芯片封裝，要迎來(lái)材料革命？

AI的熱潮長(zhǎng)尾竟然波及到了芯片封裝材料。自今年4月開(kāi)始，關(guān)于玻璃基板的討論高熱不退。有關(guān)英特爾、三星、AMD等芯片設(shè)計(jì)、制造及先進(jìn)封裝頭部企業(yè)將用玻璃基板替代當(dāng)前PCB基材的傳聞不絕于耳。

國(guó)內(nèi)芯片封測(cè)企業(yè)也紛紛在投資者平臺(tái)回應(yīng)公司正在布局玻璃基板技術(shù)。一度帶動(dòng)了多支概念股多次漲停的玻璃基板，近日又傳出英特爾將提前量產(chǎn)時(shí)間的消息。芯片封裝，真的要迎來(lái)材料革命了嗎？

頭部企業(yè)紛紛入局

近一年來(lái)，封測(cè)領(lǐng)域頭部企業(yè)紛紛透露出布局玻璃基板的消息。

2023年9月，英特爾宣布將在2030年前推出用于下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板。并稱包括玻璃基板在內(nèi)的先進(jìn)封裝技術(shù)，將有助于英特爾實(shí)現(xiàn)2030年在單個(gè)封裝上集成一萬(wàn)億個(gè)晶體管的目標(biāo)。

英特爾稱，與目前采用的有機(jī)基板相比，玻璃具有超低平面度（flatness）、更好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，由于這些獨(dú)特的性能，玻璃基板上的互連密度有望提升10倍。這意味著，采用該技術(shù)將支持在封裝中連接更多晶體管，并支持以更小的尺寸封裝更多的芯粒模塊，構(gòu)建更大的芯片組（即“系統(tǒng)級(jí)封裝”）。

英特爾公司高級(jí)副總裁兼組裝與測(cè)試技術(shù)開(kāi)發(fā)總經(jīng)理Babak Sabi 稱，英特爾已經(jīng)對(duì)玻璃基板技術(shù)進(jìn)行了十余年的研究。據(jù)了解，英特爾已在其位于亞利桑那州錢(qián)德勒的工廠投資了超過(guò)10億美元，用于玻璃研發(fā)生產(chǎn)線，并開(kāi)發(fā)了具有3個(gè)再分配層(RDL)和75μm玻璃通孔(TGV)的電子功能組裝多芯片封裝(MCP)測(cè)試車。

近日，有消息稱英特爾玻璃基板量產(chǎn)計(jì)劃提前至2026年。對(duì)此，記者聯(lián)系了英特爾相關(guān)負(fù)責(zé)人，并獲得回復(fù)稱：最近沒(méi)有更新的進(jìn)展。

2024年1月，三星電機(jī)在 CES 2024 上宣布進(jìn)軍半導(dǎo)體玻璃基板領(lǐng)域，并公布了 2024 年建立中試線、2025 年量產(chǎn)樣品、2026 年正式量產(chǎn)的路線圖。根據(jù)規(guī)劃，三星電機(jī)將在今年9月份之前將所需設(shè)備安裝到試驗(yàn)線上，并在第四季度開(kāi)始運(yùn)營(yíng)其試點(diǎn)生產(chǎn)線，比最初的計(jì)劃提前了一個(gè)季度。

國(guó)內(nèi)封測(cè)頭部企業(yè)也在投資者平臺(tái)針對(duì)本公司在玻璃基板領(lǐng)域的布局作出了回應(yīng)：

華天科技表示，公司有玻璃基板封裝研發(fā)布局。

通富微電表示，公司具有玻璃基板封裝相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，具備使用TGV玻璃基板進(jìn)行封裝的技術(shù)能力。謝鴻在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，通富微電玻璃基板技術(shù)大概在2026—2027年可以看到產(chǎn)品應(yīng)用。

晶方科技表示，公司專注于傳感器領(lǐng)域晶圓級(jí)封裝技術(shù)服務(wù)。TSV、TGV等是晶圓級(jí)封裝電互連的主要技術(shù)工藝手段。結(jié)合傳感器需求及自身工藝積累，公司具有多樣化的玻璃加工技術(shù)，包括制作微結(jié)構(gòu)，光學(xué)結(jié)構(gòu)，鍍膜，通孔，盲孔等，且公司自主開(kāi)發(fā)的玻璃基板，在Fanout等封裝工藝上已有多年量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

頭部企業(yè)紛紛入局，似乎預(yù)示著芯片封裝企業(yè)真要的要迎來(lái)一場(chǎng)材料革命了？

此玻璃非彼玻璃

實(shí)際上，在芯片封裝領(lǐng)域，玻璃已經(jīng)在發(fā)揮作用。例如為了實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的保護(hù)，產(chǎn)業(yè)界采取了GPP（玻璃鈍化）工藝技術(shù)，即將玻璃粉在晶圓表面燒結(jié)熔化后冷卻，產(chǎn)生與芯片融為一體的玻璃層，從而起到保護(hù)的作用。又如在晶圓封裝領(lǐng)域，玻璃基板可用于在晶圓減薄之后的載片環(huán)節(jié)，即作為芯片的支撐基板，用以幫助芯片順利完成后續(xù)加工環(huán)節(jié)，防止外部應(yīng)力造成的碎片。上述案例，均已應(yīng)用多年，即為業(yè)內(nèi)所說(shuō)的成熟工藝。

而近期被廣為討論的玻璃基板，與上述成熟工藝不同，指的是一種正在研發(fā)的新技術(shù)，即由玻璃替代當(dāng)前的封裝基板（IC Package Substrate）材料——ABF和BT樹(shù)脂——IC載板最常用的兩種材料。

其中，BT樹(shù)脂載板在上世紀(jì)80年代實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用，因BT樹(shù)脂具備耐熱性、抗?jié)裥裕?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/498264.html">介電常數(shù)、低散失因素等多種優(yōu)良特性，常用于穩(wěn)定尺寸，防止熱脹冷縮改善設(shè)備良率，主要應(yīng)用于存儲(chǔ)芯片、MEMS芯片、RF芯片與 LED芯片中。近兩三年成為在世界上迅速興起的高密度互連(HDI)的積層多層板(BUM)、封裝用基板的重要基板材料之一。

而另一種基板材料——ABF，在1999年之后逐漸成為半導(dǎo)體芯片行業(yè)的標(biāo)配。該材料可用做線路較細(xì)、適合高腳數(shù)高傳輸?shù)腎C，但材料易受熱脹冷縮影響，可靠性較低，主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC 等高性能計(jì)算（HPC）芯片F(xiàn)C封裝。這兩類基板材料憑借各自優(yōu)勢(shì)成為芯片封裝基板的標(biāo)配。

近期，之所以封裝企業(yè)加碼玻璃基板，源自市場(chǎng)對(duì)異構(gòu)芯片需求的強(qiáng)烈增長(zhǎng)。玻璃基板在吸引到越來(lái)越多的關(guān)注的同時(shí)，正在向替代當(dāng)前封裝基板材料的統(tǒng)治地位發(fā)起沖擊。隨著芯片處理需求的不斷增長(zhǎng)，Chiplet等異構(gòu)封裝需求愈來(lái)愈盛，這意味著單顆芯片的基板尺寸越來(lái)越大，而隨著芯片基板的增大，直接面臨的就是翹曲問(wèn)題。

通富微電工程中心總經(jīng)理謝鴻在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“目前廣泛使用的有機(jī)基板和芯片的熱膨脹差別較大。導(dǎo)致封裝的翹曲問(wèn)題?！?/p>

而玻璃即二氧化硅材料與硅基之間的熱膨脹系數(shù)更為接近，于是更易于避免芯片封裝中可能出現(xiàn)的翹曲問(wèn)題。

這也正是英特爾此前在發(fā)布的公開(kāi)信息中所說(shuō)的“玻璃基板能使單個(gè)封裝中的芯片面積增加五成，從而塞進(jìn)更多的Chiplet”最主要的原因。

易碎是核心痛點(diǎn)

英特爾作為玻璃基板技術(shù)的先鋒入局者，自十余年前已開(kāi)始布局。而根據(jù)該公司自行公布的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)將于2030年之前量產(chǎn)。作為Chiplet技術(shù)的主要倡議與貢獻(xiàn)者之一的英特爾，為何遲遲沒(méi)有實(shí)現(xiàn)玻璃基板技術(shù)量產(chǎn)？

其主要原因在于玻璃基板的易碎性帶來(lái)的潛在問(wèn)題仍未徹底解決。首先，玻璃基板在生產(chǎn)過(guò)程中容易斷裂，不能像當(dāng)前采用的有機(jī)基板一樣鉆孔；其次，采用玻璃基板封裝的芯片的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)也較差。為了解釋這一材料缺陷，謝鴻向記者舉了個(gè)例子：“比如我們用玻璃基板來(lái)封裝手機(jī)芯片，那么采用該芯片的手機(jī)即便是從1米左右的高度掉下來(lái)，都有可能導(dǎo)致芯片受損?！?/p>

Yole Group 半導(dǎo)體封裝技術(shù)與市場(chǎng)分析師比拉爾·哈希米表示，玻璃的易碎性給設(shè)備內(nèi)部處理和加工帶來(lái)了問(wèn)題，因此在制造過(guò)程中需要非常小心和精確。這對(duì)設(shè)備供應(yīng)商和基板制造商來(lái)說(shuō)是一個(gè)昂貴的挑戰(zhàn)。此外，玻璃基板給檢查和計(jì)量過(guò)程帶來(lái)了復(fù)雜性，需要專門(mén)的設(shè)備和技術(shù)來(lái)確保質(zhì)量和可靠性。

如何解決玻璃易碎性的問(wèn)題，成為困擾一眾布局玻璃基板技術(shù)的企業(yè)共同關(guān)心的話題。

對(duì)此，謝鴻介紹了當(dāng)前業(yè)界解決這一問(wèn)題的兩大解決方案：

其一，從材料本身著手，即對(duì)玻璃材料本身進(jìn)行處理，通過(guò)添加微量元素的方式，改變玻璃的機(jī)械性能；或是通過(guò)改變玻璃的制造過(guò)程，改變材料性能。

其二，開(kāi)發(fā)新的設(shè)備工藝。即通過(guò)借用其他材料或是更改產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的效果。

將率先替代大尺寸基板

關(guān)于芯片封裝用玻璃基板的量產(chǎn)時(shí)間，當(dāng)前業(yè)內(nèi)的普遍預(yù)估是在2026—2030年之間。集邦咨詢分析師許家源在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，玻璃基板技術(shù)預(yù)計(jì)在2027—2028年量產(chǎn)。

而關(guān)于玻璃基板率先采用的應(yīng)用場(chǎng)景，業(yè)界普遍認(rèn)為將在對(duì)計(jì)算性能要求較高的場(chǎng)景率先應(yīng)用。

許家源認(rèn)為，玻璃基板技術(shù)預(yù)計(jì)率先應(yīng)用在服務(wù)器或筆記本的處理器芯片。

英特爾表示，玻璃基板最先將被用于其更能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的地方，即需要更大尺寸封裝和更快計(jì)算速度的應(yīng)用和工作負(fù)載，包括數(shù)據(jù)中心、AI、圖形計(jì)算等。

謝鴻表示，最先應(yīng)用玻璃基板技術(shù)的場(chǎng)景，將是在60毫米以上的較大尺寸基板領(lǐng)域以及多芯片異構(gòu)集成的產(chǎn)品中，此類產(chǎn)品多為高性能產(chǎn)品。

對(duì)于當(dāng)前計(jì)算需求提升帶給先進(jìn)封裝的要求，玻璃基板也將成為有力“小幫手”。一如當(dāng)前先進(jìn)封裝常常采用的2.5D、3D封裝的方法，將擴(kuò)大封裝基板的使用面積。若采用當(dāng)前市面上的傳統(tǒng)有機(jī)材料基板，更大的封裝基板面積意味著更大的翹曲概率，而玻璃基板將大大降低翹曲的可能性。

作者丨姬曉婷編輯丨張心怡美編丨馬利亞監(jiān)制丨趙晨