Tendências em substrato de vidro ou tecnologia de núcleo de vidro

Em relação à tecnologia de substrato de vidro ou núcleo de vidro, há duas informações comerciais importantes nos últimos seis meses.

O chamado núcleo de vidro, onde está o vidro?

Faça primeiro uma simples popularização científica, um pedaço do dado precisa ser embalado depois de criado. Por um lado, esse trabalho é fazer com que a matriz e o mundo exterior possam ser conectados eletricamente e sinalizar, afinal o chip precisa interagir com o mundo exterior; Por outro lado, o pacote também oferece um ambiente de trabalho estável para o chip. Pelo menos algo como o chip da CPU deve ser segurado na mão, nunca deixe a mão tocar diretamente no dispositivo dentro da matriz.

Portanto, quando o chip CPU de varejo é segurado em nossas mãos, podemos ver a tampa superior e o substrato verde abaixo (os seguintes substratos estão em substrato em inglês).

Desde os primeiros anos do pacote de pinos de duas fileiras DIP até a montagem em superfície, pacote BGA, chip flip (flip chip), a tecnologia de embalagem também passou por várias gerações de mudanças. Até agora, com o surgimento de “embalagens avançadas” representadas por embalagens 2,5D/3D, a tecnologia de embalagens tornou-se mais complexa.

Pode-se resumir que a direção da tecnologia de embalagem sempre foi uma implementação cada vez mais densa de interconexão - ou seja, maior rendimento de requisitos de matrizes internas e conexões externas. Este deve ser o principal motor do progresso da tecnologia de embalagens. O surgimento da embalagem 2,5D não se deve apenas ao limite do retículo do tamanho da matriz única, mas também porque o substrato da embalagem é difícil de atender às necessidades intensivas de interconexão de matrizes múltiplas.

Em vez disso, considere adicionar um intermediário, uma camada entre a matriz e o substrato. Este intermediário pode transportar fiação e interconexão mais densas, e a eficiência da comunicação entre a matriz e a matriz é melhorada.

Com essa base, podemos começar a falar sobre o que é tecnologia de núcleo de vidro. A Samtec, fabricante de soluções de conectividade eletrônica, fez uma apresentação sobre tecnologia de núcleo de vidro no ano passado. O diagrama abaixo mostra onde esta técnica pode ser aplicada. Entre eles, o interposer de vidro é o que mais preocupa - ou seja, uma parte do interposer no pacote avançado 2.5D é alterada para vidro.

Parece que no contexto de pesquisas científicas estrangeiras e discussões comerciais sobre núcleos de vidro, embora todos falem sobre substrato de vidro, na verdade isso aponta para um intercalador de vidro.

Em uma palestra da Georgia Tech e IMAP sobre substratos de núcleo de vidro, o professor Swaminathan apontou para a aplicação da tecnologia em arquiteturas heterogêneas e apontou para o interpositor de vidro. A classificação é dada na figura acima.

O 2.5D não é apenas usado como meio intermediário para interconexão entre matrizes, mas em aplicações 3D não TSV também existe o chamado '3D Glass Embedding' - empilhado verticalmente. No entanto, a partir do pacote de vidro 2,5D, comparando as duas soluções de coluna de silício e orgânica, não é difícil descobrir que o interpositor de vidro aqui não apenas desempenha o papel de interpositor, mas também existe como substrato de pacote (observe que é um nível a menos que os outros dois tipos de soluções).

Desta perspectiva, os papéis do interpositor e do substrato de vidro parecem se sobrepor; Porém, quando existe como substrato, também atende aos requisitos de interconexão de maior densidade.

Porém, de acordo com as informações técnicas divulgadas pela Intel, o substrato de núcleo de vidro que estão preparando para uso comercial é utilizado principalmente como substrato, conforme mostrado na figura acima. O substrato do núcleo de vidro aqui é usado para substituir parcialmente o substrato orgânico anterior - ou seja, muitas vezes podemos ver o material PCB sob o chip após a embalagem.

Quando a AnandTech introduziu esta tecnologia no ano passado, também foi claramente mencionado que ainda não é um substituto para soluções de embalagem 2,5D, como CoWoS/EMIB. Em outras palavras, o substrato do núcleo de vidro ainda não deveria existir como a ponte de silício e o interpositor de silício comuns em embalagens 2,5D.

Além disso, vale a pena mencionar que se você olhar atentamente para este PPT da Intel, descobrirá que o chamado substrato do núcleo de vidro não é todo o substrato em vidro (por isso é chamado de núcleo de vidro), mas o material do núcleo de o substrato é vidro. A RDL (camada de redistribuição) está localizada em ambos os lados.

Um dos benefícios de mudar o substrato para um núcleo de vidro é que isso permite interconexões mais densas. Os dados fornecidos pela Intel são que sua solução atinge pitch TGV (vias de vidro, semelhante ao TSV) de 75μm, o que pode alcançar roteamento de sinal mais flexível ou menos camada RDL.

Mas, na verdade, os leitores preocupados com o empacotamento avançado 2,5D devem saber que 75μm não é suficiente, mesmo em esquemas de ponte de silício 2,5D (como EMIB), sem mencionar que a ligação híbrida 3D e o espaçamento já são <10μm. Portanto, o substrato com núcleo de vidro aqui existe de fato como um substituto do substrato orgânico para aumentar a densidade de interconexão.

No entanto, parece que a Intel pretende tornar o substrato de núcleo de vidro complementar a outras tecnologias de embalagem, por exemplo, algumas soluções de chips requerem maior largura de banda do que a fiação de substrato tradicional, mas não exigem a mesma alta densidade de interconexão que a embalagem EMIB, então núcleo de vidro substrato pode ser selecionado.

Olhe para o perfil lateral no meio. Além das camadas RDL superior e inferior, a do meio é o TGV

Vidro TGV através do buraco

Vale ressaltar que no TGV através do vidro, a Samtec acredita que a espessura do “sweet spot” seja de cerca de 200μm – mas se você escolher um tipo diferente de vidro, a espessura do substrato pode ser de 40 a 20μm. A Intel também mencionou que a proporção do TGV é mais exagerada do que as soluções tradicionais quando se fala sobre a tecnologia de substrato de núcleo de vidro (será mencionado mais tarde que a espessura do núcleo de vidro de 1 mm, proporção de 20:1, adequada para IA e data centers) .

O verdadeiro valor do núcleo de vidro está no próprio material. A primeira é que a rugosidade da superfície é semelhante à do silício, o que permite criar sobre ela uma fina camada RDL. Em segundo lugar, o coeficiente de expansão térmica (CTE) também é bom, e o substrato pode manter-se relativamente consistente com a matriz quando o material se deforma e muda. O Módulo de Young, também conhecido como módulo de elasticidade, fornece a rigidez necessária. a absorção de umidade é igual à do silício. A condutividade térmica é basicamente a existência de materiais de isolamento térmico.

Existem algumas vantagens em aplicações relacionadas, como aplicações de embalagens herméticas, onde a soldagem a laser pode ser realizada em temperatura ambiente sem a necessidade de altas temperaturas. Existem também sistemas de transmissão de sinal baseados em luz, e o vidro tem vantagens mais naturais.

A Intel resumiu anteriormente que as propriedades mecânicas e elétricas do vidro são melhores, incluindo maior resistência a altas temperaturas durante a embalagem em comparação com o substrato orgânico, conseguindo assim menores empenamentos e deformações. É mais plano, então a embalagem e a litografia são mais fáceis. O próprio TGV tem melhor desempenho elétrico, como baixa perda, e permite roteamento de sinal e fornecimento de energia mais limpos - a transmissão de sinal 448G pode ser alcançada sem a necessidade de interconexão óptica; É claro que perdas mais baixas também significam mais economia de energia.