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編者按：當(dāng)玻璃這一“小透明”被應(yīng)用于電子設(shè)備中時(shí)，便成為了無法忽視的存在。在電子玻璃的細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)，有兩類玻璃尤其關(guān)鍵：一類是位于屏幕下方的基板玻璃，另一類則是覆蓋在屏幕之上的玻璃蓋板。從高清到超高清，從平面到曲面，從直板屏到多折疊屏，每一次顯示技術(shù)的飛躍與革新背后，都有玻璃的身影?？梢哉f，這兩類輕薄的玻璃，共同支撐了顯示面板產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。現(xiàn)在，顯示玻璃也在挖掘新發(fā)展之路，通過玻璃基封裝向半導(dǎo)體延伸……《中國電子報(bào)》特別策劃“顯示玻璃系列報(bào)道”，將全面呈現(xiàn)顯示玻璃領(lǐng)域的重大突破、市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)等內(nèi)容，敬請(qǐng)關(guān)注。
在摩爾定律放緩腳步的當(dāng)下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也在尋找提升芯片性能的新路徑。沒想到，這次闖入半導(dǎo)體圈的竟是“玻璃”。
從英特爾率先入局，到三星、英偉達(dá)、AMD、SKC、LG等企業(yè)聞風(fēng)而動(dòng)，以玻璃基板替代有機(jī)基板成為行業(yè)共識(shí)，半導(dǎo)體大廠們爭先恐后、悉數(shù)涌入的同時(shí)，也帶給玻璃基板產(chǎn)業(yè)新的刺激。甚至有聲音指出：“誰先實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體玻璃基板商業(yè)化，誰就是基板行業(yè)游戲規(guī)則的改變者。”玻璃基板產(chǎn)業(yè)未來的全新競(jìng)爭將圍繞半導(dǎo)體封裝展開。
玻璃基板在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的應(yīng)用熱度越來越高，除半導(dǎo)體廠商和玻璃廠商外，也引來一批特別的入局者。據(jù)悉，京東方、三星顯示、群創(chuàng)光電、沃格光電等顯示產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)也出現(xiàn)在該戰(zhàn)場(chǎng)。
挑戰(zhàn)摩爾定律新路徑
芯片上市前主要分為設(shè)計(jì)、制造和封裝測(cè)試三個(gè)過程。簡單的說，芯片設(shè)計(jì)是規(guī)劃芯片功能并畫出電路圖，芯片制造是在晶圓上把電路制造出來。封裝測(cè)試是把從晶圓裁下的裸片和基板封裝成整體，并進(jìn)行測(cè)試。這次故事的主角——玻璃基板芯片設(shè)計(jì)主要是在封裝階段。
眾所周知，摩爾定律已經(jīng)逼近物理極限。而近兩年，人工智能的火爆更加深了應(yīng)用端對(duì)高性能芯片的需求。如今，半導(dǎo)體領(lǐng)域正努力在先進(jìn)封裝上下功夫，以期提升芯片系統(tǒng)的性能。
先進(jìn)封裝技術(shù)難度較大，需要在保護(hù)晶圓的基礎(chǔ)上，控制尺寸、保證散熱、提升芯片和外界數(shù)據(jù)傳輸速度，并控制成本。在這種要求下，工程師們絞盡腦汁想出了各種方法，比如改變封裝的方式，通過TSV（硅通孔）、混合鍵合等技術(shù)，從原來平面的2D封裝演化到2.5D/3D封裝等。而通過改變封裝材料來提高封裝后的芯片性能也是一種選擇。
在芯片發(fā)展過程中，基板材料經(jīng)過了多次演變，包括金屬、陶瓷、有機(jī)物、硅等。如今的支柱基板材料就是有機(jī)材料基板，也就是塑料基板。而現(xiàn)代高性能芯片會(huì)產(chǎn)生大量熱量，對(duì)散熱管理具有更高的要求，而有機(jī)材料基板與晶片的熱膨脹系數(shù)差異過大，在高溫環(huán)境下易出現(xiàn)變形或斷裂等情況。
相比而言，玻璃相較于其他基板材料具有多方面的優(yōu)勢(shì)。
CINNO Research資深分析師王菁在接受《中國電子報(bào)》采訪時(shí)分析說，玻璃基本具備明顯性能優(yōu)勢(shì)。玻璃基板熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠在高溫下保持性能不變，減少機(jī)械應(yīng)力，從而延長芯片的使用壽命。且玻璃基板的平整度高，有利于提高光刻的聚焦深度，從而提升封裝質(zhì)量。另外，在生產(chǎn)工藝方面，玻璃基板可以通過TGV技術(shù)（玻璃通孔技術(shù)）實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的線路加工，提高布線密度，以實(shí)現(xiàn)更薄的線路和更低的介電損耗，從而提升信號(hào)傳輸速度和功率效率。還有，玻璃基板擁有成本效益優(yōu)勢(shì)。盡管玻璃基板的前期投入成本較高，但規(guī)?；a(chǎn)后，其物料成本相對(duì)較低,更具性價(jià)比。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)認(rèn)為，玻璃基板的應(yīng)用有望成為滿足人工智能、6G通信、高性能存儲(chǔ)與大模型高性能計(jì)算的高效能比解決方案，有望幫助半導(dǎo)體行業(yè)在2030年之后仍然能夠維持摩爾定律。
從去年開始，英特爾、三星、英偉達(dá)、AMD、SKC、LG等廠商加快了玻璃基板在芯片領(lǐng)域應(yīng)用的研究步伐。蘋果公司也在與供應(yīng)商積極探討將玻璃基板技術(shù)應(yīng)用于芯片開發(fā)的可行性。
業(yè)內(nèi)人士指出，在頭部科技企業(yè)的推動(dòng)下，玻璃基封裝有望成為芯片發(fā)展的關(guān)鍵方向，全球玻璃基板市場(chǎng)將迎來加速發(fā)展。
據(jù)Prismark統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2026年，全球IC封裝基板行業(yè)規(guī)模將達(dá)到214億美元。隨著各大頭部半導(dǎo)體企業(yè)入局，玻璃基板對(duì)現(xiàn)有方案的替代將加速，預(yù)計(jì)3年內(nèi)玻璃基板滲透率將達(dá)到30%，5年內(nèi)滲透率將達(dá)到50%以上。
玻璃基板產(chǎn)業(yè)反應(yīng)迅速
在玻璃基板被半導(dǎo)體帶火的當(dāng)下，玻璃產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)然要抓住機(jī)遇。
甚至已經(jīng)有聲音指出：“誰先實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體玻璃基板商業(yè)化，誰就是基板行業(yè)游戲規(guī)則的改變者。”這句話所折射的是，玻璃基板產(chǎn)業(yè)未來的全新競(jìng)爭將圍繞半導(dǎo)體封裝展開。
特種玻璃肖特集團(tuán)半導(dǎo)體先進(jìn)封裝玻璃解決方案負(fù)責(zé)人Christian
Leirer在采訪中表示，看好玻璃在先進(jìn)芯片封裝領(lǐng)域的巨大潛力?！拔磥?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%AE%97%E5%8A%9B/">算力速度要求越來越高，我們需要將特種玻璃的性能優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。一旦在能力范圍內(nèi)克服各種工程挑戰(zhàn)以及提升規(guī)模化生產(chǎn)所需的良率，這個(gè)技術(shù)便接近于量產(chǎn)?！?/p>
康寧顯示科技中國總裁兼總經(jīng)理曾崇凱在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，玻璃解決方案對(duì)于先進(jìn)半導(dǎo)體封裝的進(jìn)步至關(guān)重要。玻璃封裝包括三個(gè)制程，玻璃通孔（TGV）、通孔填孔與高密度布線，康寧在這三個(gè)領(lǐng)域都很早就有研究。未來的重點(diǎn)在于如何將這三個(gè)制程整合起來，提升良率并做到量產(chǎn)。
國內(nèi)玻璃廠商彩虹集團(tuán)有限公司總經(jīng)理?xiàng)顕橐蚕颉吨袊娮訄?bào)》記者強(qiáng)調(diào)了未來玻璃基板產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向是半導(dǎo)體封裝?！斑h(yuǎn)期看，玻璃基板的最大需求增量或?qū)碜杂谀壳皞涫懿毮康陌雽?dǎo)體封裝用玻璃技術(shù)。玻璃基板有望取代塑料封裝基板，或是2.5D封裝中的硅中介層（interposer），或充當(dāng)扇出封裝的過程載板等?！?/p>
業(yè)內(nèi)人士指出，專注于玻璃材料研發(fā)和生產(chǎn)的玻璃廠商，對(duì)于玻璃的成分、性能和制造工藝有著深入的研究。在玻璃基封裝中，玻璃廠商能夠提供高質(zhì)量的玻璃基板，滿足半導(dǎo)體封裝對(duì)材料的嚴(yán)格要求。同時(shí)，玻璃廠商可以根據(jù)封裝企業(yè)的需求，定制化開發(fā)具有特定性能的玻璃材料，如不同的熱膨脹系數(shù)、介電常數(shù)等，為封裝技術(shù)的創(chuàng)新提供支持。因此，在先進(jìn)封裝“玻璃化”的趨勢(shì)下，玻璃廠商有望最先獲益。
顯示企業(yè)爭奪半導(dǎo)體市場(chǎng)先機(jī)
隨著玻璃基板在半導(dǎo)體先進(jìn)封裝領(lǐng)域的應(yīng)用呼聲越來越高，一批特別的入局者也被吸引過來。據(jù)悉，像京東方、三星顯示、群創(chuàng)光電、沃格光電等顯示產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)也出現(xiàn)在該戰(zhàn)場(chǎng)。
2024年3月，三星組建了由三星電機(jī)、三星電子和三星顯示器部門組成的聯(lián)合研發(fā)（R&D）統(tǒng)一戰(zhàn)線，計(jì)劃在2026年大規(guī)模生產(chǎn)玻璃基板。
2024年9月，我國面板大廠京東方成立中國大陸第一家從顯示面板轉(zhuǎn)向先進(jìn)封裝的業(yè)務(wù)部門，并正式發(fā)布并展出面向半導(dǎo)體封裝的玻璃基面板級(jí)封裝載板，該面板級(jí)載板面向AI芯片，計(jì)劃2026年后啟動(dòng)量產(chǎn)。
中國臺(tái)灣面板雙虎之一群創(chuàng)光電此前表示，群創(chuàng)基于其3.5代面板線改造而成的FOPLP封裝（面板級(jí)扇出封裝）技術(shù)已可小批量向外供貨，其TGV（玻璃通孔）封裝約在2-3年后實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
沃格光電方面表示，其子公司湖北通格微公司年產(chǎn)100萬平方米玻璃基半導(dǎo)體板級(jí)封裝載板項(xiàng)目產(chǎn)能建設(shè)穩(wěn)步向前推動(dòng)。截至目前，一期年產(chǎn)10萬平方米相關(guān)設(shè)備已陸續(xù)到場(chǎng)進(jìn)行安裝，預(yù)計(jì)今年年內(nèi)進(jìn)行試生產(chǎn)。
顯示面板封裝與半導(dǎo)體封裝有較大區(qū)別，此時(shí)，各大顯示產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)入局是否具備優(yōu)勢(shì)呢？業(yè)內(nèi)人士在接受《中國電子報(bào)》采訪時(shí)，對(duì)此多表示看好。
“顯示企業(yè)在布局先進(jìn)玻璃基封裝方面還是具有一定優(yōu)勢(shì)的。”中國科學(xué)院院士歐陽鐘燦對(duì)《中國電子報(bào)》記者分析稱，事實(shí)上，玻璃基板本就是液晶面板生產(chǎn)的核心材料。數(shù)十年的應(yīng)用積累讓這些顯示企業(yè)對(duì)于玻璃的特性和加工工藝有著深入的理解，且在玻璃加工和制造方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)可以為半導(dǎo)體封裝工藝的優(yōu)化提供支持。例如，在玻璃基板的薄化、刻蝕、鍍膜等方面，顯示企業(yè)能夠更好地控制工藝參數(shù)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。此外，顯示企業(yè)與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的其他環(huán)節(jié)有著廣泛的合作關(guān)系，能夠更好地整合資源，推動(dòng)玻璃基封裝技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。
勢(shì)銀（TrendBank）半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究部高級(jí)分析師高占占對(duì)《中國電子報(bào)》記者指出，顯示企業(yè)在封裝流程上具有先天的設(shè)備優(yōu)勢(shì)，在前期投資產(chǎn)線成本上能得到有效管控，同時(shí)具備板級(jí)薄膜沉積和金屬布線的中道制程經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)業(yè)布局上會(huì)有一定技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。先進(jìn)玻璃基板級(jí)封裝產(chǎn)業(yè)對(duì)于玻璃加工廠和面板廠舊世代產(chǎn)線的轉(zhuǎn)型升級(jí)，是一個(gè)很有前景的增量賽道。
王菁亦指出，相較于傳統(tǒng)封裝企業(yè)，顯示企業(yè)在顯示技術(shù)、大規(guī)模集成制造等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為玻璃基封裝技術(shù)的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)，且這些企業(yè)通常具備較強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)鏈整合能力，能夠更好地應(yīng)對(duì)玻璃基板技術(shù)的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)。
總之，面板制造商和玻璃廠商切入半導(dǎo)體玻璃封裝領(lǐng)域，不僅能夠借助自身在顯示技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，還能分享先進(jìn)封裝技術(shù)帶來的市場(chǎng)機(jī)遇。未來，隨著技術(shù)的成熟和市場(chǎng)的擴(kuò)大，顯示產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)有望在玻璃基封裝領(lǐng)域取得更大的突破和發(fā)展。
然而，機(jī)遇越大挑戰(zhàn)也越大。
面板廠商和玻璃廠商等光電企業(yè)若要進(jìn)入半導(dǎo)體玻璃基封裝領(lǐng)域，勢(shì)必面臨諸多挑戰(zhàn)。
歐陽鐘燦院士提到，盡管光電企業(yè)在玻璃材料方面擁有優(yōu)勢(shì)，但在半導(dǎo)體封裝技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)上相對(duì)欠缺，相關(guān)人才也需要培養(yǎng)。此外，半導(dǎo)體行業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格的認(rèn)證程序也對(duì)企業(yè)的管理能力和技術(shù)水平提出挑戰(zhàn)。因此，要在這一新興領(lǐng)域取得成功非朝夕之功。
作者丨谷月編輯丨邱江勇美編丨馬利亞監(jiān)制丨趙晨
