Trends in der Glassubstrat- oder Glaskerntechnologie

In Bezug auf die Glassubstrat- oder Glaskerntechnologie gab es in den letzten sechs Monaten zwei wichtige kommerzielle Informationen.

Der sogenannte Glaskern, wo ist Glas?

Führen Sie zunächst eine einfache wissenschaftliche Popularisierung durch. Nach der Erstellung muss ein Stück Würfel verpackt werden. Einerseits besteht diese Arbeit darin, den Chip und die Außenwelt elektrisch und signaltechnisch miteinander zu verbinden, schließlich muss der Chip mit der Außenwelt interagieren. Andererseits bietet das Gehäuse auch eine stabile Arbeitsumgebung für den Chip. Zumindest etwas wie den CPU-Chip sollte in der Hand gehalten werden. Lassen Sie die Hand niemals direkt das Gerät im Chip berühren.

Wenn wir den CPU-Chip im Einzelhandel in der Hand halten, können wir daher die obere Abdeckung und das grüne Substrat darunter sehen (die folgenden Substrate sind in englischer Sprache Substrat).

Von den Anfangsjahren des DIP-Gehäuses mit zweireihigen Stiften bis hin zur Oberflächenmontage, dem BGA-Gehäuse und dem Chip-Flip (Flip-Chip) hat auch die Verpackungstechnologie mehrere Generationen von Veränderungen durchlaufen. Bisher ist die Verpackungstechnologie mit dem Aufkommen der „fortschrittlichen Verpackung“, repräsentiert durch 2,5D/3D-Verpackungen, komplexer geworden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Richtung der Verpackungstechnologie immer auf eine immer dichtere Verbindungsimplementierung ausgerichtet war, d. h. auf einen größeren Durchsatz interner Chipanforderungen und externer Verbindungen. Dies sollte der Kern des Fortschritts in der Verpackungstechnologie sein. Das Aufkommen von 2,5D-Gehäusen ist nicht nur auf die Retikelbeschränkung der Einzelchipgröße zurückzuführen, sondern auch darauf, dass das Verpackungssubstrat den intensiven Verbindungsanforderungen mehrerer Dies nur schwer gerecht werden kann.

Erwägen Sie stattdessen das Hinzufügen eines Interposers, einer Schicht zwischen Chip und Substrat. Dieser Interposer kann eine dichtere Verkabelung und Verbindung ermöglichen und die Kommunikationseffizienz zwischen Chip und Chip wird verbessert.

Auf einer solchen Grundlage können wir beginnen, über die Glaskerntechnologie zu sprechen. Samtec, ein Hersteller elektronischer Verbindungslösungen, hielt letztes Jahr einen Vortrag zur Glaskerntechnologie. Das folgende Diagramm zeigt, wo diese Technik angewendet werden kann. Unter ihnen ist der Glas-Interposer stärker betroffen – das heißt, ein Teil des Interposers im 2,5D-Advanced-Paket wird durch Glas ersetzt.

Es scheint, dass im Kontext ausländischer wissenschaftlicher Forschung und kommerzieller Diskussionen über Glaskerne, obwohl alle über Glassubstrat sprechen, es sich tatsächlich um Glasinterposer handelt.

In einem Vortrag von Georgia Tech und IMAP über Glaskernsubstrate wies Professor Swaminathan auf die Anwendung von Technologie in heterogenen Architekturen hin und verwies auf Glasinterposer. Die Klassifizierung ist in der Abbildung oben dargestellt.

2,5D wird nicht nur als Interposer-Medium für die Verbindung zwischen Dies verwendet, sondern in 3D-Nicht-TSV-Anwendungen gibt es auch das sogenannte „3D Glass Embedding“ – vertikal gestapelt. Aus dem 2,5D-Glaspaket lässt sich jedoch beim Vergleich der beiden Säulenlösungen aus Silizium und organischem Material leicht erkennen, dass der Glasinterposer hier nicht nur die Rolle des Interposers spielt, sondern auch als Paketsubstrat existiert (beachten Sie, dass dies der Fall ist). eine Ebene weniger als die beiden anderen Lösungsarten).

Aus dieser Perspektive scheinen sich die Rollen von Glasinterposer und Substrat zu überschneiden; Wenn es jedoch als Substrat dient, erfüllt es auch die Anforderungen einer Verbindung mit höherer Dichte.

Den von Intel veröffentlichten technischen Informationen zufolge wird jedoch hauptsächlich das Glaskernsubstrat, das sie für die kommerzielle Nutzung vorbereiten, als Substrat verwendet, wie in der Abbildung oben dargestellt. Das Glaskernsubstrat wird hier verwendet, um das frühere organische Substrat teilweise zu ersetzen – das heißt, wir können nach dem Verpacken oft das PCB-Material unter dem Chip sehen.

Als AnandTech diese Technologie letztes Jahr vorstellte, wurde auch deutlich erwähnt, dass sie noch kein Ersatz für 2,5D-Verpackungslösungen wie CoWoS/EMIB ist. Mit anderen Worten: Das Glaskernsubstrat sollte noch nicht als Siliziumbrücke und Silizium-Interposer vorhanden sein, die bei 2,5D-Gehäusen üblich sind.

Darüber hinaus ist es erwähnenswert, dass Sie bei genauer Betrachtung dieses PPT von Intel feststellen werden, dass das sogenannte Glaskernsubstrat nicht das gesamte Substrat aus Glas ist (daher wird es als Glaskern bezeichnet), sondern das Kernmaterial von Das Substrat ist Glas. Auf beiden Seiten befindet sich die RDL (Redistribution Layer).

Einer der Vorteile des Wechsels des Substrats zu einem Glaskern besteht darin, dass dadurch dichtere Verbindungen möglich sind. Die von Intel angegebenen Daten besagen, dass ihre Lösung einen TGV-Abstand (Through-Glass Vias, ähnlich wie TSV) von 75 μm erreicht, wodurch eine flexiblere Signalführung oder weniger RDL-Schicht erreicht werden kann.

Aber tatsächlich sollten Leser, die sich Sorgen über 2,5D Advanced Packaging machen, wissen, dass 75 μm selbst bei 2,5D-Siliziumbrückensystemen (wie EMIB) nicht ausreichen, ganz zu schweigen davon, dass die 3D-Hybrid-Bonding-Verbindung und der Abstand bereits <10 μm betragen. Daher dient das Glaskernsubstrat hier tatsächlich als Ersatz für das organische Substrat, um die Verbindungsdichte zu erhöhen.

Es scheint jedoch, dass Intel beabsichtigt, das Glaskernsubstrat zu einer Ergänzung zu anderen Verpackungstechnologien zu machen. Beispielsweise erfordern einige Chiplet-Lösungen eine höhere Bandbreite als die herkömmliche Substratverkabelung, erfordern jedoch nicht die gleiche hohe Verbindungsdichte wie EMIB-Verpackungen, also Glaskerne Das Substrat kann ausgewählt werden.

Schauen Sie sich das Seitenprofil in der Mitte an. Neben der oberen und unteren RDL-Schicht ist die mittlere Schicht der TGV

TGV-Glas durch das Loch

Es ist erwähnenswert, dass der TGV durch das Glas geht. Samtec geht davon aus, dass die Dicke des „Sweet Spots“ etwa 200 μm beträgt. Wenn Sie jedoch eine andere Glasart wählen, kann die Dicke des Substrats 40 bis 20 μm betragen. Intel erwähnte auch, dass das Seitenverhältnis von TGV übertriebener ist als bei herkömmlichen Lösungen, wenn es um die Glaskernsubstrattechnologie geht (später wird erwähnt, dass die Glaskerndicke von 1 mm, Seitenverhältnis 20:1, für KI und Rechenzentren geeignet ist). .

Der wahre Wert des Glaskerns liegt im Material selbst. Erstens ähnelt die Oberflächenrauheit der von Silizium, wodurch eine feine RDL-Schicht darauf erzeugt werden kann. Zweitens ist auch der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) gut, und das Substrat kann relativ konsistent mit dem Chip bleiben, wenn sich das Material verzieht und verändert. Der Elastizitätsmodul, auch Elastizitätsmodul genannt, gibt die erforderliche Steifigkeit an. Die Feuchtigkeitsaufnahme ist die gleiche wie bei Silizium. Wärmeleitfähigkeit ist grundsätzlich die Existenz von Wärmedämmstoffen.

Verwandte Anwendungen bieten einige Vorteile, beispielsweise Anwendungen mit hermetischen Gehäusen, bei denen laserbasiertes Schweißen bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann, ohne dass hohe Temperaturen erforderlich sind. Es gibt auch lichtbasierte Signalübertragungssysteme, und Glas hat natürlichere Vorteile.

Intel hat zuvor zusammengefasst, dass die mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Glas im Vergleich zu organischen Substraten besser sind, einschließlich einer höheren Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen beim Verpacken, wodurch geringere Verformungen und Verformungen erzielt werden. Es ist flacher, sodass Verpackung und Lithografie einfacher sind. Der TGV selbst verfügt über eine bessere elektrische Leistung, z. B. geringe Verluste, und ermöglicht eine sauberere Signalführung und Stromversorgung – eine 448G-Signalübertragung kann ohne die Notwendigkeit einer optischen Verbindung erreicht werden; Geringere Verluste bedeuten natürlich auch mehr Stromeinsparung.