玻璃中介层转接板在芯片封装中有哪些优势？

玻璃

相关权益人及行业从业者，如涉及侵权，请联系我删除！需要说明的是，这项技术并非直接在玻璃上制作晶体管形成晶粒，而是应用于晶粒制成后的封装工艺，以完成芯片的制造过程。在芯片制造过程中，未经封装的部分被称为晶粒（Die）。晶粒是从硅晶圆上切割下来的小片，也称为Die。它是通过在硅片上构建晶体管及各种电路元件结构，形成具备完整功能的单元。由于硅材料本身较为脆弱，且晶粒表面缺乏电气连接的引脚，因此无法直接使用。必须将晶粒进行封装，提供保护和连接功能，才能制成日常所见的芯片产品。于是新闻标题为玻璃板上造芯片，央视披露我国芯片或换道超车，用芯片而非晶粒晶片。科学术语转为大众语言是个难题，从业者常为便于理解而混用词汇。下面以COWOS结构为例，说明玻璃在封装中的应用。玻璃主要用作下图中的1中介转接板和2封装载板。

用玻璃替代硅，制成中介层转接板图中编号为1的部件是中介层转接板，目前最常用的材料是硅，称为硅中介层转接板（Si interposer）。这是2.5D封装技术中的核心组件，基于硅工艺制造。它位于封装基板与芯片之间，起到连接作用，负责实现芯片与基板间的信息传输。硅中介层转接板具备高密度布线能力和三维互连特性，可显著提升芯片性能。尽管Si interposer是当前市场的主流技术，应用广泛，但它在拥有诸多优势的同时，也存在一些不足之处。主要缺点：可能影响双方直接沟通，导致信息失真或延迟。成本较高。硅通孔（TSV）的制备主要采用硅刻蚀技术，其中基于深反应离子刻蚀（DRIE）的 Bosch工艺最为普遍。此外，还需进行氧化绝缘层沉积和晶圆减薄等工序，这些复杂工艺导致硅中介层转接板成本居高不下。导电性能不佳。硅是半导体材料，传输信号时，信号和衬底材料会产生显著的电磁耦合效应，衬底中会出现涡流现象，导致信号完整性不佳，从而使得硅中介层转接板的电学性能较为一般。针对上述两个问题，玻璃被研究作为硅基转接板的潜在替代材料，相关产品名为玻璃中介层转接板。它具备许多硅材料不具备的优越特性。玻璃中介层转接板的优势在于：轻薄、高密度互联。预计成本较低：由于大尺寸超薄面板玻璃易获取，康宁、旭硝子和肖特等厂商可量产超大尺寸（大于2m×2m）玻璃。玻璃通孔目前业内多采用激光诱导工艺，而非硅基材料常用的昂贵的Bosch刻蚀工艺。工艺流程简化，无需在衬底表面及孔内壁沉积绝缘层，超薄转接板也无需二次减薄。玻璃转接板的制作成本有望显著下降，业内估算仅为硅中介转接板的八分之一。这将极大提升其市场竞争力和应用前景。卓越的电学与机械特性玻璃材料作为绝缘体，具备优异的高频电学特性。其介电常数约为硅材料的1/3，损耗因子低2~3个数量级，可显著降低衬底损耗与寄生效应，从而有效提升信号传输的完整性，优化高频性能表现。机械性能稳定，即使转接板厚度低于100微米，变形依旧轻微，能够兼容更大尺寸芯片。

当然，玻璃中介转接层技术尚不成熟，存在以下不足之处：玻璃中介层转接板存在以下不足之处：3.1 由于缺乏可靠数据，导致市场接受度较为普通：玻璃基板作为半导体封装领域的新兴材料，相较于硅，其长期可靠性数据较为匮乏。这种信息不足给工程师和设计师在评估玻璃替代硅的可行性时带来挑战。由于缺乏充分的信赖性数据，部分潜在用户可能对玻璃持谨慎态度，从而影响其在市场中的推广与应用进程。制造工艺尚未成熟，技术和工艺存在诸多不确定性因素。玻璃与金属的黏附性能不佳，可能在制造时导致金属层与玻璃衬底分层或金属层卷曲，进而影响转接板的性能与可靠性。在TGV（玻璃通孔）工艺中，制备小孔径且高深宽比的通孔是一大挑战。尽管目前存在多种通孔制备方法，但每种方法均有明显缺陷，例如加工效率低下、玻璃表面受损等，同时还存在加工过程中易碎裂等问题，这些都对工艺提出了更高要求。如前所述，玻璃中介层转接板因受多种因素限制，目前仅应用于部分特殊芯片或场景，市场体量仍然较小，尚未形成大规模发展态势。二、用玻璃替代CCL制作封装基板图中编号2的封装载板，其核心常用材料为CCL。若将图中的Wave Glass Laminate Core替换为Glass Core，即成为英特尔宣称的下一代封装载板——玻璃封装载板。这种载板采用玻璃作为核心材料，具备更优的性能和稳定性。

央视

英特尔推出下一代基板技术2023年9月14日，英特尔举办技术发布会，推出玻璃载板计划。据其分析，封装载板技术每15年迎来一次重大变革。近10年来，载板技术正从有机材料向玻璃材料转型，这将成为行业发展的新趋势。

为实现这一变革，英特尔已潜心研究近十年，并在亚利桑那州投入10亿美元，建设了一条完整的玻璃基板研发生产线。在2023年9月14日的发布会上，英特尔展示了当前阶段的初步成果。不过，距离大规模量产应用仍需时日，英特尔预计玻璃封装载板将在2027年左右实现量产。

根据Intel发布会资料，玻璃封装载板具备以下优势：

英伟达、AMD、三星等科技巨头纷纷积极布局跟进。市场消息称，英伟达新款AI芯片GB200可能采用玻璃基板作为封装材料。AMD正对多家全球主要半导体基板厂商的玻璃基板样品开展性能评估测试，涉及日企新光电气、台企欣兴电子、韩企三星电机及奥地利AT&S等上游企业。通过引入这项先进基板技术到半导体制造中，AMD期望增强产品竞争力。行业分析认为，AMD有望最早于2026年实现玻璃基板的应用。三星集团整合旗下多家子公司，如三星电子、三星显示和三星电机等，组建跨部门联盟，合力研发半导体玻璃基板。三星计划在2024年CES上正式宣布进军该领域，并公布详细路线图：2024年建设中试线，2025年推出量产样品，2026年实现大规模量产。此举标志着三星在半导体材料领域的全新布局。未来市场发展趋势预测：玻璃基板技术日益成熟，应用范围逐步扩大。预计2026年全球IC载板市场将达214亿美元。若玻璃基板实现量产，3到5年内渗透率或达50%，未来发展潜力巨大，市场前景广阔。以上通过COWS结构阐述了玻璃板制造芯片的应用与原理。此外，玻璃板在半导体集成电路芯片领域还有其他用途。下面简要介绍张继华教授创立的三叠纪公司，该公司曾被央视报道。如前所述，玻璃作为新兴材料，正处于行业爆发前夕。其加工工艺与传统微电子硅技术存在差异，尤其在玻璃基板的打孔和电镀环节，目前缺乏稳定的成熟方案，制备过程中面临诸多技术难题和限制，亟需突破。电子科技大学是国际上较早研究TGV技术的机构，三叠纪为其成果转化企业，专注TGV领域，拥有10多年的技术积累。从已披露的信息来看，技术积累较为丰富：国际上首次提出TGV划代标准，其公司推出TGV 3.0技术，引领行业发展方向。国内首家提供产品级TGV的供应商，致力于推广并引领TGV技术发展。突破了TGV技术的最大难关——实现亚10微米玻璃通孔及填充！总结是国内TGV技术的领军者。