玻璃已全面渗透半导体芯片

自2023年英特尔发布玻璃芯基板（Glass Core Substrate，GCS）技术之后，半导体市场被普普通通的玻璃注入一剂强心剂，各路神仙纷至沓来。然而短短两年时间，无论是市场压力还是自身经营所致，先驱者默然退居二线（详情请见文章“英特尔退出竞争改变玻璃基板市场格局”），但它点燃的火种已经渗透进了先进半导体封装的各个层面。

在最近举行的第26届电子封装技术国际会议中，美国Racrim Technology创始人葛维沪博士在他的封装技术创新演讲中大篇幅提到了玻璃在先进封装中的应用及创新，本文将据此对玻璃在现今流行的先进封装技术FOPLP（扇出型面板级封装）中的创新应用做一总结。

在AI、高性能计算和Chiplet（小芯片）当道的今天，在传统封装材料快要扛不住的时候，玻璃凭借它天生超稳的尺寸、光滑的表面和绝佳的电绝缘性，成了解决芯片发热、变形和互连瓶颈的大救星。

不过，玻璃虽然性能强悍，却也有点娇气，它又脆又贵，处理起来要格外小心。但跟传统有机基板比起来，玻璃基板仍然优势多多，它平整不易翘，能在更小的空间里排布更多、更细的线路，让封装体积可以更薄、性能更高。换句话说，它就像一位身价不菲的精密工匠，能把芯片里的“高速公路”修得又宽又稳，虽然成本高，但为了顶尖的算力，仍然值得。

玻璃基板

层压基板

扇出型面板级封装（FOPLP）是一项能够显著节约工艺成本的封装技术。其核心在于采用更大尺寸的面板进行加工，利用高密度（HD）和超高密度（UHD）重分布层（RDL）实现精细线路，线宽/线距（L/S）可达2/2?m。它尤其适用于为高性能计算（HPC）和人工智能（AI）封装的CPU、GPU、XPU、ASIC和FPGA，是实现Chiplet异构集成的理想平台。

玻璃在FOPLP中的应用可大致分为四个层级：

·玻璃芯基板FOPLP（FOGPP)

·玻璃重分布层（RDL）

·玻璃中介层（Interposer）

·嵌入式玻璃扇出（eGFO）

玻璃芯基板FOPLP（FOGPP）

采用玻璃芯基板的FOPLP被称为FOGPP（Fan-Out Glass Panel Package）封装技术。该技术通过在面板或条带级别的玻璃芯基板（GCS）上进行倒装芯片连接，能够实现高密度的封装，通常需要使用重分布层（RDL）来实现芯片与基板之间的连接。FOGPP无需中介层，其玻璃基板的热膨胀系数（CTE）为8-9，可以有效缓冲CTE为3的硅芯片和CTE为17的PCB之间的热应力差异。FOGPP能将线宽/间距提升至小于2/2?m的水平。然而，该技术仍需克服组装过程中的翘曲、对准、塑封以及载板移除（TBDB）等挑战。

相比之下，在有机层压面板基板上制作RDL更多遵循PCB设计规则，其线宽/线距通常为5/5?m。

利用FOGPP封装技术得到的芯片产品可称为FOCoG（Fan-Out Chip on Glass，扇出型玻璃基芯片），其制造工艺流程如下：

1.首先在面板上制作玻璃基板顶部的重分布层；

2.然后通过临时键合与解键合（TBDB）技术将玻璃基板固定于载板以辅助加工；

3.将已知良好芯片（KGD）贴装至玻璃基板的RDL上；

4.进行面板级环氧塑封料（EMC）模塑以保护芯片；

5.完成模塑后移除载板；

6.在玻璃基板底部制作RDL并植焊球；

7.最后通过划片完成单颗封装。

FOCoG可视为传统FOCoS（基板上晶圆级芯片）技术向玻璃基版本的演进。此外，也可选择先在面板上完成整个玻璃基板（含双侧RDL）制造，再进行芯片贴装、模塑和划片的替代流程。

玻璃表面改性技术

玻璃表面改性技术主要包括以下几种：

·LIBBH（激光诱导黑体加热）通过激光改变玻璃表面微观结构；

·LIBWE（激光诱导背面湿法刻蚀）利用激光在液体辅助下对玻璃进行刻蚀；

·LICLPD（激光诱导化学液相沉积）则能够在玻璃背面沉积或嵌入铜图案。

这些方法可以用于在玻璃表面或背面实现功能化改性，广泛应用于玻璃封装和电子产品中。

LIBWE简要工艺机制

LCLD?简要工艺机制

针对玻璃表面金属化及电路集成中的附着力难题，激光诱导改性技术提供了高效的解决方案。

目前，激光诱导化学液相沉积（LCLD）因其设备简单、成本低廉、适用于微区金属图形化而被广泛研究。然而，该方法所沉积的铜层与未经处理的玻璃表面之间附着力较弱，易发生剥离，严重制约其在高端半导体封装中的应用。为克服这一局限，业界有研究利用激光诱导背面湿法刻蚀（LIBWE）作为前置表面改性工艺，再结合LCLD实现高附着力金属沉积。

这种混合加工策略不仅有效解决了金属-玻璃界面易脱落的问题，更为实现高密度、高可靠性的玻璃基半导体封装开辟了新途径。嵌入式铜线结构可支持多层堆叠与密封封装，适用于Chiplet异质集成、玻璃中介层（Glass Interposer）、高性能计算（HPC）及人工智能（AI）芯片等先进半导体应用，显著拓展了玻璃在功能集成与先进封装中的应用前景。

玻璃基板FOPLP的组装

玻璃基板扇出型面板级封装（Glass FOPLP）的组装包括几个关键步骤：
首先使用铜镀层的TGV（通孔玻璃）面板，并在其上制作再布线层（RDL）；随后通过热压键合（TCB）将芯片贴装至整个面板，并进行面板级塑封。完成封装后，进行焊球/凸点安装、检测与测试，最终将整个面板切割分离成单个的球栅阵列（BGA）封装件。

该工艺的关键考量包括：可将大面板分割为条带以方便处理，但面板的均匀性直接影响最终良率，同时芯片贴装设备和键合工艺的精度要求极高，加之多道工序也导致较长的总生产周期。

FOPLP?玻璃重分布层（RDL）

扇出型面板级封装（FOPLP）的重分布层技术根据应用需求分为低成本和高性能两种路线：

·低成本方案采用有机层压面板制作RDL，线宽/间距（L/S）为5-10μm；

·高性能方案则使用TGV玻璃面板实现更精细的互连。

RDL制造主要采用半加成工艺（SAP）及其改进型（mSAP/aSAP），其中先进SAP工艺包含了PVD溅射种子层、ABF介质层激光钻孔等关键技术。具体流程包括溅射0.1μm厚的钛/铜（Ti/Cu）复合种子层，以及使用7微米厚、负性特性的干膜光刻胶，来制作线宽/间距均为5?μm的电路图形。

FOPLP?玻璃中介层（Interposer）

FOPLP玻璃中介层是一种采用TGV（玻璃通孔）技术并集成多层高密度重分布层的先进互连结构。其核心是以面板级加工（Panel scale processing）工艺提升生产效率和降低成本。该中介层采用芯片后装（Chip-last assembly）?工艺，即先完成中介层本身的制造，最后再安装芯片。加工过程中，需要使用临时键合与解键合（TBDB）技术来承载玻璃面板，并采用环氧塑封料（EMC）进行模塑以保护结构。在完成面板层面的制造后，在玻璃中介层的底部制作微凸块（?bumps）作为连接点，最终通过将这些微凸块与下方的基础封装基板（如台积电的InFO-oS或CoWoS-S）进行键合，完成整个系统的集成。

读者看到这里可能会产生疑问，FOPLP不是省去了中介层吗？怎么这里又出现了玻璃中介层？

的确，FOPLP的初衷是去除中介层。但FOPLP是一种制造工艺平台，利用此工艺可以制造出更高级的部件，如“玻璃中介层”。这个部件随后可以作为一个“超级中介层”，被集成到更大、更复杂的封装（如CoWoS-S或InFO-oS）中，取代传统封装架构中的硅中介层，去承载和互连多个核心芯片。这并不违背FOPLP的精神，反而是其灵活性和强大能力的体现。它既可以直接制造最终产品，也可以制造用于更复杂系统的关键子组件。玻璃中介层就是后一种应用场景。

玻璃面板级嵌入式扇出工艺eGFO（CiG）

佐治亚理工学院（Georgia Tech,?常简称?GIT/GaTech）首次提出并展示了一种玻璃面板级嵌入式?Fan-out?工艺（嵌入式玻璃扇出，Embedded Glass Fan-Out，eGFO），该工艺也被称为芯片嵌入玻璃（CiG，Chip-in-Glass）。它将半导体芯片直接嵌入玻璃面板中，提供了一种高性能、具有成本效益的替代方案，取代了传统的有机和硅中介层。其工艺特点是先在超薄玻璃面板上形成腔体并嵌入裸晶，随后在玻璃上直接构建高密度RDL与通孔/微通孔互连，从而获得低翘曲、低损耗与细线宽/间距能力（~几微米级），用于异构集成与高频/高速封装。2017–2018年前后，GaTech及其合作伙伴首次公开了面板级玻璃Fan-out（GFO/GPE）技术。

芯片嵌入玻璃（CiG）

eGFO的典型工艺流程包括以下步骤：

1.首先通过蚀刻技术在玻璃面板上同时制作通孔（TGV）和用于放置芯片的腔体；

2.随后将芯片嵌入并固定于腔体之中；

3.接着进行通孔铜填充并在玻璃面板双面制作高密度RDL层；

4.完成布线后在面板级进行焊球植球；

5.最后通过划片工艺实现单颗封装。

该技术通过将芯片完全嵌入玻璃基板内部，实现了更高的集成密度和更优的机械保护。

eGFO的典型工艺流程

eGFO技术体系下还包括多种衍生或相关结构：

·eSiFO(Embedded Silicon Fan-Out）：一种硅基嵌入式扇出技术，与eGFO（嵌入式玻璃扇出）类似但基材不同；

·EMIG（Embedded Multidie Interconnect Glass）：玻璃基嵌入式多芯片互连结构，与Intel的EMIB（嵌入式多芯片互连桥）技术理念相似，但采用玻璃作为介质；

·其他形式：包括将芯片或互连桥嵌入玻璃中介层或玻璃芯基板（GCS）中的结构。

Intel EMIB

结语

玻璃基扇出型面板级封装（FOPLP）技术通过采用不可移除的TGV玻璃基板与重分布层结合，实现了高性能玻璃中介层或基板的构建，支持倒装芯片（Flip chip）/热压键合（TCB）、面板级塑封及切割等BGA类工艺，可广泛应用于CPU、GPU、ASIC和FPGA等高性能计算与人工智能芯片，尤其为Chiplet异质集成提供了关键平台。

然而，玻璃芯基板（GCS）虽具备TGV结构优势，并可通过上下RDL实现C4焊料与微凸点互连，但其与PCB之间的热膨胀系数（CTE）失配仍带来高应力与可靠性挑战。当前单层玻璃芯结构仍需向多层玻璃技术发展，融合熔融键合（Fusion bonding）与激光键合（Laser?bonding）等先进工艺将成为提升系统级可靠性和集成能力的重要方向。

台积电的CoWoS采用基于硅通孔（TSV）的硅中介层来实现高密度互连，是当前2.5D封装的主流技术。其演进版本CoGoS则用基于玻璃通孔（TGV）的玻璃中介层取代硅中介层，利用玻璃更优的电气性能和更低的成本潜力来支持更大尺寸的集成。而最先进的CoGCS技术则彻底省去了中介层和传统的有机层压基板，将芯片直接安装在玻璃核芯基板上，形成玻璃球栅阵列封装（GBGA），从而实现了最短的互连路径、最高的集成度和最佳的成本效益，是真正意义上的“芯片直接上玻璃”。

从各个角度，我们都能看到，玻璃已全面渗透半导体芯片的各个层面。

*参考资料：

·Packaging Technnology Innovation, W.koh, ICEPT 2025

·Design and Demonstration of Glass Panel Embedding for 3D System Packages for Heterogeneous Integration Applications. (2019). Journal of Microelectronics and Electronic Packaging, 16, 124-135.

·Deposition of Durable Micro Copper Patterns into Glass by Combining Laser-Induced Backside Wet Etching and Laser-Induced Chemical Liquid Phase Deposition Methods.?Materials 2020, 13(13), 2977;?

https://doi.org/10.3390/ma13132977

·本文所有图片均出自以上参考资料

*作者：Felina Wu