玻璃基板：大厂争相布局的AI焦点

玻璃基板：大厂争相布局的 AI 焦点 2024-12-18 请务必阅读正文之后的免责声明 1 / 7 玻璃基板：大厂争相布局的 AI 焦点 原创 来觅研究院 RimeData 来觅数据 撰稿 李沛瑶 2024-12-18 导读：2023 年 9 月，英特尔宣布推出业界首个用于先进封装应用的玻璃基板技术。2024 年 1 月，三星电机宣布进入玻璃基板。2024 年 9 月，台积电宣布将大力开发 FOPLP（扇出型面板级封装）技术，玻璃基板成为其关键战略要素。此外，Nvidia、AMD 也在开发利用玻璃基板的芯片技术。玻璃基板成为焦点的原因在哪？有什么优劣势？国内投融现状如何？本文尝试分析和探讨。 玻璃基板为何成为焦点 玻璃基板在电子工业里并非新生事物，其具有良好的光学透明度、热稳定性和化学稳定性，能够承受制造过程中较高的温度和化学处理，此前被广泛用于显示面板材料的载体。在半导体封装中，玻璃基板就是用玻璃取代有机封装中类似印刷电路板的有机材料。随着对强大 AI 需求的不断增加，传统的有机基板已显得有些力不从心。而玻璃基板因其优良的物理特性，逐渐受到了更多关注，现已成为 AI 芯片领域的焦点。 半导体电路正变得越来越复杂，信号传输速度、功率传输、设计规则和封装基板稳定性的改进将变得至关重要。如 AMD 的新一代 EPYC 处理器支持高达 384 线程，核心数最高可达 192 个，其中配置了 16 个“Zen5”CCDs，较前代产品 AI 性能提升了 3.8 倍。随着 AI 算力需求的逐渐提高，硬件电路高度复杂玻璃基板：大厂争相布局的 AI 焦点 2024-12-18 请务必阅读正文之后的免责声明 2 / 7 化，AI 芯片对设计和制造提出了更高的要求。 2024 年 4 月，Nvidia 发布了最强 AI 芯片 GB200，计划于 2024 年第四季度出货。然而量产却频繁出现问题，据 Information 报道，GB200 的量产计划至少需要延期三个月以上。究其原因，主要是由于裸晶连接设计存在缺陷，同时散热和高功耗也成为制造的大难题。这充分证明，传统的有机基板已无法应对日益复杂的芯片需求。国际大行摩根士丹利表示，GB200 后续或将使用玻璃基板改进使用体验。 玻璃基板有何魔力？这要从先进封装的基板材料开始说起。封装基板是芯片封装环节的核心材料，为芯片提供制程、散热和保护作用，同时为芯片与 PCB 之间提供电子连接，也可埋入无源、有源器件以实现一定的系统功能。封装基板按基材来区分，可以分为硬质封装基板、柔性封装基板和陶瓷封装基板。就目前而言，BT 载板和 ABF 载板占据了先进封装绝大多数的市场份额。 图表 1：IC 封装基板的分类 资料来源：和美精艺招股书、来觅数据整理 玻璃基板：大厂争相布局的 AI 焦点 2024-12-18 请务必阅读正文之后的免责声明 3 / 7 玻璃是一种绝缘材料，相对介电常数约为硅片的三分之一。较低的介电常数意味着它具有较低的寄生电容，从而在传输过程中减少信号损失，因此玻璃中介层可以在高速传输过程中保持信号的完整性。此外，由于玻璃的高电阻率，相邻互连之间的电流泄漏较小；玻璃材料的串扰和噪声问题与硅材料相比也较小。随着互连变得越来越精细和密集，玻璃基板能保障互联密度和信号的完整性，满足人工智能芯片封装的需求。玻璃基板可运用于 2.5D/3D 封装、扇出晶圆级封装（FOWLP）、嵌入式晶圆级球栅阵列（eWLB）、晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP）和玻璃芯片（COG）等先进封装技术，有望在 AI 和 HPC 领域中先应用。 大尺寸基板需承载高密度的芯片封装，而芯片封装过程中会伴随大量热量产生。在封装堆叠时，硅芯片、环氧树脂模塑料和有机 RDL（重新分布层）都具有不同的热膨胀系数(CTE)，这意味着当温度升高时，堆叠的组成部分可能会发生不同程度的膨胀。在成型、固化或脱粘过程中，这些材料界面处的应力可能会发生变化，导致堆叠翘曲，并可能导致分层或接头/凸块错位。玻璃基板的热膨胀系数为 3-9ppm/K，与硅的 2.9-4ppm/K 接近，不易因封装过程中产生热量导致各层材料间形变程度不同而发生翘曲。同时其杨氏模量为 50-90GPA，明显高于有机材料，抵抗形变能力更强。玻璃基板大尺寸稳定性以及可调节的刚性模量使其通孔密度是原先硅基板的 10 倍，可以显著提高芯片封装密度。 图表 2：玻璃基板与硅、有机基板各项性质对比 基板核心 硅 层压板 硅-金属化合物 玻璃 表面粗糙度（nm） <10 400-600 >1000 <10 热膨胀系数（ppm/K） 2.9-4 3-17 16-30 3-9 杨氏模量（Gpa） 165 10-40 22 50-90 吸湿性 0 0.04% 1-2.5% 0 热导性（W/m.K） 148 0.9 0.5-0.75 1.1 封装尺寸（mm） 35*35 70*70 50*50 100*100 面板/晶圆尺寸 300mm 710mm² 300mm/550mm² 710mm² 资料来源：CHIMES、来觅数据整理 玻璃基板具有较高的表面平整度和低粗糙度，为微小尺寸半导体器件的制造提供了理想的平台，有利于玻璃基板：大厂争相布局的 AI 焦点 2024-12-18 请务必阅读正文之后的免责声明 4 / 7 高密度 RDL 布线。此外，玻璃化学稳定性出色，相比于有机材料吸湿性更低，能有效抵抗湿气、酸碱等环境侵蚀，保障封装内元件的长期稳定性。 所有芯片都是矩形的，而硅中介层是圆形的，这种不匹配会导致晶圆边缘出现大量未使用的区域。并且当芯片尺寸变大时，晶圆区域的使用效率可能会恶化。根据Yole报告，例如FOWLP技术面积使用率<85%，FOPLP 面积使用率>95%。英特尔预计，玻璃基板能使芯片上多放置 50%的 die（裸片），实现更高的互联密