Glas wird Schlüsseltechnologie im Halbleiter-Packaging

Glas ist längst Teil moderner Halbleiterprozesse

Glas in der Halbleitertechnik ist kein visionäres Zukunftsprojekt, sondern bereits fest in der Fertigung verankert. Ultraflache Borosilikat Carrier stabilisieren Silizium Wafer beim Backside Thinning. Natriumfreie Gläser kommen als hermetische Kappen für MEMS-Bauelemente zum Einsatz. Glas mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten dient als Basis für zahlreiche Wafer Level Fan Out Prozesse.

Bislang agierte Glas dabei meist im Hintergrund als Hilfs- und Trägermaterial. Diese Rolle verändert sich jedoch zunehmend. Immer häufiger übernimmt Glas aktive Funktionen im Package. Es bildet das Kernsubstrat, verbindet Chiplets über Interposerstrukturen und fungiert als Dielektrikum für hochfrequente elektrische Signale oder für optische Wellenleiter.

Steigende Anforderungen treiben den Materialwechsel

Auslöser dieser Entwicklung sind die rapide wachsenden Leistungs- und Bandbreitenanforderungen moderner KI- und High-Performance-Computing-Systeme. Aktuelle Trainingsbeschleuniger benötigen tausende High-Speed-IO-Verbindungen sowie extrem leistungsfähige Stromversorgungsnetze mit Strömen von mehreren hundert Ampere bei minimalem Rauschen.

Organische Substrate, die über viele Jahre den Standard im Packaging darstellten, geraten hierbei an physikalische Grenzen. Mit steigender Via-Dichte und wachsendem Bedarf an Ebenheit nimmt der Fertigungsaufwand deutlich zu. Silizium Interposer bieten zwar sehr feine Leiterstrukturen, sind jedoch teuer und in ihrer Größe limitiert.

Glas positioniert sich zwischen diesen beiden Ansätzen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient lässt sich gezielt an Silizium anpassen. Gleichzeitig weist Glas bei hohen Frequenzen deutlich geringere dielektrische Verluste auf. Bei 40 Gigahertz liegt der Verlustfaktor etwa um eine Größenordnung unter dem von Silizium. Hinzu kommt das Potenzial zur Großflächenverarbeitung. Verfahren aus der Displayindustrie ermöglichen Panelgrößen von bis zu einem halben Meter Kantenlänge. Mit steigenden Ausbeuten nähern sich die Kosten hochwertigen organischen Substraten an.

Das sind die größten Halbleiterhersteller: Ranking, Marktanteile und Trends

Der Halbleitermarkt hat 2025 eine neue Dynamik entwickelt. KI-Anwendungen, HBM und Rechenzentren verschieben das Umsatzranking, stärken Speicheranbieter und verändern die Gewichte entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Wer jetzt vorne liegt, zeigt unsere Top 10.

Diese Eigenschaften machen Glas zu einem ernstzunehmenden Kandidaten für zukünftige Substrat- und Interposerlösungen im KI- und HPC- Umfeld. Entsprechend intensiv wird die Technologie derzeit evaluiert.

Industrie bereitet den Einstieg in die Serienfertigung vor

Mehrere große Akteure entlang der Wertschöpfungskette treiben glasbasierte Packaging Konzepte voran. Intel hat glasbasierte Testfahrzeuge auf seiner Entwicklungsfertigung in Arizona vorgestellt. Samsung Electronics untersucht Glas Kerne als mögliche Ergänzung zu seinen I Cube und H Cube Architekturen. Der Substrathersteller SKC betreibt eine Pilotlinie für das Bohren und Metallisieren von 500 Millimeter Glas Panels. AGC liefert Borosilikatglas mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten für erste Qualifizierungen.

Zwar hat bislang kein Unternehmen einen konkreten Serienstart angekündigt. Die parallelen Aktivitäten signalisieren jedoch klar, dass Glas als Substratmaterial strategisch ernst genommen wird. Für Advanced Packaging und IC Substrate rückt Glas damit aus der Nische in den Fokus der Entwicklung.

Hochfrequenz und Photonik als zusätzliche Wachstumstreiber

Neben klassischen Compute Anwendungen eröffnet Glas weitere Märkte in der Hochfrequenztechnik und der integrierten Photonik. Aufgrund der geringen dielektrischen Verluste zeigt eine Glas Microstrip Leitung im Ka Band und darüber etwa halb so hohe Einfügedämpfung wie eine vergleichbare organische Struktur. Für RF Module und zukünftige Sub Terahertz Anwendungen ist das ein entscheidender Vorteil.

Ein zusätzlicher Impuls kommt aus dem Bereich Co Packaged Optics. Ziel ist es Glasfaseranschlüsse nicht mehr am Front Panel eines Switches zu realisieren sondern direkt auf dem Substrat in unmittelbarer Nähe des Switch ASICs. Speziell entwickeltes Glas kann dabei sowohl elektrische Redistribution Layer als auch optische Wellenleiter integrieren. Die präzise Ausrichtung vereinfacht sich und separate siliziumphotonische Interposer werden überflüssig.

Wie sich Halbleiter wandeln und warum Photonik unvermeidlich wird

Die Halbleiterindustrie tritt 2026 in eine neue Phase ein: Speicher wird strategisch, Packaging systemkritisch, Photonik unvermeidlich – und Quantenhardware rückt näher an praktische Anwendungen. Wohin geht die Reise in genau? Unternehmen geben Antwort.

Nicole Ahner

Da die für RF Anwendungen etablierte Through Glass Via Technologie auch vertikale optische Durchführungen erlaubt lassen sich auf einem Glas Kernsubstrat elektronische und photonische Funktionen kombinieren. Transimpedanzverstärker Laser Treiber und optische Wellenleiter können so auf einer gemeinsamen Plattform integriert werden. Damit wächst der Einsatzbereich von Glas deutlich über das klassische Elektronik Packaging hinaus.

Lieferkette entscheidet über den Marktdurchbruch

Ob Glas den Schritt von der Pilotfertigung in die Volumenproduktion schafft hängt weniger von der Verfügbarkeit des Rohmaterials ab. Glasschmelzen sind weltweit vorhanden. Kritisch ist vielmehr der Aufbau eines stabilen Ökosystems aus Laserbohrverfahren Kupferfüllprozessen Panel Handling und ausgereiften Design Tools.

Lernkurven bei der Ausbeute die Zuverlässigkeit der Via Metallisierung das Warpage Verhalten großformatiger Panels sowie der Reifegrad der Design Kits bestimmen ob glasbasierte Lösungen die Kostenziele der Systemintegratoren erreichen. Für Entwickler und Entscheider ist es daher entscheidend zu wissen welche Unternehmen Kapazitäten aufbauen welche Prozesse den Übergang in den Dauerbetrieb schaffen und wie schnell Designwerkzeuge hochfrequente Verluste oder mechanische Verzüge präzise abbilden können.

Gleichzeitig bleibt der Wettbewerb mit Silizium und weiterentwickelten organischen Substraten dynamisch. Foundries treiben hybride Wafer Level Redistribution voran und reduzieren damit den Strukturvorteil von Glas. Laminathersteller entwickeln neue ABF Materialien mit geringerer Oberflächenrauheit und besserer thermischer Anpassung. Eine differenzierte Betrachtung zeigt daher klar, in welchen Anwendungen Glas seine Stärken ausspielt und wo es auch langfristig eine Speziallösung bleiben wird.

Der Beitrag basiert auf Unterlagen von IDTechEx