先進(jìn)封裝技術(shù)之爭 | 玻璃基 Chiplet 異構(gòu)集成打造未來AI高算力(二)

2028年后，先進(jìn)封裝公司、數(shù)據(jù)中心和AI公司需要更高性能、更低功耗和超大結(jié)構(gòu)優(yōu)異的大芯片外形尺寸實(shí)現(xiàn)差異化價(jià)值競爭。目前廠家突破FR4基板材料的限制開始采用玻璃基板。玻璃基板以被確認(rèn)是改變半導(dǎo)體封裝的革命性材料，其表面光滑且易于加工，可從晶圓級擴(kuò)展至成更大的方形面板，滿足超細(xì)間距半導(dǎo)體封裝的要求。

本文將接《先進(jìn)封裝技術(shù)之爭 | 玻璃基Chiplet異構(gòu)集成打造未來AI高算力（一）》，繼續(xù)更新全球玻璃技術(shù)的前沿進(jìn)展。我們在開頭斗膽奉獻(xiàn)上玻璃基板封裝技術(shù)路線圖2023-2030，不周之處，敬請批判。同時(shí)我們調(diào)研的很多公司技術(shù)在此首次公開。無需開白名單，所有賬號均可迅速轉(zhuǎn)載。

玻璃基板技術(shù)路線圖2023-2030

2024年以后的封裝基板變得越來越大、越來越細(xì)、越來越多層化和3D化。未來AI、高性能計(jì)算、5.5/6G通信和物聯(lián)網(wǎng) (IOT) 將對帶寬需求不斷增長，將推動2.5D 和 3D 中介層技術(shù)向玻璃基遷移，要求垂直互連具有更低的高頻損耗和更高的孔深/尺寸比，玻璃中介層高縱橫比、高密度通孔以及每個(gè)通孔所占用的空間及其填充孔洞的金屬化能力等將成為技術(shù)的核心指標(biāo)之一。

Chiplet異構(gòu)集成方法在集成具有不同功能的多個(gè)芯片時(shí)提供了靈活性和效率，Chiplet與Al/HPC下一代基板技術(shù)——玻璃芯板的設(shè)計(jì)理念渾然天成。玻璃基板是放置AI芯片的介質(zhì)，是未來2.5D/3D封裝的核心，玻璃基板在確保芯片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，還將信號從芯片傳送到封裝系統(tǒng)。

玻璃基板卓越的機(jī)械穩(wěn)定性帶來更高互連密度允許在封裝中連接更多晶體管——一萬億晶體管可能是未來AI技術(shù)的起步，激進(jìn)的玻璃基板技術(shù)路圖可能打破我們不敢預(yù)知的想象：

大板級封裝微細(xì)間距從20/15μm（2023/2024），進(jìn)步10/5μm（2026/27）進(jìn)入3/2μm（2030年）；晶圓級微細(xì)間距從10/8μm（2023/2024），進(jìn)步5/4μm（2026/27），進(jìn)入2/1μm（2030年），適應(yīng)下一代HBM標(biāo)準(zhǔn)的更快傳輸速度。研發(fā)試驗(yàn)上的微細(xì)間距突破亞微米（2025）；

玻璃片/板的厚度從700-500μm(2023/2024)下降至300-100μm(2028/2030)

打孔直徑從15/10μm(2023/2024)下降至2到1μm(2026/27)至亞微米（2028）以下；

每510X515mm的面板上打孔數(shù)量由10/20萬個(gè)（2024）提升至1000萬個(gè)（2030）。每300X300mm的晶圓片打孔數(shù)量由數(shù)萬（2024）提升至300萬個(gè)（2030）。

深徑比從標(biāo)準(zhǔn)的20/10:1（2023/2024）提升到50/30:1（2030）；目前研發(fā)試驗(yàn)上可達(dá)到100/150:1。

取代傳統(tǒng)樹脂基板的70x70mm封裝尺寸，玻璃基板封裝尺寸更大適用未來高端服務(wù)器100x100mm（2025/2026）-150x150mm/200x200mm（2030前）

玻璃基+復(fù)合材料將成為AI多芯片系統(tǒng)級封裝的主力。玻璃基占比由15%(2023/2024)提升到30%-50%以上（2028/2030），推動新的玻璃復(fù)合基材迭代。傳統(tǒng)的有機(jī)基板或被替代。

現(xiàn)在業(yè)界迫切期待封裝技術(shù)的轉(zhuǎn)型，有關(guān)玻璃基板的概念創(chuàng)新已經(jīng)完成，全球進(jìn)入了一個(gè)可行的商業(yè)化生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)。本文將繼續(xù)匯報(bào)先進(jìn)封裝與基板公司技術(shù)服務(wù)方案。

高密度的玻璃基板Chiplet方案?

隨著業(yè)界不斷突破摩爾定律的極限，Chiplet設(shè)計(jì)和異構(gòu)集成的重要性將與日俱增，國內(nèi)大板級扇出量產(chǎn)的先行者廣東佛智芯微電子已用在國內(nèi)和先進(jìn)的終端用戶，在玻璃基Chiplet 方面積累了4年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。目前開發(fā)了12層結(jié)構(gòu)的700μm厚的玻璃基板Chiplet（5+2+5） ，玻璃是用到德國肖特AF32，ABF材料用的是國產(chǎn)生益科技SIF01,L/S 為15/15 μm，封裝尺寸50*50 mm。未來封裝多顆主芯片組成Chiplet將為未來AI芯片提供更高的算力。

佛智芯璃微孔加工和金屬化技術(shù)、板級高深寬比銅柱工藝、板級翹曲控制及芯片偏移校正等多項(xiàng)指標(biāo)領(lǐng)跑全球。如在TGV技術(shù)方向上，最小孔徑為1微米，深徑比可達(dá)150:1，可在510x515玻璃面板上實(shí)現(xiàn)20-30萬個(gè)孔，公司建有國內(nèi)第一條自主產(chǎn)權(quán)i-FOSA?的寬幅615mmx625mm大板級扇出型封裝量產(chǎn)線，未來3年應(yīng)運(yùn)玻璃基Chiplet方案適用于高密度FCBGA封裝和人工智能。

越摩先進(jìn)半導(dǎo)體結(jié)合行業(yè)領(lǐng)先的多物理場仿真設(shè)計(jì)能力，對人工智能、智能座艙、xPU等產(chǎn)品提供高密度、高性能、 高可靠性的玻璃基先進(jìn)封裝解決方案。對比傳統(tǒng)有機(jī)基板方案，越摩先進(jìn)的玻璃基方案可實(shí)現(xiàn)綜合面積縮減40%，基板厚度縮減50%，電源完整性提升30%以上等特性，同時(shí)產(chǎn)品散熱及可靠 性均有明顯改善。在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中，越摩先進(jìn)半導(dǎo)體不斷突破技術(shù)邊界，還推出玻璃基板+TGV interposer的先進(jìn)封裝解決方案，進(jìn)一步推動產(chǎn)品性能的飛躍。

原本單芯片需要45×45mm尺寸的有機(jī)基板，使用越摩先進(jìn)玻璃基板封裝方案后4顆芯片僅需70×70mm的玻璃基板實(shí)現(xiàn)封裝集成，且基板厚度還可縮減50%。目前越摩先進(jìn)已建立了一條TGV玻璃中試線，用于Chiplet的玻璃基TGV interposer已送樣。

面對Absolics的來勢洶洶，日本DNP半導(dǎo)體封裝用玻璃基板量產(chǎn)目標(biāo)原定于2027年，現(xiàn)在恐將提前到2026下半年。從2023年開始，DNP就將玻璃基板作為研發(fā)重點(diǎn)。目前精細(xì)TGV的GCS 高縱橫比已從最初的9:1提升至20:1，未來（2025/2016）細(xì)間距從10/5um進(jìn)步到2/1.5um，布線層數(shù)提升到18/20層。目前DNP在標(biāo)準(zhǔn)的510×515mm面板尺寸上，玻璃芯板的粘合性和防碎性增強(qiáng)，剛性和平整度提升。

除此，DNP微加工技術(shù)、精密涂布技術(shù)等自主研發(fā)的核心技術(shù)，生產(chǎn)用于制作半導(dǎo)體微細(xì)線路圖案的母版光罩，為先進(jìn)半導(dǎo)體玻璃基板封裝提供了必要支持。面向共封裝光學(xué)器件，DNP聚合物光波導(dǎo)玻璃布線基板可滿足下一代數(shù)據(jù)中心，節(jié)省電力和高性能。該基板具有用于安裝光學(xué)設(shè)備的光波導(dǎo)，可應(yīng)用于共封裝光學(xué)器件。

需要面對多芯粒、大面積、高密度及高頻高速的挑戰(zhàn)，武漢新創(chuàng)元以玻璃基板為切入口，整合了離子注入鍍膜、精細(xì)光刻、加成法等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)膜層更薄，結(jié)合力更強(qiáng)，從根本上解決了玻璃與多種材料光滑表面結(jié)合力的難題。新創(chuàng)元堆疊玻璃層數(shù)在4/6層以上，玻璃基板精細(xì)線路在15/10微米，且干掉了Interposer，結(jié)合玻璃低損耗特性及光滑的銅表面，可以獲得更簡潔的信號路由和傳輸，提高芯片的整體效率；玻璃基板還將使光學(xué)器件的協(xié)同封裝(CPO)更容易實(shí)現(xiàn)，使得玻璃璃載板技術(shù)更適宜Chiplet及SiP先進(jìn)封裝的應(yīng)用。目前新創(chuàng)元半導(dǎo)體針對玻璃基板等IC載板的總投資有60億，一期建筑面積61000平米，一期規(guī)劃產(chǎn)能為年產(chǎn)IC載板36萬平米。

群創(chuàng)是臺廠中在玻璃面板級扇出型封裝技術(shù)上傲人戰(zhàn)績的老手，隨著國際大廠上門合作，使產(chǎn)能暴增。群創(chuàng)以業(yè)界最大尺寸3.5代線面板級扇出型封裝玻璃基面向中高階半導(dǎo)體封裝線寬/線距為15μm至10μm，疊層6/12以上，大板尺寸達(dá)700x700mm,可容納約7個(gè)12吋晶圓，封裝速度為7倍，利用率高達(dá)95%。

群創(chuàng)內(nèi)部已定調(diào)，2024年是該公司跨足半導(dǎo)體先進(jìn)封裝量產(chǎn)元年。群創(chuàng)面板級扇出型封裝業(yè)務(wù)拿下兩大歐洲整合元件大廠訂單，一期產(chǎn)能月產(chǎn)1.5萬片已被訂光，將于今年第3季開始出貨。今年并將準(zhǔn)備啟動第二期擴(kuò)產(chǎn)，以利后續(xù)承接更多訂單。同時(shí)，擬將旗下臺南四廠（5.5代LCD面板廠）投入AI相關(guān)的半導(dǎo)體領(lǐng)域，鎖定后段封裝應(yīng)用。群創(chuàng)通過面板級扇出型封裝訂單客戶被曝光的不只有英特爾、恩智浦、以及全球三大存儲龍頭。

欣興電子將也要爭做率先量產(chǎn)玻璃基板的臺商。公司計(jì)劃到2025年底進(jìn)行工程樣品驗(yàn)證，2026年在產(chǎn)線裝機(jī)，2027/2028推進(jìn)大規(guī)模量產(chǎn)，并為AI巨頭導(dǎo)入。制作RDL基板的玻璃基底上下可疊層8/12層，通孔直徑15μm至5μm，微細(xì)間距10μm到5μm。欣興電子研究玻璃基板已超過6年，基于佐治亞理工學(xué)院封裝研究中心(GT PRC)玻璃基板技術(shù)支持，與其高密度混合載板打包應(yīng)用于先進(jìn)封裝。

面向未來AI算力的2.5D/3D 封裝，連接技術(shù)公司Samtec啟用了硼硅酸鹽玻璃和熔融石英基板，厚度從最初的260μm壓縮到200μm以下，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)包括玻璃通孔 (TGVs)、重布線層 (RDL)、以及微通道和通孔，通過獨(dú)特的薄膜方法與 TGV 接口。玻璃晶圓上實(shí)現(xiàn)10:1至15:1的熱導(dǎo)通孔，可疊加4/6層重布線層、銅與PI厚度可低至1微米，在玻璃基板級和晶圓級封裝可根據(jù)任何封裝集成需求進(jìn)行構(gòu)建方案,與傳統(tǒng)的硅基中介層相比，這可以實(shí)現(xiàn)芯片和封裝互連的低損耗扇出，并降低成本。Samtec基于玻璃技術(shù)的高性能計(jì)算微系統(tǒng)，同時(shí)加上公司電纜系統(tǒng)為超級計(jì)算機(jī)芯片和電路板獲取大量傳輸線，以協(xié)助協(xié)助完成CPU數(shù)萬個(gè)節(jié)點(diǎn)高度復(fù)雜的任務(wù)，而不會出現(xiàn)信號衰減或延遲。

合肥中科島晶主要從事TGV 技術(shù)開展半導(dǎo)體芯片 3D 封裝（WLP晶圓級封裝、玻璃基三維轉(zhuǎn)接板），針對玻璃晶圓的高絕緣性、低介電常數(shù)、高精度的特性，系統(tǒng)開展玻璃基異質(zhì)異構(gòu)集成混合工藝的開發(fā)。目前，公司開發(fā)了面向玻璃晶圓精密加工的激光誘導(dǎo)刻蝕、噴砂等多種工藝，實(shí)現(xiàn)了玻璃漏斗孔、垂直孔、盲孔的均一性制作，以及微孔金屬填充，建立了玻璃基加工、表面金屬化、晶圓鍵合、劃片等完善封測工藝線。在實(shí)際應(yīng)用中，合肥中科島晶完成了高精度諧振器、壓力傳感器、濾波器、氣體傳感器等封測。同時(shí)，合肥中科島晶將持續(xù)深入開展圍繞TGV技術(shù)的混合封測工藝開發(fā)，以應(yīng)用于高速電信號傳輸、高密度集成的Chiplet AI芯片的微系統(tǒng)封裝。

Nanosystems 是一家日本的半導(dǎo)體制造公司，其TGV技術(shù)為300mm玻璃晶圓和510×510mm的玻璃面板提供了2.5D方案。20:1的高縱橫比可支持AI芯片高密度互連，提供5-10μm的孔徑，支持打孔/制造盲孔所需要的基板厚度可薄至50-100μm。還可以銅填充和金屬化服務(wù)，該工藝從在通孔內(nèi)沉積鈦/銅（Ti/Cu）籽晶層開始，允許保形涂層或完整、無空隙的過孔填充。其他服務(wù)有使用濕法蝕刻或化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行玻璃減薄、使用化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行光學(xué)級拋光、硅晶片陽極鍵合、薄膜金屬化等。

MEMS 半導(dǎo)體晶圓制造商Plan Optik擁有厚度從100/250μm起步晶圓級封裝的玻璃晶圓（石英、無堿玻璃和玻璃硅復(fù)合材料）以及為晶圓片通孔、腔體、溝槽/通道和任何圖案化和鍍銅中介層。目前與4JET microtech公司合作開發(fā)了一條高生產(chǎn)率的玻璃通孔（TGV）金屬化制造工藝線。最新的技術(shù)部署將升級先進(jìn)連接技術(shù) (ACT)，這是用于創(chuàng)建或改進(jìn)用于 AI芯片、2.5D / 3D集成5G 或其他連接和高頻應(yīng)用的產(chǎn)品的面向面板級Cu-Interposer技術(shù)，最小孔徑2μm，銅層厚度從1 微米起，除了服務(wù)于現(xiàn)有的Osram、Infineon、Motorola、Bosch等客戶外，也可能瞄準(zhǔn)Samsung和Intel未來的高算力芯片。

Rapidus看中了玻璃的便宜、尺寸穩(wěn)定性，以及支持更大面積和更精細(xì)圖案的能力，已2024財(cái)年獲得日本政府高達(dá)535億日元的支持，用于開發(fā)小芯片集成2.5/3D集成技術(shù)，直接將技術(shù)過渡到大面板基板進(jìn)行小芯片集成，目前在歲工廠進(jìn)行批量生產(chǎn)。Rapidus 計(jì)劃于 2027 年開始合同生產(chǎn)2nm代邏輯半導(dǎo)體，或?qū)?dǎo)入更先進(jìn)的玻璃基板。

Mosaic Microsystems是一家微電子和光子封裝公司，獲得了美國國防部國防商業(yè)加速器微電子挑戰(zhàn)賽的100萬美元投資。該公司可在200μm厚的玻璃上制作具有多層互連的薄玻璃原型，以及連接玻璃前后的銅填充玻璃通孔。標(biāo)準(zhǔn)玻璃包括無堿玻璃和 CTE 匹配的硅以及高純度熔融石英，通孔直徑15-30μm，精細(xì)線路為15/15，該公司計(jì)劃迅速將這些產(chǎn)品投入國防和商業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)。

深光谷科技是新晉的高密度光電集成和光通信技術(shù)解決方案供應(yīng)商，聯(lián)合開發(fā)了晶圓級TGV光電interposer工藝，實(shí)現(xiàn)了8英寸晶圓級TGV interposer加工，實(shí)測帶寬達(dá)到110GHz，可以面向2.5D和3D光電集成封裝應(yīng)用，為VCSEL、DML、EML、硅光、鈮酸鋰等技術(shù)路線的光模塊產(chǎn)品提供低成本的光電共封裝（CPO）解決方案。目前可做到4層重布線（RDL）工藝，通孔深寬比10:1，玻璃基板厚度230um，支持電芯片F(xiàn)lipchip封裝，支持EML/SOA/硅光/鈮酸鋰等光芯片植球倒裝。

FICT是富士通的 PCB 業(yè)務(wù)部門，如今獨(dú)立為一家高可靠、高性能大型半導(dǎo)體封裝基板廠。專為用于Al/HPC 開發(fā)了下一代基板技術(shù)——玻璃全層Z-連接結(jié)構(gòu)(G-ALCS)核心與積層用于Chiplet集成架構(gòu)擁有Chiplet集成架構(gòu)的構(gòu)建層，面向商用采用樹脂層緩沖玻璃夾層具備同等有機(jī)高密度封裝基板具有更好的機(jī)械可靠性，可將100μm到300μm厚的4層玻璃芯（多層導(dǎo)電漿料玻璃芯層）疊層到基板內(nèi)，該技術(shù)除了解決劃片（切割）過程中的開裂問題，在chiplet集成方面也具有優(yōu)勢，因?yàn)樗种屏烁邷叵碌穆N曲量和熱膨脹系數(shù)。另外研發(fā)有8/12層玻璃基板Chiplet方案。

邁科三疊紀(jì)團(tuán)隊(duì)聚焦玻璃基三維集成基板、3D玻璃及Chiplet三維集成等先進(jìn)封裝領(lǐng)域解決方案，提出了TGV的第三代TGV技術(shù)（TGV3.0）掌握了基于可光刻玻璃的高密度通孔形成技術(shù)，研制出最小孔徑為5μm、最大深徑比可達(dá)50:1-80:1、最大通孔密度為25萬c㎡的超細(xì)孔徑玻璃通孔基板，每平方厘米約100萬孔超高密度垂直互聯(lián)，最小孔徑將至6-7微米，通孔實(shí)心銅填充技術(shù)，通孔良率超99.9%，可實(shí)現(xiàn)玻璃基板的三維堆疊。2024年底最小孔徑將突破1-2微米，表面布線可達(dá)4/8層，聯(lián)通高密度的玻璃封裝轉(zhuǎn)接板為AI Chiplet算力芯片打下前沿技術(shù)積累。

三疊紀(jì)目前已投資5000萬建立了年產(chǎn)7萬片的晶圓級中試產(chǎn)線，為客戶小批量三維集成產(chǎn)品。后續(xù)將通過Pre-A輪融資建設(shè)一條TGV板級封裝試驗(yàn)線，計(jì)劃產(chǎn)能20000 Pcs/年，以滿足客戶對大尺寸、低成本TGV產(chǎn)品的需求。已和德國SCHOTT、水晶光電、錦藝新材等各行業(yè)龍頭企業(yè)簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。

湖北通格微以自主研發(fā)的TGV技術(shù)為基礎(chǔ)，通過疊加沃格集團(tuán)所擁有的玻璃基薄化、雙面多層鍍銅線路堆疊、絕緣膜材以及巨量通孔等先進(jìn)工藝和材料開發(fā)技術(shù)能力，聚焦玻璃基在半導(dǎo)體先進(jìn)封裝載板（Chiplet/CPO光電共封裝），6G通訊射頻天線以及新一代半導(dǎo)體顯示等領(lǐng)域的量產(chǎn)化應(yīng)用。技術(shù)方面，通格微玻璃基TGV載板規(guī)劃單邊尺寸預(yù)計(jì)510X515mm，線寬線距10μm-8μm，最小通孔直徑可至15/10μm，深徑比20/15:1，疊加4層以上銅線路載板。

沃格光電投建的通格微芯片板級封裝載板項(xiàng)目總投資金額預(yù)計(jì)為12.16億元，其中一期投入人民幣5億元。目前新建廠房69,120平方米，用以構(gòu)建玻璃基芯片板級封裝載板自動化生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)今年下半年進(jìn)入產(chǎn)能投放階段。同時(shí)公司位于松山湖研究院TGV玻璃載板中試量產(chǎn)線已具備量產(chǎn)能力，該部分產(chǎn)能主要用于客戶部分產(chǎn)品小批量供貨和新產(chǎn)品驗(yàn)證合作開發(fā)。

藍(lán)特光學(xué)提供半導(dǎo)體應(yīng)用類產(chǎn)品主要包括高精度玻璃晶圓,玻璃通孔（TGV）和光刻晶圓，可用于半導(dǎo)體襯底和3D晶圓級芯片封裝等領(lǐng)域。最大深徑比可達(dá)15:1，最小孔徑10μm，可以金屬鍍層目前產(chǎn)品已大批量應(yīng)用到半導(dǎo)體和消費(fèi)類電子等領(lǐng)域。

華進(jìn)半導(dǎo)體IPD技術(shù)為無源微信通而量身打造，通過玻璃+硅基進(jìn)行了無源器件的設(shè)計(jì)仿真和流片工藝開發(fā)。

據(jù)未來半導(dǎo)體調(diào)研，國內(nèi)擁有ABF載板能力的大廠都有涉足玻璃基板的研發(fā)部署。興森科技公司已啟動玻璃基板研發(fā)項(xiàng)目并有序推進(jìn)中，目前處于技術(shù)儲備階段，主要集中于工藝能力研究和設(shè)備評估方面進(jìn)行開發(fā)。越亞半導(dǎo)體、安捷利美維等玻璃基與有機(jī)基板的融合方案，防止玻璃禍不單行。

后續(xù)我們整理工具和供應(yīng)能力，包括處理設(shè)備和材料供應(yīng)商以及基板測試和組裝的方法，在下一篇文章中推出。