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title: "KI-Halbleitersubstrate: Aufbau und Umstieg auf Glas"
locale: de
category: trends
category_name: "Trends"
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license: cc_by
author: "injoys"
source_url: https://injoys.com/en/articles/ai-semiconductor-substrate-glass-transition
published_at: 2026-09-08T23:39:04+09:00
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# KI-Halbleitersubstrate: Aufbau und Umstieg auf Glas

> KI-Halbleitersubstrate sind Leistungskomponenten, die Signale und Strom zwischen Chiplets und HBM übertragen. Erläutert werden die unterschiedlichen Rollen von FC-BGA, hochlagigen PCB, MLCC und Glassubstraten sowie die Voraussetzungen für ihre Kommerzialisierung.

## Key Points

- FC-BGA ist ein Packagesubstrat, das den Chip mit der Systemplatine verbindet.
- Hochlagige PCB verbinden mehrere Packages und Bauteile auf Systemebene.
- Die Vorteile von Glassubstraten liegen in ihrer Ebenheit und Maßstabilität, doch Ausbeute und Bearbeitbarkeit bleiben Herausforderungen.
- CPO kann auch ohne Glassubstrate umgesetzt werden, weshalb sich die Einführungszeitpunkte beider Technologien unterscheiden können.
- Bei Investitionsentscheidungen müssen Entwicklungsankündigungen, Kundenzertifizierung, Massenproduktion und Umsatz getrennt geprüft werden.

AI-Halbleitersubstrate sind leistungsrelevante Komponenten, die Chiplets und HBM verbinden sowie Strom und Signale verteilen. FC-BGA und hochlagige PCBs werden bereits eingesetzt, bei Glassubstraten steht der Nachweis der Serienfertigungstauglichkeit jedoch noch aus. Bei Investitionsentscheidungen müssen die technische Machbarkeit und die tatsächlichen Umsätze getrennt betrachtet werden.

Technisches Referenzdokument: Pressemitteilung zu Glassubstraten im Intel Newsroom; Zeitpunkt der Bekanntgabe und spätere Zeitpläne sind den jeweils aktuellen Unternehmensveröffentlichungen zu entnehmen

## Die Rolle von Substraten in AI-Halbleitern

Ein Substrat ist mehr als eine Platte zur Befestigung von Chips: Es stellt ein elektrisches Verbindungsnetz bereit. Auch Signalpfade und Stromversorgungsnetze werden im Inneren des Substrats ausgebildet. Die Gehäusegröße und Verdrahtungsdichte beeinflussen die Systemleistung.

AI-Beschleuniger bestehen nicht nur aus GPUs oder spezialisierten Rechenchips. Auch HBM und I/O-Chiplets werden über kurze Distanzen miteinander verbunden. Bei der heterogenen Integration werden Chips aus unterschiedlichen Fertigungsprozessen in einem Gehäuse zusammengeführt.

Beim Chiplet-Ansatz wird ein großer monolithischer Chip in mehrere Funktionsblöcke aufgeteilt. Nicht alle Chiplets verbessern automatisch Kosten oder Ausbeute. Auch die Kosten für Schnittstellen und Packaging müssen mitgerechnet werden.

Substrate übernehmen folgende Funktionen:

- Hochgeschwindigkeits-Signalverbindungen zwischen Chips
- Stabile Verteilung von Stromversorgung und Masse
- Unterstützung des Wärmeübertragungspfads vom Chip
- Verbindung von Anschlüssen unterschiedlicher Größe und Teilung
- Mechanische Befestigung des Gehäuses auf der Systemplatine

## Präzise Abgrenzung von FC-BGA und ABF

FC-BGA ist eine bei Hochleistungschips weitverbreitete Gehäusestruktur. Der Chip wird umgedreht über Bumps mit dem Substrat verbunden. Die Lötkugeln an der Unterseite des Substrats stellen die Verbindung zur Systemplatine her.

ABF bezeichnet nicht FC-BGA selbst. ABF ist eine Gruppe von Build-up-Isoliermaterialien, die für feine Verdrahtungslagen verwendet werden. Daher ist es ungenau, FC-BGA und ABF-Substrate in jedem Kontext als Synonyme zu verwenden.

Gehäuse für AI-Anwendungen können große Flächen und zahlreiche Ein- und Ausgänge erfordern. Mit steigender Lagenzahl und Verdrahtungsdichte nimmt der Fertigungsaufwand zu. Ob ein Lieferengpass besteht, hängt jedoch vom jeweiligen Zeitraum und von der Spezifikation ab.

## Vergleich von hochlagigen PCBs und Gehäusesubstraten

Die beiden Substratarten unterscheiden sich in ihrer Einbauposition und Verdrahtungspräzision. FC-BGA befindet sich direkt unter dem Halbleiter-Die. Hochlagige PCBs verbinden mehrere Gehäuse und Komponenten auf Systemebene.

| Kategorie | FC-BGA-Gehäusesubstrat | Hochlagige PCB·MLB | Glaskernsubstrat·Interposer |
|---|---|---|---|
| Hauptposition | Zwischen Halbleiter-Die und Systemplatine | Hauptplatine von Servern und Netzwerkgeräten | Innerhalb des Gehäuses oder als Zwischenverbindungslage |
| Hauptaufgabe | Umwandlung feiner Kontaktabstände und Signal-·Stromverbindungen | Systemverbindung von Gehäusen und Steckverbindern | Großflächige Feinverdrahtung und Sicherung der Maßstabilität |
| Typische Herausforderungen | Feinverdrahtung, Verzug, Ausbeute | Lagenjustierung, Signalverluste, Bohrbearbeitung | Bruch, Glasdurchkontaktierungen, Metallhaftung, Ausbeute |
| Marktphase | Kommerzielle Serienfertigung | Kommerzielle Serienfertigung | Entwicklung·Versuchsproduktion·Kundenzertifizierung nebeneinander |
| Zu prüfende Kennzahlen | Produktspezifikationen und Auslastung | Umsatzanteil hochlagiger Produkte und Kundenzertifizierung | Pilot-Ausbeute und Gewinnung von Serienkunden |

MLB ist ein weiter Begriff für mehrlagige Leiterplatten. Nicht jede MLB ist ein hochwertiges Produkt für AI-Server. Auch allein anhand der Lagenzahl lassen sich Produktschwierigkeit und Rentabilität nur schwer beurteilen.

Bei Hochgeschwindigkeitssignalen wirken Material und Schichtaufbau zusammen. Auch Einfügedämpfung und Impedanzkontrolle müssen geprüft werden. Steckverbinder und Via-Strukturen verändern ebenfalls die Gesamtleistung.

## Zusammenhang zwischen MLCC und Substraten

MLCC sind keine Substrate, sondern passive elektronische Bauelemente. Sie speichern elektrische Ladung und dämpfen kurzfristige Spannungsschwankungen. In der Umgebung von Prozessoren dienen sie zur Entkopplung und Rauschunterdrückung.

Mit steigendem Stromverbrauch von AI-Beschleunigern wird die Auslegung des Stromversorgungsnetzes schwieriger. Die erforderliche Anzahl und Spezifikation der MLCC unterscheidet sich je nach Produkt. Der Bedarf lässt sich nicht allein anhand der steigenden Chipleistung pauschal berechnen.

Bei der Beurteilung möglicher Vorteile für MLCC sollte statt der Stückzahl die Produktzusammensetzung betrachtet werden. Nennspannung und Kapazität beeinflussen den Stückpreis. Auch Größe und Temperatureigenschaften entscheiden über den tatsächlichen Einsatz.

## Warum Glassubstrate Aufmerksamkeit erhalten

Glas kann Vorteile bei Ebenheit und Maßstabilität bieten. Auch der Wärmeausdehnungskoeffizient lässt sich abhängig von Zusammensetzung und Design anpassen. Diese Eigenschaften sind vorteilhaft, um Justierfehler bei großen Gehäusen zu reduzieren.

In einem Glaskern können Glasdurchkontaktierungen erforderlich sein. Dafür werden Laserbearbeitung und Metallfüllverfahren eingesetzt. Mikrorisse und Metallhaftung beeinflussen die Ausbeute.

Glas ist bei der Wärmeableitung nicht grundsätzlich besser als Kunststoff. Die thermische Leistung hängt von der Wärmeleitfähigkeit des Materials und vom gesamten Gehäuseaufbau ab. Die tatsächliche Kühlung wird einschließlich Kühlkörper und Kühlsystem bewertet.

Intel hat eine Glassubstrat-Technologie für fortschrittliches Packaging der nächsten Generation angekündigt; der Zeitpunkt der Bekanntgabe kann in der offiziellen Pressemitteilung im Intel Newsroom überprüft werden. Dies bedeutet nicht, dass die gesamte Branche sofort auf Serienfertigung umstellt. Kundenzertifizierungen und Einsatzzeitpunkte der einzelnen Unternehmen müssen anhand der neuesten Veröffentlichungen geprüft werden.

## Bedingungen für die Verbindung von Glassubstraten und optischer Kommunikation

Glassubstrate und CPO können miteinander zusammenhängen, stehen aber nicht in einem zwingenden Verhältnis. Bei CPO werden optische Engines nahe am Switch-Chip platziert. Ziel ist es, die mit Entfernung und Stromverbrauch von Kupferverbindungen verbundenen Probleme zu reduzieren.

Allein die Transparenz von Glas reduziert keine optischen Verluste. Material und Form des Lichtwellenleiters bestimmen die Signalverluste. Auch Kopplungsstruktur und Wellenlängeneigenschaften müssen separat ausgelegt werden.

CPO lässt sich ebenfalls mit Siliziumphotonik und organischen Substraten umsetzen. Glassubstrate sind eine mögliche künftige Integrationsoption. Werden die Kommerzialisierungszeitpläne beider Technologien zusammengefasst, entstehen Fehleinschätzungen.

## Übersicht zur Substratauswahl nach Anforderungen

Die Auswahl des Substrats hängt von der Gehäusegröße und der I/O-Dichte ab. Kein einzelnes Material ersetzt alle AI-Systeme. Auch Kosten und bestehende Produktionsanlagen sind Voraussetzungen für die Einführung.

| Erforderliche Bedingung | Vorrangig geprüfte Technologie | Grund für die Bewertung |
|---|---|---|
| Packaging von Hochleistungsprozessoren | FC-BGA | Für Feinverdrahtung und I/O-Verbindungen geeignet |
| Systemverbindung mehrerer Gehäuse | Hochlagige PCB | Übernimmt Verbindungen und Stromverteilung auf Platinenebene |
| Ultrafeine Verbindung zwischen Chiplets | Silizium-Interposer oder hochdichte Bridge | Ermöglicht kurze und dichte Verdrahtung |
| Maßstabilität großer Gehäuse | Prüfung von Glaskernsubstraten | Ebenheit und Wärmeausdehnungseigenschaften können genutzt werden |
| Integration optischer Nahbereichs-I/Os | CPO- und Lichtwellenleitertechnologie | Kann die Länge elektrischer Verbindungen reduzieren |
| Unterdrückung von Spannungsschwankungen | MLCC und Strommanagement-Schaltungen | Bereitstellung kurzzeitiger Ströme und Rauschminderung |

## Beispiel zur Berechnung des Signalpfads

Die Gehäuseleistung kann durch eine Aufteilung in den gesamten Signalpfad geprüft werden. Zwischen GPU und HBM bestehen beispielsweise mehrere Verbindungsabschnitte. Selbst wenn nur ein Abschnitt verbessert wird, kann der Gesamtengpass bestehen bleiben.

1. Prüfen Sie die Bump-Verbindung zwischen GPU und HBM.
2. Prüfen Sie die Verdrahtungsstruktur des Interposers oder der Bridge.
3. Unterscheiden Sie die Signal- und Stromversorgungslagen des Gehäusesubstrats.
4. Prüfen Sie die Verbindung zwischen Lötkugeln und hochlagiger PCB.
5. Addieren Sie die Verluste bis hin zu Steckverbindern und optischen Netzwerkmodulen.

Auf dieses Beispiel lassen sich keine einheitlichen festen Werte anwenden. Verdrahtungslängen und Datenraten unterscheiden sich je nach Produkt. Eine Berechnung ist nur mit den Designregeln und Messergebnissen des jeweiligen Anbieters möglich.

## Häufige Fehler und Missverständnisse

Häufig wird fälschlicherweise angenommen, technologische Entwicklung und Anlageerfolg hätten dieselbe Bedeutung. Selbst bei zunehmender Technologieeinführung kann sich die Rentabilität verschlechtern. In der Anfangsphase erhöhen Abschreibungen und geringe Ausbeuten die Kosten.

- FC-BGA und ABF werden als vollständig gleichbedeutend betrachtet.
- Jede MLB wird als Produkt für AI-Server interpretiert.
- Es wird angenommen, dass die MLCC-Bestückungsmenge bei allen AI-Beschleunigern gleich ist.
- Glas wird grundsätzlich eine höhere Wärmeableitungsleistung als organischen Materialien zugeschrieben.
- Allein aus der Transparenz von Glas wird auf einen Einsatz in der optischen Kommunikation geschlossen.
- Entwicklungsankündigungen werden als Kundenzertifizierung oder Umsatz aus der Serienfertigung interpretiert.
- Erhebungszeitpunkt und Umfang von Marktanteilsangaben werden nicht geprüft.

Der Marktanteil eines bestimmten Unternehmens kann je nach Marktforschungsinstitut unterschiedlich ausfallen. Auch die Klassifizierungskriterien für AI-Server sind nicht vereinheitlicht. Zahlen ohne Quelle und Bezugsjahr lassen sich nur schwer als Investitionsgrundlage verwenden.

## Kennzahlen zur Überprüfung von Unternehmen und Branche

Unternehmen im Bereich Glassubstrate müssen nach Produktionsphase bewertet werden. Forschung und Entwicklung sowie Pilotproduktion unterscheiden sich von der Serienfertigung. Auch Anlagen zur Serienfertigung garantieren keine Kundenumsätze.

| Prüfungsphase | Zu prüfender Sachverhalt | Prüfdokument |
|---|---|---|
| Technologieentwicklung | Musterherstellung und Prozessumfang | Offizielle Technologieankündigungen, Patente |
| Versuchsproduktion | Installation und Betrieb einer Pilotlinie | Geschäftsbericht, Anlagenmitteilungen |
| Kundenzertifizierung | Evaluierender Kunde und Zertifizierungsphase | Ergebnispräsentation, offizielle Vertragsmitteilung |
| Serienfertigung | Produktionskapazität und Stabilisierung der Ausbeute | Quartalsbericht, Unternehmenspräsentation |
| Umsatzrealisierung | Umsatz und Gewinn des betreffenden Geschäfts | Prüfungsbericht, Segmentergebnisse |

Es gibt auch Verträge, bei denen der Kundenname nicht offengelegt wird. In diesem Fall müssen Umsatzwachstum und Auslastung gemeinsam geprüft werden. Selbst bei steigenden Investitionsausgaben müssen nicht zwangsläufig Aufträge folgen.

## Reihenfolge zur Prüfung von Investitionen in Halbleitersubstrate

Bei der Investitionsprüfung sollten Unternehmensveröffentlichungen vor technischen Erläuterungen geprüft werden. Nur anhand des tatsächlichen Geschäftsanteils eines Unternehmens lassen sich ein Anlagethema und die Geschäftsergebnisse voneinander unterscheiden. Die Unterlagen können in der folgenden Reihenfolge abgeglichen werden.

1. Ermitteln Sie im Geschäftsbericht den Umsatzanteil des Substratgeschäfts.
2. Prüfen Sie, ob Umsätze mit FC-BGA und allgemeinen PCBs getrennt ausgewiesen werden.
3. Prüfen Sie das Zielprodukt der Anlageninvestitionen und den Zeitpunkt der Inbetriebnahme.
4. Unterscheiden Sie, ob sich die Kundenzertifizierung in der Entwicklungs-, Test- oder Serienfertigungsphase befindet.
5. Prüfen Sie die Auswirkungen von Auslastung und Abschreibungskosten auf die Rentabilität.
6. Prüfen Sie zugleich die Kundenkonzentration und Veränderungen der Lagerbestände.
7. Gleichen Sie bei Marktanteilen das Marktforschungsinstitut und das Bezugsjahr ab.

Samsung Electro-Mechanics und japanische Substratunternehmen weisen unterschiedliche Geschäftsstrukturen auf. Unternehmenswerte lassen sich nur schwer anhand einfacher Marktanteile vergleichen. Auch die Gewinnbeiträge von MLCC und Gehäusesubstraten müssen getrennt betrachtet werden.

Für Glassubstrat-Unternehmen gelten dieselben Kriterien. Allein der Besitz von Pilotanlagen erlaubt keinen Schluss auf einen kommerziellen Vorsprung. Es muss geprüft werden, ob Ausbeute und Kundenzertifizierungen veröffentlicht werden.

## Fundstellen offizieller technischer Dokumente

Die offizielle technische Beschreibung von Glassubstraten ist in der offiziellen Pressemitteilung im Intel Newsroom zu finden. Die TSMC-3DFabric-Technologieseite behandelt Chiplet- und Interposer-Strukturen. Informationen zu CPO und Siliziumphotonik sind auf den Technologieseiten von NVIDIA verfügbar.

Investitionssummen und Zeitpläne für die Serienfertigung einzelner Unternehmen können sich fortlaufend ändern. Vorrangig sollten die Geschäftsberichte und Börsenmitteilungen des jeweiligen Unternehmens geprüft werden. Prognosen von Wertpapierhäusern müssen von verbindlichen Unternehmensverträgen unterschieden werden.

## FAQ

### Bedeuten FC-BGA und ABF-Substrat dasselbe?
Sie bedeuten nicht genau dasselbe. FC-BGA ist eine Gehäusestruktur, die Flip-Chip-Technik und Lötkugeln verwendet, während ABF eine Familie von Isoliermaterialien ist, die hauptsächlich für die Feinverdrahtungsschichten dieses Substrats verwendet wird.

### Wie unterscheiden sich hochlagige Leiterplatten und Halbleitergehäusesubstrate?
Ein Gehäusesubstrat wandelt unmittelbar unter dem Halbleiter-Die den feinen Kontaktabstand um. Eine hochlagige Leiterplatte verbindet auf Systemebene verschiedene Komponenten wie Gehäuse, Speicher und Steckverbinder.

### Werden Glassubstrate alle bisherigen organischen Substrate ersetzen?
Ein vollständiger Ersatz steht nicht fest. Glas bietet zwar Vorteile bei Ebenheit und Maßstabilität, doch bestehen weiterhin Probleme hinsichtlich Bruch, Bearbeitung von Durchkontaktierungen, Metallhaftung, Kosten und Ausbeute.

### Bieten Glassubstrate eine bessere Wärmeableitung?
Nicht immer. Die Wärmeableitung muss anhand der Gesamtstruktur bewertet werden, die neben der Wärmeleitfähigkeit des Materials auch den Die, die Klebeschicht, den Kühlkörper und das Kühlsystem umfasst.

### Sind Glassubstrate für die Umsetzung von CPO unverzichtbar?
Sie sind keine zwingende Voraussetzung. CPO kann auch mit Siliziumphotonik und bestehenden Gehäusetechnologien umgesetzt werden; Glassubstrate sind eine Option, die künftig zur Integration optischer Wellenleiter genutzt werden kann.

### Enthalten AI-Beschleuniger immer Tausende von MLCCs?
Da die Anzahl je nach Produkt variiert, kann keine feste Stückzahl angesetzt werden. Die erforderliche Anzahl und die Spezifikationen unterscheiden sich je nach Stromversorgungsarchitektur, Gehäusegröße, Kapazität und Anordnung.

### Wie lässt sich die Möglichkeit einer Serienproduktion bei Glassubstratunternehmen überprüfen?
Pilotlinie, Kundenqualifizierung, Produktionskapazität, Ausbeute, Auslastung und Umsatzrealisierung müssen schrittweise überprüft werden. Allein aufgrund einer Entwicklungsankündigung oder der Installation von Anlagen darf nicht auf Umsätze aus der Serienproduktion geschlossen werden.

### Ist die Knappheit bei FC-BGA ein anhaltendes strukturelles Phänomen?
Es lässt sich nicht pauschal sagen, dass sie bei allen Spezifikationen anhält. Die Versorgungslage variiert je nach Gehäusegröße, Komplexität der Verdrahtung, Kundenqualifizierung, Zeitpunkt der Kapazitätserweiterung und Endnachfrage.

## Sources

- [Intel stellt branchenweit erste Glassubstrate vor, um die Nachfrage nach leistungsstärkerer Rechenleistung zu decken](https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/news/intel-unveils-industry-first-glass-substrates.html)
- [TSMC 3DFabric](https://3dfabric.tsmc.com/)
- [Was ist ein Chiplet?](https://www.ibm.com/think/topics/chiplet)

## Images

![Technikerin prüft in einem Reinraum ein großes transparentes Halbleitersubstrat](https://injoys.com/rails/active_storage/blobs/proxy/eyJfcmFpbHMiOnsiZGF0YSI6MTYyMjAsInB1ciI6ImJsb2JfaWQifX0=--ab5c8e230787c7d6691f2fc19f05a3a928ed0396/ai-e18c9afe.webp)
![Vergleich von KI-Chipgehäusen mit organischem Mehrlagensubstrat und transparentem Glassubstrat](https://injoys.com/rails/active_storage/blobs/proxy/eyJfcmFpbHMiOnsiZGF0YSI6MTYyMzMsInB1ciI6ImJsb2JfaWQifX0=--e0815ebd110ee735efcde353ea96e8aba06e81bd/ai-50153c08.webp)