英特爾公布玻璃芯研發進展，玻璃基板或引領下一代先進封裝

電子發燒友網報道（文/李寧遠）近日，英特爾發表聲明展示“業界首款”用于下一代先進封裝的玻璃基板，與現今使用的有機基板相比，玻璃基板具有卓越的機械、物理和光學特性，在單一封裝中可連接更多晶體管，提高延展性并能夠組裝更大的小芯片復合體。

英特爾指出，玻璃基板憑借優秀的平面度有效改善光刻的聚焦深度，提升封裝的良品率，降低加工成本。此外，玻璃基板還具有利于層對層互連覆蓋的物理結構穩定性，進一步提升封裝的晶體管密度上限，降低封裝功耗。

下一代封裝技術，玻璃基板優勢明顯

隨著半導體制程工藝提升越來越困難，先進封裝技術的重要性則愈發凸顯，成為延續摩爾定律的關鍵。在封裝領域，大家聽到的更多的是先進封裝技術，其實封裝基板一直是封裝細分領域的重要組成部分。

封裝基板為芯片提供保護和支撐，既是芯片向外界散熱的主要途徑，也是實現芯片與外界之間進行電流和信號傳輸的重要載體。

根據封裝基板的材料、結構和功能特點常見的封裝基板有很多分類，其中有機封裝基板是半導體行業常用的一種基板。有機封裝基板是一種采用有機材料作為基板的封裝方式。有機基板具有較低的成本、較好的加工性能和較輕的重量這些優勢，在消費類電子產品的芯片封裝中很常見。

近日英特爾展示用于下一代先進封裝的玻璃基板時表示，到本世紀末，有機材料基板會迎來技術瓶頸，有機材料基板無法進一步提高晶體管密度的同時，還面臨著容易收縮形變的問題。例如數據中心的系統級封裝（SiP）具有數十個小片，功耗可能高達數千瓦，有機材料基板作為互連材料已經開始乏力。

可以說芯片基板作為芯片的重要組成部分，對芯片性能和穩定性有著重要影響，在芯片集成度不斷升級的需求下，有機材料基板逐漸不能滿足封裝需求。

本次展示的玻璃基板被英特爾譽為“重大突破”，能夠解決有機材質基板用于芯片封裝產生的翹曲問題，突破有機材質基板受限的性能天花板，讓半導體封裝晶體管數量極限最大化，同時還具有更省電、散熱更好的優勢。

根據英特爾的說法，這并不意味著用玻璃取代整個基板，而是用玻璃取代有機封裝中的有機材料。

玻璃這種無機非金屬材料，其高硬度、高熔點、熱導性能良好的熱性是成為理想的芯片基板材料的基礎。同時，玻璃基板具有較好的表面平整度和尺寸穩定性，玻璃基板的熱膨脹系數與硅相近，可以有效地減小熱應力帶來的影響。而且，在光透過性上，玻璃基板的表現更出色。

根據公布的信息，該玻璃基板可以承受更高的溫度，將pattern distortion減少了50%，確保了制造過程的精密和準確。并具有極低的平面度，可改善光刻的聚焦深度，并具有極其緊密的層間互連覆蓋所需的尺寸穩定性。英特爾的目標是在2030年前將單一封裝芯片中的晶體管數量上限提高至1萬億個，玻璃基板在內的先進封裝技術將會此目標提供不少助力。

同時英特爾表示，使用玻璃材料基板能夠提高芯片的供電效率，互連密度相比有機材料可以提高10倍，將帶寬近翻倍提升至448G。

受益于互連密度的提高，數據密集型應用的高密度、高性能芯片無疑將率先從這項技術中受益。英特爾也預計玻璃基板正式面世后最初將用于需要較大尺寸封裝的應用，如涉及數據中心和人工智能方向。

助力芯片微縮化，算力增長催生玻璃基板需求

在算力需求迅猛增長的如今，算力已經是無法替代的先進生產力，是人工智能、大數據、物聯網等先進技術落地應用的基礎支撐。下一代先進封裝的玻璃基板憑借單一封裝納入更多的晶體管，將實現更強大的算力，持續推進摩爾定律極限。

先進芯片的競爭，不論是先進制程還是先進封裝，都有一個共同點，即在單一封裝納入更多的晶體管進一步微縮化，這也是實現更強大算力的前提。

在先進制程領域，臺積電和三星都在為2nm制程節點沖刺，英特爾的Intel 20A、Intel 18A制程節點也在按計劃推進中，預計在2025年先進制程迎來龍頭間階段性的白熱化對決。為了解決芯片進一步微縮的難題，業界也在不斷探索著新的芯片供電網絡方案。

在半導體先進制程領域，工藝在向更小的制程節點突破，封裝領域的競爭也正在向細分領域蔓延。英特爾在業內率先推出用于下一代先進封裝的玻璃基板，如果進展順利，將繼續推動摩爾定律以數據為中心的應用的算力需求，為未來的算力時代提供助力。

隨著先進技術對更強大計算需求的增加，半導體行業進入在封裝中使用多個“Chiplet”通過內部互聯的技術封裝在一起。信號傳輸速度、功率傳輸、設計規則和封裝基板穩定性等任一項改進都對先進芯片來說至關重要。

玻璃基板優越的機械、物理和光學性能允許在一個封裝內連接更多的晶體管，傳輸信號的速度也會更快。芯片架構師將能夠在一個封裝里封裝更多的Chiplet，同時實現性能、密度、靈活性的提升并降低功耗。對于半導體行業來說，芯片微縮進程里玻璃基板或許是下一代封裝里必不可少的一環。

除了英特爾，此前韓國SK集團的芯片封裝子公司Absolics宣布進入玻璃基板賽道，目標是今年建成將成為半導體封裝玻璃基板量產工廠，首先專注于小量生產，并計劃自2024年第二季正式投入量產。

日本DNP也表示已開發出專注于新一代半導體封裝的玻璃基板，量產目標時間定在2027年。Absolics和DNP的玻璃基板技術都源自美國GT PRC，不過二者目前研發的針對玻璃基板的應用有所不同。

寫在最后

雖然玻璃基板技術距離量產，距離引領半導體行業進入下一個封裝時代還需要不少時間突破材料制備上的困難，同時成本和良率也很難在短時間內和經過長期驗證的有機基板競爭。但這一進展的公布無疑是一個開始，封裝革命的開始，它讓業內看到了玻璃基板已經可以提供比當前有機基板更好的信號性能和更密集的布線，是下一代封裝里重要一環。

隨著半導體行業的快速發展，尤其是算力需求的攀升，芯片制造領域的競爭越來越激烈，設計、制造、封測每個環節都可能成為芯片行業的勝負手。先進封裝領域，競爭已經在每一個細分領域打響。