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作者 | 方文三
目前，顯示產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新技術(shù)持續(xù)涌現(xiàn)，每一代顯示技術(shù)的演進都伴隨著新型玻璃材料的開發(fā)。
隨著顯示技術(shù)的不斷演進，市場對更高分辨率、更大尺寸、更薄型化的顯示屏需求日益增長，新型顯示技術(shù)如OLED、Mini/Micro LED等迅速發(fā)展，應用場景日益豐富。
這些因素對基板玻璃提出了更高標準，進而推動了基板玻璃材料與制程技術(shù)的持續(xù)進步。
AI時代下性能與成本成為助推發(fā)展的力量
CoWoS作為AI芯片關(guān)鍵的封裝方式，臺積電的CoWoS封裝技術(shù)通過在硅中介層上整合多個芯片，實現(xiàn)了高帶寬與低功耗的特性。
然而，CoWoS技術(shù)同樣面臨成本高昂、硅中介層熱管理及電氣性能的挑戰(zhàn)。
玻璃基板以其低功耗和卓越的散熱性能，有望取代硅中介層和載板。
據(jù)韓國KB Securities的分析師預測，到2030年，現(xiàn)行的有機基板將無法滿足采用先進封裝技術(shù)的AI芯片對數(shù)據(jù)吞吐量的高要求。
芯片在運行過程中產(chǎn)生的熱量會導致性能下降，這限制了芯片僅能在短時間內(nèi)保持最高性能，一旦溫度升高，芯片不得不降低運行頻率。
隨著AI芯片對數(shù)據(jù)吞吐量需求的持續(xù)增長，半導體封裝技術(shù)要求晶體管數(shù)量達到極限，同時要求具備更低的能耗、更優(yōu)的性能和更高的散熱效率。
隨著先進制程技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)基板在支撐AI芯片方面已顯得力不從心。
這些基板在提升晶體管密度方面遭遇瓶頸，并且容易發(fā)生收縮變形，同時其功耗可能高達數(shù)千瓦，使得傳統(tǒng)材料基板作為互連材料的局限性日益凸顯。
為應對這一挑戰(zhàn)，玻璃基板作為下一代先進封裝技術(shù)的材料，正成為推動摩爾定律在數(shù)據(jù)為中心的應用中繼續(xù)前行的關(guān)鍵助力，并被視為算力時代先進芯片提供穩(wěn)定基板的首選方案。
玻璃基板的材料優(yōu)勢決定了應用高度
①玻璃基板具備實現(xiàn)更高密度通孔的能力：其芯通孔的間距可降至不足100微米，從而使得芯片間的互連密度增加十倍。
互連密度的顯著提升，使得更多晶體管得以集成，進而支持更為復雜的設計，并且更高效地利用空間。
②玻璃基板的熱膨脹系數(shù)（CTE）與芯片更為匹配：在熱學性能和物理穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色，不易因高溫而產(chǎn)生翹曲或變形。
③玻璃芯的特殊電氣性能，導致其介電損耗更低：在信號傳輸過程中，功率損耗相應減少，芯片整體效率顯著提高，特別適合于高速、先進的數(shù)據(jù)中心、人工智能、圖形處理等高端芯片封裝領(lǐng)域。
④玻璃基板亦可應用于光模塊CPO封裝工藝，以解決CPO中光電信號互連的難題。
盡管在最高端的應用需求上，它可能無法完全取代CoWoS或EMIB技術(shù)，但它卻能提供比現(xiàn)有有機基板更卓越的信號傳輸性能和更密集的布線能力。
這表明，它能夠顯著提升信號傳輸?shù)耐暾?，增強信號的傳播速度和頻率，為高性能計算和人工智能技術(shù)的發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。
⑤它具有極高的表面平整度和低粗糙度，為微型半導體器件的精密制造提供了理想的平臺。
其卓越的透明性和光學特性使其在需要透明窗口或光通信封裝應用中具有獨特的優(yōu)勢。
特別是玻璃基板的可調(diào)折射率，使其能夠在光學領(lǐng)域中精確控制光信號的傳輸，為下一代光電技術(shù)的發(fā)展提供了支持。
⑥玻璃基板在集成能力方面表現(xiàn)尤為突出：根據(jù)研究數(shù)據(jù)表明，玻璃基板能夠在相同面積的封裝中容納多達50%的額外芯片[裸片]。
這意味著，在同等空間內(nèi)，能夠集成更多的晶體管，從而提升芯片的整體性能與功能，為未來技術(shù)的進步提供了巨大的潛力。
全球大廠紛紛計劃引入該項目
今年年初，英偉達公司以GB200為核心，推出了多款創(chuàng)新產(chǎn)品，并宣布其GB200芯片所采用的先進封裝技術(shù)將采用玻璃基板，相關(guān)供應鏈已經(jīng)開始運作，目前正處于設計微調(diào)和測試階段。
近期，AMD公司獲得了一項涉及玻璃基板技術(shù)的專利，這標志著AMD首次明確表達了其對玻璃基板研究領(lǐng)域的積極投入。
AMD計劃在2025年至2026年期間，利用玻璃基板為芯片打造高性能的系統(tǒng)級封裝。
英特爾則宣布，計劃在2026年至2030年期間量產(chǎn)其業(yè)界首款用于下一代先進封裝的玻璃基板。
英特爾在玻璃基板技術(shù)上已投入約十年時間，是最早開發(fā)出玻璃基板解決方案的公司之一。
作為研發(fā)工作的初步成果，英特爾已完成了一組芯片測試試板的組裝，這些芯片在玻璃基板上構(gòu)建了多芯片封裝。
這些芯片使用了三層重布線層（RDL），通孔間距為75微米，產(chǎn)品看起來是英特爾超低功耗移動芯片。
英特爾還計劃向其IFS客戶提供玻璃基板，這將使其在競爭中占據(jù)有利地位，特別是在生產(chǎn)高端、高利潤芯片方面。
三星集團已組建了一個新的跨部門聯(lián)盟，包括三星電子、三星顯示、三星電機等子公司，共同研發(fā)玻璃基板，并推進其商業(yè)化進程。
預計三星電子將掌握半導體與基板結(jié)合的信息，而三星顯示將負責玻璃加工等任務。
三星將玻璃基板視為芯片封裝的未來，并在2024年CES上宣布，今年將建立一條玻璃基板原型生產(chǎn)線，目標是在2025年生產(chǎn)原型，并在2026年實現(xiàn)量產(chǎn)。
韓國SK集團旗下的Absolics投資了六億美元，計劃在喬治亞州科文頓建設一座月產(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進入該領(lǐng)域，并計劃在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。
日本DNP展示了其在半導體封裝方面的新開發(fā)成果——玻璃基板，聲稱可以解決ABF帶來的許多問題，并計劃在2027年量產(chǎn)。
作為全球最大的基板供應商，日本Ibiden也在去年10月宣布，計劃將玻璃基板作為一項新業(yè)務進行研發(fā)。
此外，蘋果公司也在積極探索將玻璃基板技術(shù)應用于芯片封裝。
半導體設備制造商Entegris公司已成功籌集到7700萬美元資金，計劃在科羅拉多州科羅拉多斯普林斯建設一個制造中心，預計該中心將于2025年開始初步商業(yè)運營。
該制造中心初期將專注于液體過濾產(chǎn)品的生產(chǎn)以及半導體晶圓處理用的前開式統(tǒng)一艙（FOUP）的生產(chǎn)。
臺積電已成立專項團隊，致力于研究FOPLP技術(shù)，并對玻璃基板的研發(fā)進行了大規(guī)模投資。
預計該技術(shù)成熟需時約三年，最早將于2026年開始量產(chǎn)。
國內(nèi)產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)能也呈現(xiàn)快速擴張勢頭
在2024年舉辦的BOE IPC會議上，京東方正式對外發(fā)布并展示了其針對半導體封裝領(lǐng)域所研發(fā)的玻璃基滿板級封裝載板。
標志著該公司成為中國大陸首個從顯示面板領(lǐng)域拓展至先進封裝技術(shù)的業(yè)務實體。
在技術(shù)突破方面，國內(nèi)8.5代線的建設速度和效率已可與國際領(lǐng)先企業(yè)相媲美，在中低世代LTPS基板玻璃領(lǐng)域也取得了顯著進展；
在產(chǎn)能提升方面，國內(nèi)玻璃企業(yè)在全國范圍內(nèi)已建成的基板玻璃窯爐數(shù)量超過20座，且有多座G8.5+產(chǎn)業(yè)正在規(guī)劃建設中，產(chǎn)能正在快速擴張。
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2023年底，我國本土企業(yè)已建成的基板玻璃產(chǎn)能約為7850萬平方米，約占全球基板玻璃總產(chǎn)能的十分之一。
此外，我國企業(yè)的產(chǎn)品主要集中在中低世代（G5/G6）基板玻璃，其中大部分僅適用于非晶硅TFT技術(shù)制程，而適合LTPS/LTPO/Oxide等先進制程的基板玻璃產(chǎn)能明顯不足。
三疊紀于今年7月建立了國內(nèi)首條TGV板級封裝線，成為國內(nèi)唯一一家同時擁有玻璃基晶圓和板級封裝線的公司。
該公司的技術(shù)突破了傳統(tǒng)通孔填充深徑比的限制，解決了信號連續(xù)性問題，并成功攻克了TGV工程化的難題。
沃格光電的技術(shù)特點包括玻璃基厚銅技術(shù)和玻璃基微米級巨量通孔技術(shù)。
目前，該公司已具備了玻璃基板級封裝載板的小批量供貨能力，部分產(chǎn)品已經(jīng)通過了客戶的驗證。
預計在今年下半年一期產(chǎn)能達成后，將實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
結(jié)尾：
據(jù)Omdia預測，2024年全球基板玻璃出貨面積將從2023年的6.43億平方米小幅增長至6.62億平方米，增長率為3%，銷售額預計將達到68.5億美元，增長率為4.75%。
預計到2025年，全球基板玻璃銷售額將接近70億美元，這將是繼2021年達到階段性高點之后的又一高峰。
部分資料參考：中國電子報：《基板玻璃：顯示產(chǎn)業(yè)的透明[承重墻]》，半導體產(chǎn)業(yè)縱橫：《玻璃基板，[明日]紅花》，芯流科技評論：《玻璃基板革命：AI算力激增下的新戰(zhàn)場》，東旭集團：《玻璃基板：AI時代的下一次突圍》，電子發(fā)燒友網(wǎng)：《多家大廠計劃導入先進基板技術(shù)，玻璃基板最早2026量產(chǎn)》，天天IC：《巨頭角逐，玻璃基板將成芯片游戲規(guī)則顛覆者？》
