已有数千年应用历史的玻璃,如今正进入AI芯片封装环节,成为半导体行业关注的新材料。业内普遍认为,以玻璃为核心的下一代封装技术,有望同时缓解AI数据中心的电力负荷和算力瓶颈。《Technology Review》当地时间近日报道了这一进展。
SKC旗下美国子公司Absolics正推进特种玻璃基板商业化。该公司已在美国建成AI芯片玻璃基板工厂,计划今年启动面向客户的小批量供货。与此同时,Intel也在加快相关研发,寻求在下一代芯片封装中导入玻璃基板。
这项技术的核心,在于将玻璃引入多颗硅芯片之间的连接基板。近年来,半导体设计不断向先进封装演进,通过将不同功能的芯片整合为一个系统来提升性能。不过,传统有机基板在受热后容易发生翘曲,进而造成芯片对位误差,并影响散热效率。
AMD研究员Deepak Kulkarni表示,随着AI计算需求上升、封装尺寸持续扩大,基板变形问题正变得愈发突出,而玻璃基板有望突破这一机械限制。报道指出,玻璃具有更高的热稳定性,可承受更高温度,并有助于在缩小封装尺寸的同时提升性能和能效。
当前,半导体封装仍高度依赖玻璃纤维增强环氧树脂等有机基板。不过,Intel先进封装业务副总裁Rahul Manepalli认为,有机基板在电气性能和散热方面都存在局限。采用玻璃基板后,相同面积内的互连密度可显著提升,芯片之间的连接也能更加紧密,在同等封装面积下,芯片集成数量最多可提升50%。
除了互连能力外,玻璃更高的表面平整度也有助于降低制造缺陷。市场研究机构IDTechEx表示,玻璃基板的表面平整度最高可达有机基板的5000倍,从而减少影响芯片性能的微小缺陷。与此同时,玻璃还具备导光特性,可在基板内部实现光信号传输,其数据传输功耗显著低于传统铜互连。
不过,玻璃基板的工程化应用仍面临挑战。由于厚度仅有数百微米,这类材料在制造过程中更容易破裂。Intel研究团队近期已制成采用玻璃基板的测试封装,并表示该装置已可正常运行。
随着技术推进,玻璃基板的市场前景也持续受到关注。IDTechEx预计,相关市场规模将从2025年的约10亿美元增长至2036年的44亿美元。
报道还提到,玻璃基板技术可追溯至2009年美国佐治亚理工学院3D系统封装研究中心。此后,Absolics与SKC合作,于2024年在美国佐治亚州科温顿建设生产设施,并通过美国政府“CHIPS for America”项目获得合计1.75亿美元支持。
围绕玻璃基板的产业竞争也在升温。Samsung Electronics、Samsung Electro-Mechanics、LG Innotek等韩国企业正扩大研发和试产投入,零部件企业JNTC也在建设半加工玻璃面板产线,以提升在供应链中的参与度。
业内预计,玻璃基板将优先应用于AI数据中心的高性能芯片;若后续生产成本下降,未来也可能扩展至笔记本电脑和移动设备。在AI算力需求快速增长的背景下,玻璃能否成为下一代计算的关键材料,正受到业界关注。