为什么要选择玻璃基板?

PCBworld 2024-08-15 15:00

高性能和可持续计算以及用于AI的网络硅的需求不断增长,推动着半导体技术的快速发展。然而,随着摩尔定律在芯片层面的放缓,封装技术成为实现性能提升的关键。有机基板在 ASIC 封装中的应用面临着诸多挑战,而玻璃基板的出现为行业带来了新的希望。

图片来源:AI绘图


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为什么选择玻璃基板?


有机基板由树脂或塑料制成,在较大封装尺寸和高芯片密度的情况下,容易发生翘曲现象。这种翘曲不仅影响封装的物理稳定性,还可能导致芯片之间的连接出现问题,从而降低整个系统的性能和可靠性。

 由于有机基板的翘曲限制,能够集成在一个封装内部的芯片数量受到了很大的制约。这对于追求更高性能和集成度的半导体行业来说,是一个亟待解决的问题。

相较之下,玻璃基板具有出色的平整度和稳定性,能够有效避免翘曲问题。这使得在相同的封装尺寸下,可以容纳更多的芯片,实现更高的集成度和性能提升。

此外,玻璃基板还具有良好的热传导性能,有助于更好地散热,进一步提高系统的可靠性和稳定性。这为高性能计算和 AI 应用提供了更强大的硬件支持。

玻璃基板的优势


✔ 它们可以制作得非常平整,从而实现更细的图案和更高(10倍)的互连密度。在光刻过程中,整个基板获得均匀曝光,从而减少缺陷。


✔ 玻璃与其上方的硅芯片具有类似的热膨胀系数,降低了热应力。


✔ 玻璃基板不会翘曲,并能够在单个封装中容纳更高的芯片密度。初始原型能够处理比有机基板多50%的芯片密度。


✔ 可以无缝集成光互连,促进更高效的共同封装光学。


✔ 通常为矩形晶圆,增加了每个晶圆的芯片数量,提高了良率并降低了成本。


**以上译自:semiwiki


玻璃基板可能会取代有机基板、硅中介层和其他高速度嵌入式互连。未来,玻璃基板的发展将为半导体行业带来更多的创新和突破,推动高性能计算、AI 等领域的快速发展,为人类社会的科技进步注入强大动力。


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玻璃基板在硅领域的潜力与挑战



玻璃基板在高性能计算、人工智能和数据中心网络硅领域展现出巨大潜力,然而在其广泛应用的道路上,仍存在诸多挑战需要克服。

玻璃的脆弱性

玻璃脆弱易碎是其显著的特性之一。在制造过程中,玻璃极易发生断裂,这对生产环节提出了严格要求。为了降低损坏风险,必须小心处理,并运用专用设备进行操作。任何疏忽都可能导致生产线上的损失,增加成本并影响效率。
此外,这种脆弱性还使得玻璃在运输和存储过程中需要格外谨慎。轻微的碰撞或不当的堆放都可能引发玻璃基板的破损,进而影响其在后续工艺中的使用。

材料附着与应力问题

确保玻璃基板与半导体堆叠中使用的其他材料(如金属和绝缘材料)之间的适当附着是一项艰巨的任务。由于材料特性的差异,界面上容易产生应力。这些应力可能导致剥离或其他可靠性问题,严重影响产品的性能和使用寿命。
不同材料之间的热膨胀系数不一致也是一个关键因素。尽管玻璃的热膨胀系数与硅相似,但与 PCB 板/突起所使用的材料可能有显著差异。在温度循环变化时,这种不匹配会造成热应力,进一步威胁到产品的可靠性和性能表现。

缺乏标准与可靠性数据

目前,玻璃基板缺乏统一的行业标准,这导致了不同供应商产品之间的性能差异。这种差异使得制造商在选择供应商时面临困惑,也增加了产品质量的不确定性。


由于玻璃基板技术相对较新,目前尚无足够的长期可靠性数据。为了增强在高可靠性应用中使用这些封装的信心,需要进行更多的加速寿命测试。通过这些测试,可以更准确地评估玻璃基板在长期使用中的稳定性和可靠性,为其广泛应用提供有力的支持。

尽管存在上述缺点,众多主要代工厂如英特尔、台积电、三星和 SKC 等仍在大力投资玻璃基板技术。预计在高端硅中实现向玻璃基板的转变,还需要 3 - 4 年的时间。但随着技术的不断进步和完善,玻璃基板有望在未来为硅领域带来重大变革。


来源:编译自semiwiki

图片/封面图来源:设计师“不敢配图君”提供



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