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英特爾玻璃基板技術:推動半導體封裝的新革命

英特爾將於2026至2030年間推出業界首款用於下一代先進封裝的玻璃基板技術。這項創新不僅預計將顛覆傳統的半導體封裝方式,更將推動摩爾定律的持續進展,尤其在數據中心、人工智慧及高性能計算領域。

玻璃基板的獨特優勢

玻璃基板相較於傳統的有機基板,如塑膠或陶瓷,具有多項顯著優勢。首先,玻璃基板提供了超低的平坦度和優異的熱穩定性,這有助於減少製造過程中的圖案變形,並改善光刻的焦深。此外,玻璃的高機械穩定性能夠承受更高的製程溫度,這對於高功率晶片的散熱非常關鍵。半導體裝置中玻璃基板的使用在幾個關鍵方面顯著影響其性能:

增強光刻和精度

玻璃基板具有超低平坦度,這對於提高光刻過程中的焦深至關重要。這樣可以減少圖案失真(最多減少 50%),從而實現更精確的半導體製造。改進的光刻技術能夠在晶片上創建更小、更密集的特徵,這對於縮小裝置尺寸並增加其功能至關重要。

更高的互連密度

玻璃基板最顯著的優點之一是具有更高互連密度的潛力。英特爾指出,與有機基板相比,玻璃基板的互連密度可以提高 10 倍。這種增加的密度允許在封裝內連接更多晶體管,從而有助於創建高密度、高性能晶片封裝,這對於人工智慧等資料密集型工作負載特別有利。

提高熱穩定性和機械穩定性

與有機基板相比,玻璃基板可以承受更高的溫度,並提供更好的熱穩定性和機械穩定性。這種穩定性對於在製造和運行過程中保持晶片的完整性至關重要,從而提高半導體裝置的整體可靠性和性能。

光通道整合的潛力

玻璃基板的使用引入了整合光學通道的可能性,這可以允許晶片直接與光學系統通信,從而導致頻寬的巨大增益。這種整合將是提高晶片內部和晶片之間資料傳輸速度和效率的重要一步。

與先進封裝技術的兼容性

玻璃基板補充了先進的封裝技術,特別適用於將更多電晶體封裝到一個封裝中的小晶片。由於互連密度的增加,基板能夠在小晶片之間容納更多的連接,這將導致封裝中出現更多的小晶片。


應用前景與挑战

玻璃基板的應用前景廣泛,從高性能計算到人工智慧和大數據分析等領域都將受益匪淺。英特爾預計,這一技術將使得在2030年之前,單一封裝內可容納達1兆個電晶體,極大地推動了晶片性能的提升

然而,玻璃基板技術的推廣也面臨著一些挑戰。例如,玻璃材料的脆性和與金屬線的粘附問題需要進一步的工程解決方案。此外,玻璃的高透明度對於檢測和測量技術提出了新的要求,需要開發新的光學計量系統來適應這一材料的特性。在半導體製造中使用玻璃基板的缺點包括:

易碎性和薄度:玻璃基板非常薄,有時小於 100μm,鑑於其易碎性,需要先進的處理設備透過各種步驟進行處理,以降低破損風險。

複雜的製造和測試:玻璃基板的製造和測試非常複雜。由於玻璃的物理特性,例如其剛性和玻璃通孔 (TGV) 所使用的方法,金屬線的粘附問題需要克服。

有限的分層能力:玻璃基板可添加的層數有限。設計工程師必須找到透過更少的層佈線更多連接的方法,或者開發新的製造方法,允許內部分層而不損害基板的完整性。

互連挑戰:透過多層創建具有半導體裝置所需精度和可靠性的通孔的技術仍在完善中。這包括創建玻璃基板所需的較小的通孔的挑戰,這可能需要新的光成像電介質或改進的工藝

熱膨脹係數不匹配:雖然玻璃的熱膨脹係數與矽相似,但與半導體裝置中傳統使用的其他材料相比,玻璃的熱膨脹係數明顯不同。這種不匹配可能會導致在技術成為主流之前需要解決的問題

成本:與塑膠等替代材料相比,玻璃基板的成本較高,這是市場成長的障礙。來自其他基板材料(例如矽)的競爭日益激烈,加劇了這種情況,這也影響了市場動態。

未來展望

隨著半導體行業對於更高性能和更低功耗的需求不斷增加,玻璃基板技術的開發和應用將扮演越來越重要的角色。英特爾的這一創新不僅有望提升其在全球半導體市場的競爭力,也可能改變未來晶片封裝的行業標準。總之,英特爾的玻璃基板技術是半導體封裝領域的一次重大創新,它的成功實施將可能引領整個行業進入一個新的發展階段,為數據密集型應用提供前所未有的計算能力和效率。


參考文獻及圖片來源:

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