6G的堆叠玻璃：100GHz+高频信号的低损耗传输方案

6G通信将工作频段推至100GHz以上的太赫兹频段，这对信号传输链路的损耗提出了近乎苛刻的要求。传统有机基板在高频下介质损耗急剧攀升，硅中介层虽能提供高密度互连，但其介电常数高达12，带来了显著的信号衰减和寄生效应。玻璃基板的出现为这一困境提供了突破口——其介电常数仅为2.8，约为硅的四分之一，损耗角正切比硅低数个数量级，同时可通过精确调控热膨胀系数(3-11 ppm/°C)实现与芯片和PCB的优异热匹配。而堆叠玻璃技术更进一步，通过多层玻璃基板的垂直集成，将低损耗传输线与三维异构封装深度融合，为6G通信的射频前端与天线阵列一体化集成提供了全新方案。

堆叠玻璃的架构设计与高频性能验证

堆叠玻璃方案的核心理念是将收发器模块分解为功率放大器、频率转换器等独立功能芯片，将这些芯片嵌入堆叠玻璃基板的核心层，并通过玻璃通孔实现垂直互连。这一架构需要在多层玻璃之间实现高精度对准(3微米级)、玻璃通孔激光钻孔与金属化填充等关键工艺。

佐治亚理工学院团队在2025年电子元件与技术大会上首次完整演示了这一架构。其工艺路径为：选用100微米厚的玻璃面板，采用味之素堆积薄膜作为未固化介电粘合剂，在两层玻璃之间构建基于重布线层的共面波导结构。该薄膜兼具低介电常数(Dk=3.3)和超低介电损耗(Df=0.0044)的双重特性，既作为信号传输介质，又充当玻璃层间的粘合层。通过倒装芯片键合技术将玻璃面板堆叠在ABF基板上以最小化加热位移，随后通过激光钻孔形成穿透玻璃的垂直通孔，经无电镀铜种子层和电镀铜填充完成金属化。

对该结构进行DC-220GHz的宽带电学特性测试，结果极为突出：在200GHz频点处，层间互连过渡的插入损耗仅为0.3dB。考虑到该频率已覆盖D波段(110-170GHz)和G波段(110-300GHz)的关键区间，这一数据直接验证了堆叠玻璃架构在6G频段的工程可行性。

低损耗传输的物理机理

堆叠玻璃实现超低损耗的性能根植于玻璃材料的本征电学特性。硅的介电常数约为12，而玻璃的介电常数可低至2.8-3.5，两者相差4倍以上。这意味着同样几何尺寸的传输线，玻璃基板的寄生电容仅为硅基方案的四分之一，显著降低了信号的容性负载和延迟。玻璃的超低损耗角正切(可低至0.001以下@30GHz)则直接削减了介质损耗——在100GHz以上频段，介质损耗占传输线总损耗的主导地位，这一优势更为关键。

对于堆叠结构而言，ABF层间介质的选择同样至关重要。该材料在高达220GHz频段的稳定性能，确保了多层玻璃之间信号传输的连续性。佐治亚理工团队选择ABF作为粘合层的策略，兼顾了低损耗传输与机械键合强度的双重需求。

电热耦合与高功率传输验证

玻璃的低热导率(约为硅的百分之一)在封装设计中曾被视为劣势。研究人员通过精心设计的冗余TGV结构对此进行了有效补偿。厦门大学团队采用四重冗余TGV连接的共面波导测试结构进行高功率高频自电热耦合测试，结果令人信服：在10W@6GHz条件下插入损耗仅0.51dB，最高温升36.2°C;在6.3W@18GHz条件下损耗为2.04dB，温升55°C。研究揭示，在高功率高频信号传输条件下，TGV互连的损耗主要由导体损耗决定，而非介质损耗。

进一步研究验证了玻璃基TGV传输结构在高功率下的稳定性。厦门大学与鹏城实验室团队在2025年11月发布的研究中，将输入功率从5W提升至20W(20GHz连续波)，TGV连接CPW结构的最高温度从36.1°C升至128.5°C，但插入损耗仅从1dB微增至1.4dB。这一“低损耗宽温度范围稳定”的组合特性，使玻璃基TGV方案在高功率射频收发器和AI芯片封装场景中表现出极强的竞争力。

6G集成封装的应用前景

堆叠玻璃技术为6G通信中大规模天线阵列与前端芯片的异构集成提供了理想平台。通过在玻璃基板中嵌入波导结构，可实现天线单元与射频芯片之间的超低损耗互连，这对毫米波频段的链路预算至关重要。玻璃在通信波长下的透明特性，使其能够将光波导直接嵌入叠层结构中，为光电共封装铺平道路。

面板级加工的引入进一步拓展了堆叠玻璃的量产潜力。超薄(小于100微米)玻璃可制成700×700毫米的大尺寸规格，单次加工芯片数量远超300毫米硅晶圆，显著摊薄单位成本。英特尔、三星等头部厂商正加速推进玻璃基板技术，量产时间预计在2026-2030年间。

结语

堆叠玻璃在200GHz频段实现0.3dB过渡损耗的实测数据，标志着玻璃基板从“高频候选方案”迈向“6G使能技术”的关键转折。这一方案的核心价值在于将玻璃材料极低的介电常数和损耗角正切与三维异构集成的架构优势相融合，为100GHz以上频段提供了兼具低传输损耗、高功率耐受性和规模化量产潜力的系统级解决方案。当6G通信的频段推至更高、天线阵列规模不断扩大时，堆叠玻璃技术将为射频前端与封装的深度集成提供不可或缺的材料与工艺基础。