Advanced Packaging für Hochleistungschips Panel-Level-Fertigung: Glaskern-Substrate für KI und Photonik

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Glas bietet eine vielversprechende Alternative bei Substratmaterialien für Hochleistungschips für KI-Rechenzentren, High Performance Computing und Photonik. Ein wichtiger Vorteil von Glaskern-Substraten liegt im Bereich der Integration optischer Verbindungen direkt im Chip-Package.

Halbleiter-Bausteine für KI-Rechenzentren und moderne Netzwerke werden zunehmend größer und komplexer. Dadurch stoßen konventionelle Substratmaterialien zunehmend an ihre Grenzen. Stabilität, Signalqualität und Energieeffizienz können mit der bestehenden Technologie praktisch nicht mehr verbessert werden.

Glas bietet eine vielversprechende Alternative: Es bleibt plan, reduziert elektrische Verluste und ermöglicht hochpräzise Strukturen. Diese Eigenschaften sind ideal für die nächste Generation moderner Mikrochip-Packages.

Vorteile und Aufbau des Glaskern-Substrates

Ein Glaskern-Substrat bildet die stabile innere Trägerschicht eines Chip-Packages. Auf ihm befinden sich feine Kupferstrukturen, die die Stromversorgung übernehmen und Daten zwischen Prozessor, Speicher und dem Rest des Systems übertragen. Dank der außergewöhnlichen Planarität und elektrischen Stabilität von Glas lassen sich kleinere Strukturen, eine sauberere Signalübertragung und größere Package-Formate realisieren als mit herkömmlichen organischen Materialien.

Anwendungen wie KI-Beschleuniger und Hochleistungsrechenzentren profitieren von höherer Leistungsfähigkeit, geringerem Platzbedarf, niedrigeren Verlusten und einem verbesserten thermischen Verhalten.

Glas: Through-Glass Vias, vertikale elektrische Verbindungen und Kupferstrukturierung

Die Spezialisten von AT&S in Leoben arbeiten seit mehreren Jahren an Glaskern-Substraten und bauen derzeit gezielt die Kompetenzen auf, um diese Technologie in die industrielle Fertigung zu überführen. Dazu zählen Durchkontaktierungen durch Glas (Through-Glass Vias) für vertikale elektrische Verbindungen, fortschrittliche Kupferstrukturierung sowie panelbasierte Fertigungsansätze für die zukünftige Hochvolumenproduktion.

Eine zentrale Rolle spielt dabei das Kompetenzzentrum für R&D und die IC-Substrat-Produktion in Leoben, die im Rahmen des europäischen IPCEI-ME/CT-Programms unterstützt werden und Forschung und Industrialisierung eng miteinander verknüpft.

Systeme für das KI-Zeitalter

„Glaskern-Substrate prägen die Systeme, die das KI-Zeitalter antreiben werden. Sie schaffen eine stabile Grundlage für größere und leistungsfähigere Chip-Packages und eröffnen neue Möglichkeiten, zum Beispiel optische Verbindungen direkt im Package. Bei AT&S passiert Fortschritt immer als Ergebnis einer engen Zusammenarbeit zwischen Forschung, Entwicklung, Fertigung und Supply-Chain-Management. Mit unserem exzellenten Partnernetzwerk machen wir aus vielversprechenden Ideen zuverlässige Produkte“, sagt Peter Griehsnig, CTO von AT&S.

Glassubstrate: Klarer Weg zur industriellen Umsetzung

Ein wichtiger Vorteil von Glaskern-Substraten liegt im Bereich der Co-Packaged Optics, der Integration optischer Verbindungen direkt im Chip-Package. Solche integrierten Systeme erlauben es, enorme Datenmengen mit minimaler Latenz und geringem Energieverbrauch zu übertragen. Gerade für KI-Infrastruktur ist das entscheidend, da Leistungsgewinne nicht nur von der rohen Rechenleistung abhängen, sondern davon, wie effizient Daten im Rechenzentrum bewegt werden können.

Multi-Die-Packages mit spezialisierten Chips

Glas ermöglicht größere Multi-Die-Packages mit mehreren spezialisierten Chips für Grafikkerne, Prozessoren und speicherintensive Systeme. Das passt perfekt zur Strategie der Panel-Level-Fertigung in der Halbleiterindustrie. Die Österreicher adressieren gezielt die Herausforderungen bei der Umsetzung, zum Beispiel den sicheren Umgang mit dünnem Glas, die Zuverlässigkeit unter thermischer Belastung sowie die Vorbereitung von Fertigungs- und Inspektionssystemen für die Serienproduktion.

Mit dem Kompetenzzentrum in Leoben und den weiteren Fertigungs- und Forschungsstandorten in Europa und Asien sei man bestens aufgestellt, um Kunden bei Design, Produktentwicklung und Skalierung von glasbasierten Systemen für die nächste Generation von KI- und Hochleistungsrechnern zu unterstützen, so Griehsnig. (kr)

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