全玻璃超高频整体解决方案:全新的技术,全新的生产方式

用于工业和过程计量的雷达传感器， 如由BMBF德国联邦教育及研究部(德语：Bundesministerium für Bildung und Forschung) 所赞助的“实现用于高频应用的高度集成电子系统的玻璃中介板技术“（Glass Interposer Technology for Implementing Highly Compact Electronic Systems for High-frequency Applications）GlaRA项目就是一个符合前文描述需求的典型案例。由于频率超过100GHz—这是远高于当前移动通信的使用频率--—目前的标准封装产品无法工作， 故而需要更加特殊的新型封装技术， 新的封装技术需要适用于这些专用ASIC，并且能够在生产数量级中等的情况下保持价格竞争力。

为此，该联盟开发了一种使用高可靠性中介板的系统级封装（SiP）技术,这种基于玻璃材料的毫米波模块可用于频率高于100GHz的传感器和通讯。该技术平台促成了传感器封装技术革新：与目前的技术水平相比，它使用了多种波导概念，高密度微布线，隔气或真空密封来增加多种集成功能。另外，由于高水平的加工精度和材料质量让使用频率增加到了300GHZ, 所有这些通过优异的波导性能，高精度的微加工等在单一材料系统（玻璃）内实现。

使用带有导电通孔的玻璃中介板提供的密封封装，能够将芯片等元器件封装在两片玻璃中介板之间，采用晶圆级封装工艺， 使用直径最大12英寸（300mm）的玻璃晶圆制造完成。由于晶圆级封装中的多种器件同时加工特性，封装成本受控，且各种器件的对准精度被控制在符合射频技术的微小误差之内。玻璃晶圆级封装适用于最初加工硅晶圆工艺的标准系统，极大的加速了其商业化实现。玻璃也可以大型面板的形式供应，大批量生产被大大简化。

结果表明，这项由BMBF(德国联邦教研部)赞助开发的项目取得了巨大的成功，该联盟展示了一个极其紧凑的雷达前端，成品由Endress+Hauser AG开发成为未来使用雷达检测固体或液位的装载程度传感器，其工作频率在160Ghz.这个玻璃封装体积仅仅5.9 x 4.4 x 0.8 mm³， 内部包括一个由锗化硅技术的雷达ASIC,所有与外部电路的电气连接，表征测试结构，以及一个可以用透镜天线作集成主发射极的波导连接。这种未来的满载程度传感器具有远距离分辨率，高测量精度，波束聚焦紧凑等特点。因此，智能过程测量系统的日益微小化和模块化，引起了人们的极大兴趣。

此样品是由全新的工艺制作完成，起始工艺是LPKF 激光电子股份有限公司（LPKF Laser & Electronics AG）革命性的激光诱导深度蚀刻（LIDE）技术， 该工艺可以在玻璃中加工微结构且加工过程中避免对于材料的损伤，这对于可控的密封的玻璃封装是必须的要求。
Fraunhofer可靠性和微集成研究所（ Fraunhofer Institute for Reliability and Micro-Integration）开发提供了一套针对高纵横比玻璃通孔工业应用的金属化制程，晶圆键合制程用来密封封装，并完成元器件的组装，两片玻璃晶圆键合在一起，每一片晶圆上都有通孔和空腔。

PacTech GmbH 承担了玻璃基板上的导电结构的成型和金属化处理， 使用PacTech’s SB² 工艺， 一种激光支持的连续植球工艺，焊料被沉积在没有外电路电流产生的接触面上。不同的合金用于在不同的焊接温度下进行交错组装。

MSG Lithoglas GmbH对LPKF-LIDE 技术生产的中介板，玻璃腔体等键合组装固定ASIC ，最终实现高频封装。另外，其使用低温镀膜技术来生产高精度玻璃垫片。

乌尔姆大学微波技术研究所（Institute for Microwave Technology of Ulm University）开发了这个高频概念，雷达信号—旦高于100GHz—既可以通过主波束穿过透镜，又可以通过柔性介质波导低损耗的引导到独立的天线。封装发射雷达信号的不同选择可应用与不同应用场景。

Sentronics Metrology GmbH 已经开发出一种层分辨率达亚纳米级别的3D 高速传感器用于质量控制。在其他用途中，该传感器经权威机构审核后，具备了检测密封泄露， 检测玻璃真空密封的资质。

行业合作伙伴对该技术未来的商业实用性非常感兴趣，因为他们看到了许多其他应用领域的潜力，如压力测量技术、液体分析、光子学、MEMS、医疗技术和后5G时代的通信技术。

“GlaRA” 项目由BMBF德国联邦教研部于2017年8月至2021年3月赞助，参考编号:16ES0687K。同时也是TechSys会议（国际科学会议：工程，技术和系统）的选题。