玻璃基板在異質(zhì)集成技術(shù)中被廣泛應(yīng)用。它與有機基板、硅以及其他陶瓷材料相似，能在2.5D和3D封裝中充當轉(zhuǎn)接層或中間層，并且在3D封裝技術(shù)中，玻璃基板扮演著基礎(chǔ)材料的角色，為產(chǎn)品創(chuàng)新提供了新的可能性。

材料與工藝的變革

玻璃基板主要用于替代傳統(tǒng)的硅/有機基板和中介層，其應(yīng)用范圍覆蓋了面板、IC等泛半導(dǎo)體領(lǐng)域。玻璃材質(zhì)因其成本低、電學(xué)性能優(yōu)越以及低翹曲率等優(yōu)勢，能夠有效克服有機物和硅材質(zhì)的缺陷，實現(xiàn)更穩(wěn)定、更高效的連接，并降低生產(chǎn)成本。

 

圖1 國際大廠對玻璃基板的布局動態(tài)

 

盡管英特爾已投入超過十年的研發(fā)，并計劃在下一代產(chǎn)品中使用玻璃基板，但在中國大陸，玻璃基板仍被視為一項新興技術(shù)。這項技術(shù)可能面臨的主要問題之一是成本問題。

目前，玻璃基板技術(shù)可能首先在高性能計算領(lǐng)域得到應(yīng)用，因為這一領(lǐng)域的客戶更愿意投資新技術(shù)以獲得更高的性能。因此，玻璃基板技術(shù)的發(fā)展可能會更多地圍繞AI芯片進行突破。

四大關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)

玻璃基板技術(shù)雖然具有巨大的潛力和優(yōu)勢，但要實現(xiàn)其在先進封裝領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，仍需克服眾多技術(shù)挑戰(zhàn)。

高精度通孔

玻璃通孔成孔技術(shù)是制約TGV發(fā)展的主要困難之一。

制備要求：

高速、側(cè)壁光滑、高精度

垂直度好、窄節(jié)距、低成本

目前，TGV的制作工藝包括但不限于噴砂法、聚焦放電法、等離子刻蝕法等。從玻璃基板制造工藝及行業(yè)應(yīng)用來看，激光誘導(dǎo)刻蝕法是目前最主流的TGV制作工藝之一。其主要方法相對簡單，即通過激光對玻璃進行改性處理，然后在青木酸中利用不同的時間控制來制作不同孔徑的孔。

 

 

然而，盡管單個或少量孔的制作可能較為簡單，但當數(shù)量增加到數(shù)十萬個時，難度會以幾何級數(shù)增長。這也是許多TGV未能達到預(yù)期效果的原因之一。此外，如何測試每個通孔的良率或尺寸精度，也是我們需要考慮的問題。目前來看，除了玻璃基板的先進板廠在研發(fā)之外，進程比較快的是那些原本從事光電或玻璃相關(guān)工藝的工廠。

高質(zhì)量金屬填充

目前，金屬填孔TGV主要有兩種工藝：一是銅漿塞孔工藝，二是電鍍工藝。這兩種工藝在應(yīng)用場景、材料成本和性能上存在差異。選擇何種工藝取決于孔徑、深寬比以及對電阻率和電導(dǎo)率的要求。值得一提的是，銅漿塞孔技術(shù)相較于電鍍工藝具有獨特優(yōu)勢，但可能在電導(dǎo)率方面存在較大劣勢。

 

圖2

 

高密度布線

另一個制約玻璃基板技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵因素是高密度布線。盡管有不少公司能夠較好地完成玻璃基板的填孔或TGV工藝，但真正挑戰(zhàn)在于完成玻璃通孔的制備后，如何通過布線來實現(xiàn)電氣連接，將其制成一個完整的玻璃基板或玻璃基interposer，并且在有實際應(yīng)用場景時實現(xiàn)高密度布線。

傳統(tǒng)的工藝方法可能包括半加成法，以及將現(xiàn)有的有機基板電路制作模式應(yīng)用到玻璃基板上，即將有機的BT層轉(zhuǎn)化為玻璃級別的層以提供支撐。其他部分則采用完整的有機基板電鍍層制作方法，最后通過進一步的壓合或其他工藝進行整合，這可能是板廠常用的一些手段。

但由于半加成工藝法在線寬小于5μm的時候會面臨許多挑戰(zhàn)，如在窄間距內(nèi)刻蝕種子層容易對銅走線造成損傷且窄間距里的種子層殘留易造成漏電。針對表面高密度布線也有不同工藝路線的探索。

至于先前提到的專注于玻璃機的LED場景的公司，它們可能會在玻璃機的TGV和填孔工序完成后，應(yīng)用晶圓中道工藝，包括RDL工藝和CTT工藝來進行制作。海外還有一種新的技術(shù)，即多層RDL直接?xùn)虐遛D(zhuǎn)移技術(shù)。盡管這一技術(shù)目前尚未得到廣泛應(yīng)用，但也是未來的一個技術(shù)方向之一。

此外納米壓印，尤其是在晶圓制造方面，佳能已取得了一定的應(yīng)用成果。未來，業(yè)界期望能夠在玻璃基板電路的制作上找到更多應(yīng)用場景。

鍵合技術(shù)

玻璃基板關(guān)鍵技術(shù)之四為鍵合技術(shù)，目前Chiplet的D2W及Flip Chip鍵合工藝主要分為三大類。

Reflow回流焊鍵合工藝：

回流焊爐可以批量焊接產(chǎn)品，并且隨著技術(shù)水平的提升，bump pitch>80μm已不再是難題。但是缺點也很明顯，熱應(yīng)力導(dǎo)致的翹曲極大，回流焊過程中高溫和低溫的波動可能會導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生較大變形。尤其是當芯片面積接近基本面積時，整個焊盤也會變得極大。這也是為什么在做更大密度的先進封裝芯片集成時，必須使用更大尺寸的封裝，因為有機基板的翹曲極限無法滿足PCB板的間隔要求。因此需要用玻璃基板來代替有機基板。

TCB熱壓焊鍵合工藝：

以100°C/s的升溫速率和-50℃℃/s的降溫速率對焊點進行快速焊接，bump pitch>10μm。

 

圖3

 

LAB激光輔助鍵合工藝：

產(chǎn)生尖銳且均勻的激光束，能夠以極高的升溫速度選擇性地加熱目標區(qū)域，通常焊接時間在1s內(nèi)。bump pitch>40μm。

除了高性能GPU和AI產(chǎn)品外，玻璃基板技術(shù)本身并不新穎，因為它已在其他產(chǎn)品中得到成熟應(yīng)用，比如早期的光通信、傳感器、射頻產(chǎn)品，尤其是顯示用LED產(chǎn)品等。但對于先進封裝技術(shù)而言，玻璃基板仍是一個相對較新的領(lǐng)域，還需要經(jīng)歷一個較長的發(fā)展過程。

 

圖4

 

目前，國內(nèi)從事先進封裝的玻璃基板工廠大多還未進入量產(chǎn)階段，多數(shù)仍處于研發(fā)階段。他們正在解決玻璃與金屬層的結(jié)合力問題、填孔問題，以及未來更高層數(shù)的可靠性問題。預(yù)計到2025年底或2026年，這些工廠才能達到量產(chǎn)水平。在此之前，大部分工作仍將集中在研發(fā)上。