บทนำ: เทคโนโลยีไร้สายกำลังก้าวหน้า และเรากำลังก้าวไปสู่ยุค 6G และย่านความถี่ต่ำกว่า 100 GHz (sub-THz) วัสดุอินทรีย์แบบดั้งเดิมเริ่มมีสัญญาณรบกวนและสูญเสียพลังงานมากเกินไปสำหรับสัญญาณความถี่สูง เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ จึงมีการพัฒนาตัวเชื่อมต่อ (interposer) ขึ้นมาเพื่อเชื่อมต่อชั้นต่างๆ ที่เชื่อมต่อชิปประสิทธิภาพสูงเข้ากับแผงวงจร

เป็นเวลานานแล้วที่ซิลิคอนเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับการบรรจุภัณฑ์ความหนาแน่นสูง อย่างไรก็ตาม คู่แข่งรายใหม่กำลังเกิดขึ้น นั่นคือ แก้ว เรามาเปรียบเทียบวัสดุทั้งสองและพิจารณาข้อดีข้อเสียของการเปลี่ยนไปใช้สถาปัตยกรรมที่ทำจากแก้วกัน

การเปรียบเทียบระหว่างแก้วและซิลิคอน

ซิลิคอนเป็นสารกึ่งตัวนำที่สามารถออกแบบให้มีความต้านทานสูงเพื่อใช้ในงานคลื่นความถี่วิทยุได้ ในขณะที่แก้วเป็นฉนวนโดยธรรมชาติ ตารางต่อไปนี้แสดงความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวัสดุทั้งสอง โดยพิจารณาจากวิธีการจัดการกับสัญญาณความถี่สูง

ข้อดีของแผ่นกระจกคั่นกลาง

ต่อไปนี้คือประโยชน์หรือข้อดีบางประการของแผ่นกระจกคั่นกลาง

1. วัสดุนี้มีประสิทธิภาพด้านคลื่นวิทยุ (RF) ที่ยอดเยี่ยม ที่ความถี่สูงกว่า 100 GHz ค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียของวัสดุจะมีความสำคัญอย่างยิ่ง แก้วมีช่วงไดอิเล็กตริกที่กว้างและมีการรั่วไหลทางไฟฟ้าเกือบเป็นศูนย์ ทำให้สัญญาณสามารถเดินทางผ่านบรรจุภัณฑ์โดยมีการเสื่อมสภาพน้อยที่สุด ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเสาอากาศที่ไวต่อพลังงานที่ใช้ใน 6G
2. วัสดุนี้ให้ความเสถียรทางด้านมิติและสามารถปรับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ได้ ซึ่งช่วยให้กระจกมีค่า CTE ที่ตรงกับชิ้นส่วนซิลิคอนที่อยู่ภายในได้อย่างสมบูรณ์แบบ ป้องกันการบิดเบี้ยวและรับประกันความสมบูรณ์ของจุดเชื่อมต่อแนวตั้งขนาดเล็กนับพันจุด
3. แผ่นกระจกสามารถมีพื้นผิวเรียบลื่นได้น้อยกว่า 10 นาโนเมตร ทำให้ได้เส้นทางที่เรียบลื่นราวกับกระจกสำหรับกระแสไฟฟ้าความถี่สูง
4. ต่างจากวัสดุเคลือบผิวอินทรีย์ แก้วไม่ดูดซับน้ำ ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของระบบ RF ที่ทำจากแก้วจะไม่เปลี่ยนแปลง ไม่ว่าจะใช้งานในทะเลทรายแห้งแล้งหรือสภาพแวดล้อมเขตร้อนชื้นก็ตาม

ข้อเสียหรือความท้าทายของแผ่นกระจกคั่นกลาง

1. ในซิลิคอน เราใช้ "TSV" (Through Silicon Vias) ซึ่งเป็นรูเล็กๆ ที่สลักด้วยสารเคมี ส่วนในกระจก เราใช้ TGV การเจาะรูขนาดเล็กนับล้านรูในแผ่นกระจกที่เปราะบางโดยไม่ทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กนั้นเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมอย่างมาก
2. กระจกมีคุณสมบัติการนำความร้อนต่ำ ซิลิคอนเป็นตัวนำความร้อนที่ดี ช่วยระบายความร้อนออกจากชิปที่ร้อน แต่กระจกเป็นฉนวนความร้อน หากคุณใช้แอมพลิฟายเออร์ GaN (แกลเลียมไนไตรด์) กำลังสูงบนแผ่นกระจก คุณต้องคิดค้นวิธีการระบายความร้อนที่สร้างสรรค์มากขึ้นเพื่อป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ร้อนเกินไป
3. ความสมบูรณ์ของระบบนิเวศก็เป็นอีกหนึ่งข้อกังวล อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ใช้เวลา 50 ปีในการพัฒนาห่วงโซ่อุปทานแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนให้สมบูรณ์แบบ การเปลี่ยนไปใช้แผงกระจกขนาดใหญ่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ใหม่ กระบวนการเคลือบโลหะใหม่ และมาตรฐานการจัดการใหม่

บทสรุป

• ควรใช้ซิลิคอนหาก: คุณกำลังสร้างระบบที่มีความหนาแน่นสูงมากและใช้ตรรกะซับซ้อน (เช่น ตัวเร่งความเร็ว AI) ซึ่งการจัดการความร้อนและการเดินสายความหนาแน่นสูงที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นสิ่งสำคัญที่สุด
• ควรใช้กระจกหาก: คุณกำลังออกแบบสำหรับ 6G, ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมคลื่นมิลลิเมตร หรือเรดาร์ระดับสูง หากเป้าหมายของคุณคือการลดการสูญเสียสัญญาณที่ความถี่ 100 GHz ขึ้นไป และคุณต้องการแพลตฟอร์มที่เสถียร ป้องกันความชื้น และสามารถรองรับเสาอากาศขนาดใหญ่ได้ ตัวเลือกกระจกอาจเป็นที่ต้องการมากกว่า