頭部企業(yè)紛紛入局

　　近一年來，封測領(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)，將有助于英特爾實現(xiàn)2030年在單個封裝上集成一萬億個晶體管的目標(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)級封裝”)。

　　英特爾公司高級副總裁兼組裝與測試技術(shù)開發(fā)總經(jīng)理Babak Sabi 稱，英特爾已經(jīng)對玻璃基板技術(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德勒的工廠投資了超過10億美元，用于玻璃研發(fā)生產(chǎn)線，并開發(fā)了具有3個再分配層(RDL)和75μm玻璃通孔(TGV)的電子功能組裝多芯片封裝(MCP)測試車。

　　近日，有消息稱英特爾玻璃基板量產(chǎn)計劃提前至2026年。對此，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)備安裝到試驗線上，并在第四季度開始運(yùn)營其試點(diǎn)生產(chǎn)線，比最初的計劃提前了一個季度。

　　國內(nèi)封測頭部企業(yè)也在投資者平臺針對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《中國電子報》記者采訪時表示，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。

通富微電投資者平臺問答

　　晶方科技表示，公司專注于傳感器領(lǐng)域晶圓級封裝技術(shù)服務(wù)。TSV、TGV等是晶圓級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。

　　頭部企業(yè)紛紛入局，似乎預(yù)示著芯片封裝企業(yè)真要的要迎來一場材料革命了?

　　此玻璃非彼玻璃

　　實際上，在芯片封裝領(lǐng)域，玻璃已經(jīng)在發(fā)揮作用。例如為了實現(xiàn)對芯片的保護(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樹脂——IC載板最常用的兩種材料。

　　其中，BT樹脂載板在上世紀(jì)80年代實現(xiàn)初步應(yīng)用，因BT樹脂具備耐熱性、抗?jié)裥裕徒殡姵?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 等高性能計算(HPC)芯片F(xiàn)C封裝。這兩類基板材料憑借各自優(yōu)勢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，源自市場對異構(gòu)芯片需求的強(qiáng)烈增長。玻璃基板在吸引到越來越多的關(guān)注的同時，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，Chiplet等異構(gòu)封裝需求愈來愈盛，這意味著單顆芯片的基板尺寸越來越大，而隨著芯片基板的增大，直接面臨的就是翹曲問題。

　　通富微電工程中心總經(jīng)理謝鴻在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“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)致封裝的翹曲問題。”

　　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)的翹曲問題。

　　這也正是英特爾此前在發(fā)布的公開信息中所說的“玻璃基板能使單個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，自十余年前已開始布局。而根據(jù)該公司自行公布的數(shù)據(jù)，預(yù)計將于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，為何遲遲沒有實現(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的潛在問題仍未徹底解決。首先，玻璃基板在生產(chǎn)過程中容易斷裂，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，謝鴻向記者舉了個例子：“比如我們用玻璃基板來封裝手機(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，都有可能導(dǎo)致芯片受損。”

英特爾玻璃基板測試單元

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

　　如何解決玻璃易碎性的問題，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。

　　對此，謝鴻介紹了當(dāng)前業(yè)界解決這一問題的兩大解決方案：

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

　　其二，開發(fā)新的設(shè)備工藝。即通過借用其他材料或是更改產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，實現(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《中國電子報》記者采訪時表示，玻璃基板技術(shù)預(yù)計在2027—2028年量產(chǎn)。

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

　　許家源認(rèn)為，玻璃基板技術(shù)預(yù)計率先應(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)勢的地方，即需要更大尺寸封裝和更快計算速度的應(yīng)用和工作負(fù)載，包括數(shù)據(jù)中心、AI、圖形計算等。

　　謝鴻表示，最先應(yīng)用玻璃基板技術(shù)的場景，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。

　　對于當(dāng)前計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：姬曉婷　　來源：中國電子報、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)