玻璃基板賽道火熱，誰(shuí)在下注？

「玻璃基板何時(shí)可以取代 PCB 板？」

這是半導體行業(yè)中許多異構集成人士都在問(wèn)的問(wèn)題。不幸的是，答案并不簡(jiǎn)單。

當國際投行大摩消息稱(chēng)，英偉達 GB200 采用的先進(jìn)封裝工藝將使用玻璃基板時(shí)，不止半導體業(yè)內人士，所有人都開(kāi)始提出了這個(gè)問(wèn)題。

一時(shí)間玻璃基板，成為聚光燈下的矚目角色。國內方面，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(gè)問(wèn)題之前，我們先回顧一下基板演變史。換句話(huà)說(shuō)，我們是如何走到玻璃基板成為討論話(huà)題的地步的？

什么是玻璃基板？

基板的需求始于早期的大規模集成芯片，隨著(zhù)晶體管數量增加，需要將它們連接到更多的引腳上。封裝基板在芯片制造過(guò)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(shuō)是芯片封裝的載體。

先進(jìn)封裝基板占封裝總材料成本的比例超過(guò)了 70%，可以看出其重要性。

如果我們把時(shí)間線(xiàn)拉長(cháng)，會(huì )發(fā)現基板材料一直在變化，從最早期的使用引線(xiàn)框架或金屬，到 2000 年左右開(kāi)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(lèi)似 PCB 的材料與玻璃編織層壓板層壓而成，允許相當多的信號通過(guò)芯片，包括基本的芯片設計，如英特爾的移動(dòng)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(gè)大熱點(diǎn)。在當時(shí)還不太現實(shí)，但現在無(wú)可否認很多公司都開(kāi)始相信玻璃會(huì )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(guò)去十年中，超高密度互連接口的興起，開(kāi)始出現硅中介層（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)。但成本相當高，而且無(wú)法完全解決有機基板的缺點(diǎn)。

玻璃基板的優(yōu)點(diǎn)非常突出：

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

第二，相較于傳統的塑膠基板，玻璃基板更加平坦，這使得封裝和光刻變得更容易。數據上看，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(jìn)而確保半導體制造更加精密和準確。

第三，由于這些獨特的特性，玻璃基板可實(shí)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(diǎn)解決了當前先進(jìn)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，在半導體行業(yè)正在轉向小芯片（Chiplet）技術(shù)，即將多個(gè)芯片集成到一個(gè)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(jiǎn)單來(lái)講，玻璃基板就是用玻璃代替有機 PCB 類(lèi)材料。當然，這并不意味著(zhù)用玻璃代替整個(gè)基板，而是基板核心的材料將由玻璃制成。同時(shí)，金屬再分布層 (RDL) 仍將存在于芯片的兩側，為各種焊盤(pán)和焊點(diǎn)之間提供實(shí)際通路。

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(chēng)英偉達 GB200 采用的先進(jìn)封裝工藝或將使用玻璃基板。這就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，玻璃基板可以量產(chǎn)了嗎？

尋找這個(gè)問(wèn)題的答案很簡(jiǎn)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(gè)領(lǐng)域中，研究最早的企業(yè)是英特爾，大概在十年前就開(kāi)始布局。目前已經(jīng)在亞利桑那州錢(qián)德勒的一家工廠(chǎng)（生產(chǎn) EMIB 的工廠(chǎng)）建立了一條玻璃基板完全集成的研發(fā)生產(chǎn)線(xiàn)。前后關(guān)于玻璃基板的研發(fā)投資超過(guò)了 10 億美元。

英特爾裝配和測試技術(shù)開(kāi)發(fā)工廠(chǎng)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(shuō)到：有望在本十年后半段向市場(chǎng)提供完整的玻璃基板解決方案，使該行業(yè)能夠在 2030 年之后繼續推進(jìn)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(wú)法量產(chǎn)。

記者在查閱大摩報告中，文中也并未提及 GB200 會(huì )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(huì )」。也就是說(shuō)，這并不意味著(zhù)半導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關(guān)于玻璃基板技術(shù)的布局情況。

股價(jià)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有機聚合物載板進(jìn)行半導體芯片封裝，屬于半導體芯片封裝領(lǐng)域的應用，公司的新型 PM 驅動(dòng)玻璃基封裝技術(shù)主要用于 Micro LED 顯示面板封裝，不能用于半導體芯片封裝。

沃格光電表示：「近日，據相關(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(yíng)業(yè)收入，請投資者理性投資，注意概念炒作風(fēng)險?！?/span>

作為封裝基板龍頭供應商深南電路表示，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(shí)際上，目前國內的玻璃基板更多的是指應用于 Mini/Micro LED 上，而不是半導體集成電路芯片封裝領(lǐng)域。

玻璃基板，誰(shuí)在布局？

面板形式的玻璃基板

盡管?chē)鴥鹊摹复瞬ＡЩ濉?，非英特爾所指的「彼玻璃基板」，但不可否認的是，在半導體領(lǐng)域玻璃基板的確是下一代基板的候選者。

根據 MarketsandMarkets 最近的研究，全球玻璃基板市場(chǎng)預計將從 2023 年的 71 億美元增長(cháng)到 2028 年的 84 億美元，2023 年至 2028 年的復合年增長(cháng)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(chǎng)公開(kāi)表示入局玻璃基板封裝。

在美國通過(guò)的《芯片法案》中，宣布資助半導體玻璃封裝的研發(fā)和生產(chǎn)。并且已經(jīng)出資 7500 萬(wàn)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、數據中心、AI 等提供高性能/低功耗/外形尺寸等差異化價(jià)值。應用材料公司也已向 Absolics 投資約 4000 萬(wàn)美元。

三星自然無(wú)法眼睜睜看著(zhù)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），三星電子預計將專(zhuān)注于半導體和基板的集成，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(shí)間內開(kāi)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(kāi)發(fā)用于芯片封裝的玻璃基板。其總經(jīng)理 Jaeman Park 認為，玻璃很可能成為未來(lái)半導體封裝基板的主要成分。

同時(shí)，據市場(chǎng)消息，蘋(píng)果正積極與多家供應商商討將玻璃基板技術(shù)應用于芯片開(kāi)發(fā)，以提供更好散熱性能，使芯片在更長(cháng)時(shí)間內保持峰值性能。

日本方面也在開(kāi)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(kāi)發(fā) TGV 玻璃核心基板。報道里稱(chēng)，該基板用玻璃基板取代了 FC-BGA 等傳統樹(shù)脂基板，提供了比基于現有技術(shù)的半導體封裝性能更高的半導體封裝。

DNP 提出了在 2027 年大規模量產(chǎn) TGV 玻璃芯基板的目標。DNP 預計英特爾等公司將采用該技術(shù)，并估計到 2030 財年，用于半導體封裝的基板產(chǎn)生的收入可能達到 300 億日元（2 億美元）。

存在很多挑戰

目前玻璃基板還存在很多問(wèn)題沒(méi)有解決。

英特爾基板 TD 模塊工程研究員兼總監 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(shí)現這種功能，但它也帶來(lái)了非常具有挑戰性的集成和接口工程問(wèn)題，我們必須解決這些問(wèn)題?！?/span>

這些種種挑戰，諸如玻璃基板的易碎性、與金屬缺乏粘合性以及難以實(shí)現均勻的通孔填充。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(gè)需要解決的問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，依靠反射率來(lái)測量距離和深度的光學(xué)計量系統必須適應玻璃的半透明度，這可能會(huì )導致信號失真或丟失，從而影響測量精度。

此外，玻璃基板的普及中缺乏可靠性數據也是一個(gè)絆腳石。玻璃基板是半導體封裝領(lǐng)域的新進(jìn)入者，與 FR4、聚酰亞胺或味之素積層膜 (ABF) 等傳統材料相比，長(cháng)期可靠性信息相對匱乏，需要數十年的數據來(lái)建立標準、性能指標和預期壽命。

玻璃基板的可靠性數據涵蓋多種因素，包括機械強度、耐熱循環(huán)性、吸濕性、介電擊穿和應力引起的分層。這些特性中的每一個(gè)都會(huì )對最終產(chǎn)品的性能產(chǎn)生深遠影響，尤其是在極端或多變的條件下。

總體來(lái)看，玻璃基板封裝確實(shí)已是公認的「下一代技術(shù)」，但目前用于半導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(shí)會(huì )開(kāi)始真正占領(lǐng)市場(chǎng)、會(huì )否取代有機基板、產(chǎn)業(yè)鏈誰(shuí)將出頭都仍是未知。