解读玻璃芯基板：先进封装巨头的新竞争方向

　　研究机构Yole Group分析，随着英特尔于2023年9月宣布推出玻璃芯基板（GCS，Glass Core substrates，又称玻璃基板），先进封装行业的创新竞赛进入新的关键时刻。这一新的技术方向是继有机基板和陶瓷基板浪潮之后出现的，有望克服有机核心基板的挑战，以配合高性能计算（HPC）和人工智能（AI）大趋势，在芯片设计和制造成本方面将性能、效率和可扩展性提升到新的水平。后者取决于技术的成熟度及其在终端市场的广泛应用。

　　玻璃作为一种材料，在多个半导体行业中被广泛研究和集成，代表了先进封装材料选择的重大发展，与有机和陶瓷材料相比具有多项优势。与多年来一直作为主流技术的有机基板不同，玻璃具有卓越的尺寸稳定性、导热性和电气性能。玻璃芯基板结合上方、下方的布线层以及辅助材料，共同制造而成的基板，可完美解决当前有机基板的诸多短板。

　　据英特尔介绍，玻璃基板可减少50%图案失真，布线倍提升，可改善光刻的焦距和深度，具备出色的平整度。因此，玻璃基板能够满足高性能、高密度AI芯片对于封装的需求，机械性能的改进使得玻璃基板能够提高超大尺寸封装的良率。

　　此外，玻璃基板还为工程师提供了更高设计灵活性，允许将电感、电容嵌入到玻璃当中，以实现更优良的供电解决方案，降低功耗。

　　然而，尽管GCS具有潜在的优势，但与任何新技术一样，GCS由于制造加工困难，也面临着一系列挑战，这不仅是对基板制造商的挑战，也是对设备、材料和检测工具供应商的挑战。

　　Yole Group分析师表示，玻璃的脆性给设备内部的处理和加工带来了问题，一旦玻璃破碎，这些设备无法适应玻璃碎裂时产生的碎片，因此需要在制造过程中精确小心。这对于设备供应商和基板制造商来说，是一项成本高昂的挑战。此外，玻璃基板给检测和计量过程带来了复杂性，需要专门的设备和技术来确保质量和可靠性。

　　尽管存在这些挑战，GCS的应用仍受到几个关键因素的推动：对更大基板和外形尺寸的需求，以及芯片和异构集成的技术趋势，都推动业界将玻璃作为一种潜在的使能方案。此外，一旦技术成熟并得到广泛应用，玻璃的潜在成本优势将使其成为HPC和数据中心市场的一个极具吸引力的选择。

　　自2023年9月以来，英特尔在支持GCS方面所做的开创性努力为整个行业的采用奠定了基础，英特尔已展示一系列玻璃基板样品及成品芯片，并宣布于2025年之后推出产品，推动摩尔定律发展，提供数据中心解决方案。英特尔已在玻璃基板领域进行了十年研发，并为此投资约10亿美元，在美国亚利桑那州工厂建立玻璃基板研发线和供应链。机构表示，英特尔为行业提供了指导和方向，鼓励其他企业探索这项前景广阔的技术。

　　在英特尔推出GCS短短几个月后，三星于2024年1月的CES 2024宣布正式进军GCS生产领域。2024年5月，三星旗下子公司三星电机今年将启动玻璃基板试生产，计划于今年年底前建立一条试验性生产线月完工。一位消息人士称，三星电机已经与主要的玻璃基板设备供应商分享了交付时间表，以确保按期交付。

　　三星的跟进，标志着这一新兴技术发展史上的又一个里程碑，同时也凸显了英特尔此举的影响力，因为半导体行业对这一技术的兴趣和投资都在不断增长。

　　与英特尔的努力并驾齐驱，美国公司Absolics也在GCS发展史上留下了浓墨重彩的一笔，获得了韩国SK集团旗下半导体材料公司SKC 6亿美元的首笔巨额投资，并成为其子公司。这笔投资意味着Absolics成为全球第一家专门生产玻璃基板的公司，只是与英特尔公司相比采用了不同的技术。

　　2024年5月，美国商务部宣布将向Absolics公司拨款7500万美元，以帮助其生产。SKC于今年7月宣布，Absolics在佐治亚州投资约2.22亿美元建设的工厂已经竣工，开始批量生产玻璃基板原型产品。

　　研究机构表示，Absolics和SCHMID等新企业的出现，以及激光设备供应商、显示器制造商、化学供应商等的参与，凸显了围绕GCS新生供应链正在形成的多样化生态系统。目前合作伙伴关系正在形成，以解决与GCS制造相关的技术和物流挑战，这体现了为实现GCS全部潜力而做出的集体努力。

　　在这一版图中，玻璃通孔（TGV）是GCS的支柱之一。TGV为制造更紧凑、功能更强大的设备铺平了道路。TGV有助于提高各层之间的连接密度，有助于提高高速电路的信号完整性。连接间距的缩短可减少信号损失和干扰，从而提高整体性能。集成TGV后，不再需要单独的互连层，从而简化制造流程。然而，尽管TGV具有诸多优势，但它也面临着许多挑战。由于其制造工艺的复杂性，TGV更容易出现缺陷，从而可能导致产品故障。此外，与其他解决方案相比，TGV通常意味着更高的生产成本。对专用设备的需求以及缺陷风险都会导致生产成本的增加。最近，LPKF等激光设备制造商获得了许多新的TGV相关专利。这些进步有助于GCS的商业化，同时也解决了与玻璃中介层有关的难题。这种解决方案可以同时促进GCS和玻璃中介层的发展，有望成为下一代功能强大的设备。

　　此外，GCS和面板级封装（PLP）、FOPLP（扇出型面板级封装）之间的协同作用也在推动这两个领域的创新。由于这两种技术都采用类似的面板尺寸，因此在提高芯片密度、降低成本和提高制造效率方面具有互补性。