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玻璃基板從零到一，TGV為關鍵工藝

發布時間：2024-06-12　閱讀次數：8731

一、玻璃基板：先進封裝的變革，重新定義基板

（一）英特爾持續加碼玻璃基板，高舉封裝工藝變革旗幟

英特爾一直是玻璃基板領域的探索引領者。根據三疊紀官網，早在十年前英特爾就開始尋找有機基板的替代品，并在亞利桑那州的CH8工廠投資十億美元試生產玻璃基板。作為封裝基板領域的探索引領者，2023年9月英特爾展示了一款功能齊全的基于玻璃基板的測試芯片，并計劃于2030年開始批量生產，該芯片使用75微米的玻璃通孔，深寬比為20:1，核心厚度為1毫米。英特爾的新技術不僅僅停留在玻璃基板的層面，還引入了FoverosDirect（一種具有直接銅對銅鍵合功能的高級封裝技術），為CPO（Co-packagedOptics，可共同封裝光學元件技術）通過玻璃基板設計利用光學傳輸的方式增加信號，并聯合康寧通過CPO工藝集成電光玻璃基板探索400G及以上的集成光學解決方案。英特爾與設備材料合作伙伴展開了密切合作，與玻璃加工廠LPKF和德國玻基公司Schott共同致力于玻璃基板的產品化。另外，英特爾還帶頭組建了一個生態系統，已經擁有大多數主要的EDA和IP供應商、云服務提供商和IC設計服務提供商。

英特爾認為玻璃基板有望成為下一代主流的基板材質。根據ANANDTECH引用的Intel展示PPT，復盤芯片基板的發展歷史，自1970年引線框架大規模使用于芯片封裝后，英特爾認為半導體行業主流的基板技術將會每15年改變一次，未來行業將會迎來玻璃基板的轉變，而從有機板到玻璃基板的這個轉變將在近10年發生，同時英特爾也認為玻璃基板的出現并不會馬上完全取代有機板，而是會在未來一段時間內和有機板共存。

玻璃基板、CPO工藝有望成為混合鍵合以后的下一代先進封裝工藝。根據ANANDTECH引用的Intel展示PPT，英特爾認為基于玻璃基板、CPO將是先進封裝下一代主流技術。相比有機板和硅，玻璃基板的性能和密度均有提高，可以允許在更小的占用面積下封裝更多的Chiplets，以此帶來更低的整體成本的功耗，讓未來數據中心和AI產品得到大幅改進。根據未來半導體，英特爾研發的CPO也可以通過玻璃基板進行設計，從而實現利用光學傳輸的方式來增加信號，提高功率的同時降低成本。

（二）玻璃基板：材料與工藝的變革

玻璃基板主要用來取代原先的硅/有機物基板和中介層，可應用于面板、IC等泛半導體領域。在目前的2.5D封裝中，以較為主流的臺積電的CoWoS封裝為例，是先將半導體芯片（CPU、GPU、存儲器等）通過ChiponWafer（CoW）的封裝制程一起連接至中介層（Interposer）上，再通過WaferonSubstrate（WoS）的封裝制程將硅中介層連接至底層基板上；其中，中介層（interposer）一般選用硅（COWOS-S）、有機物（COWOS-R）或者是硅和有機物的結合（COWOS-L）。

玻璃材質的引入可以取代原先的硅中介層和有機基板。玻璃基板直接利用玻璃中介層（GlassInterposer）實現芯片之間、芯片與外部的互聯，利用玻璃材質成本低、電學性能好、翹曲低等優點來克服有機物材質和硅材質的缺陷，來實現更穩定、更高效的連接以及降低生產成本，有望為2.5D/3D封裝帶來全新的范式改變。

玻璃基板的3D封裝方面，TGV及其相關的RDL將成為關鍵工藝。目前的3D封裝中，以HBM工藝為例，其中的關鍵技術包括TSV（Through-SiliconVias）、微凸點（Microbumps）、TCB鍵合（Thermo-CompressionBonding，熱壓鍵合）、混合鍵合（hybridbonding）等；對于玻璃基板的3D封裝，TGV（ThroughGlassVia，玻璃通孔）、銅孔的填充及其RDL將成為關鍵工藝。