中國粉體網(wǎng)訊  隨著對更強大計算的需求增加，半導體行業(yè)進入在封裝中使用多個“小芯片”的異構時代，提高信號傳輸速度、功率傳輸、設計規(guī)則和封裝基板的穩(wěn)定性將是至關重要的。與目前使用的有機基板相比，玻璃基板具有優(yōu)異的機械、物理和光學性能，可以在封裝中連接更多的晶體管，提供更好的可擴展性，并組裝更大的小芯片復合體。

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，在半導體器件制造領域展現(xiàn)出強大優(yōu)勢。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、集成化的當下，微小尺寸器件對制造平臺的精度要求嚴苛，玻璃基板就像一位精準的“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。

玻璃基板與硅、有機基板各項性質對比 來源：興業(yè)證券經(jīng)濟與金融研究院

有效對抗翹曲問題，適合大尺寸封裝

大尺寸基板在承載高密度芯片封裝時，面臨著封裝過程中熱量積聚的挑戰(zhàn)。當硅芯片、環(huán)氧樹脂模塑料與有機RDL層堆疊封裝時，各材料熱膨脹系數(shù)（CTE）的差異會引發(fā)顯著問題，溫度升高時，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，材料界面的應力變化會導致堆疊結構翹曲，甚至引發(fā)分層或接頭凸塊錯位等失效風險。

相比之下，玻璃基板展現(xiàn)出獨特的性能優(yōu)勢，其熱膨脹系數(shù)為3-9ppm/K，與硅芯片的2.9-4ppm/K接近，不易因封裝過程中產(chǎn)生熱量導致各層材料間形變程度不同而發(fā)生翹曲，而50-90GPa的楊氏模量遠高于有機材料，使其具備更強的抗形變能力。更關鍵的是，玻璃基板憑借大尺寸穩(wěn)定性與可調節(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  來源：《臨時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傳輸中優(yōu)勢顯著。較低的介電常數(shù)可大幅降低寄生電容效應，有效減少信號傳輸過程中的能量損耗，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，又能確保信號完整性。

此外，玻璃材料的高電阻率特性，使其在應對高密度互連場景時更具優(yōu)勢，相鄰互連間的電流泄漏被顯著抑制，相較于硅材料，可大幅降低串擾與噪聲干擾。隨著芯片封裝向精細化、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，不僅能滿足人工智能芯片對超高互聯(lián)密度的需求，更能為復雜封裝結構中的信號穩(wěn)定傳輸筑牢基礎。

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

封裝尺寸變化帶來顯著成本效益

芯片的矩形結構與硅中介層的圓形形態(tài)存在天然幾何不匹配，這導致晶圓邊緣產(chǎn)生大量未利用區(qū)域，且隨著芯片尺寸增大，晶圓面積利用率會進一步下降。以300mm晶圓級封裝與515×510mm面板級封裝為例，矩形面板級封裝的芯片占用面積比高達93%，較晶圓級封裝64%的利用率形成顯著優(yōu)勢。這種幾何效率的差異直接引發(fā)生產(chǎn)速率的級差，據(jù)Yole報告顯示，扇出型晶圓級封裝（FOWLP）面積使用率低于85%，而扇出型面板級封裝（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，能夠在一個載體或中介層中容納更多芯片，可顯著提高先進封裝的效率。具體推算從200mm過渡到300mm大約能節(jié)省25%的成本，從300mm過渡到板級，則能節(jié)約66%的成本。

面板相比晶園面積使用率提升  來源：興業(yè)證券經(jīng)濟與金融研究院

參考來源:

興業(yè)證券《先進封裝助推玻璃基板產(chǎn)業(yè)快速成長》

李碩.臨時鍵合工藝中晶圓翹曲研究

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

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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