解读玻璃芯基板:先进封装巨头的新竞争方向

解读玻璃芯基板:先进封装巨头的新竞争方向 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。(校对/孙乐) ... PC版: 手机版:

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玻璃基板成为新贵 带动业界巨头争相布局

玻璃基板成为新贵 带动业界巨头争相布局 玻璃基板,是英特尔作出的回答。英特尔已在玻璃基板技术上投入了大约十年时间。去年9月,英特尔宣布率先推出用于下一代先进封装的玻璃基板,并计划在未来几年内向市场提供完整的解决方案,从而使单个封装内的晶体管数量不断增加,继续推动摩尔定律,满足以数据为中心的应用的算力需求。英特尔表示,将于本十年晚些时候使用玻璃基板进行先进封装。第一批获得玻璃基板处理的产品将是其规模最大、利润最高的产品,例如高端HPC(高性能计算)和AI芯片。那么,玻璃基板究竟拥有哪些显著优势?它在未来的发展中又将如何发挥重要作用?01为什么需要玻璃基板?基板的需求始于早期的大规模集成芯片,随着晶体管数量增加,需要将它们连接到更多的引脚上。在过去20多年的时间里,打造基板所用的主要材料是有机塑料,但随着单个封装内的芯片和连线数量越来越多,有机基板正在接近物理极限。因此,近年来出现了超高密度互连接口技术,如CoWoS和Intel的EMIB技术。这些技术使公司能够用快速、高密度的硅片来桥接芯片的关键路径,但成本相当高,而且没有完全解决有机基板的缺点。在这样的背景下,业内公司开始致力于探索有机基板的真正替代者,寻求一种能与大型芯片完美融合的基板材料。尽管这种材料在最高级别的需求上可能无法完全替代CoWoS或EMIB技术,但它却能够提供比现有有机基板更出色的信号传输性能和更密集的布线能力。玻璃基板如何适用于大芯片和先进封装?首先,玻璃的主要成分是二氧化硅,在高温下更稳定。因此,玻璃基板可以更有效地处理更高的温度,同时有效管理高性能芯片的散热。这使得芯片具有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,这将显著增强芯片封装内晶体管的连接性。典型的例子:英特尔将生产面向数据中心的系统级封装(SiP),具有数十个小瓦片(tile),功耗可能高达数千瓦。此类SiP需要小芯片之间非常密集的互连,同时确保整个封装在生产过程中或使用过程中不会因热量而弯曲。玻璃基板便是当下的最优解。最后,玻璃更容易变得平坦,这使得封装和光刻变得更容易,这对于下一代SiP来说非常重要。据悉,同样面积下,玻璃基板的开孔数量要比在有机材料上多得多,并且玻璃芯通孔之间的间隔能够小于 100 微米,这直接能让芯片之间的互连密度提升10倍。英特尔消息人士称,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。英特尔预计玻璃基板能够实现容纳多片硅的超大型24×24cm SiP,凭借单一封装纳入更多晶体管,从而实现更强大的算力。02业界巨头争相布局不只是英特尔,在当今半导体领域的激烈竞争中,玻璃基板作为半导体行业的一颗璀璨新星,正受到包括三星、LG以及苹果在内的众多科技巨头的青睐。三星组建“军团”加码研发近日,根据韩媒 sedaily 报道,三星集团已组建了一个新的跨部门联盟,三星电子、三星显示、三星电机等一众旗下子公司们组成“统一战线”,着手联合研发玻璃基板,推进商业化。其中,预计三星电子将掌握半导体与基板相结合的信息,三星显示将承担玻璃加工等任务。三星将玻璃基板视为芯片封装的未来,在1月的CES 2024上,三星电机已提出,今年将建立一条玻璃基板原型生产线,目标是2025年生产原型,2026年实现量产。组建“军团”加码研发,这足以见得三星集团对玻璃基板的重视,而在这项技术领域中,已有多个强劲对手入局。LG Innotek已着手准备今年3月,LG Innotek CEO Moon Hyuk-soo 在例行股东大会上表示:“将把半导体基板和电子系统组件业务发展到第一。”在回答有关发展半导体玻璃基板业务的问题时,Moon Hyuk-soo 表示:“我们半导体基板的主要客户是美国一家大型半导体公司,该公司对玻璃基板表现出极大的兴趣。当然,我们正在为此做准备。”AMD开始性能评估测试AMD正对全球多家主要半导体基板企业的玻璃基板样品进行性能评估测试,计划将这一先进基板技术导入半导体制造。据悉,此次参与的上游企业包括日企新光电气、台企欣兴电子、韩企三星电机和奥地利AT&S。业界预测AMD最早于20252026年的产品中导入玻璃基板,以提升其HPC产品的竞争力。苹果积极探索玻璃基板据悉,苹果也正积极探索将玻璃基板技术应用于芯片封装 。玻璃基板的应用不仅是材料上的革新,更是一场全球性的技术竞赛,它有望为芯片技术带来革命性的突破,并可能成为未来芯片发展的关键方向之一。苹果公司的积极参与可能会加速玻璃基板技术的成熟,并为芯片性能的提升带来新的突破。除了芯片制造领域,玻璃基板还有望在智能手机、平板电脑、电视等消费电子产品的显示屏制造中发挥重要作用。这些产品的更新换代速度不断加快,对高质量玻璃基板的需求也将持续增长。目前来看,台积电在CoWoS领域火力全开,接连获得大厂订单享受红利,因而它并不急于投入巨资押注玻璃基板,仍将继续沿着现有路径升级迭代,以保持领先地位不可撼动。或许等台积电觉得时机成熟,将会大幅加码。03先进封装中,主流的有机基板在SiP及先进封装中最常用到的基板包含三类:有机基板、陶瓷基板、硅基板。有机基板由于具有介电常数低、质量密度低、加工工艺简单、生产效率高和成本低等优点,是目前市场占有率最高的基板。有机基板是在传统印制电路板(PCB)的制造原理和工艺的基础上发展而来的,其尺寸更小、电气结构复杂,其制造难度远高于普通PCB。有机基板主要包含:刚性有机基板、柔性有机基板以及刚柔结合有机基板。其中,刚性有机基板以热固性树脂为基材,采用无机填料和玻璃纤维作为增强材料。这种基板通过热压成型工艺制成层压板,然后与铜箔复合制成。刚性有机基板适用于多种封装形式,如WB-BGA(通用芯片封装)、FC-BGA(处理器及南北桥芯片封装)和FC-CSP(智能手机处理器及其它部件封装)等。柔性有机基板以CTE低且平整度高的PI薄膜为介质层,由介质层与铜箔复合制成。这种基板在LED/LCD、触控屏、计算机硬盘、光驱连接及功能组件、智能手机、平板电脑和可穿戴设备等领域有广泛应用。除了上述两种基板,还有一些其他类型的有机基板也在先进封装中得到应用,例如ABF树脂、BT树脂和MIS基板等。这些基板材料的选择取决于具体的应用需求、封装形式以及芯片类型等因素。目前中国封装材料和封装基板的国产化率都比较低,先进基板领域仍待突破。中国台湾、日本及韩国地区在全球封装基板市场中份额较高,行业竞争相对稳定。欣兴电子、景硕科技、南亚电路、日月光材料等中国台湾地区企业主要生产WB-CSP、WB-BGA、FC-CSP、FCBGA等封装基板。从中国大陆企业布局来看,近年来,越来越多的中国企业正拓展封装基板领域,中国大陆目前仍处于快速扩产阶段,高端FC-BGA基板可以应用于AI、5G、大数据等领域要求的高性能CPU、GPU,但目前FC-BGA基板市场由欣兴电子、揖斐电、三星电机等企业垄断,中国大陆头部代表企业包括兴森科技、深南电路等在2023年对于高端FC-BGA封装基板方面积极布局,未来高端FC-BGA产能有望进一步扩充。04取代有机基板?根据MarketsandMarkets最近的研究,全球玻璃基板市场预计将从2023年的71亿美元增长到2028年的84亿美元,2023年至2028年的复合年增长率为3... PC版: 手机版:

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CoWoS封装可能面临来自玻璃基板技术的激烈竞争 CoWoS技术通过在中介层上垂直堆叠CPU、GPU、I/O、HBM等芯片,已被英伟达和英特尔等公司采用。然而,玻璃基板技术以其树脂玻璃核心,提供了在芯片对准和互连方面的显著优势,预计将取代现有的倒装芯片球栅阵列(FC-BGA)。此外,玻璃基板技术还可能引入超过100x100mm的大型封装基板,这将允许封装更多的芯片,从而提高性能和集成度。目前,包括英特尔、Absolics、三星电机、DNP和Ibiden在内的多家公司正在研究这项技术。Absolics,作为SKC和应用材料的合资企业,已开始在其佐治亚州工厂试运行,并计划于明年实现商业化生产。Yong-Won Lee还指出,与CoWoS技术不同,玻璃基板技术无需中介层即可直接安装SoC和HBM芯片,这使得在更低的高度内安装更多芯片成为可能。 ... PC版: 手机版:

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三星加速玻璃基板芯片封装研发 去年 9 月,英特尔透露,它打算成为"用于下一代先进封装的玻璃基板生产"的行业领导者。经过十年的内部研发工作,英特尔在亚利桑那州新建的生产基地将迎接这一挑战。不过,行业观察家认为,北美的大规模生产预计不会很快启动。根据合理的推测,开始生产的时间应在 2030 年左右。而三星的三部门联盟则将以"比英特尔更快的速度实现商业化"为目标,出席 2024 年 CES 的公司代表将 2026 年定为先进玻璃基板芯片封装量产的开始时间。一位不愿透露姓名的韩国行业观察家对这一领域的新加入者表示欢迎:"由于每家公司都拥有世界上最好的技术,因此在玻璃基板研究领域将最大限度地发挥协同效应,这是一个前景广阔的领域......三星合资公司的玻璃基板生态系统将如何建立也值得关注"。玻璃基板封装因其固有的耐热性能和材料强度,是"大面积和高性能芯片组合"的理想选择。迄今为止,半导体行业一直在努力开发玻璃基板,因此仍然依赖塑料板和有机材料。 ... PC版: 手机版:

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