7200
在快速发展的半导体行业中，AI高性能计算对更高性能、更高集成密度和更出色热管理的追求永无止境，只有不断突破技术界限，才能让先进封装富有创新和弹性。
玻璃基板技术已成为供应链多元化的一部分。虽尚未看到玻璃基微处理器产业化的曙光，但是TGV技术已达到下一个高峰，不断突破复杂架构和异构集成的挑战，为未来人工智能提供了变革性的基材。本文为您更新了全球玻璃基板技术的新进展。
TGV封装技术的大跃进
英特尔表示，玻璃基板具有卓越的机械、物理和光学特性玻璃技术可以满足Chiplet小芯片设计对基板的信号传输速度、供电能力、设计和稳定性要求，可以：
构建更高性能的多芯片SiP，在芯片上多放置50%的裸片，从而可以塞进更多的Chiplet；
支持采用在低于1mm厚的玻璃基板在标准510x515mm大板级尺寸上承载超过416个载板，为高性能处理器开先河；
与CoWoS不同，玻璃基板无需中介层即可安装SoC和HBM芯片。这意味着可以在更低的高度安装更多芯片，可取代目前广泛使用的FC-BGA；
保持与晶圆级先进封装同步，精细布线L/S达到1-2/μm ，rdl叠层扩展至8/12-20层，这符合大众对面板级封装芯粒与芯粒间微细间距的期待。
引入尺寸超过70x70-100x100mm的封装基板，从而可以封装更多芯片。
TGV技术属于Chiplet封装的一种。大算力高端芯片的摩尔定律接近极限，TGV转接板和TGV Core等玻璃互连解决方案助力推动Chiplet进一步发展。2.5D 玻璃基中介层/桥/嵌入式 (GPE) 封装实现基板中嵌入的芯片与直接堆叠在顶部的芯片之间的 3D 堆叠。比当前的硅中介层和高密度扇出型封装具有更好的 I/O 密度、性能、成本和可靠性。
Chiplet 推动玻璃基板的商业化进程
小芯片和异构集成将加速玻璃基板的商业化进程，TGV可用来替代目前AI芯片量产最大的Cowos中的Interposer，并有可能改变当前积电的CoWoS毒霸江湖的格局。
森丸电子作为国内TGV技术领先厂商，专注于无源互联集成，工艺链覆盖从玻璃基片到金属化的全流程方案，为无源集成和高密度互联提供解决方案。如今公司完成了玻璃基的整合集成工艺平台的迭代，并从晶圆级封装转向了大板级中试线，未来还将扩建新的面板级封装工厂。面向510x515mm标准尺寸大面板级的互联架构，森丸电子通过高纵深比和多层RDL堆叠，这为更大封装尺寸互联打下良好基础。
森丸电子TGV互连工艺以优异的机械性能，电性能以及高密度三维无源互联方案，可有效替代硅转接板和传统BT Core，助力封装载板的叠层可达20层以上、尺寸75x75mm或更大，为封装载板提供有效的结构支撑和电气互联，为未来大算力异构集成芯片的发展提供有效的技术支持。
BOE（京东方）基于自身技术积累构建以TGV为特色的半导体解决方案。目前8寸新型试验线投入使用，突破高密度3D互联技术、高深宽比TGV技术、高精度多叠层RDL、高精度MIM电容、平面螺旋电感等创新技术，建立行业优势，拓展无源器件和先进封装场景，将目标瞄准在人工智能、数据中心等新兴半导体。
两年前就传出了京东方合作开发面板级封装技术的消息。作为全球显示面板的龙头，京东方未来也不排除向面板级封装跃进的可能。
奕斯伟与京东方有着千丝万缕的关联，已成为京东方的主要供应商之一。奕斯伟将方形面板作为封装载板，吸收现有晶圆级高密以及面板级大面积系统封装的双重优点，以高精度的RDL工艺，将多个芯片封装在同一面板中，提高封装集成度的同时实现芯片高密互联。旗下产业化公司奕成科技正在通过FOPLP技术助力先进封装演进，开发更高性能的嵌入硅桥接芯片和玻璃基板封装、系统集成封装及Chiplet方案，以应对未来高算力时代。
奕斯伟拥有国内最大的2.5D/3D 大板级量产基地——奕成板级封装系统集成电路项目分三阶段建设，新建510mm×515mm板级系统集成电路封装测试生产线3条，总建筑面积86672平米，将形成1.8万片/月的生产能力（其中PH1.0阶段建设产能0.06万片/月的板级系统封装中试线1条，PH1.1阶段建设产能0.84万片/月的板级系统封装产线1条，PH1.2阶段建设产能0.9万片/月的板级系统封装产线1条）。该系统级工厂总投资约55亿人民币，如今一期工厂如期试量产。
3DGS是基于玻璃的射频（RF）三维集成无源解决方案商，结合创新玻璃工艺技术与大板级设计实现了2D无法实现的性能。在垂直维度上堆叠多个基底层来实现 3D 异构集成 SWAP-C 优势。这个其结果是无源元件具有卓越的电气性能和超低在1到200GHz范围内的高频下的传输损耗。
3DGS 与康宁签署先进 TGV 形成工艺许可，为数据中心和硅光子学提供异构解决方案上完全集成射频和数字组件。该公司吸引了众多风投机构的注意，包括Walden Catalyst Ventures英特尔资本和洛克希德·马丁，超过6000万美金的几轮融资使其能够大规模生产高性能3D集成无源器件和玻璃基基板。
佐治亚理工学院已确定将玻璃基板将用于芯片市场高端领域的人工智能（AI）和服务器芯片。封装研究中心在玻璃基板Chiplet封装方面做了大量工作，玻璃芯上制造8-12以上金属层从而提高 I/O 密度和性能。最新的技术进展是，可在玻璃基板上安装60个芯片（6个xPU6单元，54个HBM单元），封装尺寸突破了100x100mm，这意味着它比台积电展示的CoWoS-R技术多出3.7倍的芯片。
佐治亚理工学院是全球最早探讨玻璃基板中介层的先驱者，如今他们将大型面板的可扩展性和制造的低成本性与玻璃合二为一的理想变成现实。
SKC已笃定将玻璃基板作为高性能计算行业的关键材料，实现更小、更密集、更短的连接，并实现通过3D chiplet 高密度互联。SKC认为玻璃基板可以将更多的MLCC埋入到玻璃基板内部，腾出更多的空间增加CPU/GPU的面积，或者搭载更多的存储芯片。
SKC旗下的玻璃基板制造厂Absolics，作为与佐治亚理工学院 3D 封装研究中心合作启动的产业化项目，投资投资3亿美元1.2万㎡的第一工厂建设进入尾声，并由样品出货，下半年完成客户认证。此外，Absolics还计划投资4亿美元。建设占地面积超过7.2万㎡的第二工厂，以增强玻璃基板在美国的领导地位。加上美国政府 7500 万美元的直接资助，大力推动了其面向高性能计算和尖端国防商业化进程。目前客户锁定了英特尔、英伟达、AMD、博通等主要芯片制造商。
近期，总部位于德国的SCHMID Group NV 宣布向玻璃芯集成电路先进封装迈出了新的一步，将TGV实验室拥有的裸玻璃基板转变为先进集成电路 (IC) 封装所需的所有工艺步骤，可快速扩展至大批量生产，该项目总投资将超5000万美金。技术方面，拥有机和玻璃基板的专有嵌入式跟踪技术，采样超600mm封装基板，线宽线距2微米，玻璃芯厚度范围从200µm到1mm，从2.5D CoWoS可切换到3D IC 多芯片堆叠。
SCHMID目前与美国 Calumet Electronics (Calumet) 合作开发先进封装基板。Calumet是美国领先的印刷电路板制造商， 目前正在建设一个占地 60,000 平方英尺的先进制造设施，专门用于生产先进基板，已获得美国国防部了3990 万美元的资助，资助使 Calumet 能够与 SCHMID 合作，提高制造能力并为国家安全做出贡献。
全球最大的玻璃基板商康宁继续扩大其在蓬勃发展的半导体玻璃基板市场的份额。低至100μm超薄厚度的高纯度熔融石英 、超低膨胀玻璃 和氟化物晶体可在最严酷的激光和辐射暴露水平下实现传输和耐用性，是半导体光刻工艺的理想选择。康宁目前供应两种用于芯片生产的玻璃基板产品，一种用于处理器中中介层的临时载体，另一种用于DRAM芯片中晶圆减薄的玻璃基板产品，该玻璃制造商正准备推出玻璃芯，并向英特尔等多个潜在客户提供样品。
在韩国，以SKC为首的三星电机、LG Innotek等企业纷纷进入玻璃基板领域，康宁计划到2028年投资15亿美元，在韩国扩大包括Vendable Glass供应链在内的先进制造能力。在中国大陆，为康宁全球最大的玻璃基板生产基地，玻璃基板主要供应给当前部署TGV技术路线的基板厂、封装厂和实验室。
Schott AG 针对对搭载玻璃基板的AI芯片封装需求升级了玻璃基板，能够提高信号强度并减少信号延迟，同时保持与中介层封装几乎相同的构建。并且可以嵌入元件以最大限度减少封装的热负荷，缩小整体封装尺存。其结构化的玻璃面板可替代传统材料（如硅和覆铜层压板），可提供完全的设计灵活性、最高的 I/O 数量和最低的电气损耗和制造成本相结合。正在扩大熔炼和加工能力，肖特欧洲和亚洲工厂产能和能力将持续提升。其目标是全球所有芯片厂和 IDM（集成器件制造商）客户。
虽然玻璃基板有着很多的优势，但是玻璃材质本身也存在着一些劣势，比如脆性。日本材料大厂电气硝子近日宣布推出新型半导体基板材料GC Core（Glass-Ceramics，玻璃陶瓷），由玻璃粉末和陶瓷粉末低温共烧而成，不易产生裂纹，可直接使用CO2激光钻孔，降低量产成本。还有较低的介电常数和极化损耗，可减少超精细电路的信号衰减，提升电路信号质量。电气硝子目标到2024年底将将尺寸扩大到510x510mm，中国先进封装市场是其主攻的方向。
玻璃基板制造商AGC正在实施2030前的玻璃芯基板量产计划，直接目标是向英特尔供货。该公司10多年来一直默默的改进其精细、高精度钻孔技术。高可靠和高速表现在：利用无碱玻璃、热膨胀系数接近硅，利用玻璃的高绝缘性和低介质损耗角正切，以优异的高频特性实现高速大容量通信，适用于基于半导体封装基板及玻璃中介层的3D 玻璃 IPD MEMS 传感器件封装。最新的技术进展是可在550x650mm的大面板上打出孔径为2微米的直通孔，线宽线距为2um，在3D 堆叠超过12-16层，AGC的目标是进一步集成化和高性能化。
三星现在的打法就是大举押上，以随时保持对英特尔的领跑。三星电机表示，老子能在2025年制造出使用玻璃基板的芯片封装原型，并在2026年至2027年之间实现商业化生产。
为此，这家韩国科技巨头已定于2024 年秋季生产首批微处理器玻璃基板。但由于三星提前其计划，先进产品可能会在 9 月份出现。新技术将用于高端系统级封装芯片，采用将基于功能的组件集成到单个芯片中的架构。
未了完成三星的春秋大梦，康宁正积极输送不断精进的玻璃基板。康宁目前为动态随机存取存储器芯片的晶圆减薄提供玻璃，这种芯片会多次使用同一种玻璃。然而，玻璃基板需要为每个芯片组单独部署，这带来了更大的商机。
三星计划于 2024 年秋季生产首批微处理器玻璃基板。但由于三星提前其计划，先进产品可能会在 9 月份出现，新技术将用于SiP芯片。它们采用将基于功能的组件集成到单个芯片中的架构。用于在玻璃基板上生产微电路的设备将来自Philoptics、Chongyou、Chemtronics、LPKF。同时启用玻璃基板上的微电路参数正得到改善。韩国科学家已经开展了所有必要的工作来研究玻璃基板在AI处理器的实际产品，以保持在快速变化的半导体元件市场中占据领先地位。
英特尔正在按照“四年五节点”的步骤杀回先进芯片制造业，并在2025年之前完成对台积电、三星的追赶。英特尔组装和测试技术开发工厂正在推进对玻璃基用于AI处理器的设计优化和调整测试，良品率大幅提升，以备用于尺寸较大、功耗最高的芯片。
为了达到预期目标，英特尔加强了多供应链的协作，并释出订单给对多家设备和材料供应商，被爆出的有Applied Matierials、Corning、Absolics、欣兴、健鼎、钛升以及与电路板组装公司。上个月，英特尔和14家日本合作伙伴携手，计划租用夏普闲置的液晶面板厂作为先进半导体技术的研发中心，可能展开玻璃基板封装技术相关。
我们可能在2024年的秋天收到英特尔的第一款玻璃基微处理器芯片样品，良率和性能方面将更强劲，如他们预言的一样，间距更短，芯片上多放置50%的裸片，从而可以塞进更多的Chiplet，大尺寸封装并支持3D堆叠，为大型数据中心GPU、加速器。谷歌、亚马逊、微软或抢鲜用这种芯片搭建数据中心。
下载ECAD模型
