Glassubstrat, starkes Impulsmoment!

Als Verpackungssubstrat bietet es Vorteile Glas sind sehr offensichtlich. Es ist sehr flach und weist eine geringere Wärmeausdehnung als organische Substrate auf, was den Lithographieprozess vereinfacht.

Dies ist erst der Anfang. Das zunehmende Problem der Verformung bei Multi-Chip-Gehäusen wurde deutlich verbessert. Die Chips können nun auf dem Umverteilungspad auf dem Glas gemischt verklebt werden. Darüber hinaus im Vergleich mit Das Bewegungssubstrat, das Glassubstrat, bietet extrem niedrige Übertragungsverluste für Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsgeräte.

Noch schlimmer ist, dass die Entwicklung von Silizium-Interposern und Bewegungssubstraten ebenfalls an Dynamik verliert. Glas ist deutlich günstiger als Silizium-Interposer, reduziert den Verzug um 50 % und verbessert die Positionsgenauigkeit um 35 %. Dadurch lassen sich Umverteilungsschichten (RDLs) mit Linienbreiten und -abständen unter 2 Mikrometern leichter realisieren, was mit Bewegungssubstraten schwierig ist. Darüber hinaus ermöglicht die Transparenz von Glas bei Kommunikationswellenlängen die Einbettung des Wellenleiters in eine gestapelte Glasstruktur für 6G-Anwendungen. Ultradünnes Glas (unter 100 Mikrometer) lässt sich problemlos in großen Abmessungen von 700 x 700 mm herstellen.

Glas (üblicherweise Borosilikatglas oder Quarzglas) ist äußerst vielseitig einsetzbar. Es dient als Trägermaterial, Kernsubstrat für eingebettete Bauteile, 3D-Stapelmaterial oder als abgedichteter Hohlraum für Sensoren und MEMS. Glas besitzt eine bessere Wärmeleitfähigkeit als organische Materialien und leitet daher Wärme von aktiven Bauelementen effektiver ab. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) lässt sich zwischen 3 und 10 ppm/°C einstellen, wodurch es sowohl mit preisgünstigen Silizium- als auch mit hochwertigen Leiterplatten kompatibel ist.

Glas eignet sich auch hervorragend für Hochfrequenzanwendungen. Da seine Dielektrizitätskonstante deutlich niedriger ist als die von Silizium (2,8 gegenüber 12) und sein Verlustfaktor geringer ist, ist der Übertragungsverlust um mehrere Größenordnungen niedriger als bei Silizium, wodurch die Signalintegrität erheblich verbessert wird.

Glas hat sich im Laufe der Jahre als Substratmaterial der nächsten Generation für Gehäuse aufgrund seiner zahlreichen Vorteile in der Industrie etabliert. Eine seiner wichtigsten Eigenschaften ist die Möglichkeit, eine hohe Verbindungsdichte und RDL-Verdrahtung unter 2 µm zu realisieren. „Mit der rasanten Entwicklung von KI-Computing in den letzten zwei Jahren ist die Notwendigkeit, die Verdrahtungsdichte zu reduzieren und so die interne Kommunikationsgeschwindigkeit von SiPs zu erhöhen, in den Fokus der IC-Gehäuseforschung und -entwicklung gerückt“, so Frank Wei, technischer Leiter bei Disco Hi-Tec America.

Allerdings ist nicht alles perfekt. Mikrorisse lassen sich beim Glasschneiden (Monochialisierung) nur schwer vermeiden, und die Herausforderung, Tausende von Glasdurchkontaktierungen mit feiner Rasterung (TGVs) in Serie herzustellen, hat Glas bisher daran gehindert, sein volles Potenzial auszuschöpfen. Intel hat im letzten Jahrzehnt massiv in Glassubstrate investiert und Anfang des Monats bestätigt, dass die Glasprojekte weiter vorangetrieben werden. Trotz der Fertigungshürden treibt die Aussicht auf verbesserte Chipqualität für Hochleistungsrechner und künstliche Intelligenz die rasante Entwicklung voran. Wie die Electronic Components and Technology Conference (ECTC) 2025 und andere aktuelle Konferenzen bestätigen, haben Forscher in folgenden Bereichen Fortschritte erzielt:

Gestapeltes Glas, Datenrate >100 GHz;

Die TGV-Ätzung erfolgte mittels Lasermodifikation und HF-Ätzung;

Direktes Laserätzen, kein Nachätzen erforderlich;

TGVs mit 6µm Durchmesser und einem Aspektverhältnis von >15 hergestellt;

Die angesammelte Schicht wird an der Trennfläche allmählich reduziert, um Glasbruch zu verhindern.

Unternehmen im Glasökosystem bereiten sich auf das kontinuierliche Wachstum der Chip- und Substratgrößen in fortschrittlichen Multi-Chip-Gehäusen vor und haben dabei bedeutende Fortschritte erzielt. Hochfrequenzätzen nach Laserbearbeitung ist die gängigste Methode zur Herstellung von Glasdurchgangslöchern unterschiedlicher Formen und Größen. Kann jedoch die für die nachfolgende Kupferfüllung erforderliche Durchgangslochform erreicht werden, stellt das direkte Laserätzen mit einem Excimerlaser eine umweltfreundlichere Alternative dar.