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先进封装技术往玻璃基封装开进
发布时间:2024-05-10 点击数:313


 

20世纪70年代引线框架/引线接合封装诞生以来,大约每15年就会发生一次重大的基板技术变化。现在新的玻璃基板技术路线徐徐而来,除了台积电无心应战,英特尔、三星、SKC三巨头已经宣战,国内四小龙提前应战,其他小伙伴且看且站。本文为诸位看官汇报了当前TGV玻璃基板封装最领先的技术进展。

 

 

当前AI运算及处理器芯片的封装尺寸越来越大,大尺寸FCBGA翘曲面临瓶颈。由于大尺寸芯片不断增加芯板厚度来克服翘曲问题,会使得通孔距离变长增加了过孔传输损耗,且无法同时满足高模量与DKDF指标高温下的涨缩变形小,可降低50%的图形失真。玻璃基板可以提高系统的良率与可靠性。若成功实现量产,将带来新一代的光通信革命

 

l玻璃基板在AI芯片大尺寸封装当中可以克服有机基板的翘曲问题,强化 GPU 的结构并实现更好的电气和机械可靠性可实现超大尺寸、高组装产量的外形封装。

 

l具有超低的粗糙度(超级平坦),可提高光刻的聚焦度。

 

l能提供紧密的叠层互连所需的尺寸稳定性,具有将互连密度和光学互连集成度提高 10 倍的潜力。

 

l玻璃基板在功率传输和信号路由的设计规则方面为AI芯片设计师提供了更大的创意。

 

l能够与光学组件无缝互连集成,并能在更高的温度流程下将电感器和电容器嵌入玻璃基板中。

 

l还有更好的功率传输解决方案,同时以更低的成本实现所需的高速信号。

 

l适用于玻璃晶圆和超大尺寸的玻璃面板。

 

玻璃基板有望应用在人工智能、高性能存储与大模型高性能计算(基于光电子的计算和射频、硅光集成、高带宽存储器)、6G通信领域。三星、英特尔、英伟达、AMD未来3-5年内或有新产品亮相。

ChatGPT、Sora彻底引爆了人工智能,对数据中心和传输效率提出了更高的要求,尤其是对低功耗、高带宽的光模块的需求更加迫切。CPO共封装光学成为一匹黑马半道杀出,引发关注。该技术将硅光模块和CMOS芯片封装集成,使用玻璃基板,从玻璃基板边缘进行插拔互联,可降低功耗和成本。

英伟达指出,AI所需的网络连接带宽将激增32倍,继续使用传统光模块将导致成本翻倍和额外的20-25%功耗。CPO技术有望降低现有可插拔光模块架构的功耗达50%。因此有望成为满足AI高算力需求的高效能比解决方案。

英特尔研发的可共同封装光学元件技术(CPO)通过玻璃基板设计利用光学传输的方式增加信号。并联合康宁通过CPO工艺集成电光玻璃基板探索400G及以上的集成光学解决方案。IBMII-VIHPEFujitsuFurukawa也开发了基于硅光解决方案的CPO产品,将芯片倒装到玻璃基板上。

英特尔是玻璃基板概念的引爆者,将玻璃视为人工智能竞赛中的重要材料。英特尔表示玻璃基板用在需要更大外形封装(即数据中心、人工智能、图形)和更高速度功能的应用程序和工作负载。针对数据中芯,期望玻璃基板能够构建更高性能的多芯片系统级封装(SiP)。

玻璃基板是封装领域的下一个重大事件,并为英特尔代工生态系统制定了广阔的愿景英特尔已投入超10亿美元在亚利桑那州拥有一条完全集成的玻璃研发线,该封装产线2027/2028年开始使用玻璃基板,2030年开始批量生产。第一批玻璃芯基板的高端HPC和AI芯片产品将是英特尔规模最大、利润最高的产品,更是其至强处理器等庞然大物的后继者。英特尔正在努力恢复长久以来被台积电和三星蚕食的实力。

三星也在几个月后,宣告了加速玻璃基板芯片封装研发。2024年3月,三星组建了一个由三星电机、三星电子和三星显示器部门组成的联合研发(R&D)统一战线,以在尽可能短的时间内开发玻璃基板并将其商业化。三星电机已在CES上就宣布计划在 2026 年大规模生产玻璃基板,比英特尔更快。三星电子预计将专注于半导体和基板的集成,而三星显示器将处理与玻璃加工相关的方面。三星电机已于2024年1月宣布开发半导体封装玻璃基板,计划于2025年生产样品。这标志着三星电机首次与三星电子和三星显示器等电子元件子公司合作进行玻璃基板研究。

2023年9月,国内ABF大厂安捷利美维向重点客户推送了与英特尔产品同样的ABF基玻璃载板。成为全球唯一ABF载板封装厂发布玻璃基ABF载板封装的基板商。ABF夹层玻璃基板,用于机械支撑,防止微裂纹在过孔形成过程中,以及改进的表面导体粘附性,可以将ABF基玻璃叠层14层。目前上海工厂2万BU/月,厦门工厂建成后将达到20万BU/每月。

云天半导体和三叠纪是目前国内目前仅有的进行玻璃晶圆级封装量产的企业三叠纪广东公司广东佛智芯公司量产玻璃面板级封装的两家企业以上四家是玻璃面板的典型代表。