隨著AI和高性能電腦對計算能力和數(shù)據(jù)處理速度的需求日益增長。半導體行業(yè)也邁入了異構時代，即封裝中廣泛采用多個“Chiplet”。

在這樣的背景下，信號傳輸速度的提升、功率傳輸?shù)膬?yōu)化、設計規(guī)則的完善以及封裝基板穩(wěn)定性的增強顯得尤為關鍵。然而，當前廣泛應用的有機基板在面對這些挑戰(zhàn)時顯得力不從心，因此，尋求更優(yōu)質(zhì)的材料來替代有機基板。

玻璃基板，是英特爾作出的回答。

英特爾已在玻璃基板技術上投入了大約十年時間。去年9月，英特爾宣布率先推出用于下一代先進封裝的玻璃基板，并計劃在未來幾年內(nèi)向市場提供完整的解決方案，從而使單個封裝內(nèi)的晶體管數(shù)量不斷增加，繼續(xù)推動摩爾定律，滿足以數(shù)據(jù)為中心的應用的算力需求。

英特爾表示，將于本十年晚些時候使用玻璃基板進行先進封裝。第一批獲得玻璃基板處理的產(chǎn)品將是其規(guī)模最大、利潤最高的產(chǎn)品，例如高端HPC（高性能計算）和AI芯片。

封裝基板，迎來新革命

那么，玻璃基板究竟有什么優(yōu)勢，能引得多家大廠悉數(shù)前來？

有業(yè)內(nèi)人士指出，隨著對更強大計算的需求增加，半導體電路變得越來越復雜，信號傳輸速度、功率傳輸、設計規(guī)則和封裝基板穩(wěn)定性的改進將至關重要。

在此趨勢下，塑料基板（有機材料基板）很快就會達到容納的極限，特別是它們的粗糙表面，會對超精細電路的固有性能產(chǎn)生負面影響；此外，有機材料在芯片制造過程中可能會發(fā)生收縮或翹曲，導致芯片產(chǎn)生缺陷。隨著更多的硅芯片被封裝在塑料基板上，翹曲的風險也會增加。

因此，半導體行業(yè)需要一款新型的基板。

作為新型方案，玻璃基板有比塑料基板更光滑的表面，同樣面積下，開孔數(shù)量要比在有機材料上多得多。據(jù)悉，玻璃芯通孔之間的間隔能夠小于 100 微米，這直接能讓晶片之間的互連密度提升10倍?；ミB密度的提升能容納的更多數(shù)量的晶體管，從而實現(xiàn)更復雜的設計和更有效地利用空間；

同時，玻璃基板在熱學性能、物理穩(wěn)定度方面表現(xiàn)都更出色，更耐熱，不容易因為溫度高而產(chǎn)生翹曲或變形的問題；

此外，玻璃芯獨特的電氣性能，使其介電損耗更低，允許更加清晰的信號和電力傳輸。這樣一來，信號傳輸過程中的功率損耗就會降低，芯片整體的效率也就自然而然被提上去了。與ABF塑料相比，玻璃芯基板的厚度可以減少一半左右，減薄可以提高信號傳輸速度和功率效率。

綜合來講，玻璃芯基板可顯著改善電氣、機械性能和熱穩(wěn)定性，突破現(xiàn)有傳統(tǒng)基板限制。有專家表示，預計首批采用玻璃基板的產(chǎn)品將是高端高性能計算和人工智能芯片，這些產(chǎn)品是目前使用有機基板最吃力的產(chǎn)品。

而回顧基板的演進歷程可以發(fā)現(xiàn)，封裝基板在過去幾十年來已經(jīng)經(jīng)歷了多次轉(zhuǎn)變。

基板的需求始于早期的大規(guī)模集成芯片，隨著晶體管數(shù)量增加，需要將它們連接到更多的引腳上。最早的芯片封裝，如雙列直插式封裝，使用框架來固定硅芯片和提供信號路徑。

自上世紀70年代以來，基板設計不斷演變，包括金屬框架、陶瓷芯片和有機封裝。

不難發(fā)現(xiàn)，每次迭代的基板都比上一次具有更好的性能，從而可以更輕松地將大量信號和電源引腳布線到日益復雜的芯片上。

雖然現(xiàn)在仍會看到引線框架和陶瓷芯片，但有機基板在過去幾十年中一直是該行業(yè)的支柱。

值得注意的是，英特爾在實現(xiàn)用于下一代封裝的技術創(chuàng)新方面有著悠久的歷史和經(jīng)驗積累。早在20世紀90年代，英特爾引領了業(yè)界從陶瓷封裝向有機封裝的過渡，也是第一個實現(xiàn)鹵素和無鉛封裝的公司，并發(fā)明了先進的嵌入式芯片封裝技術和業(yè)界領先的主動式3D封裝技術。

如今，隨著有機基板逐漸達到能力極限。英特爾又開始率先在尋找有機基板的真正替代品，一種能夠與大型芯片完美配合的基板，這雖然不能在最高級別取代 CoWoS/EMIB 的需求，但可以提供比當前有機基板更好的信號性能和更密集的布線。

按照英特爾所說，在過去的十多年來里，公司一直在研究和評估玻璃基板作為有機基板替代品的可靠性。


帶動玻璃通孔技術成為熱門

不只是加速玻璃基板技術的研發(fā)，英特爾還計劃引入玻璃通孔技術TGV（Through Glass Via），將類似于硅通孔的技術應用于玻璃基板。

在此之前簡單了解什么是硅通孔，硅通孔技術即TSV（Through Silicon Via），它是通過在芯片與芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導通；TSV技術通過銅、鎢、多晶硅等導電物質(zhì)的填充，實現(xiàn)硅通孔的垂直電氣互聯(lián)，這項技術是目前唯一的垂直電互聯(lián)技術，是實現(xiàn)3D先進封裝的關鍵技術之一。

玻璃通孔是穿過玻璃基板的垂直電氣互連。與TSV相對應，作為一種可能替代硅基板的材料被認為是下一代三維集成的關鍵技術。

與硅基板相比，玻璃通孔互連技術具有優(yōu)良的高頻電學特性、大尺寸超薄玻璃基板成本低、工藝流程簡單、機械穩(wěn)定性強等優(yōu)勢。可應用于2.5D/3D晶圓級封裝、芯片堆疊、MEMS傳感器和半導體器件的3D集成、射頻元件和模塊、CMOS 圖像傳感器 、汽車射頻和攝像頭模塊?；诖?，玻璃通孔三維互連技術成為當前先進封裝的研究熱點。


國產(chǎn)“玻璃穿孔技術”已經(jīng)進化到第三代

據(jù)央視報道，我國東莞的一家高科技公司研發(fā)的，芯片第三代“玻璃穿孔技術”，橫空出世了，這項技術甚至可以讓我們的芯片技術真正意義上做到換道超車。邁進世界領先的行列。

據(jù)創(chuàng)使人張繼華教授介紹，一個指甲蓋大小的玻璃晶圓，卻能在上面承載100萬個微小的孔洞。它們都是精密排列，而且相互之間連通的，再全都用金屬填充以后，就構建出了復雜無比的集成電路網(wǎng)絡。

這次在玻璃基板上打孔，我們用的是第三代的“玻璃穿孔技術”。據(jù)張繼華教授介紹說，他的團隊過渡到第三代技術整整用了15年的時間，第一代的技術，是用激光燒出來小孔，但孔太大，也太粗糙，根本就沒法用。后來就發(fā)展到了第二代，第二代要借用一種像光刻膠的原料來打孔，雖然效果不錯但成本高昂?，F(xiàn)在發(fā)展到了第三代玻璃穿孔技術。終于做到了把成本降到了原來的百分之50。

而且用玻璃晶圓還可以通過堆疊把性能推上去。這樣就能做到在一個芯片上，性能比原來同等大小的芯片性能提高好幾倍。從而實現(xiàn)我們的換道超車。雖然我們現(xiàn)在還不能把芯片做到1納米或者2納米，但我們可以通過降低芯片成本和通過晶圓的堆疊，把性能做到不差于國外2納米的芯片。

而且現(xiàn)在這個玻璃基板芯片今年已經(jīng)開始小批量生產(chǎn)給客戶使用了。很快就會大批量生產(chǎn)。