玻璃基板在異質(zhì)集成技術(shù)中被廣泛應(yīng)用。它與有機(jī)基板、硅以及其他陶瓷材料相似，能在2.5D和3D封裝中充當(dāng)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。

玻璃基板：

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(jī)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(shì)，能夠有效克服有機(jī)物和硅材質(zhì)的缺陷，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定、更高效的連接，并降低生產(chǎn)成本。

國(guó)際大廠對(duì)玻璃基板的布局動(dòng)態(tài)

盡管英特爾已投入超過十年的研發(fā)，并計(jì)劃在下一代產(chǎn)品中使用玻璃基板，但在中國(guó)大陸，玻璃基板仍被視為一項(xiàng)新興技術(shù)。這項(xiàng)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(jì)算領(lǐng)域得到應(yīng)用，因?yàn)檫@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(huì)更多地圍繞AI芯片進(jìn)行突破。

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?yàn)樗言谄渌a(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(duì)于先進(jìn)封裝技術(shù)而言，玻璃基板仍是一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域，還需要經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展過程。

目前，國(guó)內(nèi)從事先進(jìn)封裝的玻璃基板工廠大多還未進(jìn)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(jì)到2025年底或2026年，這些工廠才能達(dá)到量產(chǎn)水平。在此之前，大部分工作仍將集中在研發(fā)上。

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(shì)，但要實(shí)現(xiàn)其在先進(jìn)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(duì)簡(jiǎn)單，即通過激光對(duì)玻璃進(jìn)行改性處理，然后在青木酸中利用不同的時(shí)間控制來制作不同孔徑的孔。

然而，盡管單個(gè)或少量孔的制作可能較為簡(jiǎn)單，但當(dāng)數(shù)量增加到數(shù)十萬(wàn)個(gè)時(shí)，難度會(huì)以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。這也是許多TGV未能達(dá)到預(yù)期效果的原因之一。此外，如何測(cè)試每個(gè)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(jìn)板廠在研發(fā)之外，進(jìn)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(chǎng)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(duì)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(dú)特優(yōu)勢(shì)，但可能在電導(dǎo)率方面存在較大劣勢(shì)。

高密度布線

另一個(gè)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(shí)現(xiàn)電氣連接，將其制成一個(gè)完整的玻璃基板或玻璃基interposer，并且在有實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)實(shí)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(jī)基板電路制作模式應(yīng)用到玻璃基板上，即將有機(jī)的BT層轉(zhuǎn)化為玻璃級(jí)別的層以提供支撐。其他部分則采用完整的有機(jī)基板電鍍層制作方法，最后通過進(jìn)一步的壓合或其他工藝進(jìn)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(shí)候會(huì)面臨許多挑戰(zhàn)，如在窄間距內(nèi)刻蝕種子層容易對(duì)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(duì)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(jī)的LED場(chǎng)景的公司，它們可能會(huì)在玻璃機(jī)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(jìn)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(gè)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(chǎng)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(diǎn)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(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生較大變形。尤其是當(dāng)芯片面積接近基本面積時(shí)，整個(gè)焊盤也會(huì)變得極大。這也是為什么在做更大密度的先進(jìn)封裝芯片集成時(shí)，必須使用更大尺寸的封裝，因?yàn)橛袡C(jī)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(jī)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(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行快速焊接，bump pitch>10μm。

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(biāo)區(qū)域，通常焊接時(shí)間在1s內(nèi)。bump pitch>40μm。