玻璃基板是核心材料用玻璃制成的芯片基板。
芯片基板是芯片裸片所在的介质,是芯片封装最后一步的主角,玻璃基板是下一代基板。在确保芯片结构稳定性的同时,基板还将信号从芯片裸片传送到封装,它们卓越的机械稳定性和更高的互连密度将有助于创造高性能芯片封装。上世纪 70 年代以来,芯片基板材料经历了两次迭代,最开始是利用引线框架固定晶片,到 90 年代陶瓷基板取代了引线框架,现在最常见的是有机材料基板,而玻璃基板是下一代基板。 玻璃基板是核心材料由玻璃制成的基板。玻璃基板是用玻璃取代有机封装中的有机材料,并不意味着用玻璃取代整个基板,而是基板核心的材料将由玻璃制成。简单来说,就是在玻璃上打孔、填充和上下互联,以玻璃为楼板构建集成电路的高楼大厦。
玻璃基板各项物理性质出众。玻璃基板具有较高的表面平整度和低粗糙度,为微小尺寸半导体器件的制造提供了理想的平台,有利于高密度 RDL 布线。此外,玻璃化学稳定性出色,相比于有机材料吸湿性更低,能有效抵抗湿气、酸碱等环境侵蚀,保障封装内元件的长期稳定性。
有效对抗翘曲问题,适合大尺寸封装。大尺寸基板需承载高密度的芯片封装,而芯片封装过程中会伴随大量热量产生。在封装堆叠时,硅芯片、环氧树脂模塑料和有机 RDL 都具有不同的热膨胀系数(CTE),这意味着当温度升高时,堆叠的组成部分可能会发生不同程度的膨胀。在成型、固化或脱粘过程中,这些材料界面处的应力可能会发生变化,导致堆叠翘曲,并可能导致分层或接头/凸块错位。玻璃基板的热膨胀系数为 3-9ppm/K,与硅的 2.9-4ppm/K 接近,不易因封装过程中产生热量导致各层材料间形变程度不同而发生翘曲。同时其杨氏模量为 50-90GPA,明显高于有机材料,抵抗形变能力更强。玻璃基板大尺寸稳定性以及可调节的刚性模量使其通孔密度是原先硅基板的 10 倍,提高芯片封装密度。
优越电气性能,减少传输损耗。玻璃是一种绝缘材料,相对介电常数仅约为硅片的三分之一。较低的介电常数意味着它具有较低的寄生电容,从而在传输过程中减少信号损失,因此玻璃中介层可以在高速传输过程中提供更好的功率效率或更好的信号完整性。此外,由于玻璃的高电阻率,相邻互连之间的电流泄漏较小,因此与硅相比,玻璃材料的串扰或噪声问题较小。随着互连变得越来越精细和密集,玻璃基板能保障互联密度和信号的完整性,满足人工智能芯片封装的需求。

封装尺寸变化带来显著成本效益。所有芯片都是矩形的,而硅中介层是圆形的,这种不匹配可能会导致晶圆边缘出现大量未使用的区域,并且当芯片尺寸变大时,晶圆区域的使用效率可能会恶化。若将300mm 晶圆级封装与 515x510mm 面板级封装相比,矩形的面板级封装芯片占用面积比高到93%,而晶圆级封装则只有 64%。这几何级别的差异,直接导致生产过程中生产速率的巨大差异。另外,根据Yole报告,例如 FOWLP 技术面积使用率<85%,FOPLP 面积使用率>95%。因此采用大规格的矩形玻璃作为载体或最终作为中介层,能够在一个载体或中介层中容纳更多芯片,可显著提高先进封装的效率。具体推算从200mm 过渡到 300mm 大约能节省 25%的成本,从 300mm 过渡到板级,则能节约66%的成本。面板级封装的成本与晶圆级封装相比将会降低 66%。
玻璃基板(Glass Substrate)是一种以高透明度、优异平整度及良好稳定性为特点的基底材料,其主要功能是作为支撑载体,确保上层功能材料的可靠固定和良好的电气、光学性能,从而保障整个器件或系统的长期稳定性和使用寿命,被视为半导体、显示领域新一代基板解决方案。
AI 芯片算力需求提升,玻璃基板替代登上舞台。AI 应用的复杂性增加,面向AI 等领域的高密度计算、机器学习、并行计算及 HPC 等应用的需求,对芯片也提出了更高的要求。例如AMD 的新一代EPYC 处理器支持高达 384 线程,核心数最高可达 192 个,其中配置了 16 个"Zen5"CCDs(核心复合芯片)。该CCD芯片制造工艺先进,使用了台积电的 3 纳米工艺,而中央 I/O 芯片(IOD)则采用了4 纳米工艺,显示出 AI 时代背景下对芯片更高制程的需求。随着 AI 算力需求的逐渐提高,硬件电路高度复杂化,传统PCB 有机基板和 TSV 技术在未来将可能成为制约 AI 芯片等高性能算力芯片生产的短板。玻璃材料应用领域广泛。作为封装领域引入的重要革新,玻璃基板提供与 CoWoS-S 结构中的硅中介层类似功能的中介层,使重新分布层(RDL)和玻璃通孔(TGV)可直接构建在玻璃面板上,有望取代ABF 载板中的 FC-BGA 基板;在共封装光学器件(CPO)中集成玻璃波导和 TGV,实现更高的互连密度,改进功率传输和信号路由;在 Mini/Micro LED 显示技术中作为背板材料,因其导热性能好,热稳定性和物理变形小,平整性突出,降低工艺难度提升成品率;玻璃在无源器件制造中的应用也日益广泛,可成为广泛传感器和 MEMS 封装应用的高度通用基板。