AI芯片越做越大,承载芯片的“载板”也随之面临新难题:面积一大,材料在受热、冷却过程中就容易翘曲变形。这也是玻璃基板、TGV(玻璃通孔)等名词近来频繁出现的原因。

高阶AI封装通常会把GPU等运算芯片与多颗HBM整合在同一封装内,有些设计也会纳入其他小芯片,承载这些元件的中介层与封装载板因此面临更大的面积需求。以台积电公布的CoWoS路线图为例,目前量产封装已达5.5倍光罩尺寸,2028年将朝14倍发展。

封装持续放大,也连带提高载板的面积与平整度要求。如何控制材料在反复加热、冷却过程中的形变,避免翘曲、维持平整,成为新的技术课题,也让玻璃基板成为市场讨论焦点。

本文将先说明玻璃基板位于芯片封装的哪一层,再拆解TGV玻璃通孔的5个制程步骤。

玻璃基板是什么?在芯片封装的哪一层?

一颗AI芯片封装由上到下,大致可分为以下几层:

  • 芯片(chip):位于封装最上层。

  • 微凸块(micro bump):用来连接芯片与中介层、载板,传递电源与信号的微小导电接点。

  • 中介层(interposer):用来高密度连接GPU、HBM及其他小芯片,并非所有封装都需要。

  • 封装载板(substrate):负责承接芯片或中介层等上方结构,并将信号与电源向下连接至PCB。

  • 印刷电路板(PCB):承载芯片封装与其他电子元件,并通过线路传递电源与信号。

玻璃基板要改变的,就是其中的封装载板。目前高阶封装载板多使用有机材料作为核心,但这类材料受热会膨胀、冷却后收缩。面积越大,尺寸变化与翘曲越难控制,也会影响线路位置与芯片接合。

所谓玻璃基板(glass substrate),是指将载板中央的核心材料改成玻璃。

图/《数位时代》373期

玻璃基板优点是什么?3大优势一次看

玻璃刚性较高,热膨胀特性也能通过材料配方调整,因此成为大型封装正在发展的选项。归纳来看,玻璃基板有3项优势:

  • 形状更稳定:玻璃刚性较高,热膨胀特性也能调整,大尺寸下较有利于控制翘曲。

  • 高速信号损耗低:玻璃材料可设计出较低的介电损耗,减少高速信号传输过程中的能量损失。

  • 具有大面积加工潜力:显示器产业已有大尺寸玻璃面板的量产经验。

TGV玻璃通孔是什么?TGV最大技术挑战是?

玻璃本身不导电。为了连接玻璃载板上下两侧的线路,让信号与电源穿过玻璃,须在玻璃中制作微小通孔,并在孔内形成金属导电路径,这类结构称为TGV(through-glass via,玻璃通孔)。

TGV玻璃通孔怎么做?5个步骤一次看

TGV成孔方式不只一种,以激光改质搭配化学蚀刻制程为例,可分为5个步骤:

  • 激光改质:用激光照射预定开孔的位置,改变局部玻璃结构。

  • 蚀刻成孔:利用化学药液优先移除被激光改质的区域,形成贯穿玻璃的微小通孔。

  • 孔壁金属化:在孔壁形成一层薄金属,作为后续电镀的基础。

  • 铜电镀:利用电镀增加孔内的铜层,部分制程会将整个通孔填满。

  • 上下导通:TGV成为穿过玻璃的垂直导电路径,连接载板上下两侧的线路。

图/《数位时代》373期

目前最值得观察的是台积电与英特尔。2026年7月台积电法说会上被询及玻璃基板、玻璃核心时,魏哲家表示正开发替代方案并与载板供应商合作,预估约1年成熟;另有供应链消息指出,台积电正与Ibiden、群创验证玻璃核心载板导入下一代CoWoS。英特尔在2023年公开玻璃基板技术,2026年7月再宣布与蓝思科技合作,加速开发玻璃基板封装方案。

先进封装设备类似前道晶圆制造设备,供应商受益先进封测产业增长。随着先进封装的发展,Bumping(凸块)、Flip(倒装) 、TSV 和 RDL(重布线)等新的连接形式所需要用到的设备也越先进。以长球凸点为例,主要的工艺流程为预清洗、UBM、淀积、光刻、焊料 电镀、去胶、刻蚀、清洗、检测等,因此所需要的设备包括清洗机、PVD 设备、光刻机、 刻蚀机、电镀设备、清洗机等,材料需要包括光刻胶、显影剂、刻蚀液、清洗液等。为促进行业发展,互通有无,欢迎芯片设计、晶圆制造、装备、材料等产业链上下游加入艾邦半导体先进封装产业链交流群。
我们诚邀您加入“玻璃基板与TGV技术交流群”,与行业精英共同探讨玻璃基板及TGV技术的前沿动态,共享资源,交流经验。在这里,您可以第一时间获取技术革新信息,深入解析行业趋势,与行业领袖面对面交流,共同推动技术革新,探索无限商机。

作者 llp