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玻璃芯片来了:一文看懂玻璃基板 半导体工程师 2024

来源:雪球App,作者: 国软检测赵工芯,(https://xueqiu.com/8421399706/291385014)

半导体工程师 2024-05-25 08:45 北京

三星电机前不久宣布,2026年就要开始量产玻璃基板了——去年Intel也说2030年之前,基于玻璃基板的芯片要用到数据中心、AI HPC领域...这“玻璃芯片”到底是个啥,来得怎么这么快?

有关玻璃基板(glass substrate)或者玻璃芯技术(glass core technology),近半年有两个比较重要的商业化信息。其一是去年9月,Intel宣布2030年之前(the second half of this decade)面向先进封装采用玻璃基板。

我们在今年初Intel Foundry活动上也见到了玻璃基板技术的展示,只不过现场不能拍照——表明这东西仍然要等。Intel此前表示玻璃基板技术会率先应用于数据中心,用在搭载多die的超大24x24cm SiP(system-in-package)芯片上。

还有一则新闻是5月初三星电机(Samsung Electro-Mechanics)宣布预期2026年面向高端SiP准备开始生产玻璃基板——这是个听起来更激进的计划。据说预商业生产线于今年Q4就要开始运营了,fab厂位于韩国世宗;今年9月以前所有必要的设备采购与安装就会就绪。

Intel在新闻稿中说对于玻璃基板可替代传统有机基板(organic substrates)的研究和评估,已经超过10年,玻璃芯技术R&D投资也超过了10亿美元。三星如果能在短时间内令这项技术提枪上马,的确是动作很快了。不过三星并未解释对于“玻璃基板”技术前期会用到何种程度。

借着这个机会,我们从现有资料中尝试挖掘玻璃芯技术究竟是怎么回事,为什么它可能取代传统方案,以及取代传统方案的难点和阻碍在哪儿。笔者并非这方面的专家,若有错误,欢迎指正。

所谓的玻璃芯,到底哪儿是玻璃?

先做个简单的科普,一片die造出来以后需要进行封装。这项工作一方面是让die与外界可以进行电气与信号连接,毕竟芯片需要与外界做交互;另一方面,封装也为芯片提供稳定的工作环境。起码像CPU散片这样的东西要拿在手里,总不能让手直接接触到die内部的器件。

所以现在零售的CPU芯片拿在手里,我们能看到顶盖以及下方绿色的substrate基板(以下基板皆采用英文substrate)。

从早年的DIP双排引脚封装,到表面贴装、BGA封装、芯片倒装(flip chip),封装技术也经过了多代变迁。到现在以2.5D/3D封装为代表的“先进封装”出现,封装技术变得愈加复杂。

可总结封装技术的走向,始终是越来越密集的互联实现——也就是芯片内部die需求与外界连接的更大吞吐。这应该是驱动封装技术进步的核心。2.5D封装的出现,不单是因为单die尺寸的reticle limit,也在于封装substrate很难满足多die间密集的互联需求。

所以可以考虑的是加入个interposer——中介层,位于die和substrate之间。这个interposer内部可以承载更为密集的走线、互联,die与die之间的沟通效率也就提高了。那么也就有了下图这样的2.5D封装结构(要详细了解先进封装,可点击这里查看)...

来源:Ansys

有了这样的基础以后,就可以开始谈什么是玻璃芯技术了。电子互联解决方案厂商Samtec去年做过有关玻璃芯技术(glass core technology)的演讲。下面这张图给出了该技术的适用方向。其中glass interposer是

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