3D芯片封装新方案，将HBM堆叠在GPU下方

显示贴合设备厂商Shindo Eng Lab公布了一款芯片封装架构：将GPU与高带宽内存（HBM）垂直堆叠，两者中间采用玻璃陶瓷中介层。

该方案的结构设计为：GPU置于厚度约200微米（μm）的玻璃陶瓷中介层上方，HBM放在中介层下方。两颗芯片通过中介层内的垂直导电通孔互连。GPU上方和HBM下方均加装液冷模块，从两个相反方向散热。电力由底部印刷电路板（PCB）通过金属柱输送至中介层，再由中介层分配给两颗芯片。

当前AI芯片封装普遍采用2.5D架构，GPU与HBM并排布置在硅中介层上。垂直堆叠能够缩短芯片之间的互连距离，但会带来难题，包括热量集中，以及热胀冷缩引发的翘曲问题。Shindo表示，这款玻璃陶瓷中介层可以调节热膨胀特性，再搭配双面散热设计，能够缓解上述问题。

用于在中介层制作垂直导电通孔的技术叫做玻璃陶瓷通孔技术（TGCV），该公司已于9月对外发布这项技术。工艺采用光刻技术，在玻璃陶瓷基板上一次性形成孔图形，之后再填入铜金属。Shindo最初推出TGCV技术，目标是有望替代倒装球栅阵列（FC-BGA）基板中的有机芯层。

TGCV兼顾玻璃的电气特性，以及陶瓷的耐热性能与机械性能。通过精准调整玻璃‑陶瓷材料组分和工艺条件，可以控制热膨胀系数（CTE）。让基板性能与周边材料（包括半导体芯片、通孔内部的金属填充物）相匹配，以此降低基板内部产生的热应力。玻璃具备信号损耗低的优势，非常适合精细布线，但耐热与抗外部冲击能力较差，容易出现翘曲、开裂等问题。

该企业同时在开发基于光刻工艺的通孔加工技术。这套工艺可一次性加工出多个通孔，提升大尺寸基板的生产效率，能够加工出垂直度高、多种形态的通孔，可支持更高精度的半导体封装。通孔是贯穿基板的垂直通路，实现基板上下两侧电路的电气连通。传统玻璃基板大多采用激光方式制作通孔。

Shindo Eng Lab展出的TGCV基板

Shindo Eng Lab原本主要供应用于将显示屏贴合到盖板的压合与真空键合设备，此前并无半导体基板业务经验。该公司已经为此封装架构提交专利申请，目前正和大约10家企业开展技术沟通，并已向部分企业提供样品。Shindo尚未透露未来是直接生产销售中介层，还是只提供相关设备。Shindo一名负责人表示：“我们的最终目标是以TGCV为底层技术，实现GPU和HBM垂直集成的3D封装架构。我们计划把这套方案推介给半导体封装测试（OSAT）厂商，探讨落地应用的可能性。”