐng)域有著重要意義。

信號傳輸和電學(xué)性能方面的區(qū)別

• 玻璃基板：

• 玻璃基板具有較低的介電常數(shù)，這意味著它在傳輸過程中能夠減少信號損失，保障信號的完整性。例如在高速信號傳輸?shù)男酒庋b中，較低的介電常數(shù)可以降低寄生電容，從而提高信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度。

• 玻璃的高電阻率使得相鄰互連之間的電流泄漏較小，與硅材料相比，其串?dāng)_和噪聲問題也較小，這在高密度電路集成的應(yīng)用中非常重要，能夠減少信號干擾，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。

• 柔性基板：

• 由于其材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，柔性基板在信號傳輸方面可能會面臨一些挑戰(zhàn)。例如，在高頻信號傳輸時，柔性基板的彎曲度可能會影響信號質(zhì)量，導(dǎo)致信號完整性問題和電磁干擾問題。不過隨著技術(shù)的發(fā)展，一些改進(jìn)措施如采用特殊的材料和設(shè)計結(jié)構(gòu)，正在逐步解決這些問題。

• 柔性基板的電學(xué)性能在一定程度上取決于其基材的選擇，如聚酰亞胺薄膜或聚酰胺薄膜，這些材料本身的電學(xué)性能決定了柔性基板在不同應(yīng)用場景中的適用性。

• 陶瓷基板：

• 陶瓷基板具有優(yōu)良的電絕緣性能，這使得它在需要高絕緣性的電路中表現(xiàn)出色，例如在高壓電路或者需要隔離不同電氣元件的應(yīng)用中。

• 陶瓷基板的介電常數(shù)相對穩(wěn)定，在不同的溫度和濕度環(huán)境下，能夠保持較好的電學(xué)性能，從而保證電路的穩(wěn)定性。同時，其載流能力較大，在大功率電路中能夠有效地傳輸電流，減少電能損耗。

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