解读玻璃芯基板：先进封装巨头的新竞争方向

来源：爱集微  时间：2024-7-8

研究机构Yole Group分析，随着英特尔于2023年9月宣布推出玻璃芯基板（GCS，Glass Core substrates，又称玻璃基板），先进封装行业的创新竞赛进入新的关键时刻。这一新的技术方向是继有机基板和陶瓷基板浪潮之后出现的，有望克服有机核心基板的挑战，以配合高性能计算（HPC）和人工智能（AI）大趋势，在芯片设计和制造成本方面将性能、效率和可扩展性提升到新的水平。后者取决于技术的成熟度及其在终端市场的广泛应用。

玻璃作为一种材料，在多个半导体行业中被广泛研究和集成，代表了先进封装材料选择的重大发展，与有机和陶瓷材料相比具有多项优势。与多年来一直作为主流技术的有机基板不同，玻璃具有卓越的尺寸稳定性、导热性和电气性能。玻璃芯基板结合上方、下方的布线层以及其它辅助材料，共同制造而成的基板，可完美解决当前有机基板的诸多短板。

据英特尔介绍，玻璃基板可减少50%图案失真，布线密度可实现10倍提升，可改善光刻的焦距和深度，具备出色的平整度。因此，玻璃基板能够满足高性能、高密度AI芯片对于封装的需求，机械性能的改进使得玻璃基板能够提高超大尺寸封装的良率。

此外，玻璃基板还为工程师提供了更高设计灵活性，允许将电感、电容嵌入到玻璃当中，以实现更优良的供电解决方案，降低功耗。

韩国SKC方案演示

然而，尽管GCS具有潜在的优势，但与任何新技术一样，GCS由于制造加工困难，也面临着一系列挑战，这不仅是对基板制造商的挑战，也是对设备、材料和检测工具供应商的挑战。

Yole Group分析师表示，玻璃的脆性给设备内部的处理和加工带来了问题，一旦玻璃破碎，这些设备无法适应玻璃碎裂时产生的碎片，因此需要在制造过程中精确小心。这对于设备供应商和基板制造商来说，是一项成本高昂的挑战。此外，玻璃基板给检测和计量过程带来了复杂性，需要专门的设备和技术来确保质量和可靠性。

尽管存在这些挑战，GCS的应用仍受到几个关键因素的推动：对更大基板和外形尺寸的需求，以及芯片和异构集成的技术趋势，都推动业界将玻璃作为一种潜在的使能方案。此外，一旦技术成熟并得到广泛应用，玻璃的潜在成本优势将使其成为HPC和数据中心市场的一个极具吸引力的选择。

英特尔玻璃基板样品

自2023年9月以来，英特尔在支持GCS方面所做的开创性努力为整个行业的采用奠定了基础，英特尔已展示一系列玻璃基板样品及成品芯片，并宣布于2025年之后推出产品，推动摩尔定律发展，提供数据中心解决方案。英特尔已在玻璃基板领域进行了十年研发，并为此投资约10亿美元，在美国亚利桑那州工厂建立玻璃基板研发线和供应链。机构表示，英特尔为行业提供了指导和方向，鼓励其他企业探索这项前景广阔的技术。

在英特尔推出GCS短短几个月后，三星于2024年1月的CES 2024宣布正式进军GCS生产领域。2024年5月，三星旗下子公司三星电机今年将启动玻璃基板试生产，计划于今年年底前建立一条试验性生产线，预计将于9月完工。一位消息人士称，三星电机已经与主要的玻璃基板设备供应商分享了交付时间表，以确保按期交付。

三星玻璃基板样品

三星的跟进，标志着这一新兴技术发展史上的又一个里程碑，同时也凸显了英特尔此举的影响力，因为半导体行业对这一技术的兴趣和投资都在不断增长。

与英特尔的努力并驾齐驱，美国公司Absolics也在GCS发展史上留下了浓墨重彩的一笔，获得了韩国SK集团旗下半导体材料公司SKC 6亿美元的首笔巨额投资，并成为其子公司。这笔投资意味着Absolics成为全球第一家专门生产玻璃基板的公司，只是与英特尔公司相比采用了不同的技术。

Absolics玻璃基板演示

2024年5月，美国商务部宣布将向Absolics公司拨款7500万美元，以帮助其生产。SKC于今年7月宣布，Absolics在佐治亚州投资约2.22亿美元建设的工厂已经竣工，开始批量生产玻璃基板原型产品。

研究机构表示，Absolics和SCHMID等新企业的出现，以及激光设备供应商、显示器制造商、化学供应商等的参与，凸显了围绕GCS新生供应链正在形成的多样化生态系统。目前合作伙伴关系正在形成，以解决与GCS制造相关的技术和物流挑战，这体现了为实现GCS全部潜力而做出的集体努力。

在这一版图中，玻璃通孔（TGV）是GCS的支柱之一。TGV为制造更紧凑、功能更强大的设备铺平了道路。TGV有助于提高各层之间的连接密度，有助于提高高速电路的信号完整性。连接间距的缩短可减少信号损失和干扰，从而提高整体性能。集成TGV后，不再需要单独的互连层，从而简化制造流程。然而，尽管TGV具有诸多优势，但它也面临着许多挑战。由于其制造工艺的复杂性，TGV更容易出现缺陷，从而可能导致产品故障。此外，与其他解决方案相比，TGV通常意味着更高的生产成本。对专用设备的需求以及缺陷风险都会导致生产成本的增加。最近，LPKF等激光设备制造商获得了许多新的TGV相关专利。这些进步有助于GCS的商业化，同时也解决了与玻璃中介层有关的难题。这种解决方案可以同时促进GCS和玻璃中介层的发展，有望成为下一代功能强大的设备。

此外，GCS和面板级封装（PLP）、FOPLP（扇出型面板级封装）之间的协同作用也在推动这两个领域的创新。由于这两种技术都采用类似的面板尺寸，因此在提高芯片密度、降低成本和提高制造效率方面具有互补性。

Yole Group评论，GCS是先进集成电路基板和先进封装领域前景广阔的前沿技术，为下一代芯片设计和封装提供了无与伦比的性能和可扩展性。作为新技术，虽然挑战依然存在，但行业领导者和参与者的共同努力正在为玻璃基板在各个终端市场的广泛应用铺平道路，其中AI芯片和服务器是重中之重。随着GCS技术的成熟和供应链基础设施的发展，GCS有望重新定义先进封装的格局。