工艺制程提升，芯片厂商主攻玻璃基板

　　■小杰

　　下一代重要技术

　　芯片发展到今天，除了工艺制程之外，厂商也希望在其他部分做出改进，来提升芯片的性能和质量。比如之前AMD 和台积电在3D 封装上都做了很多研究，所以X3D 现在依然是最佳游戏处理器。而现在众多芯片厂商又将眼光瞄准了芯片另一部分——基板。从目前了解的信息来看，众多芯片大佬都在玻璃基板的研发上进行投入，期待这部分的进步令得芯片在未来有更好的表现以及更长的寿命。

　　玻璃基板是芯片的下一代重要技术，苹果、三星、Intel 等企业研发玻璃基板如火如荼，Intel 早前已经展出过自己的玻璃基板。在加利福尼亚州圣何塞举行的“Intel Innovation”活动上，该公司还宣布玻璃基板将在2026 年至2030年期间开始量产。

　　由玻璃做成的PCB，其实在很多场所已经使用，比如电视的驱动板，但芯片用的玻璃基板现在还没有大面积开启。按照厂商的说法，芯片使用玻璃基板后，可以提供更好的散热性能，让频率进一步提升并在最大功率下运行更长的时间。

　　但是玻璃基板开发的难度在于芯片要采用全新的安装和封装方式，这对于所有厂商来说都是一个不小的难题。目前Intel 在这领域处于领先地位，三星也正研究这项技术，苹果正与几家供应商进行讨论，以制定在电子设备中采用玻璃基板的策略，预期三星可能是其中之一。三星集团的子公司将合作投资玻璃核心基板研发，目标是与处于领先地位的Intel 竞争。

　　目前芯片的PCB 通常由玻璃纤维和树脂混合制成，下面是铜层和焊料层。这种材料对热很敏感，当温度过高时会降低芯片性能，因此厂商通过热节流的方案来控制芯片的温度，这意味着芯片只能在有限时间维持最高性能，再降回较慢速度，以降低温度。实际上目前PC 上的处理器以及手机用的芯片都是这种方案，所以芯片的最大性能难以得到发挥。

　　而如果芯片改用玻璃基板后将大幅提高电路板能承受的温度，使芯片在更高温度下工作，并在更长时间内维持最高性能。此外，玻璃基板具有扁平特性，能进行更精确雕刻，使元件间距离更近，增加任何给定尺寸内的电路密度。所以玻璃基板的发展，对于目前芯片来说有着很重大的意义，至少在工艺发展难度和成本更高的时候，玻璃基板的发展会更现实。

　　玻璃基板在机械和电气性能方面也很出色，在制造超大型芯片时也不像有机基板那么不理想。这些基板可容纳的功率和数据连接数量是当今有机基板的10 倍。这对于服务于数据人工智能(AI) 和高性能计算(HPC)应用的大型芯片至关重要。

　　为什么现在才推出

　　玻璃基板为什么到了现在才推出，其实也有它的难点，在制造的时候，要考虑易碎性、缺乏与金属线的黏合力，以及难实现均匀的通孔填充，这些对电气性能也非常关键。

　　另外，玻璃由于拥有高透明度和不同反射系数，对于芯片行业来说，也会带来检测和测量方面的难度。

　　现在用于不透明或半透明材料的测量技术在玻璃上都不太有效，可能导致信号失真或丢失，影响测量精度，并最终导致芯片的良率下滑。总之一句话，还是良品率不够。

　　但出于制程工艺的迈进，芯片大厂们还是认为，陶瓷和有机基板将在未来几年达到其能力的极限。比如英特尔表示，到本世纪末，半导体行业使用有机材料在硅封装上扩展晶体管的能力将达到极限。因此，在规模化对于半导体行业的进步和发展至关重要的时候，玻璃基板是下一代半导体可行且必不可少的下一步。

　　玻璃基板的概念与先进封装还和小芯片计划密切相关，基板是芯片裸片所在的介质，在芯片封装中起着重要作用。在确保芯片结构稳定性的同时，基板还将信号从芯片裸片传送到封装。因此，它们卓越的机械稳定性和更高的互连密度将有助于创造高性能芯片封装。

　　玻璃基板可实现更高的互连密度，从而在封装中连接更多的晶体管。事实上，玻璃基板更适用于在一个封装中集成更多晶体管的小芯片。由于互连密度增加，基板能够在小芯片之间容纳更多的连接，这也导致封装中可以容纳更多的小芯片。

　　如果玻璃基板体现了这种改变游戏规则的飞跃，有什么困难呢？玻璃基板的生产和封装成本将比久经考验的有机基板更加昂贵，所以，一开始肯定会出现产量问题。

　　更重要的是，玻璃基板需要建立一个可行的商业生产生态系统，包括必要的工具和供应能力，这就是芯片企业与玻璃处理设备和材料供应商密切合作的原因，此外，还必须想办法找到外包这些新基板的测试和组装的稳定工序。