根據(jù)最新市場消息，蘋果正積極與多家供應(yīng)商商討將玻璃基板技術(shù)應(yīng)用于芯片開發(fā)，以提供更好散熱性能，使芯片在更長時(shí)間內(nèi)保持峰值性能。同時(shí)，玻璃基板的超平整特性使其可以進(jìn)行更精密的蝕刻，從而使元器件能夠更加緊密地排列在一起，提升單位面積內(nèi)的電路密度。

在“摩爾定律”（半導(dǎo)體芯片的晶體管密度每24個(gè)月翻一番）逐漸失效的時(shí)代，當(dāng)談?wù)撔酒O(shè)計(jì)的下一步發(fā)展時(shí)，人們關(guān)注的焦點(diǎn)包括填充更多內(nèi)核、提高時(shí)鐘速度、縮小晶體管和3D堆疊等，很少考慮承載和連接這些組件的封裝基板。玻璃基板的應(yīng)用將為芯片技術(shù)帶來革命性的突破，并可能成為未來芯片發(fā)展的關(guān)鍵方向之一。

什么是玻璃基板？

芯片基板是用來固定晶圓切好的晶片（Die），封裝的最后一步的主角，基板上固定的晶片越多，整個(gè)芯片的晶體管數(shù)量就越多。自上世紀(jì)70年代以來，芯片基板材料經(jīng)歷了兩次迭代，最開始是利用引線框架固定晶片，到90年代陶瓷基板取代了引線框架，而現(xiàn)在最常見的是有機(jī)材料基板。

有機(jī)材料基板加工難度小，還可以高速信號(hào)傳輸，一直被視作是芯片領(lǐng)域的領(lǐng)軍者。但是有機(jī)材料基板也存在一些缺點(diǎn)，就是其與晶片的熱膨脹系數(shù)差異過大，在高溫下，晶片和基板之間的連接容易斷開，芯片就被燒壞了。

需要通過熱節(jié)流仔細(xì)控制芯片溫度，代表芯片只能在有限時(shí)間維持最高性能，再降回較慢速度，以降低溫度。因此，有機(jī)基板的尺寸受到很大限制，在有限的尺寸下容納更多的晶體管，基板的材料選擇至關(guān)重要。

在這個(gè)背景下，玻璃基板應(yīng)運(yùn)而生。相比之下，玻璃基板卓越的機(jī)械、物理和光學(xué)特性，能夠構(gòu)建更高性能的多芯片SiP，在芯片上多放置50%的Die。玻璃基板具有獨(dú)特的性能，比如超低平面度（極為平整）、更好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性：由于玻璃材料非常平整，可改善光刻的聚焦深度，同樣面積下，開孔數(shù)量要比在有機(jī)材料上多得多，玻璃通孔（TGV）之間的間隔能夠小于100微米，這直接能讓晶片之間的互連密度提升10倍；此外，玻璃基板的熱膨脹系數(shù)與晶片更為接近，更高的溫度耐受可使變形減少50％，可以降低斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，增加芯片的可靠性。這些優(yōu)勢使得玻璃基板成為了下一代高密度封裝的理想選擇。

相較于傳統(tǒng)有機(jī)基板，玻璃基板的厚度可以減少一半左右，不僅功耗更低，而且信號(hào)傳輸速度更快，有望為服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心中的大型耗電芯片帶來速度和功耗優(yōu)勢。玻璃通孔現(xiàn)在正被成功應(yīng)用于玻璃基板上，與以往相比，新一代處理器將在更小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的組件，從而提高了設(shè)備的緊湊性和性能。玻璃基板的特性非常適合Chiplet，由于小芯片設(shè)計(jì)對(duì)基板的信號(hào)傳輸速度、供電能力、設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性提出了新的要求，在改用玻璃基板后就可以滿足這些要求。

有機(jī)基板和玻璃基板的對(duì)比

玻璃基板的易碎性、缺乏與金屬線的黏合力以及通孔填充的均勻性等問題，也為制造過程帶來了不小的挑戰(zhàn)：選擇適合的玻璃基板材料并確保它與芯片材料的兼容性是一個(gè)挑戰(zhàn)，這涉及到材料的熱膨脹系數(shù)、機(jī)械性能、介電特性等方面的匹配；玻璃基板上的連接技術(shù)需要具有高度的可靠性和穩(wěn)定性，以確保芯片與外部電路的連接質(zhì)量；與傳統(tǒng)塑料封裝相比，玻璃基板封裝的制造成本可能較高，如何確保在大規(guī)模生產(chǎn)中保持一致的質(zhì)量和性能也是需要解決的問題。

另與硅相比，玻璃的高透明度和不同反射系數(shù)也為檢測和測量帶來了難度。許多適用于不透明或半透明材料的測量技術(shù)在玻璃上都不太有效，可能導(dǎo)致訊號(hào)失真或丟失，影響測量精度。更重要的是，玻璃基板需要建立一個(gè)可行的商業(yè)生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，這包括必要的工具和供應(yīng)能力。

芯片領(lǐng)域的新寵

盡管仍存在諸多挑戰(zhàn)，以及缺乏可靠性數(shù)據(jù)等，但其無與倫比的平整度和熱性能為下一代緊湊型高性能封裝提供了基礎(chǔ)，讓玻璃基板作為芯片下一代重要技術(shù)的潛力不容忽視。

用玻璃材料取代有機(jī)基板似乎正在成為業(yè)內(nèi)共識(shí)，或者至少是未來一個(gè)非常重要的技術(shù)路徑。從英特爾的率先入局，到三星、蘋果等企業(yè)聞風(fēng)而入，隨著有機(jī)基板逐漸達(dá)到能力極限，各大科技巨頭都在使出渾身解數(shù)。