Что такое стеклянная подложка? Подробное руководство по этой ключевой технологии, которая заменяет органические подложки и совершает революцию в вычислительной технике искусственного интеллекта. - HonWay Materials - Тайваньский ведущий бренд алмазных инструментов для шлифовки и полировки

По мере того, как волна искусственного интеллекта (ИИ) охватывает весь мир, спрос на производительность чипов для больших языковых моделей и высокопроизводительных вычислений (ВВП) растет экспоненциально. Однако полупроводниковая промышленность сталкивается с суровой физической реальностью — закон Мура постепенно подходит к концу.

Чтобы разместить больше транзисторов в ограниченном пространстве, производители микросхем перешли от 2D-планарных конструкций к 3D-стекированию, и решающим фактором в этой гонке стало не само производство микросхем, а «передовая упаковка». В этой технологической революции появляется технология, считающаяся «революционной»: стеклянные подложки. Крупные производители также разрабатывают соответствующие планы, ожидая начала массового производства в период с 2026 по 2030 год. Что же такое стеклянные подложки? Почему они могут стать спасением эры искусственного интеллекта? В этой статье мы проведем углубленный анализ.

Преодоление ограничений в области упаковки: технологическая эволюция от органических носителей к стеклянным подложкам

Подложка является незаменимым «фундаментом» в процессах упаковки полупроводников, используемым для фиксации нарезанных кристаллов и подключения внешних цепей. Чем больше чипов может поддерживать подложка, тем больше общее количество транзисторов и производительность. Оглядываясь на историю развития полупроводников, можно отметить две основные трансформации материалов подложек: от выводных рамок в 1970-х годах до керамических подложек, заменивших их в 1990-х, и до нынешних наиболее популярных органических материалов в качестве подложек.

1. Свинцовая рама: Это наиболее традиционная и экономичная технология упаковки. Она состоит из тонкой металлической рамы (обычно из меди или железо-никелевого сплава) с выводами в виде «гребенки».

Принцип работы: микросхема размещается в центре корпуса, а сигналы на микросхеме соединяются с контактами корпуса посредством проволочного соединения.
Преимущества: Чрезвычайно низкая стоимость, хорошая электро- и теплопроводность, а также отработанный производственный процесс.
Недостатки: Он относительно большой и не может вмещать сложные вычислительные чипы с высокой плотностью и множеством контактов.
Области применения: Часто встречается в микросхемах управления питанием, автомобильной электронике и микросхемах традиционной бытовой техники.

2. Керамическая подложка: например, оксид алюминия или нитрид алюминия, известные своей превосходной термической стабильностью и изоляционными свойствами.

Особенности: Керамика очень устойчива к высоким температурам, а ее коэффициент теплового расширения (КТР) очень близок к КТР кремниевой пластины, что предотвращает повреждение пластины из-за неравномерного расширения при чередовании высоких и низких температур.
Преимущества: Отличная термостойкость, хорошая теплоизоляция и чрезвычайно высокая физическая стабильность в условиях высоких температур и высокого давления.
Недостатки: Дорогой, хрупкий и ломкий, а также относительно сложный в изготовлении.
Области применения: мощные светодиоды, аэрокосмическая электроника, силовые модули для электромобилей (IGBT), высокочастотная связь.

3. Органическая подложка (подложка для интегральных схем): Это наиболее часто используемая подложка в чипах большинства смартфонов и компьютеров. Наиболее известные примеры — подложки BT и ABF.

Состав: Он состоит из эпоксидной смолы и органических материалов, таких как стекловолокно.
преимущество:
- Высокая плотность проводников: позволяет прокладывать плотно расположенные линии на очень небольшой площади.路。
- Тонкий и легкий: подходит для мобильных устройств.
Недостатки: Он хуже рассеивает тепло, чем керамика, и склонен к деформации из-за нагрева (проблема коробления).
Области применения: процессоры мобильных телефонов, графические процессоры (GPU), центральные процессоры (подложки ABF в настоящее время являются ключевым стратегическим материалом).

4. Стеклянная подложка: это восходящая звезда в области упаковки и технология следующего поколения, которая активно разрабатывается.

Почему это необходимо: По мере того, как чипы с искусственным интеллектом становятся больше и быстрее, традиционные органические подложки будут деформироваться из-за неравномерного нагрева.
преимущество:
- Исключительно высокая плоскостность: позволяет вытравливать линии тоньше, чем на органических подложках.
- Высокая термостойкость: не подвержен деформации.
- Интеграция: позволяет более плотно размещать несколько микросхем вместе.
Недостатки: Чрезвычайно высокие технические барьеры и в настоящее время высокая стоимость.
Области применения: Перспективные высокопроизводительные вычислительные чипы для искусственного интеллекта и серверные процессоры.

В настоящее время, в связи с взрывным ростом спроса на искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления, основные органические подложки (изготовленные из материалов, подобных печатным платам, ламинированных стекловолокном) постепенно демонстрируют свои ограничения. Хотя органические подложки обладают преимуществами простоты обработки и высокой скорости передачи данных, существенная разница в их коэффициентах теплового расширения (КТР) с коэффициентами теплового расширения чипа является фатальным недостатком. При высоких температурах разница в скорости расширения может легко привести к обрыву соединений. Поэтому, чтобы избежать перегрева и выхода из строя, чип необходимо принудительно замедлять за счет «теплового дросселирования», что приводит к невозможности поддерживать пиковую производительность в течение длительного времени. Кроме того, органические материалы склонны к деформации при увеличении размеров, что серьезно ограничивает плотность транзисторов. Поэтому для решения этих проблем появилась новая технология «стеклянных подложек».

Что такое стеклянная подложка?

Проще говоря, «стеклянная подложка» — это новый тип основного несущего материала, используемого для упаковки микросхем. Ее цель — заменить традиционные органические смолы, такие как термореактивные эпоксидные смолы ABF, специальными стеклянными материалами.

В процессе упаковки микросхем подложка играет роль «основания», используемого для удержания вырезанных из кремниевой пластины кристаллов и для подключения микросхемы к внешним схемам. Традиционно мы прошли путь от выводных рамок и керамических подложек до наиболее распространенных органических материалов. Стеклянные подложки, с другой стороны, используют превосходные физические свойства стекла и технологию сквозных переходных отверстий (TGV), что позволяет обеспечить более точную разводку цепей, делая их ключевой технологией для реализации высокоплотной упаковки следующего поколения.

Различия между стеклянными подложками и органическими носителями

В таблице ниже подробно сравниваются различия между стеклянными подложками нового поколения и современными распространенными органическими подложками (такими как ABF) с точки зрения физических свойств, характеристик и коммерциализации:

	Стеклянная подложка	Органический субстрат (ABF)
Основные материалы	Специальный стеклянный материал.	Органические смолы (например, ABF), стекловолоконные ламинаты.
плоскость	Чрезвычайно высокая. Сверхплоские свойства полезны для фокусировки при литографии и прецизионного травления, снижая вероятность искажения рисунка на 50%.	Низкое качество. Поверхность шероховатая и склонна к деформации в процессе обработки.
Плотность взаимосвязей	Чрезвычайно высокий показатель (улучшение в 10 раз). Шаг TGV может быть менее 100 микрометров, что позволяет разместить на 50% больше микросхем на той же площади.	В силу физических свойств материала, количество отверстий и плотность проводников значительно ниже, чем в стекле.
Термостойкость (КТР)	Превосходно. Его коэффициент теплового расширения (КТР) близок к КТР кремниевых пластин, и он выдерживает температуры выше 700 °C, что делает его менее подверженным деформации при высоких температурах.	Плохо. Разница с коэффициентом теплового расширения чипа слишком велика, что делает его склонным к расширению и деформации при высоких температурах, приводя к сбоям в соединении.
Потребление сигнала и энергии	Низкие потери, высокая скорость. Низкая диэлектрическая постоянная, низкое затухание сигнала; толщина может быть уменьшена вдвое, что приводит к снижению энергопотребления.	Потери на высоких частотах значительны. Для регулирования температуры требуется терморегулирование, что ограничивает время, в течение которого микросхема может поддерживать свою максимальную производительность.
Размерные возможности	Его можно изготавливать на сверхбольших площадях. Он поддерживает большие размеры сердечников, например, 120×120 мм, что удовлетворяет потребности сверхбольших модулей искусственного интеллекта.	Ограничения по размеру. Разместить больше транзисторов в ограниченном пространстве сложно, а большие транзисторы склонны к деформации.
зрелость технологии и стоимость	На стадии разработки затраты относительно высоки. Среди проблем — бурение в зоне скоростного трала TGV и сцепление металла; серийное производство ожидается в период с 2026 по 2030 год.	Это зрелая технология с относительно низкими затратами. Она проста в обработке и представляет собой текущий отраслевой стандарт и основное направление рынка.

Почему эта технология стала вызывать такой интерес?

Быстрое внедрение стеклянных подложек в полупроводниковую промышленность обусловлено прежде всего физическими ограничениями существующих технологий и стремлением поколения, работающего с искусственным интеллектом, к максимальной производительности. По мере приближения миниатюризации транзисторов к физическим пределам темпы развития, соответствующие закону Мура, замедляются, что побуждает отрасль обращаться к технологиям чиплетной и 3D-упаковки для достижения прорывов. Однако огромная вычислительная мощность, необходимая для обучения и вывода данных в рамках ИИ, привела к резкому увеличению размера чипов и энергопотребления. Традиционные подложки часто испытывают трудности с преодолением проблем, связанных с деформацией при высоких температурах и передачей сигнала при поддержке таких больших корпусов. Стеклянные подложки, благодаря своей превосходной структурной поддержке и возможностям передачи сигнала, идеально решают эти проблемы, становясь важнейшим фактором в поддержке передовых технологий упаковки и дальнейшем росте производительности чипов.

Преимущества стеклянных подложек

По сравнению с традиционными материалами, стеклянные подложки обладают существенными физическими и электрическими преимуществами, главным образом в следующих аспектах:

Идеальная плоскостность и плотность межсоединений: Стекло обладает непревзойденной плоскостностью, значительно улучшая глубину фокусировки в процессах фотолитографии и обеспечивая более точное травление. Это позволяет уменьшить расстояние между переходными отверстиями (TGV) до 100 микрометров, что напрямую увеличивает плотность межсоединений в 10 раз. На той же площади стеклянные подложки могут вместить на 50% больше кристаллов, значительно увеличивая количество транзисторов в корпусе.
Превосходная термическая стабильность и надежность: стекло выдерживает температуру выше 700 °C, а его коэффициент теплового расширения (КТР) очень близок к КТР кремниевых пластин. Это решает проблему легкого расширения и деформации традиционных органических материалов, снижает вероятность деформации рисунка при высоких температурах на 50%, значительно уменьшает риск поломки пластин и обеспечивает надежность соединения.
Высокоскоростная передача и поддержание пиковой производительности: благодаря низким диэлектрическим потерям и превосходным характеристикам теплоотвода, стеклянные подложки не только передают сигналы быстрее и потребляют меньше энергии, но и позволяют микросхемам поддерживать пиковую производительность в течение более длительного периода времени, избегая вынужденного снижения скорости из-за перегрева (теплового дросселирования).
Потенциал для более тонкой и крупной упаковки: Толщина стеклянной подложки может быть уменьшена примерно вдвое, что способствует созданию более тонких и легких устройств. В то же время, в отрасли разрабатываются сверхбольшие стеклянные подложки размером 120×120 мм, преодолевающие ограничения по размеру органических подложек и идеально отвечающие потребностям в упаковке сверхбольших модулей искусственного интеллекта.

Применение стеклянных подложек

Исходя из вышеперечисленных преимуществ, стеклянные подложки будут в основном использоваться в областях с чрезвычайно высокими требованиями к «производительности» и «интеграции»:

Ускорители ИИ и высокопроизводительные вычисления (HPC): это наиболее актуальная потребность. Технология чипплетинга больших площадей и многослойная архитектура памяти с высокой пропускной способностью (HBM) удовлетворяют требованиям к вычислительной мощности для обучения больших моделей.
CPO (Common Packaging Optics) и оптоэлектронная интеграция: Стекло прозрачно и идеально подходит для встраивания оптических волноводов, что имеет решающее значение для центров обработки данных, стремящихся к оптическим межсоединениям с низкой задержкой и к будущим сетям связи 6G.
Усовершенствованная платформа 3D-упаковки: в качестве крупногабаритной основной платы для разводки цепей или RDL она поддерживает сложные многокристальные модули.
Высококачественная потребительская электроника: хотя в настоящее время ее стоимость высока, в среднесрочной и долгосрочной перспективе, если возникнет спрос на более тонкие и легкие ноутбуки, планшеты или мобильные телефоны с экстремальным теплоотводом, это также будет оценено и внедрено.

Проблемы, с которыми столкнутся стеклянные подложки в будущем.

Несмотря на многообещающие перспективы применения стеклянных подложек, прежде чем перейти от лабораторных исследований к крупномасштабному массовому производству, необходимо преодолеть ряд технологических и промышленных препятствий. Наиболее серьезной проблемой являются присущие самому стеклу свойства материала; его хрупкость делает процессы производства и обработки чрезвычайно сложными. Снижение процента поломок и поддержание производительности производственной линии — это проблемы, которые должна решить производственная сторона.

Кроме того, технология сквозных отверстий в стекле (TGV) также является весьма сложной. Она требует не только точного сверления крошечных отверстий в стекле и равномерного заполнения их проводящим металлическим слоем, но и преодоления проблемы плохой адгезии между металлом и стеклом для обеспечения стабильного и надежного соединения.

Что касается тестирования, поскольку большинство существующего традиционного испытательного оборудования предназначено для непрозрачных материалов, высокая прозрачность и уникальные отражательные свойства стекла могут легко привести к искажению или потере сигнала. Это вынуждает отрасль разрабатывать новые оптические технологии тестирования и измерений для обеспечения точности.

Наконец, интеграция цепочки поставок и контроль затрат также являются серьезными препятствиями. По сравнению с уже зрелой экосистемой органических субстратов, модель сотрудничества в области стеклянных субстратов, от материалов и оборудования до упаковочных предприятий, все еще находится в процессе адаптации, что приводит к высоким первоначальным производственным затратам. Все это – серьезные проблемы, которые отрасль должна преодолеть сообща в ближайшие несколько лет.

Дополнительная информация о расходных материалах для алмазной шлифовки и полировки Hongwei

Чтобы узнать больше о том, как Honway может обеспечить революционные преимущества для ваших процессов производства полупроводников, перейдите по следующей ссылке, чтобы ознакомиться с полным ассортиментом наших расходных материалов для алмазной шлифовки и полировки, а также подробностями технологий:

Вы также можете напрямую связаться с нашей командой экспертов Hongway, и мы предоставим вам самые профессиональные индивидуальные консультации и решения.

Узнайте больше о связанных темах

Алмазная подложка >>>От ювелирных изделий до полупроводников: алмаз играет ключевую роль в следующем поколении теплопроводящих материалов
Compound Semiconductor >>>Секретное оружие прецизионного производства полупроводников: алмазные шлифовальные и полировальные расходные материалы, эффективно повышающие выход годных пластин и производительность!
Шлифовка и полировка полупроводников>>>Шлифовка и полировка в производстве полупроводников: от выбора материала до расходных материалов, обеспечивающих превосходные процессы
Расходные материалы для шлифования и полирования>>>Инновационные расходные материалы для шлифования и полирования: переход полупроводниковой промышленности к более высокой точности
Ключ к созданию сверхплоских пластин>>>«Тонкая» наука шлифовки и полировки полупроводников: ключ к созданию сверхплоских пластин
Гетерогенная интеграция и усовершенствованная упаковка >>>Взгляд в будущее: как расходные материалы для шлифовки и полировки помогают в гетерогенной интеграции и усовершенствованной упаковке
Полировка составных полупроводников>>>Освоение технологии полировки составных полупроводников: достижение высокой эффективности в электронных компонентах следующего поколения.
Измельчение составных полупроводников>>>В центре внимания – SiC и GaN: прорывы и проблемы в технологии шлифовки и полировки составных полупроводников.

Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.

Если после прочтения текста вы все еще не знаете, как выбрать наиболее подходящий вариант.

Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.

Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.

Тел: 07 223 1058

Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~

Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup

Мы — Honway. Мы контролируем наше сырье от источника, гарантируем качество нашей продукции и предоставляем вам индивидуальный выбор.

Вас также может заинтересовать…

[wpb-random-posts]

Оглавление