半导体封装材料革命：从硅基桎梏到多元破局
=电子科技网报导（文 / 黄山明）当晶体管微缩逐步迫近物理极限，半导体财产的立异重心正悄悄从芯片外部转移至芯片内部。做为芯片功能的 “第两疆场”，启拆资料范畴正派历一场从依靠硅基资料到多元资料系统重构的深入革新。无机中介层突破了硅中介层临时以去的把持场面，玻璃基板以跨界之姿推翻传统，复开系统资料则正在功能取本钱之间找到了精巧均衡。那些立异不只重塑了启拆手艺道路，更从头界说了芯片的物理形状。
以硅中介层为例，它曾是 2.5D 启拆的中心，借助硅通孔（TSV）手艺完成芯片间的互连。但是，跟着 AI 芯片散成稀度打破 10000 I/O/mm²，硅中介层的两年夜缺点愈收凸隐。其一，热掉配成绩严峻。硅的热收缩系数（CTE）为 2.6ppm/℃，取无机基板的 15 - 20ppm/℃相好甚近，那招致 12 英寸晶圆边沿翘直可达 50μm，对旌旗灯号完好性发生了极年夜的背里影响。其两，本钱昂扬。TSV 工艺需求颠末 10 余讲庞大工序，单晶圆本钱超越 2 万美圆。当芯片堆叠层数超越 10 层时，启拆本钱占比打破 40%，成为范围化使用的宏大障碍。英伟达 H100 的 6 颗 GPU 芯粒堆叠已远乎到达硅中介层的工程极限，资料替换迫在眉睫。
而以台积电 CoWoS - R 手艺为代表的无机中介层，正借助 ABF 薄膜资料完成对硅基的打破。ABF 薄膜的 CTE 取基板相婚配（12ppm/℃），使得启拆翘直率降至 32μm（降幅达 60%），其介电常数为 3.5（仅为硅的 1/3），正在 28GHz 频次下旌旗灯号消耗下降 40%，可以很好天知足 HBM 下速互连的需供。而且，该手艺无需 TSV 工艺，经过 2μm 线宽的重散布层（RDL）间接构建互连收集，单晶圆本钱降落 40%，推进 CoWoS 手艺正在 7nm 以下造程芯片中的浸透率超越 60%。三星更是进一步将 ABF 薄膜 RDL 层数从 8 层添加到 12 层，正在 15mm×15mm 的启拆内可互连 2000 颗芯粒，散成稀度相较于硅中介层晋升了 3 倍，成为 Chiplet 经济性散成的要害地点。
进进 2025 年，京西方开端投产玻璃基板实验线，演出了显现资料正在半导体范畴的顺袭。这类玻璃基板资料的介电常数为 4.0、tanδ = 0.002，正在 60GHz 毫米波频段的消耗下降 50%，仄整度偏差小于 1μm，撑持 1.5μm 线宽（而硅片极限为 3μm），成为 5G 芯片的抱负载体。同时，它可以耐受 400℃的低温，撑持 120mm×120mm 的超年夜尺寸启拆（硅中介层仅为 80mm×80mm）。诺视科技借助这类玻璃基板，完成了 Micro LED 芯片正在 50 万僧特明度下热门温度≤85℃，热治理效力晋升 3 倍。英特我经过激光改性手艺，将玻璃通孔（TGV）稀度晋升至 TSV 的 5 倍（10 万个 /cm²），铜挖充良率到达 95%，为 HBM4 的 1024 位宽接心奠基了根底。
但是，单一资料常常易以应对庞大多变的需供，夹杂散成正成为新的开展标的目的，比方 “无机 - 硅” 协同。云天半导体的复开转接板，底层 ABF 薄膜用于接收热应力，下层硅桥担任传输下频旌旗灯号，正在 2700mm² 的里积上完成了 1.5μm 线宽，经真测，12nm AI 芯片的牢靠性晋升了 25%。疑越化教的低介电玻璃浆料（DK = 3.2），经过丝网印刷替换溅射工艺，RDL 本钱下降 30%，良率到达 98%，年夜年夜加强了中小尺寸芯片启拆的性价比。那些资料组开既保存了硅的下频劣势，又经过无机 / 玻璃层处理了热婚配取本钱成绩，成为企业差别化合作的中心要素。
固然，资料反动离没有开齐财产链的协同。正在装备端，ASML High - NA EUV 新删玻璃基板暴光形式，掩模版运用量增加 40%，单晶圆暴光工夫延长至 20 分钟。正在工艺圆里，Lam Research 劣化了 PECVD 气体配圆，使玻璃基板尽缘层的堆积速度晋升 50%，缺点稀度降至 0.1 个 /cm²。正在规范制订上，台积电推进无机 / 玻璃基板接心的规范化，撑持 0.8μm 铜 - 玻璃键开；中国公布的 “芯粒互连和谈 2.0” 界说了玻璃基板旌旗灯号完好性标准，助力国发生态的构建。
需求寄望的是，虽然远景非常黑暗，但依然存正在一些瓶颈。比方，玻璃基板存正在坚性成绩，120mm×120mm 规格的切割良率仅为 65%。不外，康宁正正在研收掺锆玻璃，目的是将断裂韧性晋升至 1.2MPa・m¹/²，靠近硅片的程度。同时，正在无机资料的耐温功能上，以 ABF 薄膜为例，其正在 260℃时会发作分化，限定了正在功率芯片范畴的使用。但陶氏化教的散酰亚胺改性资料耐温已达 350℃，估计正在 2026 年完成量产。另外，正在复开界里的牢靠性圆里，正在干冷情况下，“无机 - 硅” 界里分层率正在 1000 小时内可达 18%，IMEC 正开辟纳米晶键开手艺去进步波动性。
小结
从硅中介层已经的桂林一枝，到现在无机、玻璃、复开资料的多元并存，启拆资料的革新实质上反应了半导体财产立异逻辑的改变。当晶体管微缩历程放缓，资料成为持续摩我定律的新动力。无机中介层让 Chiplet 散成更具经济性，玻璃基板为下频取超年夜尺寸启拆开拓了新途径，复开资料则正在细分使用场景完成功能打破。也许，半导体财产的下一次奔腾，便储藏正在那些看似通俗的薄膜取基板当中。