为什么玻璃基板(TGV)突然被重视?

来源:中国科学院半导体研究所 制造工艺 4 次阅读
摘要: 一、为什么玻璃基板突然被重视? 过去很多高端封装依赖有机基板、硅中介层、ABF载板等材料体系。 但随着AI芯片越来越大、I/O数量越来越多、功耗越来越高、封装尺寸越来越大,传统基板材料逐渐遇到瓶颈。 尤其是AI训练芯片和高性能计算芯片,不再是一颗小芯片单独工作,而是多个逻辑芯片、HBM、高速互连结构一起封装在一个系统里。 这时候,封装基板要承担更多任务: 它要支撑更大的封装面积; 要承载更高密

一、为什么玻璃基板突然被重视?

过去很多高端封装依赖有机基板、硅中介层、ABF载板等材料体系。

但随着AI芯片越来越大、I/O数量越来越多、功耗越来越高、封装尺寸越来越大,传统基板材料逐渐遇到瓶颈。

尤其是AI训练芯片和高性能计算芯片,不再是一颗小芯片单独工作,而是多个逻辑芯片、HBM、高速互连结构一起封装在一个系统里。

这时候,封装基板要承担更多任务:

它要支撑更大的封装面积;

要承载更高密度互连;

要控制翘曲;

要保证信号完整性;

要支持更高供电效率;

还要在热、机械可靠性和量产成本之间取得平衡。

玻璃基板之所以被看好,是因为它具有一些天然优势。

比如尺寸稳定性好、表面平整度高、热膨胀特性可设计、适合大面积加工、在高频信号和高密度互连方向有潜力。对于未来超大尺寸封装和高密度Chiplet互连来说,玻璃可能成为一种重要候选材料。

但玻璃基板不是简单拿一块玻璃来做封装。

真正难的是:你要在玻璃上打孔、金属化、布线、堆叠,还要让它在封装工艺、可靠性测试和量产环境中稳定工作。

这就引出了一个核心技术:TGV。

二、TGV为什么关键?

TGV,全称是Through Glass Via,也就是玻璃通孔。

你可以把它理解为在玻璃基板上做出微小通孔,然后通过金属化,把玻璃两侧的电路连接起来。

在先进封装中,垂直互连非常重要。

如果只有平面布线,互连密度和系统集成能力会受到限制。通过TGV,可以在玻璃基板中实现上下层连接,为高密度封装提供更多布线和互连空间。

但TGV并不好做。

首先是打孔难。

玻璃硬而脆,微孔加工很容易出现崩边、裂纹、锥度不均、孔壁粗糙、孔径一致性差等问题。对于半导体封装来说,这些都可能影响后续金属化和可靠性。

其次是金属化难。

孔打出来只是第一步,真正要变成互连结构,还要在孔壁上沉积金属层,再通过电镀或其他方式形成可靠导通。孔壁附着力、覆盖率、空洞、裂纹、应力,都会影响最终可靠性。

再次是多层互连难。

玻璃基板不是只做一个孔就结束,而是要和RDL、多层线路、芯片贴装、封装结构结合。布线精度、层间对准、绝缘可靠性、热机械匹配,都要一起考虑。

所以TGV不是一个单点工艺,而是一整套从玻璃加工到金属互连的工艺平台。

这也是Intel与蓝思科技合作值得关注的原因。

Intel有先进封装和芯片架构能力,知道未来AI和数据中心芯片需要什么样的封装互连;蓝思科技则在玻璃材料、精密激光加工和规模制造方面有长期积累。

一个知道“芯片封装需要什么”,一个擅长“玻璃材料怎么加工和量产”。

这正是玻璃基板先进封装需要的组合。

三、Intel为什么要看玻璃基板?

Intel本身就是先进封装的重要玩家。

它有EMIB、Foveros等封装技术积累,也一直在强调先进封装对于未来AI和高性能计算的重要性。

现在AI芯片的发展,已经不是单纯靠前道制程缩小就能解决全部问题。

单颗芯片越来越大,成本越来越高,良率压力越来越大。于是行业开始转向Chiplet,把不同功能芯片拆开,再通过先进封装重新组合起来。

但Chiplet越多,封装里的互连就越重要。

芯片之间要高速通信;

HBM要和逻辑芯片紧密连接;

电源要稳定送到大芯片系统里;

散热要跟得上;

封装尺寸还可能继续变大。

这时候,封装基板就不再是简单承载结构,而是系统性能的一部分。

Intel探索玻璃基板,本质上是在为未来更大规模、更高密度、更高效率的封装平台寻找材料和制造路径。

如果未来玻璃基板能够在高密度互连、低翘曲、大尺寸面板加工、供电效率等方面形成优势,它可能会成为AI封装的重要底层材料之一。

当然,这并不意味着玻璃基板马上就会取代现有ABF载板或硅中介层。

产业切换不会这么快。

玻璃基板仍然要经过长期验证,包括工艺良率、可靠性、成本、设备兼容性、供应链成熟度和客户导入。

所以这次合作更像是一个技术路线卡位,而不是立即量产的宣告。

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