英特爾近日在APJ封裝圓桌會議技術活動上介紹了其玻璃基板技術，并表示，“我們計劃在本十年后半期推出石英玻璃基板。我們希望這能夠持續改進半導體性能。”

隨著半導體電路變得越來越復雜和越來越薄，半導體行業越來越需要新型基板。塑料基板已經出現問題，因為它們的粗糙表面會對超精細電路的固有性能產生負面影響。

作為替代方案，出現了玻璃基板。這些由玻璃制成的基板具有比塑料基板更光滑的表面，安裝在其上后可能會使高性能芯片的性能提高一倍。基板也可以比以前的設計薄四分之一以上，有助于減少安裝面積。與傳統型號相比，功耗也可以減半。盡管玻璃基板的商業化可能還需要一段時間，但有預測稱，一旦實現，將成為基板行業新的游戲規則改變者。

玻璃，有望接任？

日前，日本Dai Nippon Printing (DNP) 展示了半導體封裝的一項新開發成果——玻璃芯載板 (GCS：Glass Core Substrate)——據說它可以解決ABF帶來的許多問題。

DNP聲稱，其具有玻璃芯的 HDI 載板與基于有機樹脂的載板相比具有更優越的性能。根據 Dai Nippon 的說法，使用玻璃芯載板 (GCS) 可以實現更精細的間距，因此可以實現極其密集的布線，因為它更硬并且不易因高溫而膨脹。DNP展示的示意圖甚至完全從封裝中省略了細間距載板，暗示這部分可能不再需要。

DNP 在報道中還表示，其玻璃芯載板可以提供高縱橫比的高玻璃通孔 (TGV) 密度（與 FPS 兼容）。在這種情況下，縱橫比是玻璃厚度與通孔直徑之間的比率。隨著過孔數量的增加和比例的增加，載板的加工變得越來越困難，并且保持剛性變得更具挑戰性。

從DNP的介紹可以看到，其開發的玻璃載板具有 9 的縱橫比，并確保粘合性以實現細間距兼容布線。該公司表示，由于 GCS 厚度限制很少，因此在保持厚度、翹曲、剛度和平滑度之間的平衡方面有很大的自由度。“我們還有新的專有制造方法增強了玻璃和金屬之間的粘附性，這是傳統技術難以實現的，這也幫助他們實現了精細間距和高可靠性。”DNP同時還強調。

除了DNP，韓國SK集團旗下的Absolics也看好了玻璃帶來的機會。因為他們認為玻璃擁有很高的耐熱性，為此他們將其視為半導體封裝的改革者。Absolics表示，隨著微處理的性能提升已達到極限，半導體行業正在積極利用異構封裝，但現有的半導體載板必須通過稱為硅中介層的中間載板連接到半導體芯片，而內置無源元件的玻璃載板可以在相同尺寸下集成更多的芯片，功耗也減少了一半。值得一提的是，Absolics在早前還獲得了美國設備大廠應用材料的投資。

另外，玻璃大廠康寧也看好玻璃在載板中的機會。

他們在一篇論文寫道，半導體封裝的新舉措創造了對新材料解決方案的需求。為擴展用于 3D-IC 堆疊的中介層技術，人們付出了巨大的努力。正在開發多種解決方案來滿足其中一些需求，包括使用各種常用材料的傳統中介層以及扇出晶圓級封裝 (FOWLP)，這已成為試圖實現低成本的普遍考慮因素。

此外，移動設備和物聯網 (IoT) 的激增導致對 RF 通信的要求越來越高。這些要求包括引入更多頻段、更小/更薄的封裝尺寸以及在引入新功能時需要節省電力以延長電池壽命等要求。事實證明，玻璃是應對這些挑戰的絕佳解決方案，因為玻璃具有許多支持上述舉措的特性，當中包括高電阻率和低電損耗、低或可調節的介電常數以及可調節的熱膨脹系數 (CTE)。

康寧表示，3D IC 堆疊的重要挑戰之一是由于 CTE 不匹配而導致的可靠性，而玻璃提供了一個極好的機會來管理 3D-IC 堆疊的翹曲，同時優化 CTE。下圖說明了在中介層應用中堆疊具有多個 CTE 的載板所面臨的挑戰。其中左圖示意性地顯示了安裝在 Si 中介層上的 Si 芯片，然后將其安裝在有機載板上。當載板經歷溫度循環時，CTE 不匹配會導致故障。

但是，如果使用 CTE 介于玻璃和有機物之間的玻璃中介層代替 Si 中介層，則可以更好地管理這種翹曲并提高可靠性，正如佐治亞理工學院封裝研究中心 (PRC) 的工作所證明的那樣，如上圖圖右所示 。

編輯：黃飛

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