Dati PCB - Che cos'è un substrato di vetro?

Che cos'è un substrato di vetro?

Il substrato del chip viene utilizzato per fissare i chip tagliati (Die) del wafer, ed è il protagonista della fase finale del confezionamento. Più chip fissi sul substrato, più transistor ha l'intero chip. Dagli anni '70, i materiali del substrato del chip sono stati sottoposti a due iterazioni. All'inizio, i trucioli venivano fissati utilizzando telai in piombo, e negli anni '90 i substrati ceramici sostituirono telai in piombo. Al giorno d'oggi, i substrati di materiale organico sono i più comuni.

Un circuito stampato standard è essenzialmente realizzato laminando materiali simili ai PCB con laminati in vetro intrecciato. I substrati di materiale organico hanno bassa difficoltà di elaborazione e possono anche trasmettere segnali ad alta velocità, e sono sempre stati considerati leader nel campo dei chip. Tuttavia, i substrati di materiale organico hanno anche alcuni svantaggi, come una grande differenza nel coefficiente di espansione termica tra loro e il chip. Alle alte temperature, il collegamento tra il chip e il substrato è facilmente rotto e il chip viene bruciato. È necessario controllare attentamente la temperatura del chip attraverso la limitazione termica, il che significa che il chip può mantenere le sue massime prestazioni solo per un tempo limitato e quindi rallentare per ridurre la temperatura. Pertanto, la dimensione dei substrati standard del circuito è notevolmente limitata e la selezione del materiale del substrato è cruciale per ospitare più transistor all'interno della dimensione limitata.

Il substrato di vetro ha eccellenti proprietà meccaniche, fisiche e ottiche, consentendo la costruzione di SiP multi chip ad alte prestazioni con il 50% in più Die posizionato sul chip. Al contrario, i substrati in vetro hanno proprietà uniche come la planarità ultra bassa (estremamente piatta), una migliore stabilità termica e la stabilità meccanica. A causa del materiale di vetro estremamente piatto, può migliorare la profondità di messa a fuoco della litografia. Sotto la stessa area, il numero di aperture è molto più grande che su materiali organici. La distanza tra il vetro attraverso i fori (TGV) può essere inferiore a 100 micron, che può aumentare direttamente la densità di interconnessione tra i chip di 10 volte. Inoltre, il coefficiente di espansione termica dei substrati di vetro è più vicino a quello dei chip e una maggiore tolleranza alla temperatura può ridurre la deformazione del 50%, il che può ridurre il rischio di frattura e aumentare l'affidabilità dei chip. Questi vantaggi rendono i substrati in vetro la scelta ideale per la prossima generazione di imballaggi ad alta densità.

Rispetto ai tradizionali substrati del circuito standard, lo spessore dei substrati del nucleo di vetro può essere ridotto di circa la metà. Il substrato di vetro non solo ha un consumo energetico più basso, ma anche una velocità di trasmissione del segnale più veloce, che si prevede porti vantaggi di velocità e potenza ai grandi chip che consumano energia nei server e nei centri materiali. Il vetro attraverso fori viene ora applicato con successo ai substrati di vetro. Rispetto al passato, la nuova generazione di processori raggiungerà più componenti in un volume più piccolo, migliorando così la compattezza e le prestazioni del dispositivo.

La fragilità del substrato di vetro, la mancanza di adesione con i fili metallici e l'uniformità del riempimento attraverso fori rappresentano anche sfide significative per il processo di produzione. Scegliere il materiale del substrato di vetro appropriato e garantire la sua compatibilità con i materiali del truciolo è una sfida, che comporta l'abbinamento del coefficiente di espansione termica del materiale, delle proprietà meccaniche, delle proprietà dielettriche e di altri aspetti. La tecnologia di connessione su substrati in vetro richiede elevata affidabilità e stabilità per garantire la qualità del collegamento tra il chip e i circuiti esterni. Rispetto agli imballaggi tradizionali in plastica, il costo di produzione degli imballaggi in substrato di vetro può essere più alto e come garantire qualità e prestazioni coerenti nella produzione su larga scala è anche un problema che deve essere risolto.

Le caratteristiche dei substrati di vetro sono molto adatte per i chip, in quanto la progettazione di piccoli chip impone nuovi requisiti sulla velocità di trasmissione del segnale, la capacità di alimentazione, la progettazione e la stabilità del substrato. Dopo il passaggio a substrati in vetro, questi requisiti possono essere soddisfatti.

Rispetto al silicio, l'elevata trasparenza e i diversi coefficienti di riflessione del vetro pongono anche difficoltà per la rilevazione e la misurazione. Molte tecniche di misura adatte a materiali opachi o semitrasparenti non sono molto efficaci sul vetro, il che può causare distorsioni o perdite del segnale, influenzando la precisione di misura.

Anche se ci sono ancora molte sfide e la mancanza di dati di affidabilità, la sua planarità e prestazioni termiche senza pari costituiscono le basi per la prossima generazione di imballaggi compatti ad alte prestazioni, rendendo il potenziale dei substrati in vetro come una tecnologia importante per la prossima generazione di chip non può essere ignorato. Sostituire i circuiti stampati standard con materiali in vetro sembra diventare un consenso del settore, o almeno un percorso tecnologico molto importante in futuro.

La tecnologia del substrato di vetro viene applicata nello sviluppo del chip per fornire migliori prestazioni di dissipazione del calore, consentendo ai chip di mantenere le prestazioni di picco per un periodo di tempo più lungo. Nel frattempo, la natura ultra piatta del substrato in vetro consente un'incisione più precisa, consentendo di disporre i componenti più strettamente tra loro e aumentando la densità del circuito all'interno dell'area tissutale. L'applicazione di substrati in vetro porterà rivoluzionarie innovazioni nella tecnologia dei chip e può diventare una delle direzioni chiave per lo sviluppo futuro dei chip.

Substrato di vetro

Perché ci serve un substrato di vetro?

Nel settore dell'imballaggio avanzato, con l'emergere del substrato di vetro, la concorrenza dell'innovazione ha raggiunto un nuovo momento critico. La direzione della tecnologia del substrato di vetro è emersa dopo l'ondata di substrato organico e ceramico, e si prevede di superare le sfide dei substrati di base organici per migliorare le prestazioni, l'efficienza e la scalabilità a nuovi livelli di progettazione del chip e costi di produzione, in modo conforme alle tendenze di HPC e AI. Il substrato di vetro dipende dalla maturità della tecnologia e dalla sua applicazione diffusa nel mercato finale.

Il vetro come materiale, è stato ampiamente ricercato e integrato in molteplici industrie dei semiconduttori. Rappresenta un progresso significativo nella selezione di materiali di imballaggio avanzati, con molteplici vantaggi rispetto ai materiali organici e ceramici. A differenza dei circuiti stampati standard che sono stati la tecnologia mainstream per molti anni, il vetro ha eccellente stabilità dimensionale, conducibilità termica e prestazioni elettriche.

Tuttavia, nonostante i suoi potenziali benefici, il substrato di vetro, come qualsiasi nuova tecnologia, deve affrontare una serie di sfide, non solo per i produttori di substrati di circuito, ma anche per i fornitori di attrezzature, materiali e strumenti di prova.

Nonostante queste sfide, l'adozione di substrati in vetro è ancora guidata da diversi fattori chiave. La domanda di substrati più grandi e dimensioni esterne, unita alle tendenze tecnologiche in materia di chip e integrazione eterogenea, sta spingendo l'industria a considerare substrati in vetro come una potenziale soluzione. Inoltre, una volta che la tecnologia sarà matura e ampiamente adottata, il potenziale rapporto costo-efficacia dei substrati in vetro lo renderà una scelta interessante per i mercati dell'elaborazione ad alte prestazioni (HPC) e dei centri materiali.

Il vetro attraverso foro (TGV) è uno dei pilastri dei substrati del nucleo di vetro. TGV apre la strada a dispositivi più compatti e potenti. TGV aiuta a migliorare la densità di connettività tra strati. Questi fori attraverso aiutano a migliorare l'integrità del segnale dei circuiti ad alta velocità. Ridurre la distanza tra le connessioni può ridurre la perdita di segnale e le interferenze, migliorando così le prestazioni complessive. L'integrazione del TGV può semplificare il processo di produzione eliminando la necessità di strati di interconnessione separati. Tuttavia, nonostante i suoi numerosi vantaggi, TGV deve affrontare anche molte sfide. A causa della complessità del processo di produzione, i TGV sono più inclini a difetti che possono causare guasti del prodotto. Inoltre, TGV significa tipicamente costi di produzione più elevati rispetto ad altre soluzioni. La domanda di attrezzature specializzate e il rischio di difetti possono comportare un aumento dei costi di produzione. Recentemente, molti nuovi brevetti relativi al TGV sono stati concessi ai produttori di apparecchiature laser. Questi progressi contribuiscono alla commercializzazione dei substrati di vetro affrontando al contempo le sfide legate agli intercalari di vetro. Questa soluzione può migliorare gli intercalari GCS e Glass, portando speranza ad entusiasmanti dispositivi potenti di prossima generazione.

L'effetto sinergico tra substrati in vetro e imballaggi a livello di pannello (PLP) sta guidando l'innovazione in entrambi i settori. Grazie all'uso di pannelli di dimensioni simili per entrambe le tecnologie, offrono opportunità complementari per aumentare la densità del chip, ridurre i costi e migliorare l'efficienza produttiva.

Il substrato in vetro rappresenta una frontiera promettente nel substrato IC avanzato e nei campi di imballaggio avanzati. Offrono prestazioni e scalabilità senza pari per la progettazione e il confezionamento di chip di prossima generazione. Sebbene esistano ancora sfide, gli sforzi congiunti del produttore di substrati di vetro stanno spianando la strada all'adozione diffusa di substrati di vetro in vari mercati finali, con particolare attenzione ai chip e ai server di intelligenza artificiale. Con la maturità della tecnologia GCS e lo sviluppo dell'infrastruttura della supply chain, i substrati in vetro dovrebbero ridefinire il modello dei substrati di imballaggio avanzati.