根據最新市場消息，蘋果正積極與多家供應商商討將玻璃基板技術應用于芯片開發，以提供更好散熱性能，使芯片在更長時間內保持峰值性能。同時，玻璃基板的超平整特性使其可以進行更精密的蝕刻，從而使元器件能夠更加緊密地排列在一起，提升單位面積內的電路密度。
在“摩爾定律”（半導體芯片的晶體管密度每24個月翻一番）逐漸失效的時代，當談論芯片設計的下一步發展時，人們關注的焦點包括填充更多內核、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。玻璃基板的應用將為芯片技術帶來革命性的突破，并可能成為未來芯片發展的關鍵方向之一。
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，整個芯片的晶體管數量就越多。自上世紀70年代以來，芯片基板材料經歷了兩次迭代，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，而現在最常見的是有機材料基板。
有機材料基板加工難度小，還可以高速信號傳輸，一直被視作是芯片領域的領軍者。但是有機材料基板也存在一些缺點，就是其與晶片的熱膨脹系數差異過大，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。
需要通過熱節流仔細控制芯片溫度，代表芯片只能在有限時間維持最高性能，再降回較慢速度，以降低溫度。因此，有機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重要。
在這個背景下，玻璃基板應運而生。相比之下，玻璃基板卓越的機械、物理和光學特性，能夠構建更高性能的多芯片SiP，在芯片上多放置50%的Die。玻璃基板具有獨特的性能，比如超低平面度（極為平整）、更好的熱穩定性和機械穩定性：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，開孔數量要比在有機材料上多得多，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％，可以降低斷裂的風險，增加芯片的可靠性。這些優勢使得玻璃基板成為了下一代高密度封裝的理想選擇。
相較于傳統有機基板，玻璃基板的厚度可以減少一半左右，不僅功耗更低，而且信號傳輸速度更快，有望為服務器和數據中心中的大型耗電芯片帶來速度和功耗優勢。玻璃通孔現在正被成功應用于玻璃基板上，與以往相比，新一代處理器將在更小的體積內實現更多的組件，從而提高了設備的緊湊性和性能。玻璃基板的特性非常適合Chiplet，由于小芯片設計對基板的信號傳輸速度、供電能力、設計和穩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。
有機基板和玻璃基板的對比
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：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挑戰，這涉及到材料的熱膨脹系數、機械性能、介電特性等方面的匹配；玻璃基板上的連接技術需要具有高度的可靠性和穩定性，以確保芯片與外部電路的連接質量；與傳統塑料封裝相比，玻璃基板封裝的制造成本可能較高，如何確保在大規模生產中保持一致的質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在玻璃上都不太有效，可能導致訊號失真或丟失，影響測量精度。更重要的是，玻璃基板需要建立一個可行的商業生產生態系統，這包括必要的工具和供應能力。
芯片領域的新寵
盡管仍存在諸多挑戰，以及缺乏可靠性數據等，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，讓玻璃基板作為芯片下一代重要技術的潛力不容忽視。
用玻璃材料取代有機基板似乎正在成為業內共識，或者至少是未來一個非常重要的技術路徑。從英特爾的率先入局，到三星、蘋果等企業聞風而入，隨著有機基板逐漸達到能力極限，各大科技巨頭都在使出渾身解數。
