英特爾是如何實現(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封裝的玻璃基板，并計劃在未來幾年內(nèi)向市場提供完整的解決方案，從而使單個封裝內(nèi)的晶體管數(shù)量不斷增加，繼續(xù)推動摩爾定律，滿足以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用的算力需求。

雖然玻璃基板對整個半導(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新的水平。近日，英特爾封裝測試技術(shù)開發(fā)（Assembly Test Technology Development）部門介紹了英特爾為何投入探索玻璃基板，及如何使這項技術(shù)成為現(xiàn)實。

算力需求驅(qū)動先進封裝創(chuàng)新

對摩爾定律的發(fā)展而言，先進封裝意義重大。對功能和性能都更強大的處理器的需求，推動了多芯片集成技術(shù)的誕生，讓封裝從處理器完整設(shè)計中的一個基本步驟升級為其關(guān)鍵要素。

先進封裝技術(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)計理念就是讓多個芯片協(xié)同工作。

在封裝中，基板的主要作用是連接和保護內(nèi)部的諸多芯片。基板可以比作一個“空間轉(zhuǎn)換器”，納米級的芯片通過微米級的焊盤（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互連。為了實現(xiàn)這一點，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。

玻璃基板的相對優(yōu)勢

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

因此，用玻璃基板替代有機基板的想法正在半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)得到普遍認同。玻璃基板在各個方面都表現(xiàn)得更好，更平整（對于將平坦的硅片連接到非常平坦的主板上而言很重要），更堅硬（能夠更好地容納越來越多、越來越小的線），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，讓未來的芯片可以更快地處理更多數(shù)據(jù)。

應(yīng)對玻璃基板的技術(shù)挑戰(zhàn)

技術(shù)開發(fā)并非易事，總會遇到很多未知的困難，用玻璃基板取代有機基板也是如此。

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；在完成裝機后，如何在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)更好地散熱和承受機械力。

此外，還很多更實際的問題：如何使玻璃的邊緣不易開裂；如何分割大塊玻璃基板；在工廠內(nèi)運輸時，如何保護玻璃基板不從傳送帶或滾筒上彈下來或飛出去。

為了應(yīng)對這些非同尋常的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)可用于下一代先進封裝的玻璃基板技術(shù)，英特爾封裝測試技術(shù)開發(fā)部門中一個專門的團隊投入了數(shù)年時間，進行了大量調(diào)試工作，成功解決了采用玻璃材料帶來的諸多問題，實現(xiàn)了開創(chuàng)性技術(shù)和材料的妥善結(jié)合。

未來，玻璃基板技術(shù)不僅將用于英特爾產(chǎn)品中，還將通過英特爾代工服務(wù)（Intel Foundry Service）向外部客戶開放。隨著封裝測試技術(shù)開發(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。