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在快速發(fā)展的半導(dǎo)體行業(yè)中，AI高性能計算對更高性能、更高集成密度和更出色熱管理的追求永無止境，只有不斷突破技術(shù)界限，才能讓先進封裝富有創(chuàng)新和彈性。
玻璃基板技術(shù)已成為供應(yīng)鏈多元化的一部分。雖尚未看到玻璃基微處理器產(chǎn)業(yè)化的曙光，但是TGV技術(shù)已達到下一個高峰，不斷突破復(fù)雜架構(gòu)和異構(gòu)集成的挑戰(zhàn)，為未來人工智能提供了變革性的基材。本文為您更新了全球玻璃基板技術(shù)的新進展。
TGV封裝技術(shù)的大躍進
英特爾表示，玻璃基板具有卓越的機械、物理和光學(xué)特性玻璃技術(shù)可以滿足Chiplet小芯片設(shè)計對基板的信號傳輸速度、供電能力、設(shè)計和穩(wěn)定性要求，可以：
構(gòu)建更高性能的多芯片SiP，在芯片上多放置50%的裸片，從而可以塞進更多的Chiplet；
支持采用在低于1mm厚的玻璃基板在標(biāo)準(zhǔn)510x515mm大板級尺寸上承載超過416個載板，為高性能處理器開先河；
與CoWoS不同，玻璃基板無需中介層即可安裝SoC和HBM芯片。這意味著可以在更低的高度安裝更多芯片，可取代目前廣泛使用的FC-BGA；
保持與晶圓級先進封裝同步，精細(xì)布線L/S達到1-2/μm ，rdl疊層擴展至8/12-20層，這符合大眾對面板級封裝芯粒與芯粒間微細(xì)間距的期待。
引入尺寸超過70x70-100x100mm的封裝基板，從而可以封裝更多芯片。
TGV技術(shù)屬于Chiplet封裝的一種。大算力高端芯片的摩爾定律接近極限，TGV轉(zhuǎn)接板和TGV Core等玻璃互連解決方案助力推動Chiplet進一步發(fā)展。2.5D 玻璃基中介層/橋/嵌入式 (GPE) 封裝實現(xiàn)基板中嵌入的芯片與直接堆疊在頂部的芯片之間的 3D 堆疊。比當(dāng)前的硅中介層和高密度扇出型封裝具有更好的 I/O 密度、性能、成本和可靠性。
Chiplet 推動玻璃基板的商業(yè)化進程
小芯片和異構(gòu)集成將加速玻璃基板的商業(yè)化進程，TGV可用來替代目前AI芯片量產(chǎn)最大的Cowos中的Interposer，并有可能改變當(dāng)前積電的CoWoS毒霸江湖的格局。
森丸電子作為國內(nèi)TGV技術(shù)領(lǐng)先廠商，專注于無源互聯(lián)集成，工藝鏈覆蓋從玻璃基片到金屬化的全流程方案，為無源集成和高密度互聯(lián)提供解決方案。如今公司完成了玻璃基的整合集成工藝平臺的迭代，并從晶圓級封裝轉(zhuǎn)向了大板級中試線，未來還將擴建新的面板級封裝工廠。面向510x515mm標(biāo)準(zhǔn)尺寸大面板級的互聯(lián)架構(gòu)，森丸電子通過高縱深比和多層RDL堆疊，這為更大封裝尺寸互聯(lián)打下良好基礎(chǔ)。
森丸電子TGV互連工藝以優(yōu)異的機械性能，電性能以及高密度三維無源互聯(lián)方案，可有效替代硅轉(zhuǎn)接板和傳統(tǒng)BT Core，助力封裝載板的疊層可達20層以上、尺寸75x75mm或更大，為封裝載板提供有效的結(jié)構(gòu)支撐和電氣互聯(lián)，為未來大算力異構(gòu)集成芯片的發(fā)展提供有效的技術(shù)支持。
BOE（京東方）基于自身技術(shù)積累構(gòu)建以TGV為特色的半導(dǎo)體解決方案。目前8寸新型試驗線投入使用，突破高密度3D互聯(lián)技術(shù)、高深寬比TGV技術(shù)、高精度多疊層RDL、高精度MIM電容、平面螺旋電感等創(chuàng)新技術(shù)，建立行業(yè)優(yōu)勢，拓展無源器件和先進封裝場景，將目標(biāo)瞄準(zhǔn)在人工智能、數(shù)據(jù)中心等新興半導(dǎo)體。
兩年前就傳出了京東方合作開發(fā)面板級封裝技術(shù)的消息。作為全球顯示面板的龍頭，京東方未來也不排除向面板級封裝躍進的可能。
奕斯偉與京東方有著千絲萬縷的關(guān)聯(lián)，已成為京東方的主要供應(yīng)商之一。奕斯偉將方形面板作為封裝載板，吸收現(xiàn)有晶圓級高密以及面板級大面積系統(tǒng)封裝的雙重優(yōu)點，以高精度的RDL工藝，將多個芯片封裝在同一面板中，提高封裝集成度的同時實現(xiàn)芯片高密互聯(lián)。旗下產(chǎn)業(yè)化公司奕成科技正在通過FOPLP技術(shù)助力先進封裝演進，開發(fā)更高性能的嵌入硅橋接芯片和玻璃基板封裝、系統(tǒng)集成封裝及Chiplet方案，以應(yīng)對未來高算力時代。
奕斯偉擁有國內(nèi)最大的2.5D/3D 大板級量產(chǎn)基地——奕成板級封裝系統(tǒng)集成電路項目分三階段建設(shè)，新建510mm×515mm板級系統(tǒng)集成電路封裝測試生產(chǎn)線3條，總建筑面積86672平米，將形成1.8萬片/月的生產(chǎn)能力（其中PH1.0階段建設(shè)產(chǎn)能0.06萬片/月的板級系統(tǒng)封裝中試線1條，PH1.1階段建設(shè)產(chǎn)能0.84萬片/月的板級系統(tǒng)封裝產(chǎn)線1條，PH1.2階段建設(shè)產(chǎn)能0.9萬片/月的板級系統(tǒng)封裝產(chǎn)線1條）。該系統(tǒng)級工廠總投資約55億人民幣，如今一期工廠如期試量產(chǎn)。
3DGS是基于玻璃的射頻（RF）三維集成無源解決方案商，結(jié)合創(chuàng)新玻璃工藝技術(shù)與大板級設(shè)計實現(xiàn)了2D無法實現(xiàn)的性能。在垂直維度上堆疊多個基底層來實現(xiàn) 3D 異構(gòu)集成 SWAP-C 優(yōu)勢。這個其結(jié)果是無源元件具有卓越的電氣性能和超低在1到200GHz范圍內(nèi)的高頻下的傳輸損耗。
3DGS 與康寧簽署先進 TGV 形成工藝許可，為數(shù)據(jù)中心和硅光子學(xué)提供異構(gòu)解決方案上完全集成射頻和數(shù)字組件。該公司吸引了眾多風(fēng)投機構(gòu)的注意，包括Walden Catalyst Ventures英特爾資本和洛克希德·馬丁，超過6000萬美金的幾輪融資使其能夠大規(guī)模生產(chǎn)高性能3D集成無源器件和玻璃基基板。
佐治亞理工學(xué)院已確定將玻璃基板將用于芯片市場高端領(lǐng)域的人工智能（AI）和服務(wù)器芯片。封裝研究中心在玻璃基板Chiplet封裝方面做了大量工作，玻璃芯上制造8-12以上金屬層從而提高 I/O 密度和性能。最新的技術(shù)進展是，可在玻璃基板上安裝60個芯片（6個xPU6單元，54個HBM單元），封裝尺寸突破了100x100mm，這意味著它比臺積電展示的CoWoS-R技術(shù)多出3.7倍的芯片。
佐治亞理工學(xué)院是全球最早探討玻璃基板中介層的先驅(qū)者，如今他們將大型面板的可擴展性和制造的低成本性與玻璃合二為一的理想變成現(xiàn)實。
SKC已篤定將玻璃基板作為高性能計算行業(yè)的關(guān)鍵材料，實現(xiàn)更小、更密集、更短的連接，并實現(xiàn)通過3D chiplet 高密度互聯(lián)。SKC認(rèn)為玻璃基板可以將更多的MLCC埋入到玻璃基板內(nèi)部，騰出更多的空間增加CPU/GPU的面積，或者搭載更多的存儲芯片。
SKC旗下的玻璃基板制造廠Absolics，作為與佐治亞理工學(xué)院 3D 封裝研究中心合作啟動的產(chǎn)業(yè)化項目，投資投資3億美元1.2萬㎡的第一工廠建設(shè)進入尾聲，并由樣品出貨，下半年完成客戶認(rèn)證。此外，Absolics還計劃投資4億美元。建設(shè)占地面積超過7.2萬㎡的第二工廠，以增強玻璃基板在美國的領(lǐng)導(dǎo)地位。加上美國政府 7500 萬美元的直接資助，大力推動了其面向高性能計算和尖端國防商業(yè)化進程。目前客戶鎖定了英特爾、英偉達、AMD、博通等主要芯片制造商。
近期，總部位于德國的SCHMID Group NV 宣布向玻璃芯集成電路先進封裝邁出了新的一步，將TGV實驗室擁有的裸玻璃基板轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M集成電路 (IC) 封裝所需的所有工藝步驟，可快速擴展至大批量生產(chǎn)，該項目總投資將超5000萬美金。技術(shù)方面，擁有機和玻璃基板的專有嵌入式跟蹤技術(shù)，采樣超600mm封裝基板，線寬線距2微米，玻璃芯厚度范圍從200μm到1mm，從2.5D CoWoS可切換到3D IC 多芯片堆疊。
SCHMID目前與美國 Calumet Electronics (Calumet) 合作開發(fā)先進封裝基板。Calumet是美國領(lǐng)先的印刷電路板制造商， 目前正在建設(shè)一個占地 60,000 平方英尺的先進制造設(shè)施，專門用于生產(chǎn)先進基板，已獲得美國國防部了3990 萬美元的資助，資助使 Calumet 能夠與 SCHMID 合作，提高制造能力并為國家安全做出貢獻。
全球最大的玻璃基板商康寧繼續(xù)擴大其在蓬勃發(fā)展的半導(dǎo)體玻璃基板市場的份額。低至100μm超薄厚度的高純度熔融石英 、超低膨脹玻璃 和氟化物晶體可在最嚴(yán)酷的激光和輻射暴露水平下實現(xiàn)傳輸和耐用性，是半導(dǎo)體光刻工藝的理想選擇。康寧目前供應(yīng)兩種用于芯片生產(chǎn)的玻璃基板產(chǎn)品，一種用于處理器中中介層的臨時載體，另一種用于DRAM芯片中晶圓減薄的玻璃基板產(chǎn)品，該玻璃制造商正準(zhǔn)備推出玻璃芯，并向英特爾等多個潛在客戶提供樣品。
在韓國，以SKC為首的三星電機、LG Innotek等企業(yè)紛紛進入玻璃基板領(lǐng)域，康寧計劃到2028年投資15億美元，在韓國擴大包括Vendable Glass供應(yīng)鏈在內(nèi)的先進制造能力。在中國大陸，為康寧全球最大的玻璃基板生產(chǎn)基地，玻璃基板主要供應(yīng)給當(dāng)前部署TGV技術(shù)路線的基板廠、封裝廠和實驗室。
Schott AG 針對對搭載玻璃基板的AI芯片封裝需求升級了玻璃基板，能夠提高信號強度并減少信號延遲，同時保持與中介層封裝幾乎相同的構(gòu)建。并且可以嵌入元件以最大限度減少封裝的熱負(fù)荷，縮小整體封裝尺存。其結(jié)構(gòu)化的玻璃面板可替代傳統(tǒng)材料（如硅和覆銅層壓板），可提供完全的設(shè)計靈活性、最高的 I/O 數(shù)量和最低的電氣損耗和制造成本相結(jié)合。正在擴大熔煉和加工能力，肖特歐洲和亞洲工廠產(chǎn)能和能力將持續(xù)提升。其目標(biāo)是全球所有芯片廠和 IDM（集成器件制造商）客戶。
雖然玻璃基板有著很多的優(yōu)勢，但是玻璃材質(zhì)本身也存在著一些劣勢，比如脆性。日本材料大廠電氣硝子近日宣布推出新型半導(dǎo)體基板材料GC Core（Glass-Ceramics，玻璃陶瓷），由玻璃粉末和陶瓷粉末低溫共燒而成，不易產(chǎn)生裂紋，可直接使用CO2激光鉆孔，降低量產(chǎn)成本。還有較低的介電常數(shù)和極化損耗，可減少超精細(xì)電路的信號衰減，提升電路信號質(zhì)量。電氣硝子目標(biāo)到2024年底將將尺寸擴大到510x510mm，中國先進封裝市場是其主攻的方向。
玻璃基板制造商AGC正在實施2030前的玻璃芯基板量產(chǎn)計劃，直接目標(biāo)是向英特爾供貨。該公司10多年來一直默默的改進其精細(xì)、高精度鉆孔技術(shù)。高可靠和高速表現(xiàn)在：利用無堿玻璃、熱膨脹系數(shù)接近硅，利用玻璃的高絕緣性和低介質(zhì)損耗角正切，以優(yōu)異的高頻特性實現(xiàn)高速大容量通信，適用于基于半導(dǎo)體封裝基板及玻璃中介層的3D 玻璃 IPD MEMS 傳感器件封裝。最新的技術(shù)進展是可在550x650mm的大面板上打出孔徑為2微米的直通孔，線寬線距為2um，在3D 堆疊超過12-16層，AGC的目標(biāo)是進一步集成化和高性能化。
三星現(xiàn)在的打法就是大舉押上，以隨時保持對英特爾的領(lǐng)跑。三星電機表示，老子能在2025年制造出使用玻璃基板的芯片封裝原型，并在2026年至2027年之間實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。
為此，這家韓國科技巨頭已定于2024 年秋季生產(chǎn)首批微處理器玻璃基板。但由于三星提前其計劃，先進產(chǎn)品可能會在 9 月份出現(xiàn)。新技術(shù)將用于高端系統(tǒng)級封裝芯片，采用將基于功能的組件集成到單個芯片中的架構(gòu)。
未了完成三星的春秋大夢，康寧正積極輸送不斷精進的玻璃基板?？祵幠壳盀閯討B(tài)隨機存取存儲器芯片的晶圓減薄提供玻璃，這種芯片會多次使用同一種玻璃。然而，玻璃基板需要為每個芯片組單獨部署，這帶來了更大的商機。
三星計劃于 2024 年秋季生產(chǎn)首批微處理器玻璃基板。但由于三星提前其計劃，先進產(chǎn)品可能會在 9 月份出現(xiàn)，新技術(shù)將用于SiP芯片。它們采用將基于功能的組件集成到單個芯片中的架構(gòu)。用于在玻璃基板上生產(chǎn)微電路的設(shè)備將來自Philoptics、Chongyou、Chemtronics、LPKF。同時啟用玻璃基板上的微電路參數(shù)正得到改善。韓國科學(xué)家已經(jīng)開展了所有必要的工作來研究玻璃基板在AI處理器的實際產(chǎn)品，以保持在快速變化的半導(dǎo)體元件市場中占據(jù)領(lǐng)先地位。
英特爾正在按照“四年五節(jié)點”的步驟殺回先進芯片制造業(yè)，并在2025年之前完成對臺積電、三星的追趕。英特爾組裝和測試技術(shù)開發(fā)工廠正在推進對玻璃基用于AI處理器的設(shè)計優(yōu)化和調(diào)整測試，良品率大幅提升，以備用于尺寸較大、功耗最高的芯片。
為了達到預(yù)期目標(biāo)，英特爾加強了多供應(yīng)鏈的協(xié)作，并釋出訂單給對多家設(shè)備和材料供應(yīng)商，被爆出的有Applied Matierials、Corning、Absolics、欣興、健鼎、鈦升以及與電路板組裝公司。上個月，英特爾和14家日本合作伙伴攜手，計劃租用夏普閑置的液晶面板廠作為先進半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)中心，可能展開玻璃基板封裝技術(shù)相關(guān)。
我們可能在2024年的秋天收到英特爾的第一款玻璃基微處理器芯片樣品，良率和性能方面將更強勁，如他們預(yù)言的一樣，間距更短，芯片上多放置50%的裸片，從而可以塞進更多的Chiplet，大尺寸封裝并支持3D堆疊，為大型數(shù)據(jù)中心GPU、加速器。谷歌、亞馬遜、微軟或搶鮮用這種芯片搭建數(shù)據(jù)中心。
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