インテルのガラス基板の進歩は、マルチチップレットパッケージに革命をもたらす可能性がある

インテルは本日、2020年代後半に先進的なパッケージングにガラス基板を採用することを正式に発表しました。インテルは、ガラス基板の優れた機械的、物理的、光学的特性により、主にデータセンター向けの高性能なマルチチップレット・システム・イン・パッケージ（SiP）を構築できると期待しています。特に、複数のシリコンチップを収容する24×24cmの超大型SiPの実現がガラス基板によって可能になると期待しています。

ガラスは、従来の有機基板に比べて様々な利点を備えています。中でも特に優れた特徴は、リソグラフィーにおける焦点深度を向上させる超低平坦性、そして配線における優れた寸法安定性です。これは、IntelのPonte Vecchioのような、現在のデバイスよりもさらに多くのチップレットを搭載した次世代SiPにとって重要な意味を持ちます。また、ガラス基板は優れた熱的・機械的安定性も備えているため、高温にも耐えることができ、データセンター用途においてより堅牢なデバイスとなります。 

さらに、インテルは、ガラス基板は相互接続密度（すなわち、より狭いピッチ）を大幅に向上させ、次世代SiPの電力供給と信号ルーティングに不可欠なこの点を10倍に向上させると述べています。特に、インテルはライン/スペース（L/S）5μm未満、ガラス貫通ビア（TGV）ピッチ100μm未満について言及しており、これにより基板上のダイ間バンプピッチを36μm未満、コアバンプピッチを80μm未満にすることが可能になります。さらに、ガラス基板はパターン歪みを50%低減するため、リソグラフィーの焦点深度が向上し、より精密で高精度な半導体製造が可能になります。 

インテルによるガラス基板の導入は、現在業界で使用されている有機基板からの大きな飛躍です。世界最大のプロセッササプライヤーである同社は、数十個のタイルとおそらく数千ワットの消費電力を持つデータセンター向けSiPの製造を予定しており、今後数年で有機基板の能力は限界に達すると考えています。このようなSiPは、チップレット間の非常に高密度な相互接続を必要とするだけでなく、製造中や使用中に熱によってパッケージ全体が曲がらないようにする必要があります。

現在、このようなSiPは存在しないため、ガラス基板は相互接続密度や温度耐性といった課題を克服するだけではありません。Intelによると、ガラス基板はデータセンター、AI、グラフィックス向けの画期的なソリューションの構築を可能にします。これにより、今後10年以内に単一パッケージに1兆個という驚異的なトランジスタを搭載できる可能性があります。

少なくとも現時点では、ガラス基板について言及しているのはインテルだけであり、それには理由があるかもしれない。同社はこの技術に約10年取り組んでおり、現在はアリゾナ州チャンドラーのキャンパスに完全統合型のガラス研究開発ラインを保有し、そこでパッケージング技術を開発しているという。インテルによると、このラインの開発には10億ドル以上の費用がかかり、実現には装置と材料の両面でパートナーとの協力が必要だったという。業界でこれほどの投資を行える企業はごくわずかで、今のところガラス基板を開発しているのはインテルだけであるようだ。

この技術の有効性を証明するため、インテルは75umのTGV（アスペクト比20:1、コア厚1mm）を使用した完全機能のテストチップを公開しました。このテストチップはクライアントデバイスですが、この技術は当初、データセンター向けプロセッサの構築に使用されます。しかし、技術が成熟した後は、クライアントコンピューティングアプリケーションにも使用される予定です。インテルはこの技術の適用例としてグラフィックプロセッサを挙げており、GPUはトランジスタ数を制限なく使用できるため、相互接続密度の向上とガラス基板の剛性向上の恩恵を受ける可能性が高いとしています。

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