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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(jìn)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(jìn)，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(yīng)用場景日益豐富。
這些因素對基板玻璃提出了更高標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而推動(dòng)了基板玻璃材料與制程技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。
AI時(shí)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(gè)芯片，實(shí)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(yù)測，到2030年，現(xiàn)行的有機(jī)基板將無法滿足采用先進(jìn)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(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致性能下降，這限制了芯片僅能在短時(shí)間內(nèi)保持最高性能，一旦溫度升高，芯片不得不降低運(yùn)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(dǎo)體封裝技術(shù)要求晶體管數(shù)量達(dá)到極限，同時(shí)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(jìn)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(shí)其功耗可能高達(dá)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(yīng)對這一挑戰(zhàn)，玻璃基板作為下一代先進(jìn)封裝技術(shù)的材料，正成為推動(dòng)摩爾定律在數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用中繼續(xù)前行的關(guān)鍵助力，并被視為算力時(shí)代先進(jìn)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(yīng)用高度
①玻璃基板具備實(shí)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(jìn)而支持更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)，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(xué)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(dǎo)致其介電損耗更低：在信號傳輸過程中，功率損耗相應(yīng)減少，芯片整體效率顯著提高，特別適合于高速、先進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(jī)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?qiáng)信號的傳播速度和頻率，為高性能計(jì)算和人工智能技術(shù)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)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(dǎo)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(xué)特性使其在需要透明窗口或光通信封裝應(yīng)用中具有獨(dú)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(xué)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(dá)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(jìn)步提供了巨大的潛力。
全球大廠紛紛計(jì)劃引入該項(xiàng)目
今年年初，英偉達(dá)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(jìn)封裝技術(shù)將采用玻璃基板，相關(guān)供應(yīng)鏈已經(jīng)開始運(yùn)作，目前正處于設(shè)計(jì)微調(diào)和測試階段。
近期，AMD公司獲得了一項(xiàng)涉及玻璃基板技術(shù)的專利，這標(biāo)志著AMD首次明確表達(dá)了其對玻璃基板研究領(lǐng)域的積極投入。
AMD計(jì)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(jì)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(jìn)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(shí)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(dòng)芯片。
英特爾還計(jì)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(tuán)已組建了一個(gè)新的跨部門聯(lián)盟，包括三星電子、三星顯示、三星電機(jī)等子公司，共同研發(fā)玻璃基板，并推進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程。
預(yù)計(jì)三星電子將掌握半導(dǎo)體與基板結(jié)合的信息，而三星顯示將負(fù)責(zé)玻璃加工等任務(wù)。
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(biāo)是在2025年生產(chǎn)原型，并在2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
韓國SK集團(tuán)旗下的Absolics投資了六億美元，計(jì)劃在喬治亞州科文頓建設(shè)一座月產(chǎn)能達(dá)4000塊的玻璃基板工廠。
SK海力士通過這家美國子公司進(jìn)入該領(lǐng)域，并計(jì)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(dǎo)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(jì)劃在2027年量產(chǎn)。
作為全球最大的基板供應(yīng)商，日本Ibiden也在去年10月宣布，計(jì)劃將玻璃基板作為一項(xiàng)新業(yè)務(wù)進(jìn)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(yīng)用于芯片封裝。
半導(dǎo)體設(shè)備制造商Entegris公司已成功籌集到7700萬美元資金，計(jì)劃在科羅拉多州科羅拉多斯普林斯建設(shè)一個(gè)制造中心，預(yù)計(jì)該中心將于2025年開始初步商業(yè)運(yùn)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(dǎo)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(xiàng)團(tuán)隊(duì)，致力于研究FOPLP技術(shù)，并對玻璃基板的研發(fā)進(jìn)行了大規(guī)模投資。
預(yù)計(jì)該技術(shù)成熟需時(shí)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(kuò)張勢頭
在2024年舉辦的BOE IPC會(huì)議上，京東方正式對外發(fā)布并展示了其針對半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域所研發(fā)的玻璃基滿板級封裝載板。
標(biāo)志著該公司成為中國大陸首個(gè)從顯示面板領(lǐng)域拓展至先進(jìn)封裝技術(shù)的業(yè)務(wù)實(shí)體。
在技術(shù)突破方面，國內(nèi)8.5代線的建設(shè)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(jìn)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(shè)中，產(chǎn)能正在快速擴(kuò)張。
據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jìn)制程的基板玻璃產(chǎn)能明顯不足。
三疊紀(jì)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(shí)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(diǎn)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(yàn)證。
預(yù)計(jì)在今年下半年一期產(chǎn)能達(dá)成后，將實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
結(jié)尾：
據(jù)Omdia預(yù)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(yù)計(jì)將達(dá)到68.5億美元，增長率為4.75%。
預(yù)計(jì)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(dá)到階段性高點(diǎn)之后的又一高峰。
部分資料參考：中國電子報(bào)：《基板玻璃：顯示產(chǎn)業(yè)的透明[承重墻]》，半導(dǎo)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(tuán)：《玻璃基板：AI時(shí)代的下一次突圍》，電子發(fā)燒友網(wǎng)：《多家大廠計(jì)劃導(dǎo)入先進(jìn)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？》
