文 | 半導體產業縱橫

本文開始之前，筆者想先給讀者講一個故事。

想象一下，有這么一座橋，它的建設需求最初源自連接小鎮上的幾座小規模房屋。之后，隨著小鎮的發展，房屋增多，車輛和人流激增，慢慢的這座木質橋梁開始顯得力不從心，接近其承載極限。

于是，人們開始嘗試建造更先進、更高密度的橋梁，建造之時采用了新型鋼材與特殊結構。然而，這些大橋雖然能夠高效連接關鍵區域，但成本高昂，且并未完全解決木質橋梁的所有問題。

因此，開始有建筑師探索新的建筑材料，他們想要找到一種既能與小鎮的快速發展相匹配，又能提供卓越通行能力的橋梁材料。

上述這則故事，便是當前部分半導體細分領域的寫照。

01 半導體行業中，小橋的故事

對應的，筆者想要切入的正題，便是基板。

那座“日漸顯得力不從心的木橋”便是如今“有機基板”的代表。基板的需求始于早期的大規模集成芯片，隨著晶體管數量增加，需要將它們連接到更多的引腳上。在過去20多年的時間里，打造基板所用的主要材料是有機塑料，但隨著單個封裝內的芯片和連線數量越來越多，有機基板正在接近物理極限。

建造新橋之時采用的“新型鋼材與特殊結構”便是當下芯片龍頭開發的“超高密度互連接口技術”，比如臺積電的CoWoS和Intel的EMIB。

而建筑師探索到的“新型建筑材料”便是“玻璃基板”。玻璃基板是一種能與大型芯片完美融合的基板材料。盡管它在最高級別的需求上可能無法完全替代CoWoS或EMIB技術，但它卻能夠提供比現有有機基板更出色的信號傳輸性能和更密集的布線能力。

如此一來，為什么要研究開發玻璃基板也就不難理解了。

02 玻璃基板這座“橋”，強在哪里？

從當前基板材料上看，主要分為 BT、ABF 基板兩類。

BT 基板：具有較高的玻璃化溫度、優秀的介電性能、低熱膨脹率、良好的力學特征等性能，因此廣泛應用于存儲器、射頻、手機 AP 等領域，但由于其具有較硬的玻纖砂層，雖然能夠穩定尺寸，防止熱脹冷縮影響良率，但同時鉆孔難度較高，較難滿足目前精細化、高多層化的基板需求。

ABF 基板：多層數、細線路等優勢更適配于更先進制程 I/O 端口數較多的場景，應用于高性能運算芯片，主要用于 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等高性能運算芯片。

臺積電的CoWoS封裝技術核心是將不同的芯片堆疊在同一片硅中介層實現多顆芯片的互聯，其中將采用到封裝基板+硅中介層的方案，而封裝基板主要以 ABF 基板為主。

與多年來一直作為主流技術的有機基板不同，玻璃基板具有諸多優勢可適用于大芯片和先進封裝。

第一，玻璃的主要成分是二氧化硅，玻璃具有卓越的尺寸穩定性、導熱性和電氣性能。因此，玻璃基板可以更有效地處理更高的溫度，同時有效管理高性能芯片的散熱。這使得芯片具有卓越的熱穩定性和機械穩定性。

第二，玻璃基板可實現更高的互連密度，這對于下一代封裝中的電力傳輸和信號路由至關重要，這將顯著增強芯片封裝內晶體管的連接性。

比如：英特爾將生產面向數據中心的系統級封裝（SiP），具有數十個小瓦片（tile），功耗可能高達數千瓦。此類SiP需要小芯片之間非常密集的互連，同時確保整個封裝在生產過程中或使用過程中不會因熱量而彎曲。玻璃基板便是當下的最優解。

第三，玻璃更容易變得平坦，這使得封裝和光刻變得更容易，這對于下一代SiP來說非常重要。據悉，同樣面積下，玻璃基板的開孔數量要比在有機材料上多得多，并且玻璃芯通孔之間的間隔能夠小于 100 微米。

據英特爾介紹，玻璃基板可減少50%圖案失真，布線密度可實現10倍提升，可改善光刻的焦距和深度，具備出色的平整度。因此，玻璃基板能夠滿足高性能、高密度AI芯片對于封裝的需求，機械性能的改進使得玻璃基板能夠提高超大尺寸封裝的良率。

第四，玻璃基板不僅為工程師提供了更高設計靈活性，可通過嵌入電感、電容實現優良供電方案并降低功耗，而且能結合上方、下方布線層及其他輔助材料制造基板，用以完美解決當前有機基板的諸多短板。

03 芯片巨頭，扎堆2026年

今年初，英偉達以GB200為核心發布多款突破產品，且宣布英偉達GB200采用的先進封裝工藝將使用玻璃基板的供應鏈已經啟動，目前處于設計微調和測試簡短。

GB200芯片引領算力提升的同時，也使玻璃基板的受關注度再升一個等級。

AMD獲玻璃基板專利，有望2026年商用

近日，AMD獲得一項涵蓋玻璃基板技術的專利 ，這是AMD首度釋放出其積極投身玻璃基板研究領域的明確信號。

根據AMD專利顯示，使用玻璃基板時面臨的挑戰之一，是如何實現玻璃通孔（TGV）。TGV是在玻璃核心內建立的垂直渠道，以傳輸數據信號和電源，目前可通過激光鉆孔、濕式蝕刻和磁性自組裝（magnetic self-assembly）等技術進行穿孔。

再分配層（使用高密度互連在芯片和外部組件之間路由信號和電源）是高級芯片封裝的另一個不可或缺的組件。與主要的玻璃芯基板不同，這些基板將繼續使用有機介電材料和銅，只是它們將構建在玻璃基板的一側，并需要一種新的生產方法。

AMD的專利描述了一種使用銅基鍵合（而不是傳統的焊料凸點）鍵合多個玻璃基板的方法，以確保牢固、無間隙的連接。這種方法提高了可靠性，并且無需底部填充材料，使其適合堆疊多個基板。

據悉，AMD計劃于2025年至2026年間采用玻璃基板為其芯片打造超高性能系統級封裝。

值得注意的是，今年早些時候，市場消息稱AMD正在整合市場上的玻璃基板供應商，進一步開始對各玻璃基板樣品進行評估測試，以便能在2025~2026年開始進行采用玻璃基板的芯片生產。如此看來，AMD確在加碼玻璃基板的研發。

英特爾：計劃于2026年至2030年量產

2023年9月，英特爾宣布推出業界首款用于下一代先進封裝的玻璃基板，計劃于2026 年至 2030 年量產。

英特爾已在玻璃基板技術上投入了大約十年時間，是最早開發出玻璃基板解決方案的公司。作為研發工作的第一個成果，英特爾已經完成了一組芯片測試試板的組裝—在玻璃基板上構建的多芯片封裝。這些芯片使用了 3 層 RDL，TGV 間距為 75μm，產品看起來是英特爾超低功耗移動芯片。

英特爾表示，第一批獲得玻璃基板處理的產品將是其規模最大、利潤最高的產品，例如高端HPC和AI芯片。并且英特爾計劃將這項技術應用到越來越小的芯片中，直到普通消費芯片也能使用這項技術。

該公司樂觀地認為能將玻璃基板的成本降低到與有機基板相當的水平，最終使低價處理器也能從中獲益。英特爾還計劃向IFS客戶提供玻璃基板，這將使其在競爭中占據有利地位，尤其是在生產高端、高利潤芯片方面。

英特爾相信，陶瓷和有機基板將在未來幾年達到其能力的極限。據英特爾稱，到本世紀末，半導體行業可能會達到使用有機材料在硅封裝上擴展晶體管的極限。因此，在規模化對于半導體行業的進步和發展至關重要的時候，玻璃基板是下一代半導體可行且必不可少的下一步。

三星：2025年生產原型，2026年實現量產

據悉，三星集團已組建了一個新的跨部門聯盟，三星電子、三星顯示、三星電機等一眾旗下子公司們組成“統一戰線”，著手聯合研發玻璃基板，推進商業化。其中，預計三星電子將掌握半導體與基板相結合的信息，三星顯示將承擔玻璃加工等任務。

三星將玻璃基板視為芯片封裝的未來，在1月的CES 2024上，三星電機已提出，今年將建立一條玻璃基板原型生產線，目標是2025年生產原型，2026年實現量產。業內人士表示，三星電機已選定了玻璃基板中試線的設備供應商，包括韓國企業 Philoptics、重友和來自海外的 Chemtronics、LPKF 樂普科，預計該產線最早于今年四季度投入運行。

英特爾和三星的積極部署，可以理解為是其迎戰臺積電的一大策略。當前，在先進工藝領域臺積電依舊領先，而在先進封裝領域臺積電CoWoS實力雄厚，擁有較高的專利壁壘，英特爾和三星除在工藝層面加緊布局之外，先進封裝領域也需要尋求新的路徑實現追趕甚至超越，而玻璃基板成為選擇之一。

除了上述三家公司之外，在這項技術領域中，還有多個強勁對手入局。

韓國SK集團旗下的Absolics投資了6億美元，計劃在喬治亞州科文頓建一座月產能達4000塊的玻璃基板工廠。SK海力士通過這家美國子公司涉足該領域，計劃在2025年初開始量產，從而成為最早加入玻璃基板競爭的公司之一。

今年3月，LG Innotek CEO Moon Hyuk-soo在回答有關發展半導體玻璃基板業務的問題時表示：“我們半導體基板的主要客戶是美國一家大型半導體公司，該公司對玻璃基板表現出極大的興趣。當然，我們正在為此做準備。”

日本DNP展示了半導體封裝的一項新開發成果——玻璃基板，據稱可以解決ABF帶來的許多問題，準備在2027年量產。

作為全球第一大基板供應商，日本Ibiden也在去年10月宣布，擬將玻璃基板作為一項新業務研發。

此外，蘋果也正積極探索將玻璃基板技術應用于芯片封裝。

玻璃基板這片競爭高地，中國廠商也在全力角逐布局。

中國廠商沃格光電去年12月在投資者互動平臺表示，已具備玻璃基板級封裝載板技術，且目前具備小批量產品供貨能力，并且提前做了一定的新建產能布局。公司擁有的玻璃基板級封裝載板產品采用TGV巨量微通孔技術，可以實現各類芯片包括存儲芯片的多層堆疊（2.5D/3D垂直封裝），同時玻璃基鍍銅通孔技術可以根據不同封裝基板產品形態需求進行結構設計，以滿足不同類型芯片封裝和連接需求，目前公司基于TGV技術多個項目處于合作開發驗證階段，部分產品通過客戶驗證通過。

此外，長電科技也在進行玻璃基板封裝項目的開發。還有一些廠商，如賽微電子、云天半導體等在推動玻璃基板的主要制程技術—玻璃通孔的研發進程。

在BOE IPC 2024上，京東方正式發布并展出面向半導體封裝的玻璃基滿板級封裝載板，成為大陸第一家從顯示面板轉向先進封裝的業務部門。根據BOE發布的2024-2032年玻璃基板路線圖，到2027年將實現深寬比20:1，細微間距8/8μm，封裝尺寸110x110mm的玻璃基板量產能力，到2029年將精進到5/5μm以內、封裝尺寸在120x120mm以上的玻璃基板量產能力。