Тенденция развития стеклянной подложки

Спрос на высокопроизводительные, устойчивые вычисления и сетевые пластины в области искусственного интеллекта (ИИ), несомненно, увеличил инвестиции в НИОКР и ускорил темпы инноваций в полупроводниковых технологиях. Поскольку закон Мура замедляется на уровне чипа, люди хотят упаковать как можно больше чиплетов (маленьких чипов) в корпус ASIC (интегрированный чип для конкретного приложения), чтобы получить преимущества закона Мура на уровне пакета.

Пакет ASIC, в котором размещено несколько чиплетов, обычно состоит из органической подложки. Он изготовлен из смолы (в основном ламината из эпоксидной смолы, армированной стекловолокном) или пластика. В зависимости от технологии упаковки чипы либо монтируются непосредственно на подложку, либо между чиплетами добавляется дополнительный кремниевый промежуточный слой для достижения высокоскоростного соединения между чиплетами. Иногда мосты встраивают в подложку вместо промежуточного слоя, чтобы обеспечить высокоскоростное соединение.

Проблема с органическими подложками заключается в том, что они склонны к деформации, особенно в больших корпусах с высокой плотностью стружки. Это ограничивает количество чипов в упаковке. И именно здесь подложка со стеклянным сердечником (GCS, сокращение от «Стеклянная подложка») может изменить правила игры! Ожидается, что он сыграет ключевую роль в следующем поколении усовершенствованных корпусов микросхем.

Почему стеклянная подложка?

Стекло как материал широко изучается и интегрируется в м

во многих полупроводниковых отраслях, и эта тенденция представляет собой значительный шаг вперед в выборе современных упаковочных материалов. Стекло имеет ряд преимуществ перед органическими и керамическими материалами.

В отличие от органических подложек, которые на протяжении многих лет были доминирующей технологией, стекло обладает превосходной стабильностью размеров, теплопроводностью и электрическими свойствами. Стеклянная подложка в сочетании с проводящим слоем сверху и снизу и другими вспомогательными материалами изготовлена ​​из подложки совместно, что может идеально решить многие недостатки существующей органической подложки. Кроме того, стеклянная подложка предоставляет инженерам большую гибкость проектирования, позволяя встраивать в стекло катушки индуктивности и конденсаторы для улучшения решений по электропитанию и снижения энергопотребления.

Преимущества стеклянной подложки заключаются в следующем:

* Стеклянную подложку можно сделать очень плоской для более тонкого рисунка, что может уменьшить искажение рисунка на 50% и увеличить (в 10 раз) плотность проводки. Во время литографии вся подложка экспонируется равномерно, что позволяет уменьшить количество дефектов.

* Коэффициент теплового расширения стекла аналогичен указанному выше коэффициенту теплового расширения кремниевого чипа, что позволяет снизить термическое напряжение.

* Не деформируется и может обрабатывать чипы более высокой плотности в одной упаковке. Первоначальный прототип может обрабатывать чипы с плотностью на 50 процентов выше, чем с органическими подложками.

Оптические межсоединения могут быть легко интегрированы, что приводит к более эффективной совместной оптике.

* Эти подложки обычно представляют собой прямоугольные пластины, что увеличивает количество чипов на пластину, увеличивает производительность и снижает затраты.

Стеклянные подложки могут заменить встроенные в корпус органические подложки, кремниевые промежуточные слои и другие высокоскоростные встроенные межсетевые устройства.

Однако при использовании стеклянных подложек есть некоторые проблемы:

*Стекло хрупкое и хрупкое, его легко разбить в процессе изготовления. Эта хрупкость требует осторожного обращения и специального оборудования для предотвращения повреждений во время производства. Это недостаток продуктов, подвергающихся высокому риску физического воздействия, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и автомобильное оборудование.

Обеспечение надлежащего соединения между стеклянной подложкой и другими материалами, используемыми в полупроводниковых стопках, такими как металлы и диэлектрики, является сложной задачей, а также трудно равномерно заполнить сквозные отверстия линий. Различия в свойствах материалов могут вызвать напряжение на границе раздела, что может привести к расслоению или другим проблемам с надежностью. Хотя коэффициент теплового расширения стекла аналогичен коэффициенту теплового расширения кремния, он сильно отличается от материала, используемого для изготовления печатных плат/выступов. Это несоответствие может создать термическую нагрузку во время температурного цикла, влияющую на надежность и производительность.

* Слишком прозрачный, что повлияет на точность измерения, а выход слишком низкий, недостаточная емкость.

* Отсутствие установленных отраслевых стандартов для стеклянных подложек приводит к различиям в производительности у разных поставщиков. Поскольку это новая технология, данных о долгосрочной надежности недостаточно. Чтобы обрести уверенность в использовании этих пакетов для приложений с высокой надежностью, необходимы более ускоренные испытания на срок службы.

Несмотря на эти недостатки, стеклянные подложки перспективны для высокопроизводительных вычислений (HPC), искусственного интеллекта и сетевых микросхем постоянного тока, где основное внимание уделяется инкапсуляции как можно большей пропускной способности в корпусе ASIC для улучшения общего масштаба, производительности и эффективности система.

Ли Чан Мин, аналитик-исследователь KB Securities, прогнозирует: «С экспоненциальным ростом обработки данных ИИ к 2030 году подложки из органических (пластмассовых) материалов станут дефицитными. Стеклянные подложки изначально применяются для высококачественных продуктов, таких как ИИ. ускорителей и серверных процессоров и, как ожидается, постепенно расширится и охватит более широкий спектр областей продукции».

Источник также отметил, что технология сквозных отверстий в стекле (TGV) еще не достаточно развита, чтобы ее можно было использовать для обработки стеклянных подложек, и остается сложной задачей из-за требуемого уровня точности. Стеклянные подложки все еще находятся на ранних стадиях разработки.

.

Чипы искусственного интеллекта создают спрос на стеклянные подложки

Стеклянные подложки признаны ключевым материалом для следующего поколения передовых технологий полупроводниковой упаковки и необходимы для поддержки взрывного роста чипов искусственного интеллекта.

Расширение мощностей TSMC по производству передовых корпусов CoWoS едва поспевает за быстро растущим спросом на чипы искусственного интеллекта, что побуждает полупроводниковые компании искать альтернативы. По данным отраслевых источников, потенциальным решением является усовершенствованная упаковка с использованием стеклянных подложек.

В настоящее время полупроводниковые компании разрабатывают две стеклянные подложки для современной упаковки. Один из них предназначен для замены кремниевого промежуточного слоя с использованием стекла в качестве платформы для интеграции чипов. Источники сообщают, что TSMC и Innolux движутся в этом направлении.

В основе подложки ABF будет использоваться другая стеклянная подложка, заменяющая медную плакированную пластину (CCL). Источники сообщают, что Intel и австрийская AT&S совместно разрабатывают этот тип.

Первоначально Intel использовала другой подход к разработке расширенных пакетов. Компания стремится использовать свою технологию совместной оптики (CPO), в которой для улучшения передачи сигнала используются стеклянные подложки.

По словам источников, стекло в основном будет использоваться в подложках размером 110 x 110 мм и более для удовлетворения потребностей приложений конечных устройств, таких как процессоры и графические процессоры для серверов, коммутационные микросхемы и радиочастотные модули.

Стеклянная подложка – ключ к ФОППЛ

Стеклянные подложки стали ключевым стратегическим элементом упаковки с разветвленными панелями (FOPLP) — технологии, разрабатываемой TSMC и различными заводами-производителями. Из-за этого, согласно отраслевым источникам, TSMC изначально выбрала размер стеклянной панели 515 x 510 мм, а в последнее время, как сообщается, остановилась на большем размере, принятом ведущим заводом по производству серверной части ASE.

FOPLP — это расширение технологии упаковки на уровне пластины с разветвлением (FOWLP). Поскольку в FOPLP используется панель большего размера, она может обрабатывать в несколько раз больше чипов, чем пластины диаметром 300 мм.

По данным источников, разработчики FOPLP используют панели различных размеров, в основном 300 x 300 мм, 515 x 510 мм, 600 x 600 мм и 620 x 750 мм.

Производитель дисплейных панелей Innolux вышел на рынок полупроводников и разрабатывает FOPLP с самым большим размером панели среди других производителей - 620 x 750 мм.

Поскольку важность стеклянных подложек в современной упаковке чипов возрастает, конкуренция среди производителей растет, стимулируя инновации и инвестиции в эту многообещающую технологию.

Повышение цен на стеклянную подложку

Панели FOPLP могут представлять собой печатные платы или стеклянные подложки, аналогичные тем, которые используются для изготовления ЖК-экранов.

Представители стекольной промышленности отмечают, что стеклянная подложка FOPLP и ЖК-панелей по сути одинакова. Хотя чистота стекла ЖК-дисплеев уже высока, полупроводниковые приложения предъявляют еще более высокие требования. Поставщики стекла будут и дальше совершенствоваться, чтобы соответствовать требованиям полупроводников.