英特尔在其年度活动中提供了有关玻璃基板的更多细节，并承诺到2030年在封装中提供1万亿个晶体管。在加利福尼亚州圣何塞举行的“Intel Innovation”活动上，该公司还宣布玻璃基板将在2026至2030年期间开始量产。
图1英特尔展示了一款基于玻璃基板的测试芯片。
英特尔已经展示了一款功能齐全的测试芯片，该芯片使用75um的玻璃通孔(TGV)，长宽比为20:1，核心厚度为1mm(图1)。那么什么是玻璃基板？它与传统的环氧树脂陶瓷和有机基板有何不同？要想了解这种新型芯片基板设计，您需要掌握以下五个基本事实。
近十年前，英特尔开始在其位于亚利桑那州钱德勒的工厂生产玻璃基板。据报道，这家半导体巨头已投资超过10亿美元来实现这一目标，同时为这种有机基板的替代品建造了一条新的生产线。该玻璃基板的研发线拥有600名员工。
图2英特尔工程师手持测试玻璃芯基板面板。
与有机基板相比，这种用于芯片封装的新型玻璃基板可实现更紧密的信号间距。它有望为服务器和数据中心中的大型耗电芯片带来速度和功耗方面的优势。当行业转向小芯片(Chiplet)技术，即将多个芯片集成到一个封装中的技术，玻璃基板也将大显身手。
玻璃，主要成分是二氧化硅，在高温下更稳定。因此，玻璃基板能更有效地应对高温，同时有效管理高性能芯片的散热。这就为芯片带来了卓越的热稳定性和机械稳定性。
其次，玻璃基板可实现更高的互连密度，这对于下一代封装中的电力传输和信号路由至关重要。有望大大提高芯片封装内晶体管的连接性。一个典型的用例，芯片封装需要小芯片之间非常密集的互连，以确保封装在生产过程中不会弯曲。
图3这是英特尔组装的玻璃基板测试芯片的球栅阵列一侧的视图。
此外，玻璃更容易变得平坦，这使得封装和光刻变得更容易。消息人士称，玻璃基板可将图案畸变减少50%，从而提高光刻的聚焦深度，从而确保半导体制造更加精密和准确。
玻璃基板不仅能克服互连密度和温度耐受性等挑战。玻璃基板在机械和电气性能方面也很出色，在制造超大型芯片时也不像有机基板那么不理想。这些基板可容纳的功率和数据连接数量是当今有机基板的10倍。这对于服务于数据人工智能(AI)和高性能计算(HPC)应用的大型芯片至关重要。
图4英特尔声称已生产出第一块用于下一代先进封装的玻璃基板。
英特尔认为，陶瓷和有机基板将在未来几年达到其能力的极限。英特尔称，到本世纪末，半导体行业使用有机材料在硅封装上扩展晶体管的能力将达到极限。因此，在规模化对于半导体行业的进步和发展至关重要的时候，玻璃基板是下一代半导体可行且必不可少的下一步。
玻璃基板的概念与先进封装和小芯片计划密切相关。基板是芯片裸片所在的介质，在芯片封装中起着重要作用。在确保芯片结构稳定性的同时，基板还将信号从芯片裸片传送到封装。因此，它们卓越的机械稳定性和更高的互连密度将有助于创造高性能芯片封装。
图5玻璃基板与先进封装技术相辅相成。资料来源：英特尔
首先，玻璃基板可实现更高的互连密度，从而在封装中连接更多的晶体管。值得注意的是，英特尔在构建主要面向数据中心的多芯片系统级封装(SiP)的同时，推出了玻璃基板。
事实上，玻璃基板更适用于在一个封装中集成更多晶体管的小芯片。由于互连密度增加，基板能够在小芯片之间容纳更多的连接，这也导致封装中可以容纳更多的小芯片。
如果玻璃基板体现了这种改变游戏规则的飞跃，那么有什么困难呢？“基本上，创新已经完成。”英特尔技术开发执行副总裁Ann Kelleher说道。这听起来像是在微妙地暗示成本的问题；玻璃基板的生产和封装成本将比久经考验的有机基板更加昂贵。所以，一开始可能会出现产量问题。
更重要的是，玻璃基板需要建立一个可行的商业生产生态系统。这包括必要的工具和供应能力。这就是英特尔与玻璃处理设备和材料供应商密切合作的原因。该公司还必须找到外包这些新基板的测试和组装的方法。
图6英特尔计划为基于玻璃基板的芯片提供封装服务。
这家总部位于加利福尼亚州圣克拉拉的芯片制造商计划在适当的时候向其英特尔代工服务(IFS)客户提供玻璃基板，并有信心最终将玻璃基板的成本降至与有机基板相当的水平。与此同时，英特尔承认，玻璃基板和有机基板将在未来数年并存。
尽管，英特尔很可能不会独享玻璃基板技术，玻璃封装仍可为英特尔带来巨大的竞争力飞跃，特别是对于服务于人工智能和数据中心的高端芯片而言。毕竟，这将是一次重大的技术转型。
(原文刊登于EDN美国版，参考链接：Five facts you need to grasp to understand Intel’s glass substrate，由Ricardo Xie编译)
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