半导体芯片微电子封装胶粘剂涂覆工艺及下一代封装革命-电子发烧友网

引言：目前，微电子产业已经逐步演变为设计、制造和封装三个相对独立的产业。微电子封装威廉希尔官方网站即半导体封装威廉希尔官方网站，又称先进集成电路封装。半导体封装包括组装（Assembly）和封装（Packing）两个方面，它是将数万计的半导体元器件组装成一个紧凑的封装体，与外界进行信息交流，它的基本功

能包括电源供给、信息交流、散热、芯片保护和机械支撑。半导体封装一般可分为4个主要层次：

零级封装———芯片层次上的互连

一级封装———芯片（单芯片或者多芯片）上的I/O与基板互连

二级封装———封装体连入印刷电路板或其它板卡

三级封装———电路板或其它板卡连在整机母版上

在半导体封装和其他微电子工业装配领域，胶粘剂涂覆是其中的一道重要工艺，其性能的好坏决定着电子产品品质的优良。随着微电子封装威廉希尔官方网站不断发展，器件尺寸越来越小，安装密度越来越高，新型封装威廉希尔官方网站不断涌现，对电子胶粘剂的涂覆工艺的精度、速度和灵活性提出了更高的求。

电子胶粘剂

1. 电子胶粘剂分类

微电子封装用电子胶粘剂按封装形式可分为半导体IC封装胶粘剂和PCB板级组装胶粘剂两大类。

半导体IC封装胶粘剂有环氧模塑料（EMC），LED包封胶水（LEDEncapsulant），芯片胶（DieAttachAdhesives），倒装芯片底部填充材料（FlipChipUnderfills），围堰与填充材料（DamandFillEncapsulant）。PCB板级组装胶粘剂有：贴片胶（SMTAdhesives），圆顶包封材料（COBEncapsu-lant），FPC补强胶水（FPCReinforcementAdhe-sives），板级底部填充材料（CSP/BGAUnderfills），摄像头模组组装用胶（ImageSensorAssemblyAd-hesives），敷型涂覆材料（conformalcoating），导热胶水（Thermallyconductiveadhesive）。

电子胶粘剂按固化方式可分为热固化，UV固化，厌氧固化，湿气固化，UV固化+热固化，UV固化+湿气固化等。按材料体系可分为环氧树脂类，丙烯酸酯类及其它。电子制造上常用的胶粘剂有环氧树脂，UV（紫外）胶水，热熔胶，锡膏，厌氧胶，双组胶等。环氧树脂一般通过高温固化，固化后粘接力大，广泛应用在功能器件的粘接，底部填充Underfill等工艺上。在电子制造业中环氧胶的生产厂家有美国汉高旗下的乐泰，日本富士，华海诚科，回天等。

UV胶通过紫外光固化，其污染小固化快，在一些包封点胶，表面点胶等领域应用最广，目前UV胶制造厂家有汉高乐泰，信友，德邦，华海诚科，海斯迪克等。芯片封装中固晶胶其对胶水的粘接能力，导热率，热阻等都有要求，在芯片封装中特别是LED芯片封装中，美国道康宁胶水应用最为广泛，国内华海诚科，回天，长信，德邦，鑫东邦等公司也在投入研发生产专用芯片固定的胶水来代替国外产品。热熔胶是结构PUR胶水，其有低温自然水汽固化等特点，固化快，无毒无污染，由于其独特优点正在逐渐代替其他类型胶水，目前推广较好的热熔胶有3M，汉高乐泰，富乐，威儿邦等。

2. 选择胶粘剂需考虑的因素

胶粘剂的重要特性包括流变特性（黏度、触变性、抗塌陷性及拖尾性、储存期/条件及有效寿命）和机械特性（黏滞性、机械强度和耐热性、固化周期、电性稳定性等。

（1）选择胶粘剂时首先要保证符合环保要求，然后再综合考虑胶粘剂三方面的性能：固化前性能、固化性能及固化后性能。

（2）因双组份胶粘剂需要在适当时间混合到适当的比例，增加了工艺难度，因而应优先选用单组份系统。

（3）优选便于与绿油及电路板材料区分的有色胶粘剂，因为可以很快发现是否缺件、胶量多少、是否污染了焊盘/元件、空胶等，便于工艺控制；胶粘剂颜色通常有红色、白色和黄色。

（4）胶粘剂应有足够的黏滞性及湿度，以保证胶粘剂固化前元器件与电路板粘接牢固。两者通常随黏度而增加，高黏滞性材料可防止元器件在电路板贴装及传送过程中发生活动。

（5）对印刷工艺，胶粘剂涂覆后应有良好的抗塌陷性，以保证元器件与电路板良好接触，这对于较大支撑高度元器件如SOIC及芯片载体而言尤为重要。触变性好的胶粘剂，其黏度范围通常为60～500Pa·s，高触变率有助于保证良好的可印刷性及一致的模板印胶质量。

（6）对印刷工艺，胶粘剂应选择能够在较长时间暴露于空气中而对温湿度不敏感的胶粘剂，如某些新型胶粘剂的印刷寿命可达5天以上，且印刷工艺中将剩余的胶粘剂材料存入在容器中，可以再次使用。

（7）应优选那些可以在较短时间及较低温度达到适当连接强度的胶粘剂。较好的胶粘剂其固化时间及固化温度一般都在30～40s，120～130℃。焊接前后的强度应足以保证元器件粘结牢靠并有良好的耐热性，有足够的粘结力承受焊料波的剪切作用。温度应低于电路板基材及元器件可能发生损伤的温度，通常应低于基材的玻璃化转变温度，此温度以75～95℃为宜。连接强度太大会造成返修困难，而太小则起不到固定作用。

（8）应尽可能首次完全固化。固化期间不应有明显收缩，以减小元器件的应力。固化时不应有气体冒溢，以免气孔吸取助焊剂及其它污染物，降低电路板的可靠性。

（9）固化方式比较对于较宽大元器件，应选择UV-热固化方式，以保证涂胶的充分固化。典型的固化工艺是UV加IR辐射固化，某些胶粘剂用IR固化的时间可达到3min以下。同时，某些胶粘剂在低温加热时并不能很好地固化，因而也需要联合式固化工艺。

（10）胶粘剂在固化后便不再起作用，但应不影响后续工序如清洗、维修等的可靠性。

（11）固化后应具有良好的绝缘性、耐潮性和抗腐蚀性，尤其是在潮湿环境下的耐潮性，否则有可能发生电迁移而导致短路。

胶粘剂的涂覆工艺威廉希尔官方网站

微电子封装工业中包含许多的胶体涂覆威廉希尔官方网站，一般用来完成点的点胶，线的点胶，面（涂覆）的点胶。根据胶粘剂涂覆威廉希尔官方网站的特征常用的涂覆威廉希尔官方网站可分为大量式点胶（MassDispensing），接触式点胶（ContactDispensing），非接触式点胶（Non-ContactDispensing），每一类又有衍生出几种方式，如图1所示。

1. 大量式点胶（MassDispensing）

大量式点胶又分为针转移和印刷法两大类。

（1）针转移

针转移采用特制组合针头吸取胶液后可一次完成整块基板的布胶涂敷工作，是大批量生产时最简单的涂覆工艺。首先根据基板上需要点胶的位置定制专门的针阵列，需要涂覆胶粘剂时，将针阵列的针头上沾取适量的胶粘剂，转移到基板上，针头下移，胶粘剂涂到基板上，这样一块印刷电路板所需的胶滴一次全部滴涂完成。

针转移威廉希尔官方网站适用于大批量生产的场合，点胶速度快，操作容易。缺点是，针移法因工装夹具昂贵，换产缓慢；材料易受环境影响；点胶精度不高，涂覆一致性差，质量难以控制。不适合高精度及大胶点高度等，在实际生产中应用不多。

（2）印刷法

印刷法利用专门制作的丝网或模版一次完成整块基板的布胶操作。印刷法一般可分为丝印法及模板印刷法，丝印法因涂覆质量等原因在实际生产中应用不多，主要是模板印刷法。主要应用在印制电路板大批量进行表面贴装（SMT），不需要经常修改的场合，所分配胶体一般为焊膏、浆料等高黏度材料。

近年来模板印刷逐渐成为一种可靠而廉价的涂胶工艺，而胶粘剂新材料/新特性的开发使印胶工艺更为可行，模板印刷法正逐渐成为高产量组装需要的首选工艺之一。印刷可以同时涂覆所有的胶滴，但基板表面必须平坦，一定不能有突起，因为突起将阻碍丝网同基板的接触。印刷工艺不能用于已经装有插装器件的混装板。模板印刷通过控制模板的厚度和开口尺寸也可获得理想的涂覆直径和高度。由于印刷工艺的缺点，分别是胶粘剂暴露于空气中、需要频繁清理丝网掩模或漏板及容易在PCB上形成污点，难以印出最理想的胶滴。

2. 接触式点胶工艺（ContactDispensing）

接触式分配威廉希尔官方网站是通过针头在z向运动使粘附在针头端部的液滴与基板接触，依靠液体黏滞性和界面力作用实现液滴向基板的转移。接触式点胶根据其驱动源不同又可分为：气压驱动的时间压力型，电机驱动的螺杆泵式和电动微注射式两种。接触式分配威廉希尔官方网站可操作液体种类广泛，尤其适合分配膏状、浆料类等中高黏度的液体材料。

（1）时间-压力型接触式分配威廉希尔官方网站，该威廉希尔官方网站目前使用最广泛，它是随着SMT的发展最先引入的威廉希尔官方网站而且被业界广泛接受，使用历史较长。早期时间-压力型液体分配系统基于气压直接驱动原理工作，即压缩空气直接施加在注射筒内液体材料上部，并驱使液体从针头内流出。其主要的优点有：结构及原理简单，使用及维护成本较低；料桶和针头更换方便，通过更换零部件可滴出不同量的胶液；设备清洗和维修方便；系统灵活，可用点涂不同黏度的胶液。

基于气压直接驱动原理的液体分配过程是一个时变参数动态系统，随着分配过程的进行，注射筒内原材料将不断减小，气体体积不断增大，这导致在同样的动作时间和压力下，分配材料体积呈现减小趋势，增大了控制难度，难于点出一致性良好的微小胶点。此外，空气的可压缩性、控阀的响应特性等严重限制了分配精度和工作效率的提高。该种方法多用于分配高黏度材料，当流体黏度降低后，面临脉冲式气压直接击穿液体造成针头虚喷的问题。

为了避免气压直接驱动式的缺点，产品制造商开发了一系列气压活塞操控型液体分配阀，其原理是用恒压空气将液体材料挤压进分配阀内，用另一路脉冲气压控制活塞的往复振动，当活塞抬起时将打开流动通道，液体在压力作用下从针头内流出，当活塞落下时将切断液路，已挤出液体可在基板上形成点、线或图案。和气压直接驱动型相比，该种方法分配效率较高，液滴体积较小，可分配液体黏度范围较大。如EFD公司的隔膜阀式胶头点胶速度可达500点/min；滑阀式胶头在大压力驱动下，能够对粘合剂、银浆的高黏度胶体实现分配；针阀式胶头适用于中低黏度胶体，可点出0.18mm直径的微滴，在微电子制造等需要精密微量分配场合得到重要应用。

时间压力型点胶具有结构简单，操作方便，价格低廉，在普通点胶行业广为应用。目前国内自动化公司都推出自已公司的点胶控制器，而且价格低廉。时间压力型点胶机全球应用最广的是日本武藏时间压力型系列产品，MS-1（基础型用于廉价点胶），ML-5000XⅡ（MS-1基础上增加数显），ME-5000VT（ML-5000XⅡ基础上增加气压，流量反馈功能）。

（2）螺杆泵式点胶：又叫阿基米德螺栓法。螺杆泵式点胶分液威廉希尔官方网站，它是通过螺杆旋转带动胶液往针嘴处流动，并挤出完成点胶。螺杆泵式点胶在结构上利用伺服电机提供驱动压力，可以在保持一致性的情况下对黏度较高的胶液进行分液。该胶液分配威廉希尔官方网站是目前发展最快的威廉希尔官方网站之一，在市场上的份额不断增加，而且在很多应用上正替代时间压力式。

这种点胶方式的优点是：适应范围广，可以用来点涂不同黏度的胶液，该威廉希尔官方网站驱动力大，适于分配如焊膏、银浆等特高黏度的胶体类材料；胶点受螺杆旋转和针头直径的影响，因而可以通过调节这些参数，产生不同大小的胶点以适应不同的需要；螺杆泵不但可以用来产生一系列均匀的胶点，还可以画线和画出不同轮廓的图案。该威廉希尔官方网站不但可以用于滴涂贴片胶，也可以应用在诸如围坝、填充、底填料、粘结剂和焊膏涂布等具有高精密要求的大批量工业化生产当中。缺点是：螺杆泵式点胶分配过程对温度变化、胶内气泡敏感，较时间压力法需要更多的清洗，设备投资较大。

在点胶市场上主要有两种类型螺杆泵点胶阀，一种是含定子螺杆泵，另一种是无定子螺杆泵。含定子螺杆泵优点是可以对全黏度胶液进行点胶，点胶体积几乎只受螺杆转动角度控制，可以实现非常高精度点胶作业。由于设备加工精度高，含定子螺杆泵德国Viscotec公司生产的Preflow系列最好。无定子螺杆泵其结构简单，对中高黏度点胶精度控制高，特别适合焊膏点胶、银浆点胶和高黏度硅胶点胶。最常见的无定子螺杆泵厂家有美国诺信，日本武藏，美国泰康，韩国世宗和国内高凯精密机械等。

（3）活塞式点胶。活塞式点胶基于直线位移原理，是一种正向位移的点胶方式。采用类似活塞-气缸的机构来点胶，通过活塞挤压针管内胶体使其流出，特别适合中、高黏度的胶体。点胶量主要由活塞位移大小决定，对胶体黏度、温度、和压力不敏感，在高速时有很好的一致性，重复性高，特别适合小体积连续点胶。缺点是：设备需要经常清洗，而且清洗流程较复杂；每一点胶系统所滴胶点的尺寸固定，点较量大小不好调节，灵活性稍差；对针管容腔内气体敏感，对密封性要求很高；点胶频率难以提高；胶液中包含较大的微粉时不适用，只适用于滴点，不适合于画线或绘制轮廓图案。目前活塞式点胶阀应用最广的为日本武藏MPP-1型柱塞泵。在LED灯珠荧光粉点胶作业中以打点为主，对精度要求高，而且点胶过程中不能污染荧光粉，国内LED荧光粉点胶大多采用MPP-1柱塞泵或者与其相似的产品。

3. 非接触式喷射滴胶

目前非接触式喷射滴胶按其驱动方式不同可分为：气动驱动式喷射点胶和压电驱动式喷射点胶。喷射点胶威廉希尔官方网站，通过动量使胶水高速喷射至基板上并形成微点，由于不再需要针头点胶中用于克服胶水附着实现点胶的z轴运动，喷射威廉希尔官方网站大幅度提高了点胶速度。当从一个点胶位置转移到另一个位置的时候，喷射是在飞行中完成，可以在非常紧凑的区域和非粘胶区域很小的地方等苛刻工况下完成的点胶操作。由于喷射式点胶威廉希尔官方网站具有分配速度快，一致性好，液滴微小的特点。目前在小批量高精度的半导体装配上得到了应用。例如：非接触式点胶在电子行业如linebar灯条上应用非常广泛。Linebar行业的用胶点在PC透镜与PCB的粘接，快速定位点胶，单个点点胶速度可以在5ms完成。

由于高频电磁阀结构原理的限制，气动驱动式喷射阀最大工作频率为333Hz。国际上推出气动喷射点胶阀的公司及相应型号有武藏的Aero-Jet、美国诺信Asymtek的DJ9500、美国泰康公司的9000、深圳轴心自控有限公司的Jet-6000、Jet-7000等。随后上海力桥自动化有限公司，常州高凯精密机械有限公司等陆续推出相应产品。压电驱动式喷射点胶具有响应速度快、输出位移精度高等特点，点胶一致性在±2%，最高频率可达40kHz，主要应用于油墨喷印、UV胶喷印、银浆喷印中。

不同胶黏剂涂覆工艺的比较

目前，各种胶粘剂涂覆工艺威廉希尔官方网站在适用黏度范围、分配速度、微滴体积等方面均各有优势，在不同场合得到应用。对比不同分配威廉希尔官方网站，可得出如下结论：

（1）分配胶粘剂黏度适应情况不同。

液体驱动方法的差异，导致各种分配威廉希尔官方网站适用黏度范围不同。如螺杆泵式分配威廉希尔官方网站驱动力大，适合分配焊膏、含微粒浆料等特高黏度的胶体类材料；而非接触式分配威廉希尔官方网站分配高黏度液体的能力较差，仅适合分配低中等黏度类液体材料。

（2）可分配液滴体积不同。

接触式分配威廉希尔官方网站一般获取的液滴体积较大，实际应用中，多用于大剂量液体材料需求场合。非接触式分配威廉希尔官方网站可获取更微小的液滴。另外，现有威廉希尔官方网站在分配更高黏度液体时，可分配的最小微滴体积往往呈现增大趋势。

（3）分配速度情况不同。

非接触式分配威廉希尔官方网站不需要喷嘴在z向移动，省略了液体与基板接触后的停滞时间，因此具有更高的分配效率。一般，低黏度液体材料更容易实现高速分配，随着液体黏度的增大，需要的驱动力、单滴分配时间都将增大，从而影响了分配速度的提高。

（4）工作可靠性不同。

基于接触式分配威廉希尔官方网站的液体分配过程更容易受到如针头位置、基板表面质量、物理空间障碍等外界因素的影响，其工作可靠性低于非接触式分配威廉希尔官方网站。另外，非接触式分配威廉希尔官方网站和系统对物理空间环境要求低，更适合在紧密空间、高密度分配场合应用。但非接触式喷射系统复杂，控制麻烦，维护费用及设备成本高。

可见，不同液体分配威廉希尔官方网站在工作特性方面差异很大，微量液体配场合众多，要求不一，使用液体材料类型广泛。因此，充分考虑具体应用环境，结合流体类型及经济条件等因素，选择合适的微量液体分配方法显得至关重要。

结论

本文介绍了目前电子胶粘剂涂覆工艺发展及应用现状，总结了各种涂覆工艺的优缺点，指出了不同分配威廉希尔官方网站的适用情况。如今胶粘接威廉希尔官方网站为了适应更加苛刻的工作环境，满足更加精密的威廉希尔官方网站要求，提出了新的发展方向。胶滴的微小化、系统的自动化，点胶阀的非接触化以及胶粘剂黏度兼容化成了精密点胶威廉希尔官方网站新的研究方向。

（1）胶滴微小化

随着微电子威廉希尔官方网站的发展，微装配面对的零件也变得越来越小，就要求点胶系统得到的胶滴要向微小化方向发展。

（2）点胶系统自动化

我国许多行业中自动化程度并不高，在微小装配中绝大多数是利用工人的威廉希尔官方网站和工作经验来完成粘接的，因此，点胶量的波动很大，一致性难以保证，提高点胶系统的自动化程度有重要意义的。

（3）点胶阀非接触化

传统的点胶系统一般采用的是时间/压力式、螺杆泵式以及活塞式点胶阀。接触式的点胶阀除有一致性难以保证、难以维护等缺点之外，还很难实现狭小空间中的点胶操作，喷射点胶威廉希尔官方网站不但克服了空间的局限性而且消除了z轴方向上的移动，并具有点胶速度快、生产效率高、一致性好、响应速度快等优点，因此点胶分液威廉希尔官方网站正在经历一场由接触式向非接触式的转变。

（4）胶粘剂黏度的兼容化

胶粘剂的黏度是影响点胶质量的一项重要因素，黏度过低时，在喷射点胶过程中很容易发生飞溅；黏度太高，表面张力过大，又很难形成较小的胶滴，也容易发生拉丝、堵塞喷头、喷头边缘黏滞等问题。一种点胶系统如果能够适用于多种黏度胶粘剂，不仅可以降低设备成本，而且可以缩短生产周期。

英特尔展示了他们开发玻璃芯（glass core）基板和芯片相关封装工艺的初步工作。由于在玻璃芯研发方面取得的进展，英特尔现在计划在本世纪下半叶将玻璃芯基板引入其产品中，从而使他们能够以更复杂、最终性能更高的配置封装芯片。

按照他们在新闻稿中所说，之所以玻璃基板拥有机会，这与产业发展的需求有重要关系。

随着对更强大计算的需求增加，以及半导体行业进入在封装中使用多个“Chiplet”的异构时代，信号传输速度、功率传输、设计规则和封装基板稳定性的改进将至关重要。这就使得当前正在使用的有机基板面临巨大的挑战，而这也正是玻璃基板所具备的。

英特尔表示，玻璃基板具有卓越的机械、物理和光学特性，允许在封装中连接更多晶体管，从而提供更好的扩展性并能够组装更大的小芯片（Chiplet）复合体（称为“系统级封装”）。芯片架构师将能够在一个封装上以更小的占地面积封装更多的块（也称为小芯片），同时以更大的灵活性和更低的总体成本和功耗实现性能和密度增益。

换而言之，玻璃基板首先能为芯片提供结构稳定性（硅芯片非常脆弱），并且它们也是将来自硅芯片的信号传送到其他封装芯片（即小芯片）或芯片背面有大量相对较大的引脚/焊盘。而且，随着多年来芯片尺寸的增加，以及高端芯片所需的引脚/信号数量的增加，对用作基板的更新、更好的材料的需求也在增加，这正是推动英特尔发展的动力。

英特尔高级副总裁兼组装与测试开发总经理Babak Sabi表示：“经过十年的研究，英特尔已经实现了行业领先的先进封装玻璃基板。我们期待提供这些尖端威廉希尔官方网站，使我们的主要参与者和代工客户在未来几十年受益。”

基板的演变

据anandtech介绍，芯片产业对基板的需求，最早可以追溯到大规模集成芯片的早期，当时的芯片设计达到了成千上万个晶体管。这些小型晶体管需要连接到更大的引脚，以便由相对庞大的人力安装到系统中，从而产生了第一个芯片封装，例如双列直插式封装。在当时，它们使用框架（通常是引线框架）来固定实际的硅芯片，框架（或焊线）提供芯片和外部引脚之间的信号路径。

自 70 年代以来，基板设计发生了多次演变。金属框架在 90 年代被经典陶瓷芯片所取代，然后在世纪之交被有机封装所取代。最重要的是，每次迭代的基板都比上一次具有更好的性能，从而可以更轻松地将大量信号和电源引脚布线到日益复杂的芯片上。

虽然现在你仍会到处发现引线框架和陶瓷芯片，但有机基板在过去几十年中一直是该行业的支柱。据了解，有机基板的材料主要由类似 PCB 的材料和编织玻璃层压板制成，允许通过芯片路由相当多的信号，包括基本的小芯片设计，例如英特尔的移动处理器（具有单独的 PCH 和 CPU 芯片）以及 AMD 基于小芯片的 Zen 处理器。

但有机基板已经成为限制因素一段时间了，尤其是在高端芯片中。英特尔认为，有机基板将在未来几年达到其能力的极限，因为该公司将生产面向数据中心的 SiP，具有数十个tiles，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。

为此，过去十年中，我们看到了超高密度互连接口的兴起，例如硅中介层（基板上晶圆上的芯片）及其衍生产品（例如英特尔自己的 EMIB）。这些威廉希尔官方网站使得公司能够将芯片的关键路径与快速而致密的硅片连接在一起，但成本相当高，而且无法完全解决有机基板的缺点。

因此，英特尔也一直在寻找有机基板的真正替代品，一种能够与大型芯片完美配合的基板，这虽然不能在最高级别取代 CoWoS/EMIB 的需求，但可以提供比当前有机基板更好的信号性能和更密集的布线。

按照英特尔所说，在过去的十多年来里，公司一直在研究和评估玻璃基板作为有机基板替代品的可靠性。公司在亚利桑那州钱德勒的园区拥有一条完全集成的玻璃研发线，该公司在那里开发封装威廉希尔官方网站。英特尔表示，这条生产线的成本超过 10 亿美元，为了使其正常运行，它需要与设备和材料合作伙伴合作。业内只有少数公司能够负担得起此类投资，而英特尔似乎是迄今为止唯一一家开发出玻璃基板的公司。值得一提的是，英特尔在实现下一代封装方面拥有悠久的历史，在 20 世纪 90 年代，他们引领了行业从陶瓷封装向有机封装的转变，也是第一个实现卤素和无铅封装的公司，并且是先进嵌入式芯片的封装威廉希尔官方网站的发明者。英特尔还是业界首个推出主动3D堆叠威廉希尔官方网站的公司。因此，英特尔能够围绕这些威廉希尔官方网站解锁从设备、化学品和材料供应商到基板制造商的整个生态系统。

英特尔的玻璃基板革命

英特尔院士兼 Substrate TD 模块工程高级总监 Rahul Manepalli在一个视频中表示，与有机基板相比，玻璃芯基板在封装威廉希尔官方网站方面提供了实质性改进。与有机材料一样，玻璃还可以制造成各种尺寸。按照Rahul 的说法，有机基材是一种复合材料，而玻璃是一种均质的非晶态材料。这就使得英特尔能够调整玻璃基板的特性，使其更接近硅的特性，从为许多性能和密度增强提供了机会。

根据英特尔的介绍，其玻璃芯基板的核心在于用玻璃取代有机封装中的有机、类似 PCB 的材料。换而言之，英特尔不会将芯片直接安装在纯玻璃上，而是把基板核心的材料替换成玻璃。同时，金属重新分布层（RDL）仍然存在于芯片的两侧，提供各种焊盘和焊点之间的实际路径。

虽然玻璃基板比现在成熟的有机基板更难加工，但英特尔认为玻璃基板在机械和电气性能方面都更优越，这反过来又使其适合在未来的芯片中使用。

英特尔表示，玻璃芯基板的机械强度远高于有机基板；在封装过程中能够比有机基材更好地承受更高的温度，从而减少翘曲和变形；玻璃也更容易变得平坦，这使得封装和光刻变得更容易；玻璃具有与硅相似的热膨胀系数（与有机基板不同），这意味着仍然因热量而发生的微小翘曲与上面的芯片一致，而不是芯片的不同部分以不同的速率膨胀。

英特尔称，为了弥合机械和电气之间的差距，他们还能够在玻璃通孔（TGV）上实现更紧密的间距，从而通过基板本身传输信号，从而允许整体上有更多数量的通孔。按照英特尔提供的数据，他们能够将 TGV 的间距控制在 100 微米（μm）以内，从而将 TGV 密度提高 10 倍。所有这些最终使得通过基板核心路由信号变得更加灵活，并且在某种程度上使得使用更少的 RDL 层路由信号变得更加容易。

这就让实现更大的芯片变得容易，而且允许在相同尺寸的芯片上放置更多的芯片。英特尔声称，玻璃封装将使他们能够在芯片上放置多 50% 的芯片，或者更确切地说，芯片内的芯片复杂区域可能会大 50%，从而实现比英特尔目前所能制造的更密集的芯片封装。

英特尔表示，玻璃基板可实现更高的互连密度（即更紧密的间距），从而使互连密度增加十倍成为可能，这对于下一代SiP的电力传输和信号路由至关重要。特别是，英特尔正在谈论《5/5um 线/间距和《100um 玻璃通孔（TGV）间距，这使得基板上的芯片到芯片凸块间距《36um，核心凸块间距《80um。此外，玻璃基板可将图案畸变减少 50%，从而提高光刻的焦深并确保半导体制造更加精密和准确。

来到电气性能方面，据英特尔透露，玻璃芯基板（更具体地说是 TGV）也能提供更好的表示，这是由于 TGV 中使用的电介质具有低损耗特性，而且数量大得多，因此玻璃芯基板将实现更清洁的信号路由和电力传输。对于前者，这意味着能够通过铜缆发送 448G 信号，而不必使用光纤互连。与此同时，较低损耗的电力传输将减少在到达处理器芯片之前以热量形式损失的能量，从而进一步提高整体芯片效率。

此外，玻璃芯基板还应该使共同封装的光学器件更容易实现。玻璃基板将允许光学互连直接集成到芯片中，而不必以其他方式将其固定。

不过，正如anandtech报道说，虽然玻璃芯基板比有机基板允许更紧密的信号间距，但它们并不能替代 EMIB、Foveros 或其他基于使用硅介质的更先进的封装威廉希尔官方网站。TGV 的 75μm 间距与 EMIB 的 45μm 间距仍然相去甚远，更不用说为 Foveros Direct 计划的《10μm 间距了。因此，所有这些封装威廉希尔官方网站仍将是玻璃芯基板的补充附加威廉希尔官方网站，最多可以在不需要 EMIB 全面密度改进的产品的边缘情况下取代 EMIB。

为了证明该威廉希尔官方网站的有效性，英特尔发布了一款全功能测试芯片，该芯片采用 75um TGV，长宽比为 20:1，核心厚度为 1 毫米。虽然测试芯片是客户端设备，但该威廉希尔官方网站最初将用于构建面向数据中心的处理器。但当威廉希尔官方网站变得更加成熟后，它将用于客户端计算应用程序。英特尔提到图形处理器是该威廉希尔官方网站的可能应用之一，由于 GPU 可以消耗任意数量的晶体管，因此它们很可能会受益于互连密度的增加和玻璃基板刚性的提高。

“玻璃基板最初将被引入需要更大外形封装（即数据中心、人工智能、图形）和更高速度功能的应用程序和工作负载的市场。”英特尔说。

只是一个开始

虽然英特尔的这个宣布让大家感到震撼，但从英特尔的讲解看来，这个威廉希尔官方网站离量产还有一段时间。“如果英特尔的产品开发按计划进行，我们打算在本十年晚些时候开始发货玻璃芯产品。”英特尔方面表示。

对于这家有着远大志向的企业，英特尔也不会保留这项威廉希尔官方网站。作为该公司成为世界级代工厂的更广泛计划的一部分，英特尔也将适时向 IFS 客户提供玻璃芯基板。

不过，正如anandtech所说，虽然英特尔更兴奋地谈论玻璃芯基板的优点以及他们发现迄今为止效果良好的东西，但一个不可避免的因素是成本。与任何新威廉希尔官方网站一样，玻璃芯基板的生产和封装成本将比经过验证的真正（且便宜）的有机基板更昂贵。虽然英特尔目前还没有谈论良率，但玻璃将很难与有机材料竞争，至少在一开始是这样。

更广泛地说，玻璃芯基板还意味着英特尔需要为该材料建立一个完整的生态系统。如今，它们不再与有机基板垂直集成，也不会与玻璃垂直集成。为此，英特尔目前已经与合作伙伴合作开发必要的工具和供应能力，以实现初步商业化生产。但从长远来看，英特尔将需要弄清楚如何使外包测试和组装成为可能，特别是因为英特尔计划未来向 IFS 客户提供玻璃核心基板。

同时，英特尔并不是唯一看好玻璃芯基板的企业。在今年年初，来自日本的大日本印刷（DNP）就展示了公司的玻璃芯基板（GCS）产。据他们所说，这可以解决其中许多挑战。

他们指出，具有玻璃芯的 HDI 基板与有机树脂基基板相比，具有更优越的性能。例如使用玻璃芯基板（GCS）可以实现更精细的间距，因此可以实现极其密集的布线，因为它更坚硬并且不易因高温而膨胀。在DNP 展示的示意图中，甚至完全省略了封装中的细间距基板，这意味着可能不再需要该部件。