英特爾是如何實(shí)現(xiàn)玻璃基板的?

在今年9月，英特爾宣布率先推出用于下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板，并計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)向市場(chǎng)提供完整的解決方案，從而使單個(gè)封裝內(nèi)的晶體管數(shù)量不斷增加，繼續(xù)推動(dòng)摩爾定律，滿足以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用的算力需求。

雖然玻璃基板對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)而言并不陌生，但憑借龐大的制造規(guī)模和優(yōu)秀的技術(shù)人才，英特爾將其提升到了一個(gè)新的水平。近日，英特爾封裝測(cè)試技術(shù)開(kāi)發(fā)（Assembly Test Technology Development）部門介紹了英特爾為何投入探索玻璃基板，及如何使這項(xiàng)技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。

算力需求驅(qū)動(dòng)先進(jìn)封裝創(chuàng)新

對(duì)摩爾定律的發(fā)展而言，先進(jìn)封裝意義重大。對(duì)功能和性能都更強(qiáng)大的處理器的需求，推動(dòng)了多芯片集成技術(shù)的誕生，讓封裝從處理器完整設(shè)計(jì)中的一個(gè)基本步驟升級(jí)為其關(guān)鍵要素。

先進(jìn)封裝技術(shù)的突破體現(xiàn)在了多芯片處理器產(chǎn)品中，這類處理器集成了一系列芯片，其設(shè)計(jì)理念就是讓多個(gè)芯片協(xié)同工作。

在封裝中，基板的主要作用是連接和保護(hù)內(nèi)部的諸多芯片?；蹇梢员茸饕粋€(gè)“空間轉(zhuǎn)換器”，納米級(jí)的芯片通過(guò)微米級(jí)的焊盤（bond pads）與基板相連，基板再將這些焊盤轉(zhuǎn)換為主板上的毫米級(jí)互連。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，基板需要保持平坦，能夠高精度的處理輸入電流和高速信號(hào)。

玻璃基板的相對(duì)優(yōu)勢(shì)

在過(guò)去20多年的時(shí)間里，打造基板所用的主要材料是有機(jī)塑料，但隨著單個(gè)封裝內(nèi)的芯片和連線數(shù)量越來(lái)越多，有機(jī)基板正在接近物理極限。

因此，用玻璃基板替代有機(jī)基板的想法正在半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)得到普遍認(rèn)同。玻璃基板在各個(gè)方面都表現(xiàn)得更好，更平整（對(duì)于將平坦的硅片連接到非常平坦的主板上而言很重要），更堅(jiān)硬（能夠更好地容納越來(lái)越多、越來(lái)越小的線），也更穩(wěn)固。

除了在基本功能上表現(xiàn)得更好之外，玻璃基板還有望使互連密度和光互連集成度提高10倍，讓未來(lái)的芯片可以更快地處理更多數(shù)據(jù)。

應(yīng)對(duì)玻璃基板的技術(shù)挑戰(zhàn)

技術(shù)開(kāi)發(fā)并非易事，總會(huì)遇到很多未知的困難，用玻璃基板取代有機(jī)基板也是如此。

在技術(shù)層面，這些挑戰(zhàn)包括：弄清楚采用什么樣的玻璃更有效；如何將金屬和設(shè)備分層，以添加微孔并布線；在完成裝機(jī)后，如何在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)更好地散熱和承受機(jī)械力。

此外，還很多更實(shí)際的問(wèn)題：如何使玻璃的邊緣不易開(kāi)裂；如何分割大塊玻璃基板；在工廠內(nèi)運(yùn)輸時(shí)，如何保護(hù)玻璃基板不從傳送帶或滾筒上彈下來(lái)或飛出去。

為了應(yīng)對(duì)這些非同尋常的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)可用于下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板技術(shù)，英特爾封裝測(cè)試技術(shù)開(kāi)發(fā)部門中一個(gè)專門的團(tuán)隊(duì)投入了數(shù)年時(shí)間，進(jìn)行了大量調(diào)試工作，成功解決了采用玻璃材料帶來(lái)的諸多問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)和材料的妥善結(jié)合。

未來(lái)，玻璃基板技術(shù)不僅將用于英特爾產(chǎn)品中，還將通過(guò)英特爾代工服務(wù)（Intel Foundry Service）向外部客戶開(kāi)放。隨著封裝測(cè)試技術(shù)開(kāi)發(fā)部門不斷完善相關(guān)技術(shù)組合，英特爾正在規(guī)劃第一批采用玻璃基板的內(nèi)部和代工產(chǎn)品。