玻璃基板賽道火熱，誰在下注？

作者：九林

“玻璃基板何時可以取代PCB板？”

這是半導(dǎo)體行業(yè)中許多異構(gòu)集成人士都在問的問題。不幸的是，答案并不簡單。當(dāng)國際投行大摩消息稱，英偉達GB200采用的先進封裝工藝將使用玻璃基板時，不止半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士，所有人都開始提出了這個問題。

一時間玻璃基板，成為聚光燈下的矚目角色。國內(nèi)方面，玻璃基板概念突然大漲，玻璃基板的龍頭股5天翻倍。在回答這個問題之前，我們先回顧一下基板演變史。換句話說，我們是如何走到玻璃基板成為討論話題的地步的？

?01、什么是玻璃基板？

基板的需求始于早期的大規(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。封裝基板在芯片制造過程中，可以為芯片提供支撐、散熱、供電連接等一系列功能，可以說是芯片封裝的載體。先進封裝基板占封裝總材料成本的比例超過了70%，可以看出其重要性。

如果我們把時間線拉長，會發(fā)現(xiàn)基板材料一直在變化，從最早期的使用引線框架或金屬，到2000年左右開始使用陶瓷，再到之后變?yōu)榱擞袡C基板。有機基板本質(zhì)上是由類似 PCB 的材料與玻璃編織層壓板層壓而成，允許相當(dāng)多的信號通過芯片，包括基本的芯片設(shè)計，如英特爾的移動處理器以及 AMD 基于 Zen 的處理器。

在2010年，今天我們討論的玻璃基板被佐治亞理工學(xué)院提出為下一個大熱點。在當(dāng)時還不太現(xiàn)實，但現(xiàn)在無可否認(rèn)很多公司都開始相信玻璃會成為下一代用于基板的材料。

這是為什么？因為有機基板已經(jīng)成為高性能芯片的限制因素。過去十年中，超高密度互連接口的興起，開始出現(xiàn)硅中介層（基板上的晶圓上的芯片）及其衍生物，還有臺積電CoWoS技術(shù)和英特爾的EMIB技術(shù)。但成本相當(dāng)高，而且無法完全解決有機基板的缺點。

玻璃基板的優(yōu)點非常突出：第一，玻璃基板的主要成分是二氧化硅，在高溫下更穩(wěn)定。這就使得玻璃基板能夠更有效地應(yīng)對高溫，并且管理高性能芯片的散熱。這就為芯片帶來了卓越的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。

第二，相較于傳統(tǒng)的塑膠基板，玻璃基板更加平坦，這使得封裝和光刻變得更容易。數(shù)據(jù)上看，玻璃基板可將圖案畸變減少50%，從而提高光刻的聚焦深度，進而確保半導(dǎo)體制造更加精密和準(zhǔn)確。

第三，由于這些獨特的特性，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非常重要，這就可以在封裝中連接更多的晶體管。玻璃基板上的互連密度可以提高 10 倍。

這三點解決了當(dāng)前先進封裝的難題，適合需要集成更多的晶體管和對耐熱、抗彎曲要求更高的HPC、AI領(lǐng)域的芯片。尤其是，在半導(dǎo)體行業(yè)正在轉(zhuǎn)向小芯片（Chiplet）技術(shù)，即將多個芯片集成到一個封裝中的技術(shù)，玻璃基板也將大顯身手。這就是玻璃基板被討論的地方。

簡單來講，玻璃基板就是用玻璃代替有機 PCB 類材料。當(dāng)然，這并不意味著用玻璃代替整個基板，而是基板核心的材料將由玻璃制成。同時，金屬再分布層 (RDL) 仍將存在于芯片的兩側(cè)，為各種焊盤和焊點之間提供實際通路。

?02玻璃基板可以量產(chǎn)了嗎？

前文提到，最近玻璃基板概念被炒的火熱，甚至有消息稱英偉達 GB200采用的先進封裝工藝或?qū)⑹褂貌ＡЩ?。這就帶來一個問題，玻璃基板可以量產(chǎn)了嗎？

尋找這個問題的答案很簡單，我們直接看看該領(lǐng)域的領(lǐng)先者能否量產(chǎn)就可以回答了。這個領(lǐng)域中，研究最早的企業(yè)是英特爾，大概在十年前就開始布局。目前已經(jīng)在亞利桑那州錢德勒的一家工廠（生產(chǎn) EMIB 的工廠）建立了一條玻璃基板完全集成的研發(fā)生產(chǎn)線。前后關(guān)于玻璃基板的研發(fā)投資超過了10億美元。

英特爾裝配和測試技術(shù)開發(fā)工廠的玻璃基板測試單元。英特爾對于玻璃基板的產(chǎn)品推出計劃是在2030年。在英特爾的聲明中說到：有望在本十年后半段向市場提供完整的玻璃基板解決方案，使該行業(yè)能夠在 2030 年之后繼續(xù)推進摩爾定律。

一言蔽之，該領(lǐng)域最領(lǐng)先的龍頭，目前的玻璃基板也尚無法量產(chǎn)。記者在查閱大摩報告中，文中也并未提及GB200會使用玻璃基板的消息，報告僅表示“看到了玻璃基板被廣泛使用于GPU的機會”。也就是說，這并不意味著半導(dǎo)體用玻璃基板封裝已經(jīng)可正式量產(chǎn)使用。對于近期的玻璃基板概念熱度，不少上市公司紛紛回應(yīng)關(guān)于玻璃基板技術(shù)的布局情況。

股價暴漲雷曼光電公告，公司經(jīng)自查，外部信息中的玻璃基板封裝技術(shù)，是指用玻璃基載板替代傳統(tǒng)有機聚合物載板進行半導(dǎo)體芯片封裝，屬于半導(dǎo)體芯片封裝領(lǐng)域的應(yīng)用，公司的新型 PM 驅(qū)動玻璃基封裝技術(shù)主要用于 Micro LED 顯示面板封裝，不能用于半導(dǎo)體芯片封裝。

沃格光電表示：“近日，據(jù)相關(guān)媒體信息，公司被列入玻璃基板概念股，經(jīng)公司自查，公司玻璃基TGV產(chǎn)品目前不具備量產(chǎn)能力，未形成營業(yè)收入，請投資者理性投資，注意概念炒作風(fēng)險?！?/p>

作為封裝基板龍頭供應(yīng)商深南電路表示，玻璃基板與PCB、有機封裝基板在材料特性、生產(chǎn)工藝方面均存在差異，在各自的應(yīng)用領(lǐng)域具有不同特征。公司對玻璃基板技術(shù)保持密切關(guān)注與研究，目前不涉及玻璃基板的生產(chǎn)。實際上，目前國內(nèi)的玻璃基板更多的是指應(yīng)用于Mini/Micro LED上，而不是半導(dǎo)體集成電路芯片封裝領(lǐng)域。

?03玻璃基板，誰在布局？

面板形式的玻璃基板盡管國內(nèi)的“此玻璃基板”，非英特爾所指的“彼玻璃基板”，但不可否認(rèn)的是，在半導(dǎo)體領(lǐng)域玻璃基板的確是下一代基板的候選者。根據(jù)MarketsandMarkets最近的研究，全球玻璃基板市場預(yù)計將從2023年的71億美元增長到2028年的84億美元，2023年至2028年的復(fù)合年增長率為3.5%。在AI的大勢之下，目前，已有包括英特爾、AMD、三星等多家大廠公開表示入局玻璃基板封裝。

在美國通過的《芯片法案》中，宣布資助半導(dǎo)體玻璃封裝的研發(fā)和生產(chǎn)。并且已經(jīng)出資7500萬美元，投資SK集團旗下的Absolics和SK海力士。Absolics官網(wǎng)顯示，Absolics玻璃基板為HPC相關(guān)封裝公司、數(shù)據(jù)中心、AI等提供高性能/低功耗/外形尺寸等差異化價值。應(yīng)用材料公司也已向 Absolics 投資約 4000 萬美元。三星自然無法眼睜睜看著英特爾玻璃基板業(yè)務(wù)上鶴立雞群，終于在今年宣告了加速玻璃基板芯片封裝研發(fā)。

2024年3月，三星集團子公司三星電機宣布與三星電子和三星顯示器組建聯(lián)合研發(fā)團隊（R&D），三星電子預(yù)計將專注于半導(dǎo)體和基板的集成，而三星顯示器將處理與玻璃加工相關(guān)的方面，以在盡可能短的時間內(nèi)開發(fā)玻璃基板并將其商業(yè)化。

此外，LG Innotek 的一位高管也表示，LG Innotek正在考慮開發(fā)用于芯片封裝的玻璃基板。其總經(jīng)理Jaeman Park認(rèn)為，玻璃很可能成為未來半導(dǎo)體封裝基板的主要成分。同時，據(jù)市場消息，蘋果正積極與多家供應(yīng)商商討將玻璃基板技術(shù)應(yīng)用于芯片開發(fā)，以提供更好散熱性能，使芯片在更長時間內(nèi)保持峰值性能。

日本方面也在開始關(guān)注這項新興技術(shù)。日本印刷（DNP）去年3月宣布成功開發(fā) TGV 玻璃核心基板。報道里稱，該基板用玻璃基板取代了 FC-BGA 等傳統(tǒng)樹脂基板，提供了比基于現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體封裝性能更高的半導(dǎo)體封裝。DNP提出了在2027年大規(guī)模量產(chǎn)TGV玻璃芯基板的目標(biāo)。DNP 預(yù)計英特爾等公司將采用該技術(shù)，并估計到 2030 財年，用于半導(dǎo)體封裝的基板產(chǎn)生的收入可能達到 300 億日元（2 億美元）。

?04存在很多挑戰(zhàn)

目前玻璃基板還存在很多問題沒有解決。英特爾基板 TD 模塊工程研究員兼總監(jiān) Rahul Manepalli 表示：“玻璃是一種獲得與硅中介層非常相似的互連密度的手段。玻璃基板可以實現(xiàn)這種功能，但它也帶來了非常具有挑戰(zhàn)性的集成和接口工程問題，我們必須解決這些問題?！边@些種種挑戰(zhàn)，諸如玻璃基板的易碎性、與金屬缺乏粘合性以及難以實現(xiàn)均勻的通孔填充。而且玻璃具有高透明度，與硅的不同反射率讓檢查和測量也成為一個需要解決的問題。

具體來說，依靠反射率來測量距離和深度的光學(xué)計量系統(tǒng)必須適應(yīng)玻璃的半透明度，這可能會導(dǎo)致信號失真或丟失，從而影響測量精度。

此外，玻璃基板的普及中缺乏可靠性數(shù)據(jù)也是一個絆腳石。玻璃基板是半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域的新進入者，與 FR4、聚酰亞胺或味之素積層膜 (ABF) 等傳統(tǒng)材料相比，長期可靠性信息相對匱乏，需要數(shù)十年的數(shù)據(jù)來建立標(biāo)準(zhǔn)、性能指標(biāo)和預(yù)期壽命。玻璃基板的可靠性數(shù)據(jù)涵蓋多種因素，包括機械強度、耐熱循環(huán)性、吸濕性、介電擊穿和應(yīng)力引起的分層。這些特性中的每一個都會對最終產(chǎn)品的性能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，尤其是在極端或多變的條件下。

總體來看，玻璃基板封裝確實已是公認(rèn)的“下一代技術(shù)”，但目前用于半導(dǎo)體的玻璃基板封裝產(chǎn)業(yè)仍處于剛剛萌芽階段，玻璃基板何時會開始真正占領(lǐng)市場、會否取代有機基板、產(chǎn)業(yè)鏈誰將出頭都仍是未知。