下一代主流基板材質 - 玻璃基板

 Intel 認為玻璃基板有望成為下一代主流的基板材質. Intel 認為半導體行業主流的基板技術將會每15年改變一次, 未來行業將會迎來玻璃基板的轉變, 而從有機板到玻璃基板的這個轉變將在近 10年發生, 玻璃基板的出現並不會馬上完全取代有機板.

Intel  認為基於玻璃基板, CPO將是先進封裝下一代主流技術. 相比有機板和矽,  玻璃基板的性能和密度均有提高, 可以允許在更小的占用面積下封裝更多的 Chiplets, 以此帶來更低的整體成本的功耗. Intel 研發的 CPO 也可以通過玻璃基板進行設計.

玻璃基板直接利用玻璃中介層 (Glass Interposer) 實現晶片之間, 晶片與外部的互聯,  利用玻璃材質成本低, 電學性能好, 翹曲低等優點來克服有機物材質和矽材質的缺陷, 來實現更穩定, 更高效的連接以及降低生產成本, 有望為 2.5D/3D 封裝帶來全新的範式改變.

玻璃基板的優勢 1) 低成本:  玻璃轉接板的制作成本大約只有矽基轉接板的 1/8.  2) 優良的高頻電學特性: 介電常數只有矽材料的 1/3左右,  損耗因子比矽材料低  2~3 個數量級. 3) 大尺寸超薄玻璃襯底易於獲取. 4) 工藝流程簡單. 5) 機械穩定性強. 6)應用領域廣泛.

玻璃中介層對比矽中介層, 擁有更低的介電常數, 更短的互聯長度和更高的傳輸速率 (約提高3.5倍) 以及帶寬密度 (提高約3倍), 同時能耗可以有效降低約 2倍, 玻璃中介層的優勢較為明顯.

目前 AI 能對數據中心和傳輸效率提出了更高的要求, 尤其是對低功耗, 高帶寬的光模組的需求更加迫切, 而高算力 Chiplet 晶片離不開 Cowos, FOEB 等先進封裝平台. 隨著 AI 晶片尺寸/封裝基板越來越大, 玻璃基封裝被各大公司提上日程, 期望玻璃基板能夠構建更高性能的多晶片系統級封裝 (SiP).

玻璃基板上游原材料為矽砂, 純堿,  石灰石, 硼酸和氧化鋁等. 它們是玻璃的形成物, 構成了玻璃的主體, 決定了該種玻璃的物理和化學性質. 隨著制備技術的不斷成熟, 玻璃基板的性能優勢逐步顯現, 其下游應用得以持續擴展和深化, 覆蓋了面板, IC 封裝, CMOS, MEMS 等領域.

全球玻璃基板市場預計將從 2023 年的 71 億美元增長到 2028 年的 84 億美元, CAGR 達 3.5%. 美國康寧 (Corning) 為玻璃基板行業絕對龍頭, 全球市場份額占比高達 48%; 玻璃基板行業的壟斷在高世代線尤為突出. 在 8.5 代線玻璃基板市場, 康寧以 29% 的市場份額位列全球第一.

2023 年, Intel 最先宣布推出基於下一代先進封裝的玻璃基板開發的最先進處理器, 並計劃於 2026-2030 年量產. 2024 年初三星電機提出將建立一條玻璃基板原型生產線,  計劃於 2026 年實現量產. 此外蘋果, AMD, SK, LG, Ibiden 等公司也陸續考慮開發玻璃基板.

除使用玻璃作為基底外, 面板級封裝也可以實現生產效率的提升. 自蘋果 A10 處理器, A11 處理器開始使用高密度扇出封裝以來, 扇出晶圓級封裝 (FOWLP) 逐步成為覆蓋從單一 MEMS, 記憶體到多晶片集成的主要封裝技術, 而扇出面板級封裝 (FOPLP) 有望在未來實現一定的替代. FOPLP 工藝流程與 FOWLP 不同之處在於在 FOPLP 用較大的面板代替了晶圓.