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半導體玻璃基板封裝技術崛起, 引領先進封裝新風潮

隨著5G、人工智慧(AI)、高性能計算(HPC)等新興技術的快速發展,電子產品對性能、功耗、尺寸等方面的要求越來越高。與此同時,傳統的晶片封裝技術也面臨著瓶頸,迫切需要突破性的創新。在這樣的背景下,玻璃基板封裝技術悄然崛起, 正成為先進封裝領域新的風口

玻璃基板封裝的優勢

玻璃基板封裝是一種新興的封裝技術,與傳統的塑膠基板封裝相比,它具有諸多優勢:

  • 尺寸穩定性強:玻璃基板的加工精度高,可實現更細緻的線路佈局,有利於實現高密度封裝。

  • 介電損耗低:玻璃材料的介電損耗較低,有利於高頻信號的傳輸。

  • 散熱性能好:玻璃基板可以在一定程度上起到散熱作用,有助於器件的熱量管理。

  • 抗彎曲性強:玻璃基板相較塑膠基板更耐彎曲,適合應用於柔性電子產品。

  • 高透光性:玻璃基板具有良好的光學特性,適用於光學電子器件。

這些特點使得玻璃基板封裝在高頻通訊、高性能計算、人工智慧等領域脫穎而出,成為未來先進封裝技術的重要發展方向。

產業巨頭搶灘玻璃基板封裝

隨著玻璃基板封裝技術的興起,全球半導體巨頭正紛紛布局這一新興領域。台積電內部已經擁有玻璃基板封裝的研發產線,正在持續推進這一技術的創新與應用。而在競爭對手中,英特爾和三星更是搶佔了先機。


  • 英特爾方面,早在10年前就開始在美國亞利桑那州工廠投資10億美元,建立玻璃基板的研發生產線。該生產線如今已經逐步成形,英特爾也開始大規模採購未來量產所需的設備。根據英特爾的規劃,他們將在2026~2030年實現玻璃基板封裝的量產。也就是說,英特爾已經做好了充分的準備,並且正在加速推進這一技術的產業化進程。

  • 三星也不甘落後,於2024年CES大會上宣布,目標在2026年實現玻璃基板封裝的量產。三星集團旗下三星電機正在建置產線,研發玻璃基板人工智慧晶片應用。三星集團還在協調旗下部門,如三星顯示器技術,確保玻璃基板研發與生產順利。其中,預計三星電子將掌握半導體與基板結合的訊息,三星顯示將承擔玻璃加工等任務。

  • 作為全球第一大基板供應商,日本Ibiden也在去年10月宣布,擬將玻璃基板作為新業務研發。而業內人士在今年3月11日透露,日本Ibiden正處於半導體封裝用玻璃芯基板技術的探索階段。

  • SK集團與LG也已將目光投向玻璃基板:SK集團旗下SKC已設立子公司Absolix,並正在與AMD等半導體巨頭探討大規模生產玻璃基板。 LG Innotek則表示,玻璃將是未來半導體封裝基板的主要材料,公司正在考慮開發玻璃基材。

  • 蘋果也正積極參與下一代晶片開發領域,即由玻璃基板製成的 PCB,這個方式提供新的晶片安裝及封裝方式,提供更好散熱性能,使處理器以最大功率運行更長時間。


目前 PCB 通常由玻璃纖維和樹脂混合製成,下面是銅層和焊料層。這種材料對熱很敏感,當溫度過高時會降低晶片性能,因此透過熱節流仔細控制晶片溫度,代表晶片只能在有限時間維持最高性能,再降回較慢速度,以降低溫度。改用玻璃基板後將大幅提高電路板能承受的溫度,使晶片在更高溫度下運作,並在更長時間內維持最高性能。此外,玻璃基板具有扁平特性,能進行更精確雕刻,使元件間距離更近,增加任何給定尺寸內的電路密度。玻璃基板也可以提高晶片封裝10倍的互連密度,這對於數據密集型工作負載領域,如AI,高密度的晶片封裝尤為關鍵,在單一封裝中可連接更多電晶體,提高延展性並能夠組裝成更大面積的小晶片複合體(稱為「系統級封裝」)。


可以說,在玻璃基板封裝這個新興領域, 台積電, 英特爾, 蘋果和三星正積極搶佔先機,力圖在未來的市場競爭中佔據有利地位。


設備供應商迎來機遇

隨著英特爾、三星等行業巨頭紛紛加碼玻璃基板封裝,相關的設備供應商也迎來了難得的發展機遇。玻璃基板封裝存在不少挑戰, 其中一些挑戰包括基板脆弱性、對金屬線缺乏粘附力以及難以實現均勻的過孔填充,而均勻的過孔填充對於一致的電氣性能至關重要。此外,由於玻璃的透明度高且反射率與硅不同,因此給檢查和測量帶來了獨特的挑戰。許多適用於不透明或半透明材料的測量技術在玻璃上效果較差。例如,依靠反射率來測量距離和深度的光學計量系統必須適應玻璃的半透明度,這可能會導致信號失真或丟失,從而影響測量精度。


參考資料:


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