電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）近日，英特爾發(fā)表聲明展示“業(yè)界首款”用于下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板，與現(xiàn)今使用的有機(jī)基板相比，玻璃基板具有卓越的機(jī)械、物理和光學(xué)特性，在單一封裝中可連接更多晶體管，提高延展性并能夠組裝更大的小芯片復(fù)合體。

英特爾指出，玻璃基板憑借優(yōu)秀的平面度有效改善光刻的聚焦深度，提升封裝的良品率，降低加工成本。此外，玻璃基板還具有利于層對(duì)層互連覆蓋的物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)一步提升封裝的晶體管密度上限，降低封裝功耗。

下一代封裝技術(shù)，玻璃基板優(yōu)勢(shì)明顯

隨著半導(dǎo)體制程工藝提升越來越困難，先進(jìn)封裝技術(shù)的重要性則愈發(fā)凸顯，成為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵。在封裝領(lǐng)域，大家聽到的更多的是先進(jìn)封裝技術(shù)，其實(shí)封裝基板一直是封裝細(xì)分領(lǐng)域的重要組成部分。

封裝基板為芯片提供保護(hù)和支撐，既是芯片向外界散熱的主要途徑，也是實(shí)現(xiàn)芯片與外界之間進(jìn)行電流和信號(hào)傳輸?shù)闹匾d體。

根據(jù)封裝基板的材料、結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)常見的封裝基板有很多分類，其中有機(jī)封裝基板是半導(dǎo)體行業(yè)常用的一種基板。有機(jī)封裝基板是一種采用有機(jī)材料作為基板的封裝方式。有機(jī)基板具有較低的成本、較好的加工性能和較輕的重量這些優(yōu)勢(shì)，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品的芯片封裝中很常見。

近日英特爾展示用于下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板時(shí)表示，到本世紀(jì)末，有機(jī)材料基板會(huì)迎來技術(shù)瓶頸，有機(jī)材料基板無法進(jìn)一步提高晶體管密度的同時(shí)，還面臨著容易收縮形變的問題。例如數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）具有數(shù)十個(gè)小片，功耗可能高達(dá)數(shù)千瓦，有機(jī)材料基板作為互連材料已經(jīng)開始乏力。

可以說芯片基板作為芯片的重要組成部分，對(duì)芯片性能和穩(wěn)定性有著重要影響，在芯片集成度不斷升級(jí)的需求下，有機(jī)材料基板逐漸不能滿足封裝需求。

本次展示的玻璃基板被英特爾譽(yù)為“重大突破”，能夠解決有機(jī)材質(zhì)基板用于芯片封裝產(chǎn)生的翹曲問題，突破有機(jī)材質(zhì)基板受限的性能天花板，讓半導(dǎo)體封裝晶體管數(shù)量極限最大化，同時(shí)還具有更省電、散熱更好的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)英特爾的說法，這并不意味著用玻璃取代整個(gè)基板，而是用玻璃取代有機(jī)封裝中的有機(jī)材料。

玻璃這種無機(jī)非金屬材料，其高硬度、高熔點(diǎn)、熱導(dǎo)性能良好的熱性是成為理想的芯片基板材料的基礎(chǔ)。同時(shí)，玻璃基板具有較好的表面平整度和尺寸穩(wěn)定性，玻璃基板的熱膨脹系數(shù)與硅相近，可以有效地減小熱應(yīng)力帶來的影響。而且，在光透過性上，玻璃基板的表現(xiàn)更出色。

根據(jù)公布的信息，該玻璃基板可以承受更高的溫度，將pattern distortion減少了50%，確保了制造過程的精密和準(zhǔn)確。并具有極低的平面度，可改善光刻的聚焦深度，并具有極其緊密的層間互連覆蓋所需的尺寸穩(wěn)定性。英特爾的目標(biāo)是在2030年前將單一封裝芯片中的晶體管數(shù)量上限提高至1萬(wàn)億個(gè)，玻璃基板在內(nèi)的先進(jìn)封裝技術(shù)將會(huì)此目標(biāo)提供不少助力。

同時(shí)英特爾表示，使用玻璃材料基板能夠提高芯片的供電效率，互連密度相比有機(jī)材料可以提高10倍，將帶寬近翻倍提升至448G。

受益于互連密度的提高，數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的高密度、高性能芯片無疑將率先從這項(xiàng)技術(shù)中受益。英特爾也預(yù)計(jì)玻璃基板正式面世后最初將用于需要較大尺寸封裝的應(yīng)用，如涉及數(shù)據(jù)中心和人工智能方向。

助力芯片微縮化，算力增長(zhǎng)催生玻璃基板需求

在算力需求迅猛增長(zhǎng)的如今，算力已經(jīng)是無法替代的先進(jìn)生產(chǎn)力，是人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)落地應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐。下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板憑借單一封裝納入更多的晶體管，將實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的算力，持續(xù)推進(jìn)摩爾定律極限。

先進(jìn)芯片的競(jìng)爭(zhēng)，不論是先進(jìn)制程還是先進(jìn)封裝，都有一個(gè)共同點(diǎn)，即在單一封裝納入更多的晶體管進(jìn)一步微縮化，這也是實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大算力的前提。

在先進(jìn)制程領(lǐng)域，臺(tái)積電和三星都在為2nm制程節(jié)點(diǎn)沖刺，英特爾的Intel 20A、Intel 18A制程節(jié)點(diǎn)也在按計(jì)劃推進(jìn)中，預(yù)計(jì)在2025年先進(jìn)制程迎來龍頭間階段性的白熱化對(duì)決。為了解決芯片進(jìn)一步微縮的難題，業(yè)界也在不斷探索著新的芯片供電網(wǎng)絡(luò)方案。

在半導(dǎo)體先進(jìn)制程領(lǐng)域，工藝在向更小的制程節(jié)點(diǎn)突破，封裝領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)也正在向細(xì)分領(lǐng)域蔓延。英特爾在業(yè)內(nèi)率先推出用于下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板，如果進(jìn)展順利，將繼續(xù)推動(dòng)摩爾定律以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用的算力需求，為未來的算力時(shí)代提供助力。

隨著先進(jìn)技術(shù)對(duì)更強(qiáng)大計(jì)算需求的增加，半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入在封裝中使用多個(gè)“Chiplet”通過內(nèi)部互聯(lián)的技術(shù)封裝在一起。信號(hào)傳輸速度、功率傳輸、設(shè)計(jì)規(guī)則和封裝基板穩(wěn)定性等任一項(xiàng)改進(jìn)都對(duì)先進(jìn)芯片來說至關(guān)重要。

玻璃基板優(yōu)越的機(jī)械、物理和光學(xué)性能允許在一個(gè)封裝內(nèi)連接更多的晶體管，傳輸信號(hào)的速度也會(huì)更快。芯片架構(gòu)師將能夠在一個(gè)封裝里封裝更多的Chiplet，同時(shí)實(shí)現(xiàn)性能、密度、靈活性的提升并降低功耗。對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)來說，芯片微縮進(jìn)程里玻璃基板或許是下一代封裝里必不可少的一環(huán)。

除了英特爾，此前韓國(guó)SK集團(tuán)的芯片封裝子公司Absolics宣布進(jìn)入玻璃基板賽道，目標(biāo)是今年建成將成為半導(dǎo)體封裝玻璃基板量產(chǎn)工廠，首先專注于小量生產(chǎn)，并計(jì)劃自2024年第二季正式投入量產(chǎn)。

日本DNP也表示已開發(fā)出專注于新一代半導(dǎo)體封裝的玻璃基板，量產(chǎn)目標(biāo)時(shí)間定在2027年。Absolics和DNP的玻璃基板技術(shù)都源自美國(guó)GT PRC，不過二者目前研發(fā)的針對(duì)玻璃基板的應(yīng)用有所不同。

寫在最后

雖然玻璃基板技術(shù)距離量產(chǎn)，距離引領(lǐng)半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入下一個(gè)封裝時(shí)代還需要不少時(shí)間突破材料制備上的困難，同時(shí)成本和良率也很難在短時(shí)間內(nèi)和經(jīng)過長(zhǎng)期驗(yàn)證的有機(jī)基板競(jìng)爭(zhēng)。但這一進(jìn)展的公布無疑是一個(gè)開始，封裝革命的開始，它讓業(yè)內(nèi)看到了玻璃基板已經(jīng)可以提供比當(dāng)前有機(jī)基板更好的信號(hào)性能和更密集的布線，是下一代封裝里重要一環(huán)。

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的快速發(fā)展，尤其是算力需求的攀升，芯片制造領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)每個(gè)環(huán)節(jié)都可能成為芯片行業(yè)的勝負(fù)手。先進(jìn)封裝領(lǐng)域，競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)在每一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域打響。