英特爾推出玻璃基板計劃：重新定義芯片封裝，推動摩爾定律進步

當?shù)貢r間9月18日，芯片制造商英特爾公司宣布，在用于下一代先進封裝的玻璃基板開發(fā)方面取得重大突破。

在本周于美國加利福尼亞州圣何塞舉行的英特爾2023年創(chuàng)新大會之前，英特爾宣布了這一“程碑式的成就”，并稱這將重新定義芯片封裝的邊界，能夠為數(shù)據(jù)中心、人工智能和圖形構建提供改變游戲規(guī)則的解決方案，推動摩爾定律進步。該公司表示，將于本十年晚些時候使用玻璃基板進行先進封裝。

1971年，英特爾的第一款微處理器擁有2300個晶體管，現(xiàn)在該公司的旗艦芯片擁有超過1000億個晶體管，但這種進步大部分來自于芯片電路之間寬度的微型化。如今這種進步已經(jīng)放緩。由英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾發(fā)明的“摩爾定律”（半導體芯片的晶體管密度每24個月翻一番）甚至被認為已經(jīng)失效。因此，英特爾一直在尋找其他方法來讓芯片技術繼續(xù)遵循摩爾定律。

在談論芯片設計的下一步發(fā)展時，人們關注的焦點包括填充更多內(nèi)核、提高時鐘速度、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。

基板是芯片封裝體的重要組成材料，主要起承載保護芯片與連接上層芯片和下層電路板的作用。它們?yōu)樾酒峁┝私Y構穩(wěn)定性（硅芯片非常脆弱），也是傳輸信號的手段。自上世紀70年代以來，基板設計發(fā)生了多次演變，金屬框架在90年代被陶瓷所取代，然后在世紀之交被有機封裝所取代。當前的處理器廣泛使用有機基板。

英特爾認為，有機基板將在未來幾年達到其能力的極限，因為該公司將生產(chǎn)面向數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)級封裝（SiP），具有數(shù)十個小瓦片（tile），功耗可能高達數(shù)千瓦。此類SiP需要小芯片（chiplet）之間非常密集的互連，同時確保整個封裝在生產(chǎn)過程中或使用過程中不會因熱量而彎曲。

英特爾預計，玻璃基板具有卓越的機械、物理和光學特性，使該公司能夠構建更高性能的多芯片SiP，在芯片上多放置50%的裸片（die）。特別是，英特爾預計玻璃基板能夠實現(xiàn)容納多片硅的超大型24×24cm SiP。

玻璃基板是指用玻璃取代有機封裝中的有機材料，并不意味著用玻璃取代整個基板。因此，英特爾不會將芯片安裝在純玻璃上，而是基板核心的材料將由玻璃制成。

有機基板和玻璃基板的對比。圖片來源：英特爾

與傳統(tǒng)有機基材相比，玻璃具有一系列優(yōu)點。其突出特點之一是超低平坦度，可改善光刻的焦深，以及互連的良好尺寸穩(wěn)定性，這對于下一代SiP來說非常重要。此類基板還提供良好的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，使其能夠承受更高的溫度，從而在數(shù)據(jù)中心應用中更具彈性。

此外，英特爾表示，玻璃基板可實現(xiàn)更高的互連密度（即更緊密的間距），使互連密度增加十倍成為可能，這對于下一代SiP的電力和信號傳輸至關重要。玻璃基板還可將圖案變形減少50%，從而提高光刻的焦深并確保半導體制造更加精密和準確。

英特爾稱，玻璃基板可能為未來十年內(nèi)在單個封裝上實現(xiàn)驚人的1萬億個晶體管奠定基礎。

為了證明該技術的有效性，英特爾發(fā)布了一款用于客戶端的全功能測試芯片。這項技術最初將用于構建面向數(shù)據(jù)中心的處理器，但當技術變得更加成熟后，將用于客戶端計算應用程序。英特爾提到，圖形處理器（GPU）是該技術的可能應用之一，很可能會受益于互連密度的增加和玻璃基板剛性的提高。

組裝測試芯片基板。

英特爾已在玻璃基板技術上投入了大約十年時間，目前在美國亞利桑那州擁有一條完全集成的玻璃研發(fā)線。該公司表示，這條生產(chǎn)線的成本超過10億美元，為了使其正常運行，需要與設備和材料合作伙伴合作，建立一個完整的生態(tài)系統(tǒng)。業(yè)內(nèi)只有少數(shù)公司能夠負擔得起此類投資，而英特爾似乎是迄今為止唯一一家開發(fā)出玻璃基板的公司。

與任何新技術一樣，玻璃基板的生產(chǎn)和封裝成本將比經(jīng)過驗證的有機基板更昂貴。英特爾目前還沒有談論產(chǎn)量。如果產(chǎn)品開發(fā)按計劃進行，該公司打算在本十年晚些時候開始出貨。第一批獲得玻璃基板處理的產(chǎn)品將是其規(guī)模最大、利潤最高的產(chǎn)品，例如高端HPC（高性能計算）和AI芯片，隨后逐步推廣到更小的芯片中，直到該技術可用于英特爾的普通消費芯片。

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審核編輯 黃宇