玻璃基板对于下一代多芯片封装至关重要

来源：《半导体芯科技》杂志

英特尔为支持摩尔定律延续的最新举措，涉及放弃有机基板（在计算芯片中数据和电力进出的媒介）而采用玻璃基板。英特尔官网近日发表的一篇博文透露了其在商用玻璃基板方面的工作，它认为这是支持人工智能和机器学习等应用实现更高密度、更高性能芯片的关键。

△英特尔展示使用玻璃基板制成的未完成封装

英特尔表示，与现在的有机基板相比，玻璃具有独特的性能，如超级平整度以及更好的热性能和机械稳定性，从而在基板中实现更高的互连密度。这些优势将允许芯片架构师创建用于人工智能等数据密集型工作负载的高密度、高性能芯片封装。为人工智能和数据中心应用开发更大、更复杂的加速器的压力可能会刺激对玻璃等更高效基材的需求。

“当今的计算机越来越多地在一个基板上使用多个芯片。随着这些基板上承载的硅不断增加，我们当前的有机基板（主要是塑料）可能会变形。玻璃更坚硬，可以在一个封装上处理更多的芯片，在相同的封装尺寸上，玻璃基板能够承载的芯片含量比有机基板多 50%。”英特尔的Rob Kelton 说。

英特尔正在大力宣传其先进封装技术，包括嵌入式多芯片互连桥 (EMIB) 和 Foveros，这些技术用于 chiplet 小芯片的 2D 和 3D 封装。虽然这些技术涉及各种小芯片的接口和供电方式，但英特尔这次的最新发展是基于集成这些芯片的介质。

Gartner 分析师 Gaurav Gupta 表示，这个想法相当简单，只需将有机基板中的 PCB Core（芯板）替换为玻璃基板。这带来了许多好处，包括卓越的光学和机械性能。例如，玻璃的热膨胀率接近硅，这应该有助于减轻翘曲或收缩的可能性。

耐高温的能力是值得注意的，因为英特尔看到玻璃基板的第一个应用是大型数据中心、人工智能和图形应用，其中高密度封装的小芯片，通常可能在截然不同的温度范围内运行。与此类多芯片封装相关的热应力是英特尔试图通过新的测试和验证机制解决的问题之一。

英特尔认为，玻璃的特性可以实现更大的互连密度。据估计，玻璃基板可以使互连密度增加十倍。换句话说，玻璃基板应该允许更多数据更快地流入和流出处理器。英特尔期望实现这一目标的方法之一是将光学互连直接集成到基板中。

英特尔多年来一直在研究硅光子学的使用。最近，这家芯片制造商展示了一款具有 8 个核心、528 个线程和1TB/s 光学互连的原型处理器，旨在应对 DARPA 最大的图形分析工作负载。

英特尔的目标是在“本十年的后期”将使用玻璃基板的下一代封装技术推向市场。因为工程玻璃要表现出特定的性能，同时又可以以可靠且经济可行的方式大规模生产，这是非常困难的，需要花费很多的时间。

英特尔预计，到 2030 年左右，该行业将面临有机基板的极限。但是，至少目前而言，有机基板与英特尔的EMIB 或台积电的 CoWoS 等技术相结合是足够好的，会成为未来的发展趋势。

值得注意的是，英特尔并不是唯一一家认真研究玻璃作为半导体材料的公司。例如，德国晶圆制造商 Plan Optik AG 为各种微机电系统 (MEMS) 应用开发了多种玻璃晶圆。康宁公司专门生产从智能手机屏幕到光纤等各种产品的精品玻璃，也在开发用于液晶面板的玻璃基板。

英特尔没有宣布正在与谁合作开发这些玻璃基板，但表示，在不久的将来将会与主要行业参与者以及基材供应商合作。

审核编辑 黄宇