發布時間:2024/7/13 07:16
圖文/鏡週刊
人工智慧(AI)狂潮帶動高算力需求,除了追求晶圓製程外,如何透過先進封裝技術提升晶片效能,同時又能達到省電、降低成本,已成半導體業新顯學。本刊調查,為狙擊台灣護國神山台積電,手中擁有諸多封裝技術的半導體巨擘英特爾,去年9月在美國創新日(Innovation Day)提出將玻璃基板導入先進封裝,不僅引起輝達、超微、蘋果等大客戶高度關注,也帶動生產玻璃基板的關鍵設備升級,國內布局多年的鈦昇科技與工研院也蓄勢待發,喜迎新商機。
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「我們跟台灣關係深厚,IT指的就是Intel跟Taiwan!」全球半導體巨擘今年特別趁台北國際電腦展(Computex 2024)來台固樁,大力推廣新一代AI PC的英特爾(Intel)執行長季辛格(Pat Gelsinger)面臨輝達(NVIDIA)、超微(AMD)、高通(Qualcomm)來勢洶洶的挑戰,不但大舉台灣牌,更強調佩服台積電優秀技術,一改過去大砲性格。
本刊調查,本身擁有諸多先進封裝技術的英特爾,去年9月,在美國提出將玻璃基板導入先進封裝的想法,已經引發輝達、超微與蘋果等潛在大客戶高度興趣,仍想藉此撼動台積電的江山。「我們(英特爾)投入玻璃基板已經有10年,去年底宣布後,勢頭(反應)真的很熱烈,很多客戶非常感興趣。」負責該業務的英特爾先進封裝基板研發後端部門總監段罡,接受本刊的越洋專訪時透露。
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一位業內人士更直言:「台積電CoWoS產能不足,頻頻缺貨,英特爾此時喊出要在先進封裝導入玻璃基板,倘若可行,那晶圓代工的客戶勢必轉向!」
究竟為何先進封裝要用玻璃基板?本刊訪問工研院機械所所長饒達仁,他表示,隨著AI晶片走向高速運算,同一個封裝面積置放更多的電晶體已成趨勢,但也衍生了散熱問題,除了透過水冷、液冷解熱,把IC基板中間的矽中介層換成玻璃,也能解決功耗過高影響傳輸效率等問題。
「你可把IC基板想成樓層地板,要讓樓層(晶片)之間水電正常供應,得在地板鑽孔串接上下層的電路水管等管線,若地板毀損,管線也會大受影響。」饒達仁向本刊進一步生動地說明。
「矽這種半導體材料與金屬碰在一起,先天就會漏電,碰到高溫容易翹曲;而玻璃本身可以與金屬絕緣,透過摻雜配方,還能調整熱膨脹係數,產生熱穩定性,大大克服這類問題。」饒達仁說。
段罡也向本刊表示,比起以矽為主的基板,玻璃因具平坦性,可讓通孔間的間隔最小低於100微米,互連密度不但可提升10倍,更有耐高熱的特性,且變形率也比矽降低5成。「玻璃基板封裝非常適合異質晶片整合,也將是小晶片(Chiplet)或矽光子(CPO)封裝重要的推力。」段罡篤定地說。
根據英特爾的規劃,玻璃基板預計2026至2030年間量產,比起台積電的先進封裝CoWoS技術慢上許多。對此,段罡自信地表示,「從1990年代起,英特爾就是每個新世代IC基板推動先驅,從早期的陶瓷基板,到目前的ABF樹脂基板,都扮演開路先鋒角色。量產玻璃基板最大的挑戰是脆弱性與可靠度,英特爾一定能克服。」
以ABF基板為例,英特爾為解決有機基板的矽中介層與金屬無法完全絕緣等耗電問題,找上日本生產味精的味之素(Ajinomoto)一起展開長達10年的研究,最後成功開發ABF薄膜,不但讓百年味精鼻祖搖身一變成了半導體關鍵材料最大供應商,ABF載板也成了目前IC基板主流,量產至今長達20年。
段罡強調,過去3年,英特爾內部已針對玻璃基板的易脆性大幅提高良率,同時透過國際間材料、設備商整合,也打造出玻璃基板為主的新生態系。「面板業者就是這次供應鏈新成員。」段罡低調地透露。
一旦先進封裝改採玻璃基板,恐怕也將改變產業規則。「別小看玻璃基板,這是動輒百億的投資,不是一般廠商能玩得起,若要推動商業化,一定得有大廠主導。」健鼎發言人林修立強調。
針對成本面,段罡表示,玻璃基板相對於生成式AI晶片整體成本,敏感度(占比)很低;此外,導入後,光可納入更多的電晶體又不易過熱變形,就能展現小兵立大功的優勢,堪稱是目前AI晶片最適合的材料應用之一。
英特爾並非唯一看好玻璃基板大廠,天虹科技研發處長陳建清向本刊透露,韓國、中國半導體業者為搶得先機也來勢洶洶;其中,韓國SKC更與美商應材(Applied Materials)攜手成立Absolics新創,預計斥資2.4億美元在美國喬治亞州打造玻璃基板工廠。
「三星電機(SEM)已喊出今年9月玻璃基板開始試產,包括Philoptics、Chemtronics、Moongwod、M-Tech與德國LPKF,都是其設備零組件夥伴。」饒達仁分析玻璃基板業者的最新動態。
另方面,饒達仁直言,進入玻璃基板世代,除關鍵材料的變化、演進,另一大商機就是設備升級,玻璃基板設備將從傳統矽鑽孔(TSV)改為玻璃鑽孔(TGV),而這將是台灣業者可以與國際同業比拚的切點。
據台灣電路板印刷協會(TPCA)去年底發表的報告顯示,玻璃基板主要透過玻璃鑽孔(TGV)製程,利用鐳射加工通孔,經過蝕刻、金屬電鍍來形成通連晶片上下電路的基板。目前,鐳射加工技術,歐美日成熟度最高,代表廠商如美國康寧(Corning )、德國LPKF、日本印刷株式會社(DNP)等,前五大業者合計占有全球7成市占。值得注意的是,台廠也在這塊工藝技術嶄露頭腳,鈦昇科技就是台灣在TGV相關領域的佼佼者。
扮演台灣產業技術推手的工研院也沒缺席,在7、8年前開始投入玻璃基板所需的TGV技術,並在3年前首度對外發表「高深寬比玻璃基板電鍍」解決方案。「我們(工研院)這項產品,獨家研發出特調藥水(添加劑),可讓電鍍在玻璃鑽孔上的金屬與玻璃間完美地結合,克服玻璃與金屬附著力不佳瓶頸。」
「一旦電鍍上去的金屬與玻璃之間的孔隙大幅減少,晶片疊得再多,就像大樓蓋再高,都能保證電訊與電力的傳輸品質,讓晶片效能達到最佳化。」饒達仁樂觀地說。目前工研院研發的設備,陸續有國內載板、面板業者來探詢,工研院希望尋求最佳的技轉模式,幫助台灣業者在新賽道上彎道超車。
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