为了复活摩尔定律 英特尔决定用玻璃来连接芯片

这两年，摩尔定律已死的说法是传得沸沸扬扬。

但别着急钉棺材板，因为照最近的消息来看，它可能又要活过来了。。。

让摩尔定律复活的，不是什么稀奇玩意儿，而是我们日常都能用到的玻璃。

最近，英特尔在官网上放出消息，说下一代先进封装的基板，它们打算用玻璃替代有机材料。

理由呢，不是玻璃更便宜，也不是更好看，而是他们发现用玻璃做基板的芯片，比有机材料的性能好多了。

更直观一点，用玻璃做芯片基板，有这么两个好处：

一个是提高芯片中信号传输的效率，另一个是明显提高芯片的密度，进而拉动更好的性能。

这在大模型野蛮生长、算力紧缺的现在，算是重磅利好的消息了。

英特尔官方还放出豪言，说在在 2030 年之前，它们一个封装上的晶体管就能扩展到 1 万亿个。

世超翻出摩尔定律的曲线图，目前一个封装的晶体管极限也就 1340 亿个，来自苹果的 M2 Ultra 芯片， 1 万亿个的数据和它相比，直接将近 10 倍。

再到曲线图上对一下，还挺符合摩尔定律的。。。

看到这里，我猜各位差友心里可能犯这样的嘀咕，玻璃也不是啥罕见的材料，它真有这么大能耐？

在回答这个问题之前，我们得先了解一下芯片基板的基础知识。

芯片基板，是进行最后一步封装的主角，用来固定上一步从晶圆切好的晶片（ Die ），基板上固定的晶片越多，整个芯片的晶体管数量自然也就越多。

打个比方，整个封装好的芯片相当于是一个城市，如果说基板上晶片是摩天大楼的话，那基板就相当于是串联起这些大楼的公共交通，晶体管就是生活在大楼里的人。

要让晶体管也就是整个城市的人更多，就只有两个办法：

一个是在现有的公共交通资源下做好城市规划，对应到芯片封装中就是提高工艺。

另外一个就是盖更多更高的楼，前提是城市的公共交通系统得全面升级，对应下来就是改变基板的材料。

当然在芯片封装发展的过程中，这两个方法是交替来着的。

从上世纪 70 年代开始起步到现在，芯片基板材料已经经历了两次迭代，最开始的芯片基板靠引线框架来固定晶片。

英特尔 4004 芯片

英特尔 4004 芯片基板

到了二十世纪 90 年代，因为有更好的密封性和良好的导热性，陶瓷基板逐渐取代了之前的金属引线框架，在然后在 00 年代，我们现在最常见的有机材料基板出现了。

和陶瓷基板相比，有机材料基板不用烧结，加工难度小，还有利于高速信号的传输。

所以到目前为止，有机材料基板都被视作是芯片领域的排头兵。

但有机材料身上也有缺点，就是它和晶片两个材料之间的热膨胀系数差别太大了。

温度低还好，但只要温度稍微过高一点，一个变形程度很大，另外一个很小，晶片和基板之间的连接就会断开。

芯片这不就被烧坏了。。。

因此为了避免这种情况的发生，有机基板的尺寸一般都不会太大。

尺寸小，但想要上面的晶体管变多，就只有在工艺上下功夫了，为此，业内的厂商也都使出了十八般武艺。

从原来专注于平面封装到之后开始搞叠叠乐，也就是堆叠式封装。

而在堆叠式封装领域，现在也是卷出了天际，经历了多次迭代，已经来到了最先进的硅通孔技术（ TSV ），就是让硅芯片堆起来，然后穿孔连通。

不过现在，无论封装技术再怎么精进再怎么牛，它们面对摩尔定律的发展趋势，都已经开始捉襟见肘了。

就拿 TSV 技术来说，虽然在一定程度上它能让晶体管数量成倍增长，但同时它的技术要求也更高，更不用说成本了。

并且，下一代封装技术的要求是：封装尺寸要超过 120 mm* 120 mm 。

上面已经说到，由于有机基板是类似合成树脂的材料组成的，受热容易弯曲。

而现在芯片的封装设计都要求晶片个挨个地凑在一起，发热肯定是避免不了的，想要搞更大的封装尺寸用有机材料肯定没戏。

这下刀就已经架在了有机基板的头上，反正这命是迟早得革。

怎么革，靠谁革？

我们在开头就已经给出了答案 玻璃。这里的玻璃并不是说要用纯玻璃做基板，而是把之前之前基板中类似合成树脂的材料替换成玻璃，金属的封边依旧还在，类似下图这种。

玻璃当然也不是我们日常用的那种玻璃，而是会通过调整，造出一种和硅的性质接近的玻璃。

相较于之前的有机材料，这次替换的玻璃主要看中的是它的三个性能：机械性能、热稳定性和电气性能。

首先是机械性能，玻璃基板在机械强度这块是吊打有机基板。

玻璃在充当基板材料时，会在上面开孔，保证信号的传输。

因为玻璃材料超级平整，要光刻或者封装也更容易，所以同样的面积下，在它上面开的孔的数量要比在有机材料上多得多。

就相当于是，在玻璃材料上建的公共交通会比在有机材料上建得更密集、线路也会更加多。

据英特尔的说法，玻璃芯通孔之间的间隔能够小于 100 微米，这直接能让晶片之间的互连密度提升 10 倍。

互连密度提升了，相同面积下能容纳的晶体管数量也就更多了。

再来是热稳定性，玻璃基板不容易因为温度高而产生翘边或者变形的问题。

万一有个特殊情况，玻璃中也含有二氧化硅，和硅的性质接近，它们的热膨胀系数也差不多，就算温度过高，也是基板上的芯片和基板以一样的膨胀速度一起变形。

最后就是玻璃芯独特的电气性能，说更准确一点其实是开孔之后的玻璃的电气性能，它的电介质损耗会更低，允许更加清晰的信号和电力传输。

这样一来，信号传输过程中的功率损耗就会降低，芯片整体的效率也就自然而然被提上去了。

而这些性能综合下来，在最后芯片上的体现就是，用玻璃芯基板封装的话，可放置的芯片数量比其他芯片多 50% 。

不过还有个问题，既然相较于有机基板，玻璃基板的性能这么好，为什么不早点用玻璃基板呢？

其实不是不想用，而是要替换一个材料，可不是那么简单的事儿，前期摸索、中期研发、后期落地，这都是要砸钱、砸时间的。

还拿英特尔来说，它在十年前就已经开始研发玻璃芯基板了，前前后后丢在里面的资金少说也有十亿美元。

而现在的成果也就是组装好了一套测试工具，要实际量产玻璃芯基板，还得等到 2026 年往后。

当然不止英特尔，整个行业内也有不少企业都在着手搞玻璃基板的研发，毕竟玻璃取代有机材料也算是业内的一个共识。

就比如大半年前，日本的 DNP 也透露正在开发玻璃基板，以替换掉传统的树脂基材，并且他们还定下一个小目标：在 2027 年之前靠玻璃基板拿下 50 亿日元的销售额。

要说最早入局玻璃基板的，还得是 SKC 子公司 Absolics ，甚至在去年的时候，它就已经投资了 6 亿美元，打算在乔治亚州科文顿建厂了。

按照他们的规划，不出意外今年年底，就有小批量的玻璃基板开始生产了。

当然，在短时间内，芯片基板市场的主流还依旧会是有机材料，毕竟技术迭代完成商业化转身也需要一个过渡时期，技术成本、良率等等都是厂商需要解决的问题。

不过可以肯定的是，有机材料在芯片基板的舞台上，重要性会逐渐被玻璃取代。