玻璃基板，转折点

2024-07-08

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2022年，SKC美国子公司Absolics在美国佐治亚州科文顿市斥资约3000亿韩元（约合2.22亿美元）建立了第一家专门生产玻璃基板的工厂。近日，该公司宣布工厂竣工并开始批量生产原型产品，这标志着蓬勃发展的玻璃基板市场迎来了转折点。

玻璃基板市场正在见证 SKC、三星电机和 LG Innotek 等主要参与者之间的激烈竞争。玻璃基板因其能够快速处理大量数据以及与传统塑料基板相比具有卓越的能源效率而受到高度重视。尽管该技术尚处于起步阶段，但据 The Insight Partners 称，全球市场规模预计将从今年的 2300 万美元增长到 2034 年惊人的 42 亿美元。

目前，塑料基板市场主要被日本的揖斐电、神光电机和台湾的欣兴电子所占据，但随着人工智能领域对半导体性能要求的提高，向玻璃基板的转移代表着重大的技术进步。

为什么需要玻璃基板？

在先进封装行业，随着玻璃芯基板的出现，创新竞赛已到达一个新的关键时刻。

这一新技术方向是在有机和陶瓷基板浪潮之后出现的，有望克服有机芯基板的挑战，以在芯片设计和制造成本方面将性能、效率和可扩展性提升到新的水平，从而顺应 HPC 和 AI 的大趋势。后者取决于技术的成熟度及其在终端市场的广泛应用。

玻璃作为一种材料，已在多个半导体行业得到广泛研究和集成。它代表了先进封装材料选择的重大进步，与有机和陶瓷材料相比具有多项优势。与多年来一直是主流技术的有机基板不同，玻璃具有出色的尺寸稳定性、热导率和电气性能。

然而，尽管有潜在的好处，但与任何新技术一样，玻璃芯基板也面临着一系列挑战，不仅对于基板制造商如此，对于设备、材料和检测工具供应商也同样如此。

尽管存在这些挑战，但玻璃芯基板的采用仍受到几个关键因素的推动。对更大基板和外形尺寸的需求，加上芯片和异构集成的技术趋势，正在推动行业将玻璃作为一种潜在的解决方案。此外，一旦该技术成熟并得到广泛采用，玻璃的潜在成本效益将使其成为高性能计算 (HPC) 和数据中心市场的有吸引力的选择。

在此领域，玻璃通孔 (TGV) 是玻璃芯基板的支柱之一。TGV 为更紧凑、更强大的设备铺平了道路。TGV 有助于提高层间连接密度。这些通孔有助于提高高速电路的信号完整性。连接之间的距离减小可减少信号损失和干扰，从而提高整体性能。TGV 的集成可以通过消除对单独互连层的需求来简化制造流程。然而，尽管 TGV 具有诸多优势，但它也面临许多挑战。由于制造过程的复杂性，TGV 更容易出现可能导致产品故障的缺陷。此外，TGV 通常意味着比其他解决方案更高的生产成本。对专用设备的需求加上缺陷风险可能会导致生产费用增加。最近，许多新的 TGV 相关专利已授予 LPKF 等激光设备制造商。这些进步有助于实现玻璃芯基板的商业化，同时解决与玻璃中介层相关的挑战。该解决方案可增强 GCS 和 Glass 中介层，为令人兴奋的下一代强大设备带来希望。

此外，玻璃芯基板和面板级封装 (PLP) 之间的协同作用正在推动这两个领域的创新。由于两种技术都采用类似的面板尺寸，因此它们为提高芯片密度、降低成本和提高制造效率提供了互补的机会。

玻璃芯基板代表着先进 IC 基板和先进封装领域的一个有前途的前沿。它们为下一代芯片设计和封装提供了无与伦比的性能和可扩展性。尽管挑战依然存在——所有新技术都是如此——但行业领导者和新进入者的共同努力正在为玻璃基板在各个终端市场的广泛采用铺平道路，其中人工智能芯片和服务器是重点。随着 GCS 技术的成熟和供应链基础设施的发展，玻璃芯基板有望重新定义先进封装的格局。

巨头们的布局

在去年九月，英特尔推出了用于基于大型芯片的系统级封装芯片的新型玻璃基板技术，率先打响了玻璃基板竞赛。

任何工程师都知道，IC 不仅仅是硅。各种组件（例如封装、引线和基板）都影响着组件的耐用性和最终性能。基板（安装硅 IC 晶片的材料）在实现单个封装中更高的计算能力方面发挥着越来越重要的作用。为了满足这些需求，英特尔宣布推出用于下一代高功率处理器的新型玻璃基板技术。

英特尔高级副总裁兼装配和测试开发总经理 Babak Sabi表示：“经过十年的研究，英特尔已经实现了业界领先的先进封装玻璃基板。我们期待推出这些尖端技术，让我们的关键参与者和代工客户在未来几十年受益。”

按照英特尔所说，与当今的有机基板相比，玻璃具有独特的特性，例如超低平整度和更好的热稳定性和机械稳定性，从而大大提高了基板中的互连密度。这些优势将使芯片架构师能够为人工智能 (AI) 等数据密集型工作负载创建高密度、高性能的芯片封装。英特尔有望在本世纪下半叶向市场提供完整的玻璃基板解决方案，使该行业能够在 2030 年后继续推进摩尔定律。

英特尔认为，到本世纪末，半导体行业可能会达到其极限，即使用有机材料在硅封装上缩小晶体管，这会消耗更多电力，并且存在收缩和翘曲等限制。缩小晶体管对于半导体行业的进步和发展至关重要，而玻璃基板是下一代半导体的可行且必不可少的下一步。

随着对更强大计算能力的需求不断增长，以及半导体行业进入使用多个“芯片”封装的异构时代，信号传输速度、功率传输、设计规则和封装基板稳定性的改进将至关重要。与当今使用的有机基板相比，玻璃基板具有出色的机械、物理和光学特性，允许在一个封装中连接更多晶体管，提供更好的扩展性并能够组装更大的芯片复合体（称为“系统级封装”）。芯片架构师将能够在一个封装的较小占用空间中封装更多块（也称为芯片），同时实现性能和密度提升，具有更大的灵活性，并降低了总体成本和功耗。

在英特尔看来，玻璃基板将首先被引入到能够最大程度利用其的市场：需要更大外形封装（即数据中心、人工智能、图形）和更高速度能力的应用程序和工作负载。

玻璃基板可耐受更高的温度，图案失真减少 50%，具有超低平整度，可改善光刻的焦深，并具有极紧密层间互连覆盖所需的尺寸稳定性。由于这些独特的特性，玻璃基板上的互连密度可以提高 10 倍。此外，玻璃的机械性能得到改善，可实现超大尺寸封装，并具有非常高的组装良率。

玻璃基板对高温的耐受性还为芯片架构师提供了灵活性，让他们可以灵活地设定电力传输和信号路由的设计规则，因为它使他们能够无缝集成光学互连，并在高温处理时将电感器和电容器嵌入玻璃中。这可以实现更好的电力传输解决方案，同时实现低功率所需的高速信号传输。这些诸多优势使该行业更接近于到 2030 年在封装上扩展 1 万亿个晶体管的目标。

作为行业的重要参与者，三星也不想落后。

据外媒Sedaily今年三月报道，作为全球最大的芯片制造商之一，三星自然不会忽略玻璃基板，因此他们最近组建了一个由自己的团队组成的联盟，旨在到 2026 年研究、开发和商业化玻璃基板。

三星已组建由三星电机、三星电子和三星显示器部门组成的联盟，以在尽可能短的时间内开发和商业化玻璃基板。事实上，三星电机早在CES上就宣布了其计划在 2026 年之前量产玻璃基板。

一位业内人士向《Sedaily》表示：“由于每家公司都拥有（各自市场上的）全球最顶尖的技术，因此在前景广阔的玻璃基板研究领域，协同效应将得到最大化，同时也需要关注三星联盟的玻璃基板生态系统将如何建立。”

三星电子预计将专注于半导体和基板的集成，而三星显示器将专注于玻璃加工。这种合作方式旨在增强集团的竞争优势。

随后，外媒ETNews在五月报道，三星电机正加快进军半导体玻璃基板市场，将设备采购和安装时间提前至 9 月，并在第四季度开始运营试产线，比原计划提前了一个季度。该公司预计将于 2026 年开始生产用于高端系统级封装 (SiP) 的玻璃基板。为了获得 2026 年的订单，该公司需要在 2025 年展示出不错的能力。

为了构建高度复杂的多芯片 SiP，三星需要获得玻璃基板方面的专业知识。因此，该公司决定提前在韩国世宗工厂的试验生产线时间表可能是一个战略决定，可能反映了先进芯片封装技术对三星日益增长的重要性，以及该公司积极试图从英特尔手中夺取市场份额，英特尔有望在未来几年开始提供先进的玻璃基板封装。

据报道，三星电机计划9月前在试验生产线上安装所有必要的设备，并于第四季度开始运营。

供应商的选择已经完成，Philoptics、Chemtronics、Joongwoo M-Tech 和德国 LPKF 等公司负责为该装置提供零部件。报道称，该装置旨在简化生产并遵守三星严格的安全和自动化标准。

随着三星代工厂试图从数据中心级处理器开发商那里获得更多订单，该公司还需要提供先进的封装服务。为此，三星电机（实际上是整个三星）的玻璃基板相关努力可能很快就会对三星代工厂至关重要。

LG Innotek也进入了玻璃基板的开发。LG Innotek的核心研发部门CTO部门最近开始招募人员来开发半导体玻璃基板。此前，LG Innotek首席执行官Hyuk-soo Moon在3月份的公司股东大会上表示，“美国大型半导体公司对玻璃基板感兴趣”，“LG Innotek也在为玻璃基板业务做准备”。

此外，SCHMID等新公司的出现以及激光设备供应商、显示器制造商、化学品供应商等的参与，凸显了围绕玻璃芯基板新兴供应链形成的多样化生态系统。各方正在建立合作和伙伴关系，以应对与玻璃基板制造相关的技术和物流挑战，这表明各方正共同努力，充分发挥其潜力。