Tendencias en tecnología de sustrato de vidrio o núcleo de vidrio

En cuanto a la tecnología de sustrato de vidrio o núcleo de vidrio, hay dos informaciones comerciales importantes en los últimos seis meses.

El llamado núcleo de vidrio, ¿dónde está el vidrio?

Primero haga una divulgación científica simple; es necesario empaquetar un trozo de troquel después de crearlo. Por un lado, este trabajo es hacer que el troquel y el mundo exterior puedan conectarse eléctricamente y señalizar; después de todo, el chip necesita interactuar con el mundo exterior; Por otro lado, el paquete también proporciona un entorno de trabajo estable para el chip. Al menos algo como el chip de la CPU debe sostenerse en la mano, nunca permita que la mano toque directamente el dispositivo dentro del troquel.

Por lo tanto, cuando se sostiene el chip de CPU minorista en la mano, podemos ver la cubierta superior y el sustrato verde debajo (los siguientes sustratos están en sustrato en inglés).

Desde los primeros años del paquete de pines de doble fila DIP hasta el montaje en superficie, el paquete BGA y el chip flip (flip chip), la tecnología de embalaje también ha pasado por múltiples generaciones de cambios. Hasta ahora, con la aparición del 'embalaje avanzado' representado por embalajes 2,5D/3D, la tecnología de embalaje se ha vuelto más compleja.

Se puede resumir que la dirección de la tecnología de embalaje siempre ha sido una implementación de interconexión cada vez más densa, es decir, un mayor rendimiento de los requisitos de troqueles internos y conexiones externas. Este debería ser el núcleo que impulse el progreso de la tecnología de envasado. La aparición del embalaje 2.5D no se debe solo al límite de retícula del tamaño de un solo troquel, sino también a que el sustrato del embalaje es difícil de satisfacer las intensas necesidades de interconexión de múltiples troqueles.

En su lugar, considere agregar un intercalador, una capa entre el troquel y el sustrato. Este intercalador puede transportar cableado e interconexión más densos, y se mejora la eficiencia de la comunicación entre matriz y matriz.

Con esa base, podemos empezar a hablar de qué es la tecnología de núcleo de vidrio. Samtec, un fabricante de soluciones de conectividad electrónica, hizo una presentación sobre la tecnología de núcleo de vidrio el año pasado. El siguiente diagrama muestra dónde se puede aplicar esta técnica. Entre ellos, el intercalador de vidrio es el que más preocupa, es decir, una parte del intercalador en el paquete avanzado 2.5D se cambia a vidrio.

Parece que en el contexto de la investigación científica extranjera y los debates comerciales sobre los núcleos de vidrio, aunque todo el mundo habla del sustrato de vidrio, en realidad se refiere al intercalador de vidrio.

En una charla de Georgia Tech e IMAP sobre sustratos con núcleo de vidrio, el profesor Swaminathan destacó la aplicación de la tecnología en arquitecturas heterogéneas y señaló el intercalador de vidrio. La clasificación se da en la figura anterior.

No solo se utiliza 2.5D como medio intercalador para la interconexión entre troqueles, sino que en aplicaciones 3D sin TSV también existe el llamado '3D Glass Embedding', apilado verticalmente. Sin embargo, a partir del paquete de vidrio 2.5D, comparando las soluciones de dos columnas de silicio y orgánica, no es difícil encontrar que el intercalador de vidrio aquí no solo desempeña el papel de intercalador, sino que también existe como sustrato del paquete (tenga en cuenta que es un nivel menos que los otros dos tipos de soluciones).

Desde esta perspectiva, las funciones del intercalador y del sustrato de vidrio parecen superponerse; Sin embargo, cuando existe como sustrato, también cumple con los requisitos de una interconexión de mayor densidad.

Sin embargo, según la información técnica publicada por Intel, el sustrato de núcleo de vidrio que están preparando para uso comercial se utiliza principalmente como sustrato, como se muestra en la figura anterior. El sustrato con núcleo de vidrio aquí se utiliza para reemplazar parcialmente el sustrato orgánico anterior; es decir, a menudo podemos ver el material de PCB debajo del chip después del embalaje.

Cuando AnandTech presentó esta tecnología el año pasado, también se mencionó claramente que aún no reemplaza las soluciones de empaquetado 2.5D como CoWoS/EMIB. En otras palabras, el sustrato del núcleo de vidrio aún no debería existir como puente de silicio e intercalador de silicio comunes en los envases 2,5D.

Además, vale la pena mencionar que si observa detenidamente este PPT de Intel, encontrará que el llamado sustrato de núcleo de vidrio no es todo el sustrato en vidrio (por eso se llama núcleo de vidrio), sino el material del núcleo de el sustrato es vidrio. La RDL (capa de redistribución) se encuentra en ambos lados.

Uno de los beneficios de cambiar el sustrato a un núcleo de vidrio es que permite interconexiones más densas. Los datos proporcionados por Intel son que su solución logra un paso TGV (vías a través de vidrio, similar a TSV) de 75 μm, lo que puede lograr un enrutamiento de señal más flexible o menos capa RDL.

Pero, de hecho, los lectores que estén preocupados por el empaquetado avanzado 2.5D deben saber que 75 μm no es suficiente ni siquiera en esquemas de puentes de silicio 2.5D (como EMIB), sin mencionar que la unión híbrida 3D y el espaciado ya son <10 μm. Por lo tanto, el sustrato con núcleo de vidrio existe aquí como un reemplazo del sustrato orgánico para mejorar la densidad de interconexión.

Sin embargo, parece que Intel tiene la intención de hacer que el sustrato del núcleo de vidrio sea complementario a otras tecnologías de empaquetado; por ejemplo, algunas soluciones de chiplet requieren un mayor ancho de banda que el cableado del sustrato tradicional, pero no requieren la misma alta densidad de interconexión que el empaquetado EMIB, por lo que el núcleo de vidrio Se puede seleccionar el sustrato.

Mira el perfil lateral en el medio. Además de las capas RDL superior e inferior, la del medio es el TGV

Vidrio TGV a través del agujero.

Vale la pena mencionar que al TGV a través del vidrio, Samtec cree que el espesor del 'punto óptimo' es de aproximadamente 200 μm, pero si se elige un tipo diferente de vidrio, el espesor del sustrato puede ser de 40 a 20 μm. Intel también mencionó que la relación de aspecto de TGV es más exagerada que la de las soluciones tradicionales cuando se habla de la tecnología de sustrato de núcleo de vidrio (se mencionará más adelante que el grosor del núcleo de vidrio de 1 mm, relación de aspecto de 20:1, es adecuado para IA y centros de datos). .

El valor real del núcleo de vidrio reside en el propio material. La primera es que la rugosidad de la superficie es similar a la del silicio, lo que permite crear una fina capa de RDL sobre ella. En segundo lugar, el coeficiente de expansión térmica (CTE) también es bueno y el sustrato puede mantenerse relativamente consistente con el troquel cuando el material se deforma y cambia. El módulo de Young, también conocido como módulo de elasticidad, proporciona la rigidez requerida. La absorción de humedad es la misma que la del silicio. La conductividad térmica es básicamente la existencia de materiales aislantes térmicos.

Existen algunas ventajas en las aplicaciones relacionadas, como las aplicaciones de paquetes herméticos, donde la soldadura basada en láser se puede realizar a temperatura ambiente sin necesidad de altas temperaturas. También existen sistemas de transmisión de señales basados ​​en luz y el vidrio tiene ventajas más naturales.

Intel ha resumido anteriormente que las propiedades mecánicas y eléctricas del vidrio son mejores, incluida una mayor resistencia a las altas temperaturas durante el embalaje en comparación con el sustrato orgánico, logrando así menores deformaciones y deformaciones. Es más plano, por lo que el embalaje y la litografía son más fáciles. El TGV en sí tiene un mejor rendimiento eléctrico, como baja pérdida, y permite un enrutamiento de señal y un suministro de energía más limpios: la transmisión de señal 448G se puede lograr sin necesidad de interconexión óptica; Por supuesto, menores pérdidas también significan más ahorros de energía.