除了电子陶瓷,玻璃在 5G 通讯中还可以这么用

第五代无线通信技术(5G)具有最高可达10Gb/s传输速率、1000倍于现有技术的超大网络容量以及毫秒级的超短时延,从而可以实现各种新颖和复杂的应用。5G技术要求所使用的器件具有更大带宽、更高频率和更紧凑的尺寸等特征。5G器件的特性也使其对封装材料有了更高的要求。

除了电子陶瓷,玻璃在 5G 通讯中还可以这么用

图 日本电气硝子开发的5G玻璃透明天线

玻璃的软化温度、烧结温度和热膨胀系数(CTE)可调,热力学稳定性和化学稳定性(在高温、高湿条件下)较好,并且具有良好的电绝缘性、耐久性、高机械强度等特性,使其成为5G毫米波模块封装的理想候选者;此外,玻璃还具有尺寸优势,可低成本用于大面积的基板;玻璃的极低表面粗糙度和介电损耗(tan δ)等特性也更适合高频器件的封装。玻璃因其优良特性与功能被广泛应用于5G器件的生产和制造。

1、玻璃绝缘性——保护功能

随着5G技术的发展,通信行业对功率半导体的需求激增。玻璃由于具有良好的绝缘性,能提高半导体器件的击穿电压、减小漏电流,对器件起到良好的保护作用,已经广泛应用于半导体器件的生产中。

除了电子陶瓷,玻璃在 5G 通讯中还可以这么用

图 钝化玻璃,来源:SCHOTT

二极管、三极管等功率器件在加工过程中需要使用熔凝玻璃对晶圆进行钝化处理,用于保护P-N结,延长使用寿命。所以,钝化玻璃是半导体行业的关键材料之一。目前,主要有三种体系的钝化玻璃即PbO-Al2O3-SiO2系,ZnO-B2O3-SiO2系和PbO-ZnO-B2O3系,均不含碱金属与碱土金属,玻璃结构致密,网络连通性较好。PbO-Al2O3-SiO2玻璃作为钝化玻璃被广泛使用。

玻璃良好的绝缘性能也使得其能够应用在陶瓷表面,保护5G元器件/熔体免受腐蚀或高温高电压的侵害,保护电路,防止起弧、燃烧等,延长使用寿命。例如,在常见的无源器件电阻器的制造与应用过程中为了保护陶瓷体,烧结端电极前通常在陶瓷表面烧结包封玻璃,常见的包封玻璃体系有B2O3-B2O3-Al2O3-SiO2系、BaO-MgO-Al2O3-SiO2系等。BaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃用于保护负温度系数(NTC)热敏电阻,在经过1000次热冲击循环后,电阻变化率仍就保持在10%以内。玻璃优良的保护性能也使得其能应用于熔断器的生产中。

2、玻璃粘结性——焊接功能

焊料作为众多5G电子元器件的关键材料,在部件封装、电极和互连等方面发挥着重要的作用。玻璃焊料具有较低烧结温度、良好的电绝缘性与润湿性,以及高化学稳定性(抗水、耐蚀)和耐久性,被广泛应用于金属、玻璃、陶瓷、硅片等基材的焊接。

表 常见的电极浆料

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由于5G毫米波器件在工作情况下的损耗主要由电极损耗产生,因此5G器件需要性能良好的厚膜金属浆料用作电极材料(如滤波器银浆),而玻璃是电极浆料的重要组成部分。电极浆料一般由功能相、粘结相和有机载体三部分组成。导电金属在电极浆料中作为功能相,占组成的绝大部分。玻璃焊料常作为粘结相,含量不高只有2%~10%(质量分数),其主要作用是焊接功能相与基板。玻璃焊料的性能直接影响电子产品的质量。玻璃粘结相的烧结温度要求与功能相匹配,并对导电金属具有良好的润湿性,以实现更好的烧结性能。适宜的烧结温度还可以减少电子产品金属部件的氧化和变形;玻璃焊料合适的膨胀系数将提升与陶瓷玻璃基板的结合性、密封性和抗拉强度;玻璃较高的电阻率则能延长电子产品的使用寿命。玻璃焊料也可直接用于陶瓷体的连接,如低熔点的B2O3-ZnO-B2O3-SiO2玻璃焊料连接微波铁氧体与钛酸镁陶瓷,用于微波器件的生产。

3、玻璃晶圆基板——高频应用

晶圆基板是决定毫米波器件性能的关键,通常要求材料具有良好的刚度、化学稳定性、耐候性,以及高的电阻率与低的高频介电损耗。在传统解决方案中低温共烧陶瓷和聚合物等基板材料在技术、成本以及供应上都有局限性。

表 常见的基板材料的性能对比

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常见的商用玻璃基板BOROFLOAT®33的组成为4Na2O/K2O-2Al2O3-13B2O3-81SiO2,结构致密且高温稳定性良好。硼硅酸盐玻璃具有比硅更高的电阻率、更低的介电损耗与介电常数,以及与器件适配的热膨胀系数(CTE)和良好的刚性,可用于制造更薄、粗糙度更小的大尺寸品圆/面板封装的基板。硼硅酸盐玻璃基板已成为毫米波器件基板替代解决方案。

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图 结构化的玻璃基板及器件制备

玻璃基板在半导体器件中的应用广泛且多样化,玻璃基板出色的大尺寸稳定性实现了类似于后道工艺(BEOL)的精密再分布层(RDL)基本规则,也为精确的金属化提供了方便;玻璃可定制的热膨胀系数(CTE),使其适用于卓越的小间距装配技术;这使得玻璃在5G射频(RF)前端设备制造和异质封装应用中成为具有吸引力的材料。

表 常见的硼硅酸盐玻璃基板与性能

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玻璃通孔技术(TGV)工艺流程简单,不需要沉积绝缘层;大尺寸玻璃基板易获取、机械稳定性强、翘曲小且成本低。玻璃基板因其优良的电学特性使得TGV技术在射频组件、光电集成、微机电系统(MEMS)等方面得到广泛运用。相比较于高成本的硅通孔技术(TSV),TGV是一个极佳的替代方案。因此带有玻璃通孔的玻璃基板成为封装天线(AiP)的解决方案之一。

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图 Georgia Tech玻璃面板扇出封装毫米波天线阵列

晶圆级扇出封装技术(FO-WLP)是毫米波芯片封装的重要技术。Georgia Tech在ECTC2017上首次展示了玻璃面板嵌人式封装技术(GPE,也被称为玻璃面板扇出封装(GFO)),与其他扇出式封装技术相比,GPE结构使用玻璃作为基板材料,玻璃基板的优良特性使得GPE封装成为毫米波芯片最前沿的封装方法之一。接着,研究人员在此基础上发展出2.5D玻璃面板嵌人式封装技术(GPE),并结合 TGV 技术,开发了新型嵌入式玻璃扇出封装技术(eGFO)。

未来的通信网络无论是由毫米波还是亚太赫兹模块主导,其底层技术在封装架构、材料和工艺方面有相似之处,主要挑战均在于实现更低的介电损耗。依托先进的玻璃封装技术,具有超低介电损耗的玻璃基板将更广泛应用于未来通讯器件的生产中。

4、玻璃纤维——增强材料

PCB基材的重要参数是损耗角正切值(tan δ),其能更直接地反映出电路板的传输损耗。PCB基板是由树脂、玻璃纤维、铜箔、填料等材料复合而成。玻璃纤维在PCB的电气性能中起着重要作用。玻璃纤维具有优良的绝缘性能、良好的介电性能(相对低的介电常数与介电损耗)、出色的热稳定性,并能够提供足够的机械强度,且对水份和化学物质具有低敏感性,常被用作制造5G天线基板、PCB等功能材料的增强材料。

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图 覆铜板结构示意图

为了满足5G PCB的特殊需求,玻纤厂商开发出低介电玻璃纤维,低介电玻璃纤维的介电常数及介电损耗都小于无碱玻璃纤维,有利于降低产品的介电常数和介电损耗。为了得到介电常数与tan δ更低的玻璃纤维,往往是通过提高玻璃组分中B2O3的含量,以减少碱金属氧化物和碱土金属氧化物。

5、LTCC——关键材料

低温共烧陶瓷技术(LTCC,Low Temperature Co-fired Ceramics)作为无源元器件集成的关键技术,在开发高频、高性能、高集成度的电子元器件方面具有显著优势,是实现电子元件小型化、片式化的一种理想的封装技术,对高频通信的发展有着举足轻重的作用,在5G甚至6G通信都将发挥重要作用。

除了电子陶瓷,玻璃在 5G 通讯中还可以这么用

图 LTCC AiP 和5G基站用LTCC射频器件,摄于TDK展台

玻璃粉是LTCC的关键材料,软化点较低,能降低LTCC的烧结温度和改善复合材料的烧结致密度;通过调节玻璃粉的配方和工艺,可以制备热膨胀系数系列化的玻璃粉料,从而对玻璃陶瓷整体的复合热膨胀系数有调控作用。LTCC三维多芯片模块(3D-MCM)需要具有不同介电常数、不同热导率或不同机械强度等性能特征的多层陶瓷基板。其中,玻璃将进一步充分发挥调节性能,满足LTCC基板的不同需求。

资料来源:《玻璃在5G通讯中的应用》,陈俊伟,等.

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8月28日-30日,艾邦将在深圳国际会展中心7号馆举办第六届精密陶瓷暨功率半导体产业链展览会,届时佳利电子、宏科电子、深云基、浙江矽瓷、昆山永宏棋、广州海泰克等LTCC全产业链材料、设备、元器件/基板公司将参展,同期还将举办【LTCC专场论坛】,以下是相关企业名单:

展位号

公司名

主营

7C50

成都宏科电子科技有限公司

LTCC、MLCC、HTCC等领域材料、多层元器件、基板、封装外壳等

7C89

广州海泰克科技有限公司

HTCC(高温共烧陶瓷)/LTCC(低温共烧陶瓷),生瓷带,粉体,浆料

7F85

嘉兴佳利电子有限公司

LTCC / HTCC/微波介质陶瓷元件及卫星导航组件

7G29

北京宁远博纳电子科技有限责任公司

LTCC/HTCC/MLCC 机械、激光打孔机、丝网印刷机(含卷对卷)、膜厚测试仪、叠片机(含卷对卷)、等静压机、生切机、烧结炉(箱式链式)、端银机、划片机

7G32

深圳市宇宸科技有限公司

PTC多层陶瓷整线设备HTCC设备LTCC设备等静压机切割机流延机裁片机填孔机印刷机叠层机等

7G82

上海煊廷丝印设备有限公司

AMB陶瓷基板印刷机,全自动LTCC印刷机,MLCC印刷机,厚膜印刷机,精密填孔/挂壁印刷机

7G114

常州市安视智能科技有限公司

HTCC/LTCC/MLCC生瓷片检测、DBC/DPC/AMB视觉检测设备、薄膜基板、电阻等生产制造过程中的外观检测设备

7G123

深圳市深云基新材料科技有限公司

LTCC瓷带、LTCC瓷粉、LTCC浆料

7H29

苏州国科测试科技有限公司

LTCC&HTCC检测设备

7H50

天津奥峰科技有限公司

LTCC/HTCC贴膜、撕膜、倒角等工艺设备

7K91

广州诺顶智能科技有限公司

LTCCHTCC生瓷带全自动AOI检测设备、薄膜电路厚膜基板全自动AOI检测设备

7A01

广东恒锦智能装备有限公司

丝印机、移印机、钢板、网板

7A51

东莞市腾科自动化设备有限公司

高速检测机,外检机,视觉CCD

7A66

江苏国盛新材料有限公司

稀土氧化物及化合物

7A68

广东汇京智能装备有限公司

纳米砂磨机、高速分散机&分散罐、研磨介质

7A69

珠海思加新材料有限公司

99瓷氧化铝基板、半导体陶瓷工具、生物陶瓷材料、纳米材料

7A91

津上智造智能科技江苏有限公司

超声波扫描显微镜

7A97

江苏瑞邦高热制品有限公司

高温窑炉(氢氮气氛炉、氮气脱脂炉、富氧空气烧结炉)窑具(99轻量板、承烧板、匣钵))

7A136

南通恩普热能技术有限公司

陶瓷纤维板、陶瓷纤维毯、陶瓷纤维异型件、陶瓷纤散棉、陶瓷纤维模

7B37

太原市衡力科技有限公司

冷等静压机和温等静压机等

7B40

苏州广林达电子科技有限公司

超声波扫描显微镜

7B48

福州赛瑞特新材料技术开发有限公司

特高纯氮化硼陶瓷治具,堆场,承烧板

7B60

深圳市宇斯特电子有限公司

厚膜陶瓷电路

7B75

合肥高歌先进电炉装备有限公司

实验电炉、工业电炉

7B81

上海福讯电子有限公司

精密印刷模板

7B94

昆山可立维机电有限公司

陶瓷板自动化设备

7B116

天津市海迅科技发展有限公司

视觉自动化设备

7B203

合肥市鑫仓工业设备科技有限公司

激光打标机、切割机、氦质谱检漏仪

7B230

宝鸡志成有色金属制造有限公司

钛、锆、钨、镍等有色金属材料

7C09

深圳市鑫陶窑炉设备有限公司

高温烧结炉

7C15

深圳市金岷江智能装备有限公司

流延机

7C21

纳诺奥耐(天津)科技有限公司

氧气/氧气/总烃分析仪及探头,数字浮子流量计

7C29

成都先机智能科技有限公司

陶瓷片贴膜机,陶瓷片撕膜机,自动化

7C39

苏州德龙激光股份有限公司

精密激光加工设备及激光器

7C41

太原忠睿合科技有限公司

冷等静压机,温等静压机,干袋式等静压机

7C46

深圳市光道激光技术有限公司

陶瓷精密激光设备

7C51

雅马拓科技贸易(上海)有限公司

实验室设备

7C82

东莞市桑隅电子有限公司

金相检测耗材、金相检测设备

7C83

上海微谱检测科技集团股份有限公司

材料成分分析,失效分析,安全反应评估,体系认证,专利申请,检测报告和环境检测

7C84

珠海市镭登光电科技有限公司

超细金属粉末(镍粉、铜粉、银粉、镍粉)抛光粉悬浮分散剂

7C87

合肥圣达电子科技实业有限公司

陶瓷基板、HTCC、封装

7C88

苏州纯尔净化科技有限公司

滤芯

7C90

武汉宇昌激光科技有限公司

陶瓷激光切割打孔划线一体机

7C103

南通众博信智能科技有限公司

高速飞针测试机、专用测试机、自动四线专用测试机

7D09

深圳市飞仕达机械设备有限公司

水平线设备

7D15

浙江矽瓷科技有限公司

介质陶瓷材料、生瓷带

7D19

深圳市中斯进出口有限公司

多层陶瓷整套方案,包含整套设备,材料,工艺,辅材PET,丝印浆料等,流延机,裁片机,冲孔机打孔机,印刷机填孔机卷对卷印刷机,叠片机,印刷-叠片一体机,热压机,温水等静压机,切割机热切机等

7F10

深圳市迈创力科技有限公司

飞针测试机、AOI自动光学检测机

7F39

长沙建宇网印机电设备有限公司

厚膜印刷机、平面厚膜印刷机、圆管厚膜印刷机、CCD自动对位厚膜印刷机

7F39

常州普雷特印刷科技有限公司

NorCote感光胶、刮胶、太阳能刮胶、毛细水菲林

7F53

东莞市琅菱机械有限公司

研磨分散设备

7F68

武汉坤元流延科技有限公司

流延机、球磨机、脱泡机、涂布机、裁片机、冲孔机、丝印机、叠片机、温等静压机、热切机等

7F69

上海住荣科技有限公司

机械冲孔机、激光打孔机、丝网印刷机、叠片机、温水等静压机、生瓷片热切机、划片机、X-ray

7F79

昆山艾科迅真空装备有限公司

有色金属真空焊、覆铜板真空钎焊、陶瓷真空钎焊、二氧化硅真空钎焊

7F97

田菱精密网版科技(昆山)有限公司

精密网版

7F128

空气化工产品(中国)投资有限公司

氩气、二氧化碳、氧气、氮气

7F134

肇庆市宏华电子科技有限公司

薄膜流延机、薄膜丝印机、薄膜叠层机、等静压机、切割机、封端机、外观检测机、测试机、编带机等

7G01

天津中环电炉股份有限公司

排胶炉、钟罩炉、可视化热分析、烧结炉

7G01

上海晨华科技股份有限公司

真空热压烧结炉、真空双向加压热压炉、排胶炉,真空气压烧结炉,真空无压烧结炉等

7G10

合肥费舍罗热工装备有限公司

脱脂炉,烧银炉,烧结炉,推板炉

7G10

山东宏瑞耐火材料科技有限公司

承烧板、推板、匣钵

7G20

深圳市领创精密机械有限公司

跑台丝网印刷机

7G28

精工锐意科技(河南)有限公司

金刚石耗材

7G31

株洲瑞德尔智能装备有限公司

高温烧结炉、真空烧结炉

7G37

山西鸿煷机械设备股份有限公司

冷等静压机和温等静压机、干袋式等静压机等

7G38

上海网谊光电科技有限责任公司

精密不锈钢网版研发与生产, 超薄3u网版

7G40

东阳市圣柏林特种设备技术服务有限公司

流延机

7G50

福建泉州聿瑞升贸易有限公司

加拿大AEM高纯铝粉和(原日本昭和)印尼ICA煅烧氧化铝粉、高纯六水氯化铝

7G51

北京晶芯电子有限公司

国产真空计

7G54

昆山括通丝印器材有限公司

精密网版

7G56

广州市极志测量科技有限公司

在线视觉瑕疵检测设备、PCB快速检测设备、厚度测量仪

7G62

深圳市硕克网版科技有限公司

网版

7G85

西安鑫乙电子科技有限公司

流延机及其配套辅助设备

7G88

武汉赛斐尔激光技术有限公司

电子陶瓷激光划片机、电子陶瓷高速激光精密打孔机、玻璃激光精密切割机、紫外激光精密切割机

7G90

昆山永宏棋智能科技有限公司

流延机,裁片机,印刷机,叠层机,温水等静压机

7G94

SERIA CORPORATION

陶瓷印刷机

7G96

苏州精创光学仪器有限公司

超声波自动化设备/DBC自动缺陷检测设备/AMB陶瓷基板终检检测自动化设备

7G105

深圳市德斯戈智能科技有限公司

缺陷检测设备

7G110

陕西中电华星窑炉设备有限公司

推板炉,网带炉,辊道炉,钟罩炉等工业窑炉

7G116

优科华瓷(西安)电子科技有限公司

HTCC管壳、陶瓷基板

7G125

无锡市新星源机电设备制造有限公司

单/双推板式道炉,高温单 (双)通道道炉,网带炉、真空炉

7G132

广州柏励司研磨介质有限公司

氧化锆珠、氮化硅珠、碳化钨珠

7H01

德中(天津)技术发展股份有限公司

激光精密加工设备、电路板打样设备

7H09

北京北方华创真空技术有限公司

脱脂烧结一体炉,高温氢气炉,钎焊炉,气压烧结炉,热压烧结炉,连续式粉体烧结炉

7H15

合肥泰络电子装备有限公司

网带炉、钟罩炉、箱式炉、推板炉、辊道炉及配套自动化设备

7H15

合肥智热装备有限公司

钟罩炉、高温气氛箱式炉、真空气氛罐式炉、中温洁净箱式炉、热风箱式炉、热风排胶炉、废气净化炉

7H21

合肥恒力装备有限公司

HTCC高温气氛推板炉,先进陶瓷专用辊道炉,热风箱式排胶炉,先进陶瓷专用钟罩炉,真空回流焊炉,气氛网带炉,智能柔性电镀生产线,手工精密电镀通风柜

7H23

深圳市叁星飞荣机械有限公司

砂磨机、制浆与制粉系统工程

7H41

汕尾市索思电子封装材料有限公司

焊料,金属管壳及电镀,盖板,陶瓷底座

7H47

厦门至隆真空科技有限公司

碳化硅SiC长晶炉/外延炉、气压烧结炉等装备研究与制造

7H52

扬州锦润网带制造有限公司

金属丝网及网带

7H56

中国电子科技集团公司第四十五研究所

印刷机,填孔机,整平机,叠层机

7H58

上海科欢贸易有限公司

干法和湿法的研磨机,分散机,整粒机,筛分机,粒度仪

7H65

河北东方泰阳电子科技有限公司

高精度流延机、高精度流延机、气氛保护烧结炉、全自动料带切片机

7H68

苏州赫瑞特电子专用设备科技有限公司

研磨机抛光机,线切割机

7H76

创轩(南京)激光智能科技有限公司

激光打标机、激光切割机、激光焊接机

7H78

广东首镭激光科技有限公司

激光切割、激光焊接、激光打孔、激光打标及激光自动化

7H82

河南三特炉业科技有限公司

马弗炉、电阻炉、管式炉、升降炉、台车炉、工业炉、热处理加热炉系列产品

7H83

广州韦斯特新材料有限公司

电阻丝

7H84

长沙西丽纳米研磨科技有限公司

砂磨机、智能单机、全自动化研磨产线及相关配套研磨设备

7H89

安徽博为光电科技有限公司

先进封装、高低温陶瓷、半导体设备

7H90

深圳市鼎华芯泰科技有限公司

PCB、陶瓷基板、IC载板专业制造商

7H94

南通远顺耐纤有限公司

陶瓷纤维板、陶瓷纤维纸

7H104

苏州锦业源自动化设备有限公司

东海高热:ALN粉体连续炉、SIN粉体大型台车炉、中大型真空高温炉(TV炉,TP炉)

7H104

四川六方钰成电子科技有限公司

996氧化铝基板,生瓷带,钨浆

7H118

盘古光电河北有限公司

陶瓷打孔/切割;管壳打标/封焊

7H123

岳一科技有限公司

光学影像检测解决方案

7H125

诺泽流体科技 (上海) 有限公司

微射流,做MLCC分散,陶瓷浆料分散,陶瓷粉碎

7K07

张家港市盛澳电炉科技有限公司

高温陶瓷烧结炉、脱脂炉、推板窑

7K24

上海昶艾电子科技有限公司

氧分析仪

7K27

上海运河材料科技有限公司

代理日本积水的PVB等原材料

7K28

伊索来特(上海)贸易有限公司

陶瓷纤维、保温砖等耐火隔热产品

7K33

嘉兴微知电子有限公司

丝网印刷机、厚膜印刷机

7K34

动力博石(广东)智能装备有限公司

微纳尺寸测量仪、自动对焦视频显微镜、图像尺寸测量仪

7K52

森村贸易(深圳)有限公司

滤芯

7K58

综研化学(苏州)有限公司

高分子产品/聚丙烯酸脂类涂剂 ;功能性有机粉体/聚丙烯酸脂类超微粉体

7K66

浙江德龙科技有限公司

薄膜陶瓷,流延机,等静压机、冲孔机、生磁带切割机、球磨机、分切机

7K105

厦门市欣迪美达科技有限公司

韩国大韩氧化铝粉

展会预定:

温小姐:18126443075(同微信)
邮箱:wenxiaoting@aibang.com

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龙小姐:18318676293(同微信)
邮箱:ab036@aibang.com

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原文始发于微信公众号(艾邦陶瓷展):除了电子陶瓷,玻璃在 5G 通讯中还可以这么用

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作者 gan, lanjie