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云天半导体于大全:从TGV到板级封装,探索高密度芯片互连新路径

在高性能AI处理器内部,GPU计算芯粒与高带宽存储器(HBM)通过密集的封装线路交换数据。随着芯粒数量、存储堆栈和集成面积增加,封装内部需要容纳更多高速连接,信号传输损耗、线路间距以及不同材料受热后的形变,也越来越直接地影响计算系统的设计。先进封装正在承担一项更复杂的任务:让分开制造的芯片能够在同一系统中高效协作。

厦门云天半导体科技有限公司CEO 于大全

10月28日,在深圳举行的2026 AI算力场景应用与产业融合论坛上,厦门云天半导体科技有限公司(以下简称“云天半导体”)CEO于大全围绕玻璃基板、玻璃通孔及面板级封装的技术演进发表《玻璃基板与板级封装:新时代高性能芯片封装互连的关键技术平台》主题演讲。他以“超级封装”描述高算力芯片封装向更大尺寸、更高互联密度以及更多芯粒集成的发展方向,并把玻璃材料与大面积制造视为值得持续推进的技术路径。

芯粒与HBM的连接,正在推动封装向更大尺度延伸

将计算芯粒和HBM放在同一个封装中,需要在芯片之间建立短距离、高密度的电连接。采用硅中介层的2.5D封装已经在高性能计算领域发挥重要作用:不同芯片可以先独立制造,再通过中介层上的精细布线交换数据,既扩大系统集成规模,也让计算与存储采用各自适合的制造工艺。

伴随芯粒数量和封装面积增加,中介层的制造面积、精密布线与多芯片装配难度也随之提高。于大全在演讲中介绍,产业界正在探索多种互联路径,包括继续扩展硅中介层、在有机重布线结构中嵌入局部硅桥,以及采用扇出和面板级工艺制作更大面积的互联载体。这些路线分别在互联精度、材料成本、生产面积和可靠性之间作出取舍,也可能在同一套封装结构中组合使用。

玻璃由此进入下一代中介层和封装基板的技术讨论。玻璃具有较低的介电损耗、较好的平整度和可调节的热膨胀特性,在高速信号传输及大尺寸加工方面具备潜力。它可以充当芯片之间的玻璃中介层,也可以作为封装基板的芯层;在面板级工艺中,玻璃还可能仅作为临时承载材料。这几种用途的电连接任务和量产要求并不相同,面板级封装的进展也不能直接等同于玻璃芯基板已经实现量产。

一块60×45毫米玻璃中介层,考验通孔与细线的连续制造能力

把玻璃用作芯粒之间的中介层,需要在同一块基板上完成两个方向的电连接:玻璃通孔(TGV)在上下两侧建立导通路径,重布线层(RDL)沿表面形成细密的横向线路。云天半导体沿这一方向推进工艺研发时,还要让不同曝光视场中的线路在更大面积上准确衔接;孔内金属化、表面布线与图形拼接能否配合,也就成为观察其技术进展的具体切口。

云天半导体在2024年公开展示的一块高密度玻璃中介层样品,将这些工序结合在了60×45毫米、面积2700平方毫米的结构中。样品采用25微米开口的玻璃通孔、三层重布线层,最小线宽与线距达到1.5/1.5微米;针对大面积图形制造,云天半导体还采用多曝光场拼接工艺,公布的拼接精度控制在100纳米以内。通孔承担基板两侧的垂直连接,重布线层完成芯粒之间的横向互联,而曝光拼接解决的是细密线路跨越不同加工区域后的对准问题。三者在同一块样品上的实现,体现了云天半导体当时的工艺集成进展。

将这样的微细结构用于实际封装,还要经受后续制造和温度变化的考验。于大全在演讲中重点谈到TGV的金属化过程:玻璃微孔成形后,需要处理孔壁、沉积金属种子层并填充铜,再与表面布线连接。孔壁覆盖不连续可能造成导通异常,孔内空洞会影响电性和可靠性,铜与玻璃之间的热膨胀差异还可能在热处理及温度循环中引起局部应力、微裂纹或界面剥离。

对于未来连接GPU与HBM的大尺寸中介层,样品中的线宽、通孔与拼接精度,还需要在更完整的封装结构和长期运行条件下得到验证。除了电性与热机械可靠性,工艺能否在更大的加工区域以及连续生产的批次中保持稳定,也将决定玻璃中介层走向产业应用的进程。

从玻璃中介层到面板级制造,放大尺寸还要守住良率

60×45毫米玻璃中介层上的通孔、细线和曝光拼接已经能够在样品上逐项测量;若将相同工艺复制到更大的加工载体,制造者还需要确保不同位置的孔形、金属填充、薄膜厚度及多层对准保持一致。加工面积增加意味着单次可以处理更多封装单元,也让局部缺陷、玻璃破损以及后续分割测试对最终良率的影响更加突出。于大全在演讲后半段将讨论延伸到面板级封装,关注的正是大尺寸制造如何与成本控制相互配合。

方形面板相较于圆形晶圆,有机会提高大尺寸封装单元的排样和材料利用率,一次工艺也可容纳更多产品;但载体面积扩大后,涂覆、曝光、蚀刻、金属化以及搬运过程都需要保持更大范围的一致性。新增的加工面积最终能够节省多少成本,还取决于合格品数量、检测与返工支出,以及配套设备的成熟度。于大全所介绍的有机重布线、局部硅桥与面板级制造,也提示了封装路线的多样性:面板级描述的是加工载体和制造尺度,玻璃芯基板则涉及留在成品中承担结构与电连接功能的材料,两者可以结合,但有各自的验证环节。

在云天半导体现有的产品业务中,滤波器晶圆级封装已经进入批量应用。2025年第二季度,由上海芯波设计、云天半导体制造的3D Glass IPD单个项目累计交付超过1000万颗。玻璃基集成无源器件(IPD)同样涉及玻璃通孔金属化与精密布线,这项交付记录让云天半导体积累的玻璃工艺有了可观察的批量制造成果。面向GPU与HBM的高密度玻璃中介层需要处理更大面积、更复杂的芯粒互联及长期可靠性,其样品进展与IPD项目的量产成绩仍处于不同阶段。

云天半导体已在玻璃基无源器件上形成量产交付,在高密度玻璃中介层上实现了多项样品工艺;面向更大规模算力封装的应用,还需要把细密线路、通孔可靠性和大面积加工的一致性结合起来。对于希望扩大GPU与HBM集成规模的产业链企业,玻璃互联的下一轮价值,将随着可重复的制造良率和稳定交付能力逐步显现。

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