随着AI和高性能电脑对计算能力和数据处理速度的需求日益增长。半导体行业也迈入了异构时代，即封装中广泛采用多个“Chiplet”。

在这样的背景下，信号传输速度的提升、功率传输的优化、设计规则的完善以及封装基板稳定性的增强显得尤为关键。然而，当前广泛应用的有机基板在面对这些挑战时显得力不从心，因此，寻求更优质的材料来替代有机基板。

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。

封装基板，迎来新革命

那么，玻璃基板究竟有什么优势，能引得多家大厂悉数前来？

有业内人士指出，随着对更强大计算的需求增加，半导体电路变得越来越复杂，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。

在此趋势下，塑料基板（有机材料基板）很快就会达到容纳的极限，特别是它们的粗糙表面，会对超精细电路的固有性能产生负面影响；此外，有机材料在芯片制造过程中可能会发生收缩或翘曲，导致芯片产生缺陷。随着更多的硅芯片被封装在塑料基板上，翘曲的风险也会增加。

因此，半导体行业需要一款新型的基板。

作为新型方案，玻璃基板有比塑料基板更光滑的表面，同样面积下，开孔数量要比在有机材料上多得多。据悉，玻璃芯通孔之间的间隔能够小于 100 微米，这直接能让晶片之间的互连密度提升10倍。互连密度的提升能容纳的更多数量的晶体管，从而实现更复杂的设计和更有效地利用空间；

同时，玻璃基板在热学性能、物理稳定度方面表现都更出色，更耐热，不容易因为温度高而产生翘曲或变形的问题；

此外，玻璃芯独特的电气性能，使其介电损耗更低，允许更加清晰的信号和电力传输。这样一来，信号传输过程中的功率损耗就会降低，芯片整体的效率也就自然而然被提上去了。与ABF塑料相比，玻璃芯基板的厚度可以减少一半左右，减薄可以提高信号传输速度和功率效率。

综合来讲，玻璃芯基板可显著改善电气、机械性能和热稳定性，突破现有传统基板限制。有专家表示，预计首批采用玻璃基板的产品将是高端高性能计算和人工智能芯片，这些产品是目前使用有机基板最吃力的产品。

而回顾基板的演进历程可以发现，封装基板在过去几十年来已经经历了多次转变。

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。最早的芯片封装，如双列直插式封装，使用框架来固定硅芯片和提供信号路径。

自上世纪70年代以来，基板设计不断演变，包括金属框架、陶瓷芯片和有机封装。

不难发现，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。

虽然现在仍会看到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。

值得注意的是，英特尔在实现用于下一代封装的技术创新方面有着悠久的历史和经验积累。早在20世纪90年代，英特尔引领了业界从陶瓷封装向有机封装的过渡，也是第一个实现卤素和无铅封装的公司，并发明了先进的嵌入式芯片封装技术和业界领先的主动式3D封装技术。

如今，随着有机基板逐渐达到能力极限。英特尔又开始率先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。


带动玻璃通孔技术成为热门

不只是加速玻璃基板技术的研发，英特尔还计划引入玻璃通孔技术TGV（Through Glass Via），将类似于硅通孔的技术应用于玻璃基板。

在此之前简单了解什么是硅通孔，硅通孔技术即TSV（Through Silicon Via），它是通过在芯片与芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通；TSV技术通过铜、钨、多晶硅等导电物质的填充，实现硅通孔的垂直电气互联，这项技术是目前唯一的垂直电互联技术，是实现3D先进封装的关键技术之一。

玻璃通孔是穿过玻璃基板的垂直电气互连。与TSV相对应，作为一种可能替代硅基板的材料被认为是下一代三维集成的关键技术。

与硅基板相比，玻璃通孔互连技术具有优良的高频电学特性、大尺寸超薄玻璃基板成本低、工艺流程简单、机械稳定性强等优势。可应用于2.5D/3D晶圆级封装、芯片堆叠、MEMS传感器和半导体器件的3D集成、射频元件和模块、CMOS 图像传感器 、汽车射频和摄像头模块。基于此，玻璃通孔三维互连技术成为当前先进封装的研究热点。


国产“玻璃穿孔技术”已经进化到第三代

据央视报道，我国东莞的一家高科技公司研发的，芯片第三代“玻璃穿孔技术”，横空出世了，这项技术甚至可以让我们的芯片技术真正意义上做到换道超车。迈进世界领先的行列。

据创使人张继华教授介绍，一个指甲盖大小的玻璃晶圆，却能在上面承载100万个微小的孔洞。它们都是精密排列，而且相互之间连通的，再全都用金属填充以后，就构建出了复杂无比的集成电路网络。

这次在玻璃基板上打孔，我们用的是第三代的“玻璃穿孔技术”。据张继华教授介绍说，他的团队过渡到第三代技术整整用了15年的时间，第一代的技术，是用激光烧出来小孔，但孔太大，也太粗糙，根本就没法用。后来就发展到了第二代，第二代要借用一种像光刻胶的原料来打孔，虽然效果不错但成本高昂。现在发展到了第三代玻璃穿孔技术。终于做到了把成本降到了原来的百分之50。

而且用玻璃晶圆还可以通过堆叠把性能推上去。这样就能做到在一个芯片上，性能比原来同等大小的芯片性能提高好几倍。从而实现我们的换道超车。虽然我们现在还不能把芯片做到1纳米或者2纳米，但我们可以通过降低芯片成本和通过晶圆的堆叠，把性能做到不差于国外2纳米的芯片。

而且现在这个玻璃基板芯片今年已经开始小批量生产给客户使用了。很快就会大批量生产。