玻璃基板，走到台前

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

玻璃基板的出现，有望改变半导体行业的游戏规则。

人工智能对高性能、可持续计算和网络硅片的需求无疑增加了研发投入，加快了半导体技术创新的步伐。随着摩尔定律在芯片层面的放缓，人们希望在 ASIC 封装内封装尽可能多的芯片，并在封装层面获得摩尔定律的好处。

英特尔关于玻璃基板的演示

承载多个芯片的 ASIC 封装通常由有机基板组成。有机基板由树脂（主要是玻璃增强环氧层压板）或塑料制成。根据封装技术，芯片要么直接安装在基板上，要么在它们之间有另一层硅中介层，以实现芯片之间的高速连接。有时在基板内部嵌入互连桥而不是中介层来提供这种高速连接。

有机基板的问题在于它们容易出现翘曲问题，尤其是在芯片密度较高的较大封装尺寸中。这限制了封装内可封装的芯片数量。这时，玻璃基板可能会改变游戏规则。

玻璃基板的优点

它们可以做得非常平坦，从而实现更精细的图案化和更高的（10 倍）互连密度。在光刻过程中，整个基板会受到均匀曝光，从而减少缺陷。

玻璃具有与其上方的硅芯片相似的热膨胀系数，可降低热应力。

它们不会翘曲，并且可以在单个封装中处理更高的芯片密度。初始原型可以处理比有机基板高 50% 的芯片密度。

可以无缝集成光学互连，从而产生更高效的共封装光学器件。

这些通常是矩形晶圆，可增加每个晶圆上的芯片数量，从而提高产量并降低成本。

玻璃基板有可能取代封装内的有机基板、硅中介层和其他高速嵌入式互连。

然而，也存在一些挑战：玻璃易碎，在制造过程中容易破裂。这种脆弱性需要小心处理和使用专门的设备，以防止在制造过程中损坏。确保玻璃基板与半导体堆栈中使用的其他材料（如金属和电介质）之间有适当的粘合是一项挑战。材料特性的差异会导致界面处产生应力，从而可能导致分层或其他可靠性问题。虽然玻璃的热膨胀系数与硅相似，但它与 PCB 板/凸块中使用的材料有很大不同。这种不匹配会在温度循环过程中引起热应力，影响可靠性和性能。

由于缺乏既定的玻璃基板行业标准，导致不同供应商的性能存在差异。由于该技术尚属新兴技术，因此缺乏足够的长期可靠性数据。需要进行更多的加速寿命测试，才能确保将这些封装用于高可靠性应用。

尽管存在缺点，玻璃基板对于 HPC/AI 和 DC 网络硅片仍有很大的前景，其重点是在 ASIC 封装内封装尽可能多的吞吐量，以提高系统的整体规模、性能和效率。

英特尔、台积电、三星和 SKC 等主要代工厂都在大力投资这项技术。2023 年 9 月，英特尔推出行业首个玻璃基板先进封装计划，宣布在 2030年之前面向先进封装采用玻璃基板。英特尔预计到 2030年末，半导体行业可能会达到其使用有机材料在硅封装上缩放晶体管的极限。

随着对更强大计算的需求增加，半导体行业进入在封装中使用多个“小芯片”的异构时代，提高信号传输速度、功率传输、设计规则和封装基板的稳定性将是至关重要的。与目前使用的有机基板相比，玻璃基板具有优异的机械、物理和光学性能，可以在封装中连接更多的晶体管，提供更好的可扩展性，并组装更大的小芯片复合体（SoC，系统级封装）。玻璃基板技术或成为帮助英特尔在一个封装上扩展 1万亿个晶体管目标的关键。

去年 5 月初，三星电机(Samsung Electro Mechanics)宣布预期 2026 年面向高端 SiP 开始生产玻璃基板。在 1 月的 CES 2024上，三星电机已提出，今年将建立一条玻璃基板原型生产线，目标是 2025 年生产原型，2026 年实现量产。京东方、台积电、群升工业、安普电子等也在积极探索玻璃基板技术。先进封装产能扩张速度难以跟上 AI 芯片爆发式增长的需求，使用玻璃基板的先进封装是优秀解决方案。

在芯片设计方面，AMD 正积极进行芯片产品导入玻璃基板测试；玻璃基板业务已经趋于成熟，康宁、旭硝子、肖特均具备高精度玻璃晶圆或基板供应能力；在激光通孔业务上，LPKF、Samtec 等厂商能够提供成熟的激光通孔（TGV）解决方案。

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