文 | 半導體產(chǎn)業(yè)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(shè)需求最初源自連接小鎮(zhèn)上的幾座小規(guī)模房屋。之后，隨著小鎮(zhèn)的發(fā)展，房屋增多，車輛和人流激增，慢慢的這座木質(zhì)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(jié)構(gòu)。然而，這些大橋雖然能夠高效連接關(guān)鍵區(qū)域，但成本高昂，且并未完全解決木質(zhì)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(zhèn)的快速發(fā)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(lǐng)域的寫照。

01 半導體行業(yè)中，小橋的故事

對應(yīng)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?；宓男枨笫加谠缙诘拇笠?guī)模集成芯片，隨著晶體管數(shù)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(nèi)的芯片和連線數(shù)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(jié)構(gòu)”便是當下芯片龍頭開發(fā)的“超高密度互連接口技術(shù)”，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(shù)，但它卻能夠提供比現(xiàn)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(fā)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(yōu)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(yīng)用于存儲器、射頻、手機 AP 等領(lǐng)域，但由于其具有較硬的玻纖砂層，雖然能夠穩(wěn)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(shù)、細線路等優(yōu)勢更適配于更先進制程 I/O 端口數(shù)較多的場景，應(yīng)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(shù)核心是將不同的芯片堆疊在同一片硅中介層實現(xiàn)多顆芯片的互聯(lián)，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(shù)的有機基板不同，玻璃基板具有諸多優(yōu)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(wěn)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(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。

第二，玻璃基板可實現(xiàn)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(guān)重要，這將顯著增強芯片封裝內(nèi)晶體管的連接性。

比如：英特爾將生產(chǎn)面向數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)級封裝（SiP），具有數(shù)十個小瓦片（tile），功耗可能高達數(shù)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(chǎn)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(yōu)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(jù)悉，同樣面積下，玻璃基板的開孔數(shù)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(jù)英特爾介紹，玻璃基板可減少50%圖案失真，布線密度可實現(xiàn)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(shè)計靈活性，可通過嵌入電感、電容實現(xiàn)優(yōu)良供電方案并降低功耗，而且能結(jié)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(fā)布多款突破產(chǎn)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(yīng)鏈已經(jīng)啟動，目前處于設(shè)計微調(diào)和測試簡短。

GB200芯片引領(lǐng)算力提升的同時，也使玻璃基板的受關(guān)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(shù)的專利 ，這是AMD首度釋放出其積極投身玻璃基板研究領(lǐng)域的明確信號。

根據(jù)AMD專利顯示，使用玻璃基板時面臨的挑戰(zhàn)之一，是如何實現(xiàn)玻璃通孔（TGV）。TGV是在玻璃核心內(nèi)建立的垂直渠道，以傳輸數(shù)據(jù)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(shù)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(xù)使用有機介電材料和銅，只是它們將構(gòu)建在玻璃基板的一側(cè)，并需要一種新的生產(chǎn)方法。

AMD的專利描述了一種使用銅基鍵合（而不是傳統(tǒng)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(jù)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(tǒng)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(yīng)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(chǎn)。如此看來，AMD確在加碼玻璃基板的研發(fā)。

英特爾：計劃于2026年至2030年量產(chǎn)

2023年9月，英特爾宣布推出業(yè)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(chǎn)。

英特爾已在玻璃基板技術(shù)上投入了大約十年時間，是最早開發(fā)出玻璃基板解決方案的公司。作為研發(fā)工作的第一個成果，英特爾已經(jīng)完成了一組芯片測試試板的組裝—在玻璃基板上構(gòu)建的多芯片封裝。這些芯片使用了 3 層 RDL，TGV 間距為 75μm，產(chǎn)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(chǎn)品將是其規(guī)模最大、利潤最高的產(chǎn)品，例如高端HPC和AI芯片。并且英特爾計劃將這項技術(shù)應(yīng)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(shù)。

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?shù)乃?，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(jù)有利地位，尤其是在生產(chǎn)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(jù)英特爾稱，到本世紀末，半導體行業(yè)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(guī)?；瘜τ诎雽w行業(yè)的進步和發(fā)展至關(guān)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(chǎn)原型，2026年實現(xiàn)量產(chǎn)

據(jù)悉，三星集團已組建了一個新的跨部門聯(lián)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(tǒng)一戰(zhàn)線”，著手聯(lián)合研發(fā)玻璃基板，推進商業(yè)化。其中，預計三星電子將掌握半導體與基板相結(jié)合的信息，三星顯示將承擔玻璃加工等任務(wù)。

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(chǎn)線，目標是2025年生產(chǎn)原型，2026年實現(xiàn)量產(chǎn)。業(yè)內(nèi)人士表示，三星電機已選定了玻璃基板中試線的設(shè)備供應(yīng)商，包括韓國企業(yè) Philoptics、重友和來自海外的 Chemtronics、LPKF 樂普科，預計該產(chǎn)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(zhàn)臺積電的一大策略。當前，在先進工藝領(lǐng)域臺積電依舊領(lǐng)先，而在先進封裝領(lǐng)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(lǐng)域也需要尋求新的路徑實現(xiàn)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(shù)領(lǐng)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(chǎn)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(lǐng)域，計劃在2025年初開始量產(chǎn)，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(guān)發(fā)展半導體玻璃基板業(yè)務(wù)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(xiàn)出極大的興趣。當然，我們正在為此做準備?！?/p>

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

作為全球第一大基板供應(yīng)商，日本Ibiden也在去年10月宣布，擬將玻璃基板作為一項新業(yè)務(wù)研發(fā)。

此外，蘋果也正積極探索將玻璃基板技術(shù)應(yīng)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(shù)，且目前具備小批量產(chǎn)品供貨能力，并且提前做了一定的新建產(chǎn)能布局。公司擁有的玻璃基板級封裝載板產(chǎn)品采用TGV巨量微通孔技術(shù)，可以實現(xiàn)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(shù)可以根據(jù)不同封裝基板產(chǎn)品形態(tài)需求進行結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)多個項目處于合作開發(fā)驗證階段，部分產(chǎn)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(fā)。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(shù)—玻璃通孔的研發(fā)進程。

在BOE IPC 2024上，京東方正式發(fā)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(zhuǎn)向先進封裝的業(yè)務(wù)部門。根據(jù)BOE發(fā)布的2024-2032年玻璃基板路線圖，到2027年將實現(xiàn)深寬比20:1，細微間距8/8μm，封裝尺寸110x110mm的玻璃基板量產(chǎn)能力，到2029年將精進到5/5μm以內(nèi)、封裝尺寸在120x120mm以上的玻璃基板量產(chǎn)能力。