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趋势丨玻璃基板被苹果看好,或成下代重大技术

前言:

芯片封装的战火,开始向材料端蔓延。

从Intel的率先入局,到三星、LG等企业闻风而入,以及日前苹果的看好信号,一系列密集的动作背后,用玻璃材料取代有机基板似乎正在成为业内共识,或者至少是未来一个非常重要的技术路径。

作者 | 方文三图片来源 |  网 络

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基板的演进历程

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。

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玻璃基板的优势

在半导体领域追求推进摩尔定律极限的当下,行业公司们都在使出浑身解数,以图纳入更多晶体管、实现更强算力。

不过之前,大部分竞争焦点集中于如3D封装等工艺环节,而玻璃基板则代表着另一环节竞争——材料。

对于基板材料领域而言,玻璃基板是一项重大突破,它可解决有机材质基板用于芯片封装产生的翘曲问题,突破现有传统基板限制,让半导体封装晶体管数量极限最大化,同时更省电、更具散热优势。

因此厂商们对其给予厚望,到2030年之前,半导体产业很可能会达到使用有机材料在硅封装上延展晶体管数量的极限,有机材料不仅更耗电,且有着膨胀与翘曲等限制,而玻璃基板技术突破是下一代半导体确实可行且不可或缺环节。

该突破使封装技术能够持续扩展,实现在单一封装中容纳1兆个晶体管目标,并将摩尔定律延续到2030年之后。

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苹果正在与供应商讨论

据Digitimes报道,三星目前正在研究这项技术,苹果正在与几家未具名的供应商进行讨论——三星肯定也在其中。

三星集团的子公司将合作投资玻璃核心基板(GCS)的研发,以加快其商业化,旨在与在该领域处于领先地位的英特尔竞争。

据报道,苹果正在与几家公司讨论制定将玻璃基板融入电子设备的战略,未来苹果采用玻璃基板预计将显着拓宽应用领域范围。

半导体行业人士表示,玻璃基板或将成为各国共同开发的新领域,除基板制造商外,还将吸引全球IT设备制造商和半导体厂商的参与。

三星在这方面处于有利位置,因为用于制造先进多层显示器的许多技术也适用于制造玻璃基板PCB。

苹果目前在 iPhone 15 Pro机型中采用的A17 Pro中的3nm芯片处于领先地位,并计划采用 2nm,然后是1.4nm。

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三星集团对玻璃基板的重视

英特尔和三星的积极部署,可以理解为是其迎战台积电的一大策略。

当前,在先进工艺领域台积电依旧领先,而在先进封装领域台积电CoWoS实力雄厚,拥有较高的专利壁垒。

英特尔和三星除在工艺层面加紧布局之外,先进封装领域也需要寻求新的路径实现追赶甚至超越,而玻璃基板成为一个最佳的“跳板”。

有行业专家表示,台积电虽还没有相关动作,但应该也在密切关注。

台积电在CoWoS领域火力全开,接连获得大厂订单享受红利,因而并不急于投入巨资押注玻璃基板,仍将继续沿着现有路径升级迭代,以保持领先地位不可撼动。

而一旦台积电觉得时机成熟,将会大幅加码。而在这项技术领域中,除了英特尔和三星,已有多个强劲对手入局。

3月25日,LG Innotek CEO Moon Hyuk-soo在回答有关发展半导体玻璃基板业务的问题时表示:“我们半导体基板的主要客户是美国一家大型半导体公司,该公司对玻璃基板表现出极大的兴趣。当然,我们正在为此做准备。”

日本DNP展示了半导体封装的一项新开发成果——玻璃芯载板 (GCS:Glass Core Substrate),据称可以解决ABF带来的许多问题,准备在2027年量产。

DNP声称,其具有玻璃芯的HDI载板与基于有机树脂的载板相比具有更优越的性能。据介绍,使用玻璃芯载板可以实现更精细的间距。

因此可以实现极其密集的布线,因为它更硬并且不易因高温而膨胀。

DNP展示的示意图甚至完全从封装中省略了细间距载板,暗示这部分可能不再需要。

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玻璃基板行业龙头企业

玻璃基板行业的龙头企业主要包括国内外的几家大型企业。

其中,美国的康宁(Corning)是全球TFT玻璃基板领域的市场头部企业之一,以其领先的技术和大规模量产能力而著称。

康宁的产品不仅涉及玻璃基板,还广泛应用于光通信、移动消费电子、显示科技等多个领域。

在国内,彩虹股份、东旭光电、中国建材和凯盛科技等公司则是掌握玻璃基板生产技术的主要企业。

其中,东旭光电在玻璃基板领域具有显著优势,拥有多个生产基地,产品覆盖G5、G6和G8.5代TFT-LCD液晶玻璃基板,其量产产能在国内位居第一,全球排名第四。

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玻璃基板仍有现实的诸多挑战

加工挑战:玻璃基板的加工面临着巨大挑战,这些挑战包括钻孔和填孔的优化,需要考虑对脆性的处理、金属线的粘附性不足,以及实现均匀的过孔填充和一致的电气性能。

缺乏可靠性数据:与传统的BT/ABF等基板相比,玻璃基板的长期可靠性信息相对不足。

这包括建立玻璃基板可靠性数据库,涵盖机械强度、耐热循环性、吸湿性、介电击穿和应力引起的分层等方面。

制造和测试挑战:由于玻璃基板较脆,还需要重新开发制造设备。且由于玻璃的透明度高且反射率与硅不同,因此为测试带来了独特的挑战,如依靠反射率来测量距离和深度可能会导致信号失真或丢失,从而影响测量精度。

有限的层数:玻璃基板的前景在于支持高密度互连的能力,这是下一代电子产品所必需的。但目前这种潜力因建设过程中的实际限制而受到限制。目前用于半导体封装基板通常允许多层电路,包括顶部和底部以及内部层。

成本挑战:成本也十分关键。即使技术上拥有优势,但降低成本也是一大难题,何时能够用上高性价比的玻璃基板还不确定。

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结尾

以玻璃基板制成的印刷电路板,可能是芯片发展的「下一个重大趋势」,如今南韩方面消息指出,随着人工智能竞赛越演越烈,Nvidia、AMD、英特尔等,也都有意采用,估计最快2026年上路。

内容来源于:ICResearch:玻璃基板或是下代芯片发展重大趋势!苹果/英伟达/AMD/英特尔有意采用;中研网:2024年玻璃基板行业市场深度分析及发展趋势研究;PCBworld:行业新风向?苹果看好玻璃基板PCB,引领芯片性能革命;半导体行业观察:玻璃基板,来势汹汹

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