人工智能对高性能、可持续计算和网络硅片的需求无疑增加了研发投入,加快了半导体技术的创新步伐。随着摩尔定律在芯片层面的放缓,人们希望在ASIC 封装内封装尽可能多的芯片,并在封装层面获得摩尔定律的好处。
承载多个芯片的 ASIC 封装通常由有机基板组成。有机基板由树脂(主要是玻璃增强环氧层压板)或塑料制成。根据封装技术,芯片要么直接安装在基板上,要么在它们之间有另一层硅中介层,以实现芯片之间的高速连接。有时在基板内嵌入互连桥而不是中介层来提供这种高速连接。
有机基板的问题在于它们容易出现翘曲问题,尤其是在芯片密度较高的较大封装尺寸中。这限制了封装内可封装的芯片数量。
在此领域,玻璃通孔 (TGV) 是玻璃芯基板的支柱之一。TGV 为更紧凑、更强大的设备铺平了道路,有助于提高层间连接密度。这些通孔有助于提高高速电路的信号完整性。连接之间的距离减小可减少信号损失和干扰,从而提高整体性能。TGV 的集成可以通过消除对单独互连层的需求来简化制造流程。然而,尽管 TGV 具有诸多优势,但它也面临许多挑战。
材料脆性:玻璃材料本身具有脆性,这在加工过程中容易导致破裂,影响生产良率。
加工技术:在玻璃上形成精细的通孔结构需要采用高精度的激光钻孔或化学蚀刻技术,这对设备的精度和工艺控制提出了极高的要求。
填充技术:由于玻璃的非导电特性,需要在通孔内填充导电材料如铜,这要求填充材料的均匀性和良好的孔壁接触,避免出现空洞或裂纹。
热膨胀系数匹配:玻璃与硅芯片、基板等材料的热膨胀系数差异大,导致温度变化时产生应力,可能引发结构破坏。
可靠性和长期稳定性:TGV结构需要承受多种外界环境的考验,如温度循环和机械振动,这要求封装结构具有高机械强度和稳定的电性能。
成本控制:由于加工工艺复杂且涉及高精度设备和特殊材料,导致初期投入和生产成本较高,限制了TGV技术的广泛应用。
目前,玻璃通孔基板市场格局高度集中,大多数的测试产品和技术掌握在国外厂商中,包括是Corning、LPKF、Samtec、KISO WAVE Co., Ltd.和Tecnisco等。Corning是玻璃通孔基板行业的全球龙头,2023年全球市占率达到 24.67%,LPKF全球玻璃通孔基板市市场占率22.37%;Samtec全球玻璃通孔基板市市场占率9.67%。