講者： 沈里正博士 (Dr. Li-Cheng Shen)，環(huán)電微小化創(chuàng)新研發(fā)中心 (MCC) 副總

今年(2025)，環(huán)電的沈里正博士受邀擔(dān)任IMPACT 2025 研討會主題講者，在會議期間，沈博士亦代表 Hi-CHIP 聯(lián)盟（該聯(lián)盟包含欣興電子 Unimicron 及工研院 ITRI 等產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵角色），發(fā)表了題為「玻璃核心基板上的系統(tǒng)模組 (SoMoG)」的主題演講，直指汽車產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

隨著車用電子架構(gòu)從分散式系統(tǒng)轉(zhuǎn)向集中化的「區(qū)域」(Zonal) 運(yùn)算，汽車正演變?yōu)橐苿淤Y料中心，這對 HPC 模組的尺寸、功耗和散熱管理帶來了巨大壓力。同時，沈博士也表示，透過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹富鶞?zhǔn)一致」比較，證明玻璃核心基板正是解答。這項(xiàng)技術(shù)不僅是替代材料，更是實(shí)現(xiàn)「設(shè)計(jì)自由度」的催化劑，讓工程師得以打破電氣性能與機(jī)械穩(wěn)定性之間的傳統(tǒng)妥協(xié)，為下一代車用電子樹立了新標(biāo)竿。

典范轉(zhuǎn)移：汽車產(chǎn)業(yè)從云端到邊緣的演進(jìn)

沈博士將本研究置于汽車產(chǎn)業(yè)從分散式架構(gòu)轉(zhuǎn)向集中式「區(qū)域化」(Zonal) 運(yùn)算的巨大變革中。隨著車輛演變?yōu)椤高吘壻Y料中心」與「移動云端」，對強(qiáng)大且具成本效益 CPU 的需求，驅(qū)使 HPC 模組朝向更大尺寸與更高耗能發(fā)展。這種集中化帶來了嚴(yán)峻的電性效能、散熱、機(jī)械應(yīng)力翹曲、可靠度等挑戰(zhàn)，促使環(huán)電探討一個關(guān)鍵問題：「我們能利用玻璃核心基板做得更好嗎？」

Fig 3. 車輛電子架構(gòu)的典范轉(zhuǎn)移

為何選擇玻璃？材料優(yōu)勢分析

環(huán)電對玻璃材料的興趣，源于其能解決 HPC 時代有機(jī)基板局限性的特定材料特性。沈博士強(qiáng)調(diào)了玻璃的幾項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢：

卓越的電氣性能： 玻璃具有極低的介電損耗 (Dielectric loss) 和高絕緣電阻，這對于高速訊號完整性至關(guān)重要。

物理穩(wěn)定度： 玻璃的超平滑表面允許更精細(xì)的線寬和線距 (Fine-pitch interconnects)，而其優(yōu)異的尺寸安定性則支援大尺寸面板的制程。

可調(diào)控的熱膨脹系數(shù) (Tunable CTE)： 這或許是本次演講強(qiáng)調(diào)最關(guān)鍵的特性。與有機(jī)材料不同，玻璃的 CTE 可以被調(diào)整以與硅晶片 (Silicon die) 及 PCB 主機(jī)板相匹配，這種靈活性成為后續(xù)機(jī)械模擬結(jié)果的焦點(diǎn)。

性能分析：設(shè)計(jì)的三位一體

沈博士的演講核心聚焦于性能的三大支柱：電氣、機(jī)械與散熱。

1. 電氣性能：釋放高頻潛力

電氣性能的模擬結(jié)果極具潛力。研究重點(diǎn)在于玻璃通孔 (Through Glass Vias, TGV)，即玻璃核心內(nèi)部的垂直互連技術(shù)。沈博士展示的數(shù)據(jù)顯示，隨著 TGV 間距 (Pitch) 的縮小（從 800μm 降至 400μm 甚至 200μm），回波損耗 (Return Loss) 獲得了顯著改善。具體而言，細(xì)間距 TGV 提供了更短的訊號回流路徑，從而提升了訊號完整性。

一項(xiàng)有趣的發(fā)現(xiàn)與核心厚度有關(guān)。通常情況下，較厚的有機(jī)核心層會降低電氣傳輸性能。然而，環(huán)電發(fā)現(xiàn)，在玻璃材質(zhì)下，將核心厚度從 500μm 增加到 1mm（同時配合細(xì)間距 TGV）實(shí)際上改善了頻寬表現(xiàn)，如以 -15dB 回波損耗為基準(zhǔn)，頻寬可以從 43 GHz 提升至接近 60 GHz。這為工程師提供了一個新的設(shè)計(jì)杠桿：他們可以使用更厚的玻璃來增強(qiáng)機(jī)械剛性，而不必犧牲電氣性能。

Fig 4. 1mm 核心中的 TGV 電氣性能

2. 機(jī)械性能：翹曲帶來的驚喜

機(jī)械模擬部分為供應(yīng)鏈提供了最關(guān)鍵的見解。業(yè)界最初的假設(shè)通常是：因?yàn)椴ＡЬ哂械?CTE（類似于硅），它理應(yīng)能自然地減少翹曲 (Warpage)。然而，沈博士揭示，若僅將有機(jī)材料替換為低 CTE (3.25 ppm) 的玻璃，實(shí)際上在模擬中會使翹曲惡化。這是因?yàn)橄到y(tǒng)模組 (SoM) 是一個復(fù)合結(jié)構(gòu)，不僅包含硅晶片 (CTE ~3 ppm)，還包含模塑化合物 (Molding compound)、銅和其他具有不同膨脹率的元件。

透過虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) (DOE)，環(huán)電模擬了從 3.25 ppm 到 13 ppm 的各種玻璃 CTE 數(shù)值。他們發(fā)現(xiàn)了一個「最佳甜蜜點(diǎn)」，大約在 12 ppm 左右附近。在這個范圍內(nèi)，與有機(jī)基準(zhǔn)相比，翹曲得到了顯著降低。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對材料選擇影響深遠(yuǎn)：環(huán)電指出，對于模組級整合而言，理想的玻璃核心不一定是CTE越小越好，而是要能平衡整個封裝應(yīng)力的 CTE。

Fig 5. 機(jī)械性能：翹曲與 CTE 優(yōu)化

3. 散熱管理：積少成多的增益

散熱在 HPC 中始終是一大挑戰(zhàn)。模擬比較了有機(jī)核心 (熱導(dǎo)率約 0.58 W/mK) 與玻璃核心 (1.2 W/mK) 的差異。結(jié)果顯示，玻璃核心展現(xiàn)了一致的散熱改善，將熱點(diǎn)溫度降低了約 3°C。雖然這不是「巨大」的差異，但在高效能運(yùn)算的世界里，每一度都至關(guān)重要。此外，研究探討了「側(cè)壁鍍銅 (Conformal)」(僅通孔孔壁鍍銅) 與「實(shí)心填銅 (Solid/Full filled)」(完全填滿通孔) 之間的差異。實(shí)心銅 TGV 提供了進(jìn)一步的散熱優(yōu)勢。

進(jìn)一步從系統(tǒng)的角度分析，顯示系統(tǒng)級的決策（例如使用高熱導(dǎo)率的 PCB 作為主機(jī)板），具有更大的影響力，能將溫度降低近 20°C。這凸顯了環(huán)電在系統(tǒng)級整合方面的優(yōu)勢，不僅能針對模組，還能針對整個運(yùn)作環(huán)境向客戶提供建議。

Fig 6. 熱模擬結(jié)果熱圖

發(fā)展藍(lán)圖：從模擬到量產(chǎn)

沈博士在技術(shù)深入探討的最后，概述了 SoMoG 專案的發(fā)展藍(lán)圖。模擬已成功驗(yàn)證了設(shè)計(jì)概念，確認(rèn)玻璃核心基板具備更優(yōu)異的電氣頻寬、更好的散熱能力，且若 CTE 調(diào)整得當(dāng)，將擁有更佳的機(jī)械翹曲穩(wěn)定性。在 IMPACT 2025 發(fā)表的「玻璃核心基板上的系統(tǒng)模組」不僅僅是一份研究報(bào)告，更是環(huán)電技術(shù)能力的宣言。透過主導(dǎo)這項(xiàng)研究，環(huán)電向客戶及全球供應(yīng)鏈展示了幾項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢：

設(shè)計(jì)自由度與靈活性： 環(huán)電證明了無需在電氣性能與機(jī)械可靠性之間做出妥協(xié)。透過利用玻璃的 可調(diào)控 CTE 和 細(xì)間距 TGV，環(huán)電能設(shè)計(jì)出比現(xiàn)有有機(jī)解決方案在電氣上更快、在機(jī)械結(jié)構(gòu)上更平整的模組。

系統(tǒng)級優(yōu)化能力： 環(huán)電的服務(wù)超越了單純的組裝。其在散熱管理 (建議主機(jī)板 PCB 材料) 和翹曲模擬 (建議玻璃供應(yīng)商最佳 CTE) 方面的洞察力，證明了環(huán)電足以擔(dān)任真正的技術(shù)顧問與解決方案提供者。

先進(jìn)制程能力： 過渡到玻璃技術(shù)需要處理新材料、雷射制程及金屬對金屬 (M2M) 鍵合技術(shù)。環(huán)電在 Hi-CHIP 聯(lián)盟中的積極領(lǐng)導(dǎo)地位，確保了其處于建立這些制造標(biāo)準(zhǔn)的最前線。

從概念到實(shí)現(xiàn)：Hi-CHIP 聯(lián)盟的技術(shù)藍(lán)圖

總結(jié)來說，隨著汽車產(chǎn)業(yè)加速邁向集中式高效能運(yùn)算，環(huán)電將自己定位為不僅是制造商，更是能夠駕馭構(gòu)建下一代智慧車輛所需復(fù)雜材料物理的關(guān)鍵開發(fā)合作伙伴。對于希望克服現(xiàn)有有機(jī)基板散熱和訊號完整性瓶頸的汽車 OEM 和晶片制造商，環(huán)電的 SoMoG 平臺提供了一條經(jīng)過驗(yàn)證且有數(shù)據(jù)支持的途徑。我們邀請合作伙伴與我們的微小化技術(shù)中心 (MCC) 接洽，共同探討如何將這些玻璃核心技術(shù)應(yīng)用于您特定的下一代車輛架構(gòu)中。