基于TGV技术的玻璃芯基板（GCS）研发
技术描述
TGV技术（Through Glass Via）是穿过玻璃基板的垂直电气互连技术，与TSV（Through Silicon Via）相对应，作为一种可替代有机和硅基板的材料，TGV被认为是下一代先进封装的关键技术。基于玻璃通孔(TGV)技术的玻璃基IC载板称为玻璃芯基板（GCS：Glass Core Substrate），可为电芯片、光芯片和分立器件等提供电气连接、保护、支撑、散热、组装等功能，以实现高密度精细的多引脚，缩小封装产品体积，改善电气性能及散热性，实现超高密度或多芯片模块化以及高可靠性的光电互连。 随着人工智能高速发展，AI算力芯片的封装引脚（I/O）数量、密度、芯片尺寸以及光芯片与电芯片的混合封装需求等都日益剧增，传统的有机基板封装方式已无法满足其高密度、高集成度、异构异质集成的封装要求，无法进一步提高晶体管的封装密度，同时还面临着大面积系统封装容易收缩形变的问题。基于TGV技术的GCS玻璃芯基板以高品质硼硅玻璃、石英玻璃为基材，通过激光诱导刻蚀通孔、种子层溅射、电镀通孔填充、化学机械平坦化、多层再布线、bump工艺等实现精密电路的3D垂直互连封装。解决传统封装技术在封装密度、封装精度、封装尺寸、高频损耗、高功耗、光电一体集成等方面面临的挑战和瓶颈。
技术优势
基于玻璃通孔三维互联技术(TGV)的玻璃芯基板（GCS）作为一种全新的IC载板，结合了玻璃材料的优势和半导体工艺优势，具有高强度、低成本、低损耗、良好的热性能、高精密工艺等特点，为具有挑战性且昂贵的硅基板（TSV）技术提供了一种成本更低、损耗更低的方案。与硅基板相比，基于玻璃通孔互连技术的玻璃芯基板（GCS）具有优良的高频电学特性、大尺寸低成本、工艺友好、机械稳定性强和透明等优势。相比有机材料，GCS在材料特性、互连密度、热管理等方面优势明显，尤其适合高密度、高性能半导体封装需求。基于此，玻璃通孔三维互连技术成为当前先进封装的研究热点，是先进2.5D\3D封装和光电融合封装领域兵家必争之地。 在集成电路密度推进摩尔定律极限的当下，超越摩尔的先进封装技术成为研究热点。英特尔、日本印刷株式会社 (DNP)、SK集团与LG已将目光投向玻璃基板。英特尔率先展示先进玻璃基板封装工艺，将在2030年大规模生产玻璃基板。三星组建了一个新的跨部门联盟，着手联合研发玻璃基板技术，2024年将建立一条玻璃基板原型生产线，计划2026年实现量产商业化。日本DNP计划用玻璃基板取代传统的树脂基板，预计2027年大规模生产半导体封装用玻璃基板。国内亦有数个团队跟进玻璃芯片技术研究，分别侧重材料、设备和工艺等不同领域研发，整体处于技术研发、原型验证阶段，配套供应链还不成熟，产业生态亟待建立。
效果指标
面向未来，GCS基板可广泛应用于2.5D/3D晶圆级封装、CPO光电共封装、芯片堆叠、MEMS传感器和半导体器件的3D集成、射频元件和模块、CMOS 图像传感器 (CIS)、汽车射频和摄像头模块，是实现高密度封装引脚、超高密度通孔互连布线、光电融合集成封装、大面积系统集成封装、高频低损耗集成封装、异构异质集成封装的关键技术，是下一代封装和互连确实可行且不可或缺的技术，有望将摩尔定律延续到2030年之后。 在以因特尔为首的芯片龙头的推动下和国家推动半导体产业自主可控的背景下，玻璃芯基板（GCS）在半导体产业生态中的地位正在逐步提升。得益于高性能计算（HPC）、人工智能（AI）和数据中心等领域需求的激增，先进IC载板市场将迎来大幅增长，预计2026年可达214亿美元。玻璃芯基板GCS作为一种颇具优势和潜力的先进互联基板，其技术逐渐成熟，产业配套正在完善，预示着先进IC载板新时代的到来。 基于团队在四大核心技术领域的积累：光电联合仿真设计，高密度TGV互联，无源\有源器件片上集成和玻璃基3D激光直写技术。面向集成光芯片、小尺寸低功耗光模块应用，我们开发了第一代用于CPO的玻璃芯基板，基于此开发了小尺寸、高带宽CPO封装光模块，验证了玻璃芯片技术特色和优势。待技术成熟后，将面向新型显示Micro-LED和生物芯片细等新型市场提供产品和服务。