如今，ChatGPT等系统提供动力的大型语言模型日益普及，面对越来越大的用户需求压力，数据中心、服务器等都在朝着高频、高功率的方向发展，而各种高性能材料的应用成为了推动这一领域迭代升级的关键因素之一。玻璃材料具有软化温度、烧结温度和热膨胀系数(CTE)可调，热稳定性和化学稳定性(在高温、高湿条件下)较好，并且具有良好的电绝缘性、耐久性、高机械强度等特性，在AI数据中心和服务器中有着重要的应用价值。本文就简单探讨一下玻璃材料是如何助力AI领域发展的。

一、玻璃封装基板

在半导体封装技术中，封装基板（又称又称IC载板）是芯片裸片（Die）之间高密度信号互联的封装材料，，主要起承载保护芯片与连接上层芯片和下层电路板的作用，保障电子元器件稳定性和可靠性。为了确保电路中的不同部分之间不会发生电气短路，封装基板材料需要具有优良的绝缘性能，目前主要以ABF和BT树脂两种有机材料为主。但随着AI领域芯片处理需求的不断增长，Chiplet等异构封装需求愈来愈盛，不仅单颗芯片的基板尺寸也越来越大，而且由于与芯片的热膨胀系数存在较大的差异，在高温环境下芯易出现变形或断裂的情况，尤其在高算力的形势下，这类有机基板即将到达能力的极限，因此与硅基之间的热膨胀系数更为接近的玻璃材料有望成为推动芯片封装市场增长的关键技术。

英特尔玻璃基板测试单元

玻璃基板主要以钠钙玻璃和高铝玻璃为主，除了具有优异的化学稳定性、高介电常数与低介电损耗，可以发挥传输信号的完整性，保障封装内元件的长期稳定性。其与传统有机基板材料相比，还具有高密度通孔、超低的平面度、较好的机械稳定性、有较高的导热率和良好的热稳定性的优势，既有助于减少封装过程中因热失配导致的应力问题，使变形减少50%，有效解决3D-IC堆叠扭曲的问题，也能够有效的散热，降低芯片的工作温度，从而提高芯片的可靠性和寿命，同时其在线宽、线距、凸点尺寸等方面做到更加精细，开孔之间的间隔往往小于100微米，可实现在相同尺寸放置更多的芯片，而提高互联密度，有效提升计算速度和能源效能。

目前三星、AMD、苹果等国际知名科技芯片公司均表示将导入或探索玻璃基板芯片封装技术。不过，其目前存在易碎、玻璃穿孔技术不成熟等问题成为困扰一众布局玻璃基板技术的企业共同关心的话题。

二、钝化玻璃（GPP）

生成式人工智能（AI）的热潮来袭，使得服务器功耗迅速增加，半导体功率器件将不断朝着更高的性能、更小的尺寸、更低的功耗的方向发展。为了实现对芯片的保护，产业界采取了GPP（玻璃钝化）工艺技术，即将玻璃粉在晶圆表面烧结熔化后冷却，产生与芯片融为一体的玻璃层，由于玻璃具有良好的绝缘性，能提高半导体器件的击穿电压、减小漏电流，从而保护P-N结，延长器件使用寿命。

钝化玻璃用于功率器件的生产（来源：参考来源1）

相比采用涂胶保护P-N结的OJ（酸洗）结构产品，GPP结构产品的玻璃层和芯片熔为一体，无法用机械的方法分开，因此当有外界应力产生（比如进行弯角处理），器件进行冷热冲击等情况发生时，GPP产品的可靠性要更高。此外OJ结构产品仅能承受100度左右的HTRB（高温反向偏置，衡量产品可靠性的最重要标志参数）。而GPP在温度达到150度时，仍然表现非常出色。

OJ结构器件与GPP结构器件（来源：SPSEMI瞬雷电子）

三、PCB用玻璃纤维增强材料

人工智能（AI）发展对算力提出了新的更高要求，服务器、数据中心等升级迭代，将带动作为电子元器件支撑体的PCB（印制电路板）需求的提升。PCB基板是由树脂、玻璃纤维、铜箔、填料等材料复合而成。其中，玻璃纤维具有优良的绝缘性能、良好的介电性能(相对低的介电常数与介电损耗)、出色的热稳定性，并能够提供足够的机械强度，且对水份和化学物质具有低敏感性，在PCB中不仅用作增强材料添加到PCB介质层中来实现PCB的高机械强度，而且其还直接影响到电路板的电气性能和信号传输质量。

对于普通的消费电子产品，传统的E-glass玻璃纤维（主要成分为硼硅酸盐玻璃）就能满足大部分的需求，不过随着AI驱动数据计算需求持续增长，将带动PCB升级迭代，这就需要用到低介电常数和低介电损耗的玻璃纤维材料来优化PCB基板介电性能，以保证信号的高速传输。目前，往往是通过提高玻璃组分中B2O3的含量，减少碱金属氧化物和碱土金属氧化物来实现。比如，SiO2+B2O3含量较高的D-glass为玻璃纤维制造商以及下游电路板制造商提供了一组近乎理想的介电特性。然而，该玻璃纤维在玻璃熔化、纤维成型、织物编织等领域存在许多不足，限制了其进一步的推广。

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