ガラスコア基板とは

がらすこあきばん

パッケージ基板の芯材(コア)に、ガラス繊維入りの樹脂ではなくガラスの板を使う基板。平坦で寸法が安定しているため、大型のパッケージでも微細な配線や高密度な貫通電極を形成しやすいとして開発が進められている。

「ガラスコア基板」は、1分野の1問の練習問題に出てきます(先端技術(3D実装・チップレット)など)。

コアをガラスに替える理由

高性能なプロセッサのパッケージ基板は、芯になるコア層の両面に樹脂の絶縁層と銅配線を積み重ねたビルドアップ基板が主流で、コアにはガラス繊維に樹脂を染み込ませた有機材料が使われています。AI向けのように複数のチップとHBMを載せて基板が大きくなると、温度変化による反りや、加工中の伸び縮みが問題になり、配線を細かくするほど位置合わせが難しくなります。ガラスコア基板は、このコアを薄いガラスの板に置き換えたもので、表面が非常に平坦で硬く、熱を加えても寸法が変わりにくい性質を生かして、微細な配線と大きな基板の両立をめざします。

ガラスの性質とTGV

ガラスは組成を調整することで熱膨張係数を選べるため、載せるチップや実装先の基板との熱膨張の差による反りや応力を設計しやすくなります。表裏をつなぐ電極には、レーザーなどで穴を開けてから銅を埋めるガラス貫通電極(TGV)を使い、有機コアのドリル穴より細く高密度に配置することをめざします。また、一般にガラスは誘電損失の小さい絶縁体なので、高速信号の伝送にも向いています。

割れやすさと信頼性の課題

ガラスはもろく、搬送や加工の途中で欠けたり割れたりしやすい材料です。特に、銅を埋めたTGVの周りでは、温度が変わるたびに銅とガラスの熱膨張の差による応力が生じ、微小なクラックの起点になることがあります。表裏に積む配線層の応力も割れの原因になります。さらに、ガラスと銅や樹脂の密着性、TGVの埋め込みの均一性、熱伝導率が低いことへの対策、長期の信頼性データがまだ少ないことも課題です。

開発の状況

Intelは2023年9月に、次世代の先端パッケージ向けのガラス基板を発表し、2020年代後半の市場投入をめざすと説明しました。その際、有機基板と比べて平坦性や熱的・機械的な安定性が高く、基板の配線密度を大きく高められることを利点に挙げています。ほかの基板メーカーやガラスメーカーも開発を進めていますが、割れやすさへの対策や量産での歩留まりの確保が、実用化の鍵になっています。

ガラスコア基板の練習問題に挑戦

ガラスコア基板で、銅を埋め込んだガラス貫通電極(TGV)の周りにクラック(割れ)が生じやすい主な理由として正しいものはどれか。

Aガラスが電気を通すため、隣り合うTGVの間で放電が起こるから
B銅とガラスの熱膨張係数の差が大きく、温度が変わるたびにTGVの周りに応力が生じるから
Cガラスは有機材料より柔らかく、穴の周りが大きく変形するから

答えと解説を見る

正解：B. 銅とガラスの熱膨張係数の差が大きく、温度が変わるたびにTGVの周りに応力が生じるから

ガラスコア基板は、パッケージ基板の芯材を有機材料からガラスの板に替えたもので、平坦で寸法が安定しているため、大型の基板でも微細な配線を形成しやすいと期待されています。一方でガラスはもろく、銅を埋めたTGVの周りでは、温度が上下するたびに銅とガラスの熱膨張の差による応力が繰り返しかかり、微小なクラックの起点になることがあります。応力を和らげる構造や材料、ガラスの強化、長期の信頼性の確認が実用化の課題です。

よくある質問

ガラスコア基板とガラスインターポーザの違いは?

ガラスコア基板は、パッケージ基板の芯材をガラスにしたもので、その上下に配線層を積んで、チップと実装先のプリント基板をつなぎます。ガラスインターポーザは、シリコンインターポーザの代わりに、チップどうしを高密度に結ぶ中間の板としてガラスを使うものです。役割は違いますが、どちらもTGVで表裏をつなぎます。

有機基板と比べたガラスコア基板の利点は何ですか?

平坦で寸法が安定し、反りを抑えやすいため、大型の基板でも細かい配線と高密度な貫通電極を形成しやすいことです。組成によって熱膨張係数を調整できることや、誘電損失が小さく高速信号に向くことも利点です。

ガラスコア基板の主な課題は何ですか?

ガラスが割れやすいことです。銅を埋めたTGVの周りに熱膨張の差による応力が集中してクラックが生じやすく、加工や搬送でも欠けやすいため、応力の管理、密着性、長期信頼性の確認が課題になっています。

解説の中の「ガラスコア基板」

ガラスコア基板は、パッケージ基板の芯材を有機材料からガラスの板に替えたもので、平坦で寸法が安定しているため、大型の基板でも微細な配線を形成しやすいと期待されています。
ガラスコア基板で、銅を埋め込んだガラス貫通電極(TGV)の周りにクラック(割れ)が生じやすい主な理由として正しいものは…

「ガラスコア基板」が出てくる問題(1問)

ガラスコア基板で、銅を埋め込んだガラス貫通電極(TGV)の周りにクラック(割れ)が生じやすい主な理由として正しいものはどれか。

先端技術(3D実装・チップレット)の参考書を探す PR

Amazonの検索結果へのリンクです。Amazonのアソシエイトとして、半導体教室は適格販売により収入を得ています。