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玻璃基板，“明日”红花

来源：晰数塔互联网快讯时间：2024年12月09日 13:02

本文开始之前，笔者想先给读者讲一个故事。

想象一下，有这么一座桥，它的建设需求最初源自连接小镇上的几座小规模房屋。之后，随着小镇的发展，房屋增多，车辆和人流激增，慢慢的这座木质桥梁开始显得力不从心，接近其承载极限。

于是，人们开始尝试建造更先进、更高密度的桥梁，建造之时采用了新型钢材与特殊结构。然而，这些大桥虽然能够高效连接关键区域，但成本高昂，且并未完全解决木质桥梁的所有问题。

因此，开始有建筑师探索新的建筑材料，他们想要找到一种既能与小镇的快速发展相匹配，又能提供卓越通行能力的桥梁材料。

上述这则故事，便是当前部分半导体细分领域的写照。

半导体行业中，小桥的故事

对应的，笔者想要切入的正题，便是基板。

那座「日渐显得力不从心的木桥」便是如今「有机基板」的代表。基板的需求始于早期的大规模集成芯片，随着晶体管数量增加，需要将它们连接到更多的引脚上。在过去 20 多年的时间里，打造基板所用的主要材料是有机塑料，但随着单个封装内的芯片和连线数量越来越多，有机基板正在接近物理极限。

建造新桥之时采用的「新型钢材与特殊结构」便是当下芯片龙头开发的「超高密度互连接口技术」，比如台积电的 CoWoS 和 Intel 的 EMIB。

而建筑师探索到的「新型建筑材料」便是「玻璃基板」。玻璃基板是一种能与大型芯片完美融合的基板材料。尽管它在最高级别的需求上可能无法完全替代 CoWoS 或 EMIB 技术，但它却能够提供比现有有机基板更出色的信号传输性能和更密集的布线能力。

如此一来，为什么要研究开发玻璃基板也就不难理解了。

玻璃基板这座「桥」，强在哪里？

从当前基板材料上看，主要分为 BT、ABF 基板两类。

BT 基板：具有较高的玻璃化温度、优秀的介电性能、低热膨胀率、良好的力学特征等性能，因此广泛应用于存储器、射频、手机 AP 等领域，但由于其具有较硬的玻纤砂层，虽然能够稳定尺寸，防止热胀冷缩影响良率，但同时钻孔难度较高，较难满足目前精细化、高多层化的基板需求。

ABF 基板：多层数、细线路等优势更适配于更先进制程 I/O 端口数较多的场景，应用于高性能运算芯片，主要用于 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等高性能运算芯片。

台积电的 CoWoS 封装技术核心是将不同的芯片堆叠在同一片硅中介层实现多颗芯片的互联，其中将采用到封装基板+硅中介层的方案，而封装基板主要以 ABF 基板为主。

与多年来一直作为主流技术的有机基板不同，玻璃基板具有诸多优势可适用于大芯片和先进封装。

第一，玻璃的主要成分是二氧化硅，玻璃具有卓越的尺寸稳定性、导热性和电气性能。因此，玻璃基板可以更有效地处理更高的温度，同时有效管理高性能芯片的散热。这使得芯片具有卓越的热稳定性和机械稳定性。

第二，玻璃基板可实现更高的互连密度，这对于下一代封装中的电力传输和信号路由至关重要，这将显著增强芯片封装内晶体管的连接性。

比如：英特尔将生产面向数据中心的系统级封装（SiP），具有数十个小瓦片（tile），功耗可能高达数千瓦。此类 SiP 需要小芯片之间非常密集的互连，同时确保整个封装在生产过程中或使用过程中不会因热量而弯曲。玻璃基板便是当下的最优解。

第三，玻璃更容易变得平坦，这使得封装和光刻变得更容易，这对于下一代 SiP 来说非常重要。据悉，同样面积下，玻璃基板的开孔数量要比在有机材料上多得多，并且玻璃芯通孔之间的间隔能够小于 100 微米。

据英特尔介绍，玻璃基板可减少 50% 图案失真，布线密度可实现 10 倍提升，可改善光刻的焦距和深度，具备出色的平整度。因此，玻璃基板能够满足高性能、高密度 AI 芯片对于封装的需求，机械性能的改进使得玻璃基板能够提高超大尺寸封装的良率。

第四，玻璃基板不仅为工程师提供了更高设计灵活性，可通过嵌入电感、电容实现优良供电方案并降低功耗，而且能结合上方、下方布线层及其他辅助材料制造基板，用以完美解决当前有机基板的诸多短板。

芯片巨头，扎堆 2026 年

今年初，英伟达以 GB200 为核心发布多款突破产品，且宣布英伟达 GB200 采用的先进封装工艺将使用玻璃基板的供应链已经启动，目前处于设计微调和测试简短。

GB200 芯片引领算力提升的同时，也使玻璃基板的受关注度再升一个等级。

AMD 获玻璃基板专利，有望 2026 年商用

近日，AMD 获得一项涵盖玻璃基板技术的专利，这是 AMD 首度释放出其积极投身玻璃基板研究领域的明确信号。

根据 AMD 专利显示，使用玻璃基板时面临的挑战之一，是如何实现玻璃通孔（TGV）。TGV 是在玻璃核心内建立的垂直渠道，以传输数据信号和电源，目前可通过激光钻孔、湿式蚀刻和磁性自组装（magnetic self-assembly）等技术进行穿孔。

再分配层（使用高密度互连在芯片和外部组件之间路由信号和电源）是高级芯片封装的另一个不可或缺的组件。与主要的玻璃芯基板不同，这些基板将继续使用有机介电材料和铜，只是它们将构建在玻璃基板的一侧，并需要一种新的生产方法。

AMD 的专利描述了一种使用铜基键合（而不是传统的焊料凸点）键合多个玻璃基板的方法，以确保牢固、无间隙的连接。这种方法提高了可靠性，并且无需底部填充材料，使其适合堆叠多个基板。

据悉，AMD 计划于 2025 年至 2026 年间采用玻璃基板为其芯片打造超高性能系统级封装。

值得注意的是，今年早些时候，市场消息称 AMD 正在整合市场上的玻璃基板供应商，进一步开始对各玻璃基板样品进行评估测试，以便能在 2025~2026 年开始进行采用玻璃基板的芯片生产。如此看来，AMD 确在加码玻璃基板的研发。

英特尔：计划于 2026 年至 2030 年量产

2023 年 9 月，英特尔宣布推出业界首款用于下一代先进封装的玻璃基板，计划于 2026 年至 2030 年量产。

英特尔已在玻璃基板技术上投入了大约十年时间，是最早开发出玻璃基板解决方案的公司。作为研发工作的第一个成果，英特尔已经完成了一组芯片测试试板的组装—在玻璃基板上构建的多芯片封装。这些芯片使用了 3 层 RDL，TGV 间距为 75µm，产品看起来是英特尔超低功耗移动芯片。

英特尔表示，第一批获得玻璃基板处理的产品将是其规模最大、利润最高的产品，例如高端 HPC 和 AI 芯片。并且英特尔计划将这项技术应用到越来越小的芯片中，直到普通消费芯片也能使用这项技术。

该公司乐观地认为能将玻璃基板的成本降低到与有机基板相当的水平，最终使低价处理器也能从中获益。英特尔还计划向 IFS 客户提供玻璃基板，这将使其在竞争中占据有利地位，尤其是在生产高端、高利润芯片方面。

英特尔相信，陶瓷和有机基板将在未来几年达到其能力的极限。据英特尔称，到本世纪末，半导体行业可能会达到使用有机材料在硅封装上扩展晶体管的极限。因此，在规模化对于半导体行业的进步和发展至关重要的时候，玻璃基板是下一代半导体可行且必不可少的下一步。

三星：2025 年生产原型，2026 年实现量产

据悉，三星集团已组建了一个新的跨部门联盟，三星电子、三星显示、三星电机等一众旗下子公司们组成「统一战线」，着手联合研发玻璃基板，推进商业化。其中，预计三星电子将掌握半导体与基板相结合的信息，三星显示将承担玻璃加工等任务。

三星将玻璃基板视为芯片封装的未来，在 1 月的 CES 2024 上，三星电机已提出，今年将建立一条玻璃基板原型生产线，目标是 2025 年生产原型，2026 年实现量产。业内人士表示，三星电机已选定了玻璃基板中试线的设备供应商，包括韩国企业 Philoptics、重友和来自海外的 Chemtronics、LPKF 乐普科，预计该产线最早于今年四季度投入运行。

英特尔和三星的积极部署，可以理解为是其迎战台积电的一大策略。当前，在先进工艺领域台积电依旧领先，而在先进封装领域台积电 CoWoS 实力雄厚，拥有较高的专利壁垒，英特尔和三星除在工艺层面加紧布局之外，先进封装领域也需要寻求新的路径实现追赶甚至超越，而玻璃基板成为选择之一。

除了上述三家公司之外，在这项技术领域中，还有多个强劲对手入局。

韩国 SK 集团旗下的 Absolics 投资了 6 亿美元，计划在乔治亚州科文顿建一座月产能达 4000 块的玻璃基板工厂。SK 海力士通过这家美国子公司涉足该领域，计划在 2025 年初开始量产，从而成为最早加入玻璃基板竞争的公司之一。

今年 3 月，LG Innotek CEO Moon Hyuk-soo 在回答有关发展半导体玻璃基板业务的问题时表示：「我们半导体基板的主要客户是美国一家大型半导体公司，该公司对玻璃基板表现出极大的兴趣。当然，我们正在为此做准备。」

日本 DNP 展示了半导体封装的一项新开发成果——玻璃基板，据称可以解决 ABF 带来的许多问题，准备在 2027 年量产。

作为全球第一大基板供应商，日本 Ibiden 也在去年 10 月宣布，拟将玻璃基板作为一项新业务研发。

此外，苹果也正积极探索将玻璃基板技术应用于芯片封装。

玻璃基板这片竞争高地，中国厂商也在全力角逐布局。

中国厂商沃格光电去年 12 月在投资者互动平台表示，已具备玻璃基板级封装载板技术，且目前具备小批量产品供货能力，并且提前做了一定的新建产能布局。公司拥有的玻璃基板级封装载板产品采用 TGV 巨量微通孔技术，可以实现各类芯片包括存储芯片的多层堆叠（2.5D/3D 垂直封装），同时玻璃基镀铜通孔技术可以根据不同封装基板产品形态需求进行结构设计，以满足不同类型芯片封装和连接需求，目前公司基于 TGV 技术多个项目处于合作开发验证阶段，部分产品通过客户验证通过。

此外，长电科技也在进行玻璃基板封装项目的开发。还有一些厂商，如赛微电子、云天半导体等在推动玻璃基板的主要制程技术—玻璃通孔的研发进程。

在 BOE IPC 2024 上，京东方正式发布并展出面向半导体封装的玻璃基满板级封装载板，成为大陆第一家从显示面板转向先进封装的业务部门。根据 BOE 发布的 2024-2032 年玻璃基板路线图，到 2027 年将实现深宽比 20:1，细微间距 8/8μm，封装尺寸 110x110mm 的玻璃基板量产能力，到 2029 年将精进到 5/5μm 以内、封装尺寸在 120x120mm 以上的玻璃基板量产能力。

发布于：北京