=電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 黃山明）當(dāng)晶體管微縮逐漸逼近物理極限，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新重心正悄然從芯片內(nèi)部轉(zhuǎn)移至芯片外部。作為芯片性能的 “第二戰(zhàn)場”，封裝材料領(lǐng)域正經(jīng)歷一場從依賴硅基材料到多元材料體系重構(gòu)的深刻變革。有機(jī)中介層打破了硅中介層長期以來的壟斷局面，玻璃基板以跨界之姿顛覆傳統(tǒng)，復(fù)合體系材料則在性能與成本之間找到了精妙平衡。這些創(chuàng)新不僅重塑了封裝技術(shù)路線，更重新定義了芯片的物理形態(tài)。

以硅中介層為例，它曾是 2.5D 封裝的核心，借助硅通孔（TSV）技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片間的互連。然而，隨著 AI 芯片集成密度突破 10000 I/O/mm2，硅中介層的兩大缺陷愈發(fā)凸顯。其一，熱失配問題嚴(yán)重。硅的熱膨脹系數(shù)（CTE）為 2.6ppm/℃，與有機(jī)基板的 15 - 20ppm/℃相差甚遠(yuǎn)，這導(dǎo)致 12 英寸晶圓邊緣翹曲可達(dá) 50μm，對(duì)信號(hào)完整性產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響。其二，成本高昂。TSV 工藝需要經(jīng)過 10 余道復(fù)雜工序，單晶圓成本超過 2 萬美元。當(dāng)芯片堆疊層數(shù)超過 10 層時(shí)，封裝成本占比突破 40%，成為規(guī)模化應(yīng)用的巨大阻礙。英偉達(dá) H100 的 6 顆 GPU 芯粒堆疊已近乎達(dá)到硅中介層的工程極限，材料替代刻不容緩。

而以臺(tái)積電 CoWoS - R 技術(shù)為代表的有機(jī)中介層，正借助 ABF 薄膜材料實(shí)現(xiàn)對(duì)硅基的突破。ABF 薄膜的 CTE 與基板相匹配（12ppm/℃），使得封裝翹曲率降至 32μm（降幅達(dá) 60%），其介電常數(shù)為 3.5（僅為硅的 1/3），在 28GHz 頻率下信號(hào)損耗降低 40%，能夠很好地滿足 HBM 高速互連的需求。并且，該技術(shù)無需 TSV 工藝，通過 2μm 線寬的重分布層（RDL）直接構(gòu)建互連網(wǎng)絡(luò)，單晶圓成本下降 40%，推動(dòng) CoWoS 技術(shù)在 7nm 以下制程芯片中的滲透率超過 60%。三星更是進(jìn)一步將 ABF 薄膜 RDL 層數(shù)從 8 層增加到 12 層，在 15mm×15mm 的封裝內(nèi)可互連 2000 顆芯粒，集成密度相較于硅中介層提升了 3 倍，成為 Chiplet 經(jīng)濟(jì)性集成的關(guān)鍵所在。

進(jìn)入 2025 年，京東方開始投產(chǎn)玻璃基板試驗(yàn)線，上演了顯示材料在半導(dǎo)體領(lǐng)域的逆襲。這種玻璃基板材料的介電常數(shù)為 4.0、tanδ = 0.002，在 60GHz 毫米波頻段的損耗降低 50%，平整度誤差小于 1μm，支持 1.5μm 線寬（而硅片極限為 3μm），成為 5G 芯片的理想載體。同時(shí)，它能夠耐受 400℃的高溫，支持 120mm×120mm 的超大尺寸封裝（硅中介層僅為 80mm×80mm）。諾視科技借助這種玻璃基板，實(shí)現(xiàn)了 Micro LED 芯片在 50 萬尼特亮度下熱點(diǎn)溫度≤85℃，熱管理效率提升 3 倍。英特爾通過激光改性技術(shù)，將玻璃通孔（TGV）密度提升至 TSV 的 5 倍（10 萬個(gè) /cm2），銅填充良率達(dá)到 95%，為 HBM4 的 1024 位寬接口奠定了基礎(chǔ)。

然而，單一材料往往難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的需求，混合集成正成為新的發(fā)展方向，比如 “有機(jī) - 硅” 協(xié)同。云天半導(dǎo)體的復(fù)合轉(zhuǎn)接板，底層 ABF 薄膜用于吸收熱應(yīng)力，上層硅橋負(fù)責(zé)傳輸高頻信號(hào)，在 2700mm2 的面積上實(shí)現(xiàn)了 1.5μm 線寬，經(jīng)實(shí)測，12nm AI 芯片的可靠性提升了 25%。信越化學(xué)的低介電玻璃漿料（DK = 3.2），通過絲網(wǎng)印刷替代濺射工藝，RDL 成本降低 30%，良率達(dá)到 98%，大大增強(qiáng)了中小尺寸芯片封裝的性價(jià)比。這些材料組合既保留了硅的高頻優(yōu)勢，又通過有機(jī) / 玻璃層解決了熱匹配與成本問題，成為企業(yè)差異化競爭的核心要素。

當(dāng)然，材料革命離不開全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同。在設(shè)備端，ASML High - NA EUV 新增玻璃基板曝光模式，掩模版使用量減少 40%，單晶圓曝光時(shí)間縮短至 20 分鐘。在工藝方面，Lam Research 優(yōu)化了 PECVD 氣體配方，使玻璃基板絕緣層的沉積速率提升 50%，缺陷密度降至 0.1 個(gè) /cm2。在標(biāo)準(zhǔn)制定上，臺(tái)積電推動(dòng)有機(jī) / 玻璃基板接口的標(biāo)準(zhǔn)化，支持 0.8μm 銅 - 玻璃鍵合；中國發(fā)布的 “芯粒互連協(xié)議 2.0” 定義了玻璃基板信號(hào)完整性規(guī)范，助力國產(chǎn)生態(tài)的構(gòu)建。

需要留意的是，盡管前景十分光明，但仍然存在一些瓶頸。例如，玻璃基板存在脆性問題，120mm×120mm 規(guī)格的切割良率僅為 65%。不過，康寧正在研發(fā)摻鋯玻璃，目標(biāo)是將斷裂韌性提升至 1.2MPa?m1/2，接近硅片的水平。同時(shí)，在有機(jī)材料的耐溫性能上，以 ABF 薄膜為例，其在 260℃時(shí)會(huì)發(fā)生分解，限制了在功率芯片領(lǐng)域的應(yīng)用。但陶氏化學(xué)的聚酰亞胺改性材料耐溫已達(dá) 350℃，預(yù)計(jì)在 2026 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。此外，在復(fù)合界面的可靠性方面，在濕熱環(huán)境下，“有機(jī) - 硅” 界面分層率在 1000 小時(shí)內(nèi)可達(dá) 18%，IMEC 正開發(fā)納米晶鍵合技術(shù)來提高穩(wěn)定性。

小結(jié)

從硅中介層曾經(jīng)的一枝獨(dú)秀，到如今有機(jī)、玻璃、復(fù)合材料的多元并存，封裝材料的變革本質(zhì)上反映了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新邏輯的轉(zhuǎn)變。當(dāng)晶體管微縮進(jìn)程放緩，材料成為延續(xù)摩爾定律的新動(dòng)力。有機(jī)中介層讓 Chiplet 集成更具經(jīng)濟(jì)性，玻璃基板為高頻與超大尺寸封裝開辟了新路徑，復(fù)合材料則在細(xì)分應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)性能突破。或許，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的下一次飛躍，就蘊(yùn)藏在這些看似普通的薄膜與基板之中。?