中國(guó)粉體網(wǎng)訊  隨著對(duì)更強(qiáng)大計(jì)算的需求增加，半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入在封裝中使用多個(gè)“小芯片”的異構(gòu)時(shí)代，提高信號(hào)傳輸速度、功率傳輸、設(shè)計(jì)規(guī)則和封裝基板的穩(wěn)定性將是至關(guān)重要的。與目前使用的有機(jī)基板相比，玻璃基板具有優(yōu)異的機(jī)械、物理和光學(xué)性能，可以在封裝中連接更多的晶體管，提供更好的可擴(kuò)展性，并組裝更大的小芯片復(fù)合體。

優(yōu)秀天然屬性，成就理想基板材料

玻璃基板憑借一系列出眾物理性質(zhì)，在半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。其表面平整度極高，粗糙度處于極低水平，這種特性為微小尺寸半導(dǎo)體器件的精密制造筑牢根基。在芯片不斷追求小型化、集成化的當(dāng)下，微小尺寸器件對(duì)制造平臺(tái)的精度要求嚴(yán)苛，玻璃基板就像一位精準(zhǔn)的“空間搭建師”，為器件制造提供了超平整、超光滑的理想操作空間，讓高密度重布線層（RDL）布線得以順利推進(jìn)。

玻璃基板與硅、有機(jī)基板各項(xiàng)性質(zhì)對(duì)比 來(lái)源：興業(yè)證券經(jīng)濟(jì)與金融研究院

有效對(duì)抗翹曲問(wèn)題，適合大尺寸封裝

大尺寸基板在承載高密度芯片封裝時(shí)，面臨著封裝過(guò)程中熱量積聚的挑戰(zhàn)。當(dāng)硅芯片、環(huán)氧樹(shù)脂模塑料與有機(jī)RDL層堆疊封裝時(shí)，各材料熱膨脹系數(shù)（CTE）的差異會(huì)引發(fā)顯著問(wèn)題，溫度升高時(shí)，不同材料的膨脹幅度不一，在成型、固化或脫粘等工藝環(huán)節(jié)中，材料界面的應(yīng)力變化會(huì)導(dǎo)致堆疊結(jié)構(gòu)翹曲，甚至引發(fā)分層或接頭凸塊錯(cuò)位等失效風(fēng)險(xiǎn)。

相比之下，玻璃基板展現(xiàn)出獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，其熱膨脹系數(shù)為3-9ppm/K，與硅芯片的2.9-4ppm/K接近，不易因封裝過(guò)程中產(chǎn)生熱量導(dǎo)致各層材料間形變程度不同而發(fā)生翹曲，而50-90GPa的楊氏模量遠(yuǎn)高于有機(jī)材料，使其具備更強(qiáng)的抗形變能力。更關(guān)鍵的是，玻璃基板憑借大尺寸穩(wěn)定性與可調(diào)節(jié)的剛性模量，將通孔密度提升至傳統(tǒng)硅基板的10倍，大大提高芯片封裝密度。

晶圓翹曲示意圖  來(lái)源：《臨時(shí)鍵合工藝中晶圓翹曲研究》（李碩等）

優(yōu)越電氣性能，減少傳輸損耗

玻璃作為絕緣材料，其相對(duì)介電常數(shù)僅為硅片的三分之一，這一特性使其在高頻信號(hào)傳輸中優(yōu)勢(shì)顯著。較低的介電常數(shù)可大幅降低寄生電容效應(yīng)，有效減少信號(hào)傳輸過(guò)程中的能量損耗，讓玻璃中介層在高速數(shù)據(jù)傳輸中既能保持優(yōu)異的功率效率，又能確保信號(hào)完整性。

此外，玻璃材料的高電阻率特性，使其在應(yīng)對(duì)高密度互連場(chǎng)景時(shí)更具優(yōu)勢(shì)，相鄰互連間的電流泄漏被顯著抑制，相較于硅材料，可大幅降低串?dāng)_與噪聲干擾。隨著芯片封裝向精細(xì)化、高密度互連方向發(fā)展，玻璃基板憑借介電性能與絕緣特性的雙重優(yōu)勢(shì)，不僅能滿足人工智能芯片對(duì)超高互聯(lián)密度的需求，更能為復(fù)雜封裝結(jié)構(gòu)中的信號(hào)穩(wěn)定傳輸筑牢基礎(chǔ)。

與硅片相比玻璃基板傳輸線的插入損耗更低  來(lái)源：Shorey.Process and Application of Through Glass Via(TGV) Technology

封裝尺寸變化帶來(lái)顯著成本效益

芯片的矩形結(jié)構(gòu)與硅中介層的圓形形態(tài)存在天然幾何不匹配，這導(dǎo)致晶圓邊緣產(chǎn)生大量未利用區(qū)域，且隨著芯片尺寸增大，晶圓面積利用率會(huì)進(jìn)一步下降。以300mm晶圓級(jí)封裝與515×510mm面板級(jí)封裝為例，矩形面板級(jí)封裝的芯片占用面積比高達(dá)93%，較晶圓級(jí)封裝64%的利用率形成顯著優(yōu)勢(shì)。這種幾何效率的差異直接引發(fā)生產(chǎn)速率的級(jí)差，據(jù)Yole報(bào)告顯示，扇出型晶圓級(jí)封裝（FOWLP）面積使用率低于85%，而扇出型面板級(jí)封裝（FOPLP）則突破95%。因此采用大規(guī)格的矩形玻璃作為載體或最終作為中介層，能夠在一個(gè)載體或中介層中容納更多芯片，可顯著提高先進(jìn)封裝的效率。具體推算從200mm過(guò)渡到300mm大約能節(jié)省25%的成本，從300mm過(guò)渡到板級(jí)，則能節(jié)約66%的成本。

面板相比晶園面積使用率提升  來(lái)源：興業(yè)證券經(jīng)濟(jì)與金融研究院

參考來(lái)源:

興業(yè)證券《先進(jìn)封裝助推玻璃基板產(chǎn)業(yè)快速成長(zhǎng)》

李碩.臨時(shí)鍵合工藝中晶圓翹曲研究

Shorey.Process and Application of Through Glass Via(TGV) Technology

(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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