芯耀
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作者：方圓
一塊厚度不足毫米的玻璃板，正引發(fā)英特爾、三星和臺積電之間一場靜悄悄的競賽。
在這場激烈的AI 芯片 “封裝競賽” 賽道上，三星正有條不紊地推進其玻璃中介層戰(zhàn)略布局。近日有消息稱，三星電子擬定于2028 年前實現(xiàn)玻璃中介層的正式應用，用以替換當下的硅中介層技術。
值得關注的是，即便玻璃中介層已成為行業(yè)探索的新方向，三星的發(fā)展路線卻獨樹一幟。不同于業(yè)內廣泛采用510x515 毫米規(guī)格大尺寸玻璃面板的做法，三星另辟蹊徑，著力開發(fā)尺寸小于 100x100 毫米的小尺寸面板。此舉旨在加快原型驗證進程，從而在市場競爭中拔得頭籌。盡管小尺寸面板存在降低制造效率的潛在問題，但行業(yè)分析人士普遍認為，這將有助于三星更快地將相關技術推向市場。
?01為什么是玻璃？
長期以來，硅基材料憑借其優(yōu)異的導電性和成熟的工藝體系，穩(wěn)居芯片制造的核心地位。然而，隨著高性能計算（HPC）、人工智能（AI）和5G技術的爆發(fā)式需求，傳統(tǒng)硅基材料的物理極限逐漸顯現(xiàn)——散熱瓶頸、信號延遲和成本壓力成為制約芯片性能提升的關鍵障礙。在此背景下，玻璃基板技術以其獨特的物理化學特性，成為半導體封裝領域的突破方向。
玻璃具有卓越的尺寸穩(wěn)定性，能夠支撐更大面積、更精細的圖案。它的熱膨脹系數(shù)與硅相同，而且極其平整穩(wěn)定。
此外，玻璃最吸引人的特性之一是其低介電常數(shù)，這最大限度地減少了信號傳播延遲和相鄰互連之間的串擾，這對于高速電子設備至關重要。它還能降低互連之間的電容，從而實現(xiàn)更快的信號傳輸并提高整體性能。在數(shù)據(jù)中心、電信和高性能計算等速度至關重要的應用中，使用玻璃基板可以顯著提高系統(tǒng)效率和數(shù)據(jù)吞吐量。
低介電常數(shù)還能實現(xiàn)更好的阻抗控制，確保整個電路的信號完整性。這在射頻應用中尤其具有吸引力，因為阻抗匹配對于最大化功率傳輸和最小化信號損耗至關重要。玻璃基板通過在整個基板表面提供一致的電氣特性，有助于設計和制造可靠性和性能更高的高頻電路。
玻璃基板的另一個關鍵優(yōu)勢是卓越的熱穩(wěn)定性，這對于在波動的溫度條件下維持設備性能至關重要。與在熱應力下可能變形或分層的覆銅板不同，玻璃基板在較寬的溫度范圍內尺寸變化極小。在熱管理至關重要的應用中，例如汽車電子、航空航天系統(tǒng)和工業(yè)控制，玻璃能夠承受熱循環(huán)并在應力下保持尺寸完整性，有助于防止電氣短路、斷路或其他通常與溫度引起的機械應變相關的可靠性問題。
02誰選擇了玻璃？
玻璃基板的介電常數(shù)低這一特性使其在先進封裝（如Chiplet、2.5D/3D封裝）中展現(xiàn)出替代傳統(tǒng)有機基板的潛力。以臺積電、英特爾為代表的頭部企業(yè)已開始布局玻璃基板研發(fā)，而康寧等材料巨頭則通過優(yōu)化玻璃配方進一步降低生產成本。
臺積電的玻璃基板布局緊密圍繞其先進封裝技術路線展開。臺積電近年來在玻璃基板領域的布局加速推進，將其視為延續(xù)先進封裝技術優(yōu)勢的關鍵戰(zhàn)略方向。2024年9月，臺積電宣布將大力開發(fā)扇出型面板級封裝（FOPLP）技術，并明確將玻璃基板作為核心材料，計劃于2025年為英偉達生產首批基于玻璃基板的芯片。這一技術通過玻璃基板的高平整度和低熱膨脹系數(shù)（CTE），解決了傳統(tǒng)有機基板（如ABF載板）在高密度封裝中的翹曲問題，同時支持更高的互連密度和信號傳輸效率。
在技術路徑上，臺積電聚焦玻璃芯扇出（Glass Core Fan-Out）和TGV（玻璃通孔）工藝的研發(fā)。根據(jù)中國臺灣玻璃基板供應鏈的規(guī)劃，相關技術路線已明確：2025年采用Chip-First方法，2026年過渡到更先進的RDL-First工藝，并計劃于2027年量產復雜的TGV工藝，與臺積電的需求高度同步。此外，臺積電還通過優(yōu)化玻璃基板的深寬比設計（如2027年目標實現(xiàn)20:1的深寬比），進一步提升封裝性能。
英特爾的策略更偏向長期技術儲備與產業(yè)鏈垂直整合。其在玻璃基板領域的布局始于約十年前，通過持續(xù)研發(fā)投入，目前已取得多項關鍵技術突破。2023年9月，英特爾宣布推出業(yè)界首個用于下一代先進封裝的玻璃基板技術，該技術通過實心玻璃芯取代傳統(tǒng)層壓板中的編織玻璃芯，顯著提升了尺寸穩(wěn)定性、通孔密度和信號傳輸速度。據(jù)英特爾稱，這一創(chuàng)新可使芯片上裸片的放置數(shù)量增加50%，從而提升多芯片系統(tǒng)級封裝（SiP）的密度和性能。
為支撐這一技術路線，英特爾在過去十年間已投入約10億美元，在美國亞利桑那州建立了專門的玻璃基板研發(fā)線和供應鏈，并計劃于2026至2030年間推出完整的玻璃基板解決方案。該技術的核心優(yōu)勢在于其優(yōu)異的熱膨脹系數(shù)（CTE）匹配性和平整度，能夠將圖案變形減少50%，同時支持更高溫度下的穩(wěn)定加工，為光刻焦深優(yōu)化和層間互連覆蓋提供保障。
目前，英特爾正將玻璃基板技術與共同封裝光學元件（CPO）結合，瞄準AI芯片和高性能計算（HPC）領域，預計相關產品將在2024年底前進入生產階段。這一戰(zhàn)略被視為英特爾延續(xù)摩爾定律、鞏固先進封裝技術話語權的重要舉措，同時也推動了整個半導體行業(yè)對玻璃基板替代傳統(tǒng)有機基板（如ABF載板）的探索熱潮。未來在AI芯片和異構計算領域的競爭奠定基礎。
?03三星，以小博大
盡管業(yè)界正開始探索用于中介層的玻璃基板，但三星卻采取了獨特的策略。該公司并未采用510x515 毫米的大尺寸玻璃面板，而是開發(fā)了尺寸小于 100x100 毫米的更小單元，以加速原型設計。報告強調，盡管尺寸縮小可能會影響制造效率，但預計可以加快產品進入市場的速度。
三星在玻璃基板領域的布局呈現(xiàn)多維度推進態(tài)勢，其技術路線與商業(yè)化時間表逐漸清晰。近期，三星設備解決方案（DS）部門將要開發(fā)的下一代玻璃基板封裝材料——“玻璃中介層”（Glass Interposer），目標是替代成本高昂的傳統(tǒng)有機塑料封裝基板并提升性能，計劃于2027年實現(xiàn)量產。這一項目已與美國材料巨頭康寧展開合作，部分生產環(huán)節(jié)或將外包以加速技術落地。與此同時，三星正聯(lián)合多家材料、零部件及設備領域的中小企業(yè)（SME），圍繞半導體玻璃基板的商業(yè)化展開聯(lián)合攻關，進一步強化其在先進封裝領域的生態(tài)整合能力。
從時間線看，三星的玻璃基板戰(zhàn)略分為短期與長期兩步走：短期聚焦先進封裝應用，長期則瞄準半導體制造環(huán)節(jié)。值得注意的是，三星在CES 2025上發(fā)布的玻璃基MicroLED大屏，已展示了玻璃基板在封裝尺寸優(yōu)化和成本控制上的潛力——大規(guī)格矩形玻璃載體可容納更多芯片，從而提升先進封裝的生產效率。
此外，三星正與韓國本土競爭對手LG、SK展開激烈角逐，三方均試圖在芯片制造玻璃基板領域搶占先機。這一技術被視為大幅提升芯片性能的下一代解決方案，而三星憑借其半導體業(yè)務的深厚積累，有望在材料研發(fā)、工藝適配及產業(yè)鏈協(xié)同方面形成差異化優(yōu)勢。
目前，三星正準備在其天安園區(qū)使用玻璃中介層封裝半導體，組件由外部供應商提供。據(jù)報道，該公司計劃利用其現(xiàn)有的面板級封裝(PLP) 生產線來實現(xiàn)這一目標。PLP被認為特別適合玻璃基板，與依賴圓形晶圓的傳統(tǒng)晶圓級封裝（WLP）相比，其生產率更高。etnews指出，通過使用方形面板，PLP有望提高效率。
?04商業(yè)化臨界點
盡管玻璃基板的市場需求快速增長，但其商業(yè)化進程仍面臨多重技術瓶頸。
其應用面臨的一大障礙是缺乏統(tǒng)一的玻璃基板尺寸、厚度和特性標準。與遵循精確全球規(guī)格的硅晶圓不同，玻璃基板目前缺乏普遍接受的尺寸和特性。對于致力于生產通用兼容設備的設備制造商，以及尋求在不對工藝進行重大調整的情況下更換基板的半導體工廠而言，標準化的缺陷使其面臨挑戰(zhàn)。
與標準化密切相關的是兼容性問題，這不僅關乎不同批次玻璃基板之間的兼容性，也關乎基板與其所支持的半導體器件之間的兼容性。玻璃獨特的電學和熱學特性必須與半導體器件的電學和熱學特性進行精確匹配。
在成熟的產品上通常不會使用玻璃，它將應用于最先進的應用，并擁有更好的電源解決方案。但這將更難處理。這是它的關鍵問題之一。
隨著半導體行業(yè)向芯片級封裝和3D-IC等先進封裝技術邁進，后端工藝正在發(fā)生顯著的變革。這一轉變涉及傳統(tǒng)上與前端半導體制造相關的方法的采用和調整。
玻璃基板作為新興的封裝基板,TGV技術仍存在很多難點與挑戰(zhàn)。TGV技術是指以硼硅玻璃、石英玻璃等為基材,通過通孔或盲孔成型、種子層濺射、電鍍填充等工藝來實現(xiàn)3D互連的關鍵技術，是玻璃基板應用于先進封裝的關鍵技術。
目前TGV的開發(fā)應用在歐美日成熟度最高，美國玻璃制造商康寧公司多年來一直致力于玻璃解決方案的研究,可提供超大尺寸的玻璃面板,為先進半導體封裝提供帶過孔的精密玻璃。AGC是全球領先的玻璃供應商,可以根據(jù)客戶要求的圖案在薄玻璃基板上制作通孔。LPKF公司研發(fā)的激光誘導深度蝕刻技術是一項在微系統(tǒng)中廣泛應用的新技術,每秒可加工5000個通孔,最小孔徑可達5μm。WOP是全球頂級的飛秒激光微加工供應商之一,在飛秒激光微加工方面可達亞微米級別的精度。其他的如日本江東電氣、TECNISCO等也致力于TGV領域研究,為玻璃基板提供解決方案。
如今，光刻技術在實現(xiàn)小于2μm 的線距方面發(fā)揮著關鍵作用，而這對于采用小芯片和 2.5D/3D IC 封裝至關重要。但這些更精細的尺寸也要求材料能夠承受更嚴格的加工條件，同時保持結構和功能的完整性，目前面臨的最大挑戰(zhàn)是如何最大限度地利用光刻工具。
由于封裝對基板尺寸的限制減少，并且能夠使用更大尺寸、數(shù)值孔徑更低的透鏡，封裝供應商正在轉向扇出型面板級封裝(FOPLP)，以便在每塊面板上處理更多封裝，從而降低成本。據(jù)估計，與圓形 300 毫米晶圓扇出型相比，面板成本可降低 30% 至 40%。、
