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关于玻璃基板的相关工艺

Posted on 2026-06-222026-06-22 by 李, 东霏

玻璃基板讲了好几年,可以说在 2026 年才真正开始落地。

之前在我们的文章“康宁:硅光 PIC 玻璃基板的倒装 CPO 封装工艺进展”有朋友留言询问什么时候可以量产,我想关键前提之一还得看玻璃基板什么时候可以落地。

Intel 的 Clearwater Forest 量产出货,成为全球首颗采用玻璃基板的高量产处理器。台积电 CoPoS 的玻璃基板试产线预计今年年中完成。Samsung 与 Absolics 的厂房也在同步动工。

主流厂家都在押注玻璃基板,最主要的原因就是有机基板真的走到了物理极限。

但玻璃自身不导电,芯片上下层、芯粒、HBM 之间的垂直高速信号,只能依靠TGV玻璃通孔实现导通。目前这套工艺还做不出稳定合格产品;就看哪家能率先把 TGV 良率提到量产的标准了。

过去十年先进封装靠的是有机基板,也就是 ABF 增层基板。便宜、成熟、供应链完整。

但 AI 把封装尺寸推到了reticle 的好几倍,CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)已经超过 5 倍 reticle 面积,下一代要往 9.5 倍以上走。

台积电:基于硅光TDV工艺的CPO封装流程

所以,ABF 面临翘曲、布线密度上不去、高频损耗大等三大问题。而树脂的热膨胀系数跟硅差太多,面积大温度一高就翘,后面的 RDL 重布线直接就做不下去了。

相比而言,玻璃的 CTE 可以调到接近硅,表面平整,介电损耗也低。

12 吋硅晶圆有效面积约 72900 mm²;515×510 mm 玻璃面板面积 262700 mm²,为晶圆的 3.6 倍;650×550 mm 面板面积 357500 mm²,是晶圆的 4.9 倍。

同等制程下,方形面板产出的有效封装数量远高于圆形晶圆,单位成本得以显著摊薄。

就像前面说的,玻璃本身是绝缘体,不打孔不填金属就只是一块玻璃。信号要垂直穿过去,得靠 TGV 打出高深宽比的通孔再填铜。所以它的良率、成本、密度,全卡在这一步。

目前主要有四种打孔工艺:机械钻孔、激光烧蚀、光敏玻璃孔和LIDE。

其中机械钻孔最小孔径大于 150 μm,深宽比小于 5:1,崩边严重,基本出局。

激光烧蚀孔径大约 30 μm,深宽比约 10:1,但会留下微裂纹和重凝层。

光敏玻璃孔径约 25 μm,深宽比约 20:1,材料受限。

LIDE(Laser-Induced Deep Etching,激光诱导深度刻蚀)孔径能做到小于 10 μm,深宽比大于 50:1,批次效率高,两步走避开了机械和热应力,是公认最有量产潜力的路线,Intel 在推。

打完孔还有金属化填充和 RDL。铜能不能无孔洞填进去、表面能不能做出细线距布线,直接决定电气连接质量。Corning、Atotech、DuPont 都在这里较劲。

玻璃基板分两条路。

第一条路线是 TGV 中介层(interposer),用来取代硅中介层。用玻璃中介层接住多颗芯片,对标的是 CoWoS 里那块硅中介层。

中介层,硅桥与 PIC/EIC 堆叠方案

台积电 CoPoS 走的就是面板级这条路线。试产线设备今年年中完成,规划 2028 下半年量产。首发锁定 NVIDIA 的 Feynman。Samsung 则在测试把玻璃用到 HBM4 的堆叠封装上。

第二条路线是玻璃芯板,用来取代有机封装基板(substrate)。2026 年初,Intel 出货了全球第一颗采用玻璃芯板的高量产处理器,也就是 Xeon 6+ Clearwater Forest。

它采用 10-2-10 结构,中央一块大约 800 微米的玻璃芯,上下各叠 10 层高密度 RDL。玻璃芯的 CTE 几乎跟硅一致,核心全速运行产生热量时不会因为热应力翘曲。

这两条路线并不互相排斥,而是玻璃从中介层到载板全面渗透先进封装的两个切入点。

对关注高速数据传输的人来说,玻璃基板值得注意的应用不在 CPU,而在 CPO。

康宁:用于 CPO 的玻璃波导低弯曲损耗工艺与改进

基于玻璃载板的CPO封装结构

新加坡微电子研究院(IME / A*STAR)在 2026 年 ECTC 提出一套直接双面射频探针量测方法将SUB-VIA、TMV、TSV、TGV四类垂直互连结构的测试频段提升至110 GHz以上,对比各结构448 Gbps单通道传输性能。

TGV 介电损耗正切 0.0002,是四个结构中最低的。TSV 的硅基板介电常数高达 11.9,低频就开始漏信号。

112 GHz 的差分插入损耗,TGV 是 0.13 dB,TSV 是 0.37 dB,SUB-VIA 是 0.60 dB,TMV 是 0.87 dB。

除此之外,TGV 的间距可直接匹配 125 μm规格的 EIC焊垫,无需额外增设扇出布线。

但是呢,目前 TGV 的整体量产良率爬坡缓慢,距离稳定大规模量产仍有距离。

玻璃硬而且脆,后端做 RDL 容易让板边开裂,业内用有限元测算过这个问题。熔融石英、硼浮玻璃 33、D263、大猩猩玻璃、陶瓷玻璃抗裂能力差别很大,板厚、边缘余量、ABF 材料、铜含量都会影响裂纹蔓延。

基板、胶层、芯片三层结构的界面分层,也需要靠内聚力区模型反复校正才能控制。也就是说,换玻璃基板不是换一种材料就解决,而是整套制程需要重新建立。

再就是翘曲问题,这反而是玻璃的优势。

康宁熔融下拉工艺产出的玻璃基板,平整度比有机基板高出一个量级。508×508 mm规格面板里,玻璃翘曲程度仅为有机基板的三分之一,康宁长期储备分层结构、抗翘曲相关技术专利。

若有不准确的地方烦请指正。

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Category: 光通信, 光器件与模块, 原理

博主
李东霏
【香农信息技术研究院】

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