Thông tin PCB - Glass Substrate là gì?

Glass Substrate là gì?

Chất nền chip được sử dụng để giữ chip cắt (Die) và là nhân vật chính trong bước cuối cùng của gói. Càng nhiều chip cố định trên chất nền, càng nhiều bóng bán dẫn trên toàn bộ chip. Vật liệu nền chip đã trải qua hai lần lặp lại kể từ những năm 1970. Ban đầu, các chip được cố định bằng cách sử dụng khung chì, và vào những năm 1990, các chất nền gốm đã thay thế khung chì. Ngày nay, chất nền vật liệu hữu cơ là phổ biến nhất.

Các bảng mạch tiêu chuẩn về cơ bản được tạo ra bằng cách cán các vật liệu tương tự như PCB với các tấm laminate dệt bằng thủy tinh. Chất nền vật liệu hữu cơ có độ khó xử lý thấp và cũng có thể truyền tín hiệu tốc độ cao, luôn được coi là nhà lãnh đạo trong lĩnh vực chip. Tuy nhiên, chất nền vật liệu hữu cơ cũng có một số nhược điểm, chẳng hạn như hệ số giãn nở nhiệt rất khác nhau giữa chúng và chip. Ở nhiệt độ cao, kết nối giữa chip và chất nền có thể dễ dàng bị ngắt kết nối và chip bị cháy. Cần phải kiểm soát cẩn thận nhiệt độ của chip thông qua tiết lưu nhiệt, có nghĩa là chip chỉ có thể duy trì hiệu suất tối đa của nó trong một thời gian giới hạn và sau đó giảm tốc độ để giảm nhiệt độ. Do đó, kích thước của chất nền mạch tiêu chuẩn là rất hạn chế và lựa chọn vật liệu của chất nền là rất quan trọng để chứa nhiều bóng bán dẫn hơn trong một kích thước hạn chế.

Chất nền thủy tinh có tính chất cơ học, vật lý và quang học tuyệt vời và có khả năng xây dựng SiP đa chip hiệu suất cao hơn, tăng 50% số lượng chip trên chip. Ngược lại, chất nền thủy tinh có các tính chất độc đáo như độ phẳng cực thấp (cực kỳ phẳng), ổn định nhiệt tốt hơn và ổn định cơ học. Vì vật liệu thủy tinh cực kỳ phẳng, độ sâu tập trung của in thạch bản có thể được cải thiện. Trong cùng một khu vực, số lượng lỗ hổng lớn hơn nhiều so với trên vật liệu hữu cơ. Khoảng cách giữa các lỗ thông qua kính (TGV) có thể nhỏ hơn 100 micron, có thể trực tiếp tăng mật độ kết nối giữa các chip lên 10 lần. Ngoài ra, hệ số giãn nở nhiệt của chất nền thủy tinh gần với chip hơn và khả năng chịu nhiệt độ cao hơn có thể làm giảm biến dạng 50%, do đó giảm nguy cơ gãy xương và cải thiện độ tin cậy của chip. Những lợi ích này làm cho chất nền thủy tinh lý tưởng cho các gói mật độ cao thế hệ tiếp theo.

Độ dày của chất nền lõi thủy tinh có thể giảm khoảng một nửa so với chất nền mạch tiêu chuẩn truyền thống. Chất nền thủy tinh không chỉ tiêu thụ điện năng thấp hơn mà còn truyền tín hiệu nhanh hơn, hứa hẹn mang lại lợi thế về tốc độ và tiêu thụ điện năng cho các chip tiêu thụ điện năng lớn trong các máy chủ và trung tâm vật liệu. Kính thông qua lỗ hiện đã được áp dụng thành công cho chất nền kính. Các bộ vi xử lý thế hệ mới sẽ cho phép nhiều thành phần hơn với khối lượng nhỏ hơn so với trước đây, dẫn đến sự nhỏ gọn và hiệu suất cao hơn của thiết bị.

Sự mỏng manh của chất nền thủy tinh, độ bám dính không đủ với dây kim loại và tính đồng nhất của việc lấp đầy lỗ cũng đặt ra những thách thức đáng kể cho quy trình sản xuất. Chọn vật liệu chất nền thủy tinh phù hợp và đảm bảo khả năng tương thích của nó với vật liệu chip là một thách thức liên quan đến hệ số giãn nở nhiệt, tính chất cơ học, tính chất điện môi và các khía cạnh khác của vật liệu phù hợp. Công nghệ kết nối trên bề mặt kính đòi hỏi độ tin cậy và ổn định cao để đảm bảo chất lượng kết nối giữa chip và mạch bên ngoài. Bao bì chất nền thủy tinh có thể tốn kém hơn để sản xuất so với bao bì nhựa truyền thống và làm thế nào để đảm bảo tính nhất quán về chất lượng và hiệu suất trong sản xuất hàng loạt cũng là một câu hỏi cần được giải quyết.

Các đặc tính của chất nền thủy tinh là lý tưởng cho các chip nhỏ, vì thiết kế của các chip nhỏ đặt ra các yêu cầu mới về tốc độ truyền tín hiệu, khả năng cung cấp điện, thiết kế và sự ổn định của chất nền. Những yêu cầu này có thể được đáp ứng sau khi chuyển sang chất nền kính.

Độ trong suốt cao và hệ số phản xạ khác nhau của kính cũng gây khó khăn cho việc phát hiện và đo lường so với silicon. Nhiều kỹ thuật đo phù hợp với vật liệu mờ hoặc mờ không hiệu quả lắm với kính, điều này có thể dẫn đến biến dạng hoặc mất tín hiệu, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.

Mặc dù vẫn còn nhiều thách thức và thiếu dữ liệu đáng tin cậy, độ phẳng và hiệu suất nhiệt vô song của nó cung cấp nền tảng cho các gói hiệu suất cao nhỏ gọn thế hệ tiếp theo, làm cho tiềm năng của chất nền thủy tinh như một công nghệ quan trọng cho chip thế hệ tiếp theo không thể bỏ qua. Việc thay thế các bảng mạch tiêu chuẩn bằng vật liệu thủy tinh dường như đang trở thành sự đồng thuận của ngành, hoặc ít nhất là một con đường công nghệ rất quan trọng trong tương lai.

Công nghệ chất nền thủy tinh được áp dụng để phát triển chip để cung cấp hiệu suất tản nhiệt tốt hơn, cho phép chip duy trì hiệu suất cao nhất trong thời gian dài hơn. Đồng thời, tính chất siêu phẳng của chất nền thủy tinh cho phép khắc chính xác hơn, cho phép các thành phần được sắp xếp chặt chẽ hơn với nhau và tăng mật độ mạch trong khu vực tổ chức. Việc áp dụng chất nền thủy tinh sẽ mang lại một bước đột phá mang tính cách mạng cho công nghệ chip và có thể là một trong những hướng phát triển chính của chip trong tương lai.

Chất nền kính

Tại sao chúng ta cần chất nền kính?

Trong ngành công nghiệp bao bì tiên tiến, cạnh tranh sáng tạo đã đạt đến một thời điểm quan trọng mới với sự ra đời của chất nền thủy tinh. Định hướng của công nghệ chất nền thủy tinh xuất hiện sau làn sóng chất nền hữu cơ và gốm sứ, hứa hẹn sẽ vượt qua những thách thức của chất nền hữu cơ cốt lõi, nâng cao hiệu suất, hiệu quả và khả năng mở rộng lên một mức độ mới về chi phí thiết kế và sản xuất chip, do đó đáp ứng xu hướng tính toán hiệu suất cao và trí tuệ nhân tạo. Chất nền thủy tinh phụ thuộc vào sự trưởng thành của công nghệ và ứng dụng rộng rãi của nó trong thị trường cuối.

Là một vật liệu, thủy tinh đã được nghiên cứu và tích hợp rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp bán dẫn. Nó đại diện cho một bước tiến lớn trong việc lựa chọn vật liệu đóng gói tiên tiến với nhiều lợi thế so với vật liệu hữu cơ và gốm sứ. Không giống như bảng mạch tiêu chuẩn đã là công nghệ chủ đạo trong nhiều năm, kính có độ ổn định kích thước tuyệt vời, độ dẫn nhiệt và tính chất điện.

Tuy nhiên, bất chấp những lợi ích tiềm năng của chất nền thủy tinh, giống như bất kỳ công nghệ mới nào, nó cũng phải đối mặt với một loạt thách thức, không chỉ đối với các nhà sản xuất chất nền mạch mà còn đối với các nhà cung cấp thiết bị, vật liệu và công cụ thử nghiệm.

Bất chấp những thách thức này, việc áp dụng chất nền thủy tinh vẫn được thúc đẩy bởi một số yếu tố chính. Nhu cầu về chất nền và kích thước bên ngoài lớn hơn, cùng với xu hướng công nghệ về chip và tích hợp không đồng nhất, đang thúc đẩy ngành công nghiệp coi chất nền thủy tinh là một giải pháp tiềm năng. Ngoài ra, một khi công nghệ đã trưởng thành và được áp dụng rộng rãi, hiệu quả chi phí tiềm năng của chất nền thủy tinh sẽ làm cho nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho thị trường máy tính hiệu suất cao (HPC) và trung tâm vật liệu.

Glass Through the Hole (TGV) là một trong những trụ cột của chất nền lõi thủy tinh. TGV mở đường cho các thiết bị nhỏ gọn và mạnh mẽ hơn. TGV giúp tăng mật độ kết nối giữa các lớp. Những lỗ thông qua này giúp cải thiện tính toàn vẹn tín hiệu của mạch tốc độ cao. Giảm khoảng cách giữa các kết nối có thể làm giảm mất tín hiệu và nhiễu, do đó cải thiện hiệu suất tổng thể. Việc tích hợp TGV có thể đơn giản hóa quá trình sản xuất bằng cách loại bỏ nhu cầu về các lớp kết nối riêng biệt. Tuy nhiên, mặc dù có nhiều ưu điểm, TGV cũng phải đối mặt với nhiều thách thức. Do sự phức tạp của quy trình sản xuất, TGV có nhiều khả năng bị lỗi có thể gây ra lỗi sản phẩm. Ngoài ra, TGV thường có nghĩa là chi phí sản xuất cao hơn các giải pháp khác. Nhu cầu về thiết bị chuyên dụng kết hợp với nguy cơ lỗi có thể dẫn đến tăng chi phí sản xuất. Gần đây, nhiều bằng sáng chế liên quan đến TGV mới đã được cấp cho các nhà sản xuất thiết bị laser. Những tiến bộ này đã giúp thương mại hóa chất nền thủy tinh trong khi giải quyết những thách thức liên quan đến lớp giữa của kính. Giải pháp này có thể tăng cường GCS và kính nhiều lớp, mang lại hy vọng cho thế hệ tiếp theo thú vị của các thiết bị mạnh mẽ.

Sức mạnh tổng hợp giữa chất nền thủy tinh và bao bì cấp bảng điều khiển (PLP) đang thúc đẩy sự đổi mới trong cả hai lĩnh vực. Vì hai công nghệ này sử dụng kích thước bảng điều khiển tương tự nhau, chúng cung cấp các cơ hội bổ sung để tăng mật độ chip, giảm chi phí và tăng hiệu quả sản xuất.

Chất nền thủy tinh đại diện cho một biên giới đầy hứa hẹn trong lĩnh vực chất nền mạch tích hợp tiên tiến và bao bì tiên tiến. Chúng cung cấp hiệu suất và khả năng mở rộng vô song cho thiết kế và đóng gói chip thế hệ tiếp theo. Mặc dù những thách thức vẫn còn, những nỗ lực chung của các nhà sản xuất chất nền thủy tinh đang mở đường cho việc áp dụng rộng rãi chất nền thủy tinh trong nhiều thị trường cuối cùng, tập trung vào chip và máy chủ AI. Khi công nghệ GCS trưởng thành và cơ sở hạ tầng chuỗi cung ứng phát triển, chất nền thủy tinh dự kiến sẽ xác định lại mô hình của chất nền đóng gói tiên tiến.