中国粉体网讯  在半导体产业的发展历程中，摩尔定律长期引领着芯片性能的提升与规模的扩张。然而，随着晶体管尺寸不断逼近物理极限，量子隧穿效应等问题日益凸显，传统技术路径遭遇瓶颈。玻璃通孔（TGV）技术凭借独特优势，或成为半导体突破摩尔定律束缚、开启新增长曲线的关键力量。

2.5D/3D封装工艺中的TSV技术

我们都知道，要实现芯片性能的提升就需要堆叠更多的晶体管，根据“摩尔定律”，芯片上容纳的晶体管数目每18到24个月增加一倍。过去数十年，伴随“摩尔定律”推进，单位面积晶体管密度持续攀升，驱动芯片不断向微型化演进，催生出智能手机、笔记本电脑等一系列便携式电子产品，深刻重塑了大众的生活与消费形态。

但“摩尔定律”终有触及天花板的一天。当晶圆制造工艺演进到14nm、7nm、5nm，直至当下最前沿的3nm，其有效性愈发受到严峻挑战：工艺推进举步维艰，性能提升陷入瓶颈，成本却如脱缰野马般大幅飙升。

近两年来，AI浪潮席卷全球，AI服务器对算力的需求呈井喷式爆发。强大算力的背后固然需要强劲芯片支撑，但提升芯片性能是否只能依赖光刻工艺的持续突破？答案是否定的。当前芯片已高度微型化，且服务器对轻薄化的要求远低于消费电子，一条全新思路应运而生——通过堆叠多颗芯片实现算力跃升。打个不是很形象的比喻就是一节火车头不够用那就多加两节，犹如詹天佑当年的解决思路。

由此产生了问题，芯片堆叠如何实现？

目前先进封装分为两大类：一、基于XY平面延伸的先进封装技术，主要通过重布线层工艺（RDL）进行信号的延伸和互连；二、基于Z轴延伸的先进封装技术，主要是通过硅通孔（TSV）进行信号延伸和互连。显然，芯片堆叠属于第二种。通过TSV技术，可以将多个芯片进行垂直堆叠并互连。按照集成类型的不同分为2.5D TSV和3D TSV，2.5D TSV指的是位于硅转接板上的TSV，3D TSV是指贯穿芯片体之中，连接上下层芯片的TSV。在3D TSV中，芯片相互靠近，所以延迟会更少，且互连长度缩短，能减少相关寄生效应，使器件以更高的频率运行，从而转化为性能改进，并更大程度的降低成本。TSV的尺寸范围比较大，大的超过100um，小的小于1um。随着工艺水平提升，TSV可以越做越小，密度越来越大。

基于TSV技术的系统级封装 来源:万联证券研究所

TGV：TSV的升级

虽然在先进封装领域TSV技术较为成熟，但其存在两个主要问题。

成本高：材料上需高纯度硅晶圆及特殊绝缘、金属填充材料，损耗大；工艺复杂，含深孔刻蚀、金属填充等精细环节，设备精度要求高，采购及维护成本惊人；良率低，缺陷问题易导致成本增加。

电学性能差：硅材料属于半导体材料，传输线在传输信号时，信号与衬底材料有较强的电磁耦合效应，衬底中产生涡流现象，造成信号完整性较差（插损、串扰等）。

相较硅基转接板，玻璃转接板有诸多优势：

一、低成本：受益于大尺寸超薄面板玻璃易于获取，以及不需要沉积绝缘层，成本大大降低；

二、优良的高频电学特性：玻璃材料是一种绝缘体材料，介电常数只有硅材料的1/3左右，损耗因子比硅材料低2~3个数量级，使得衬底损耗和寄生效应大大减小，可以有效提高传输信号的完整性；

三、大尺寸超薄玻璃衬底易于获取：康宁、旭硝子以及肖特等玻璃厂商可以量产超大尺寸（大于2m×2m）和超薄（小于50μm）的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料；

四、工艺流程简单：不需要在衬底表面及TGV内壁沉积绝缘层，且超薄转接板不需要二次减薄；

五、机械稳定性强：当转接板厚度小于100μm时，翘曲依然较小。

TGV技术远期成长空间广阔

英伟达的H100加速计算卡采用台积电CoWoS-S 2.5D封装技术，在硅转接板上实现7组芯片互连。AMD（超威半导体）MI300采取类似布局，以CoWoS工艺在硅转接板上封装6颗GPU、3颗CPU及8组HBM内存。国内方面，壁仞科技BR100系列GPU也采用CoWoS-S封装，将2颗计算芯粒互连，实现算力的跨越式提升。

CoWoS封装的核心之一为硅转接板及TSV工艺，但其存在成本高和电学性能差等不足，而玻璃转接板及TGV工艺具有低成本、易获取、高频电学特性优良等特性，因此，TGV有望作为前者替代品，成为先进封装核心演进方向之一，叠加AI浪潮之下加速计算芯片需求高增，TGV远期成长空间广阔。其实，不止可用于转接板，搭配TGV技术，玻璃基板在光电系统集成领域、MEMS封装等领域也有巨大的应用前景，可以作为IC载板使用，以在部分领域替代现在主流的有机载板。

参考来源:

钟毅.芯片三维互连技术及异质集成研究进展

陈俊伟.玻璃在5G通讯中的应用

东方证券《先进封装持续演进，玻璃基板大有可为》

(中国粉体网编辑整理/月明)

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