研究機(jī)構(gòu)Yole Group分析，隨著英特爾于2023年9月宣布推出玻璃芯基板（GCS，Glass Core substrates，又稱玻璃基板），先進(jìn)封裝行業(yè)的創(chuàng)新競賽進(jìn)入新的關(guān)鍵時(shí)刻。這一新的技術(shù)方向是繼有機(jī)基板和陶瓷基板浪潮之后出現(xiàn)的，有望克服有機(jī)核心基板的挑戰(zhàn)，以配合高性能計(jì)算（HPC）和人工智能（AI）大趨勢，在芯片設(shè)計(jì)和制造成本方面將性能、效率和可擴(kuò)展性提升到新的水平。后者取決于技術(shù)的成熟度及其在終端市場的廣泛應(yīng)用。
玻璃作為一種材料，在多個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)中被廣泛研究和集成，代表了先進(jìn)封裝材料選擇的重大發(fā)展，與有機(jī)和陶瓷材料相比具有多項(xiàng)優(yōu)勢。與多年來一直作為主流技術(shù)的有機(jī)基板不同，玻璃具有卓越的尺寸穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和電氣性能。玻璃芯基板結(jié)合上方、下方的布線層以及其它輔助材料，共同制造而成的基板，可完美解決當(dāng)前有機(jī)基板的諸多短板。
據(jù)英特爾介紹，玻璃基板可減少50%圖案失真，布線密度可實(shí)現(xiàn)10倍提升，可改善光刻的焦距和深度，具備出色的平整度。因此，玻璃基板能夠滿足高性能、高密度AI芯片對(duì)于封裝的需求，機(jī)械性能的改進(jìn)使得玻璃基板能夠提高超大尺寸封裝的良率。
此外，玻璃基板還為工程師提供了更高設(shè)計(jì)靈活性，允許將電感、電容嵌入到玻璃當(dāng)中，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)良的供電解決方案，降低功耗。
韓國SKC方案演示
然而，盡管GCS具有潛在的優(yōu)勢，但與任何新技術(shù)一樣，GCS由于制造加工困難，也面臨著一系列挑戰(zhàn)，這不僅是對(duì)基板制造商的挑戰(zhàn)，也是對(duì)設(shè)備、材料和檢測工具供應(yīng)商的挑戰(zhàn)。
Yole Group分析師表示，玻璃的脆性給設(shè)備內(nèi)部的處理和加工帶來了問題，一旦玻璃破碎，這些設(shè)備無法適應(yīng)玻璃碎裂時(shí)產(chǎn)生的碎片，因此需要在制造過程中精確小心。這對(duì)于設(shè)備供應(yīng)商和基板制造商來說，是一項(xiàng)成本高昂的挑戰(zhàn)。此外，玻璃基板給檢測和計(jì)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。
盡管存在這些挑戰(zhàn)，GCS的應(yīng)用仍受到幾個(gè)關(guān)鍵因素的推動(dòng)：對(duì)更大基板和外形尺寸的需求，以及芯片和異構(gòu)集成的技術(shù)趨勢，都推動(dòng)業(yè)界將玻璃作為一種潛在的使能方案。此外，一旦技術(shù)成熟并得到廣泛應(yīng)用，玻璃的潛在成本優(yōu)勢將使其成為HPC和數(shù)據(jù)中心市場的一個(gè)極具吸引力的選擇。
英特爾玻璃基板樣品
自2023年9月以來，英特爾在支持GCS方面所做的開創(chuàng)性努力為整個(gè)行業(yè)的采用奠定了基礎(chǔ)，英特爾已展示一系列玻璃基板樣品及成品芯片，并宣布于2025年之后推出產(chǎn)品，推動(dòng)摩爾定律發(fā)展，提供數(shù)據(jù)中心解決方案。英特爾已在玻璃基板領(lǐng)域進(jìn)行了十年研發(fā)，并為此投資約10億美元，在美國亞利桑那州工廠建立玻璃基板研發(fā)線和供應(yīng)鏈。機(jī)構(gòu)表示，英特爾為行業(yè)提供了指導(dǎo)和方向，鼓勵(lì)其他企業(yè)探索這項(xiàng)前景廣闊的技術(shù)。
在英特爾推出GCS短短幾個(gè)月后，三星于2024年1月的CES 2024宣布正式進(jìn)軍GCS生產(chǎn)領(lǐng)域。2024年5月，三星旗下子公司三星電機(jī)今年將啟動(dòng)玻璃基板試生產(chǎn)，計(jì)劃于今年年底前建立一條試驗(yàn)性生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)將于9月完工。一位消息人士稱，三星電機(jī)已經(jīng)與主要的玻璃基板設(shè)備供應(yīng)商分享了交付時(shí)間表，以確保按期交付。
三星玻璃基板樣品
三星的跟進(jìn)，標(biāo)志著這一新興技術(shù)發(fā)展史上的又一個(gè)里程碑，同時(shí)也凸顯了英特爾此舉的影響力，因?yàn)榘雽?dǎo)體行業(yè)對(duì)這一技術(shù)的興趣和投資都在不斷增長。
與英特爾的努力并駕齊驅(qū)，美國公司Absolics也在GCS發(fā)展史上留下了濃墨重彩的一筆，獲得了韓國SK集團(tuán)旗下半導(dǎo)體材料公司SKC 6億美元的首筆巨額投資，并成為其子公司。這筆投資意味著Absolics成為全球第一家專門生產(chǎn)玻璃基板的公司，只是與英特爾公司相比采用了不同的技術(shù)。
Absolics玻璃基板演示
2024年5月，美國商務(wù)部宣布將向Absolics公司撥款7500萬美元，以幫助其生產(chǎn)。SKC于今年7月宣布，Absolics在佐治亞州投資約2.22億美元建設(shè)的工廠已經(jīng)竣工，開始批量生產(chǎn)玻璃基板原型產(chǎn)品。
研究機(jī)構(gòu)表示，Absolics和SCHMID等新企業(yè)的出現(xiàn)，以及激光設(shè)備供應(yīng)商、顯示器制造商、化學(xué)供應(yīng)商等的參與，凸顯了圍繞GCS新生供應(yīng)鏈正在形成的多樣化生態(tài)系統(tǒng)。目前合作伙伴關(guān)系正在形成，以解決與GCS制造相關(guān)的技術(shù)和物流挑戰(zhàn)，這體現(xiàn)了為實(shí)現(xiàn)GCS全部潛力而做出的集體努力。
在這一版圖中，玻璃通孔（TGV）是GCS的支柱之一。TGV為制造更緊湊、功能更強(qiáng)大的設(shè)備鋪平了道路。TGV有助于提高各層之間的連接密度，有助于提高高速電路的信號(hào)完整性。連接間距的縮短可減少信號(hào)損失和干擾，從而提高整體性能。集成TGV后，不再需要單獨(dú)的互連層，從而簡化制造流程。然而，盡管TGV具有諸多優(yōu)勢，但它也面臨著許多挑戰(zhàn)。由于其制造工藝的復(fù)雜性，TGV更容易出現(xiàn)缺陷，從而可能導(dǎo)致產(chǎn)品故障。此外，與其他解決方案相比，TGV通常意味著更高的生產(chǎn)成本。對(duì)專用設(shè)備的需求以及缺陷風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。最近，LPKF等激光設(shè)備制造商獲得了許多新的TGV相關(guān)專利。這些進(jìn)步有助于GCS的商業(yè)化，同時(shí)也解決了與玻璃中介層有關(guān)的難題。這種解決方案可以同時(shí)促進(jìn)GCS和玻璃中介層的發(fā)展，有望成為下一代功能強(qiáng)大的設(shè)備。
此外，GCS和面板級(jí)封裝（PLP）、FOPLP（扇出型面板級(jí)封裝）之間的協(xié)同作用也在推動(dòng)這兩個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新。由于這兩種技術(shù)都采用類似的面板尺寸，因此在提高芯片密度、降低成本和提高制造效率方面具有互補(bǔ)性。
Yole Group評(píng)論，GCS是先進(jìn)集成電路基板和先進(jìn)封裝領(lǐng)域前景廣闊的前沿技術(shù)，為下一代芯片設(shè)計(jì)和封裝提供了無與倫比的性能和可擴(kuò)展性。作為新技術(shù)，雖然挑戰(zhàn)依然存在，但行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和參與者的共同努力正在為玻璃基板在各個(gè)終端市場的廣泛應(yīng)用鋪平道路，其中AI芯片和服務(wù)器是重中之重。隨著GCS技術(shù)的成熟和供應(yīng)鏈基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，GCS有望重新定義先進(jìn)封裝的格局。（校對(duì)/孫樂）
