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作者：九林
這是半導體行業(yè)中許多異構集成人士都在問的問題。不幸的是，答案并不簡單。當國際投行大摩消息稱，英偉達GB200采用的先進封裝工藝將使用玻璃基板時，不止半導體業(yè)內人士，所有人都開始提出了這個問題。
一時間玻璃基板，成為聚光燈下的矚目角色。國內方面，玻璃基板概念突然大漲，玻璃基板的龍頭股5天翻倍。在回答這個問題之前，我們先回顧一下基板演變史。換句話說，我們是如何走到玻璃基板成為討論話題的地步的？
?01、什么是玻璃基板？
基板的需求始于早期的大規(guī)模集成芯片，隨著晶體管數量增加，需要將它們連接到更多的引腳上。封裝基板在芯片制造過程中，可以為芯片提供支撐、散熱、供電連接等一系列功能，可以說是芯片封裝的載體。先進封裝基板占封裝總材料成本的比例超過了70%，可以看出其重要性。
如果我們把時間線拉長，會發(fā)現基板材料一直在變化，從最早期的使用引線框架或金屬，到2000年左右開始使用陶瓷，再到之后變?yōu)榱擞袡C基板。有機基板本質上是由類似 PCB 的材料與玻璃編織層壓板層壓而成，允許相當多的信號通過芯片，包括基本的芯片設計，如英特爾的移動處理器以及 AMD 基于 Zen 的處理器。
在2010年，今天我們討論的玻璃基板被佐治亞理工學院提出為下一個大熱點。在當時還不太現實，但現在無可否認很多公司都開始相信玻璃會成為下一代用于基板的材料。
這是為什么？因為有機基板已經成為高性能芯片的限制因素。過去十年中，超高密度互連接口的興起，開始出現硅中介層（基板上的晶圓上的芯片）及其衍生物，還有臺積電CoWoS技術和英特爾的EMIB技術。但成本相當高，而且無法完全解決有機基板的缺點。
玻璃基板的優(yōu)點非常突出：第一，玻璃基板的主要成分是二氧化硅，在高溫下更穩(wěn)定。這就使得玻璃基板能夠更有效地應對高溫，并且管理高性能芯片的散熱。這就為芯片帶來了卓越的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。
第二，相較于傳統(tǒng)的塑膠基板，玻璃基板更加平坦，這使得封裝和光刻變得更容易。數據上看，玻璃基板可將圖案畸變減少50%，從而提高光刻的聚焦深度，進而確保半導體制造更加精密和準確。
第三，由于這些獨特的特性，玻璃基板可實現更高的互連密度。這對于下一代封裝中的電力傳輸和信號路由非常重要，這就可以在封裝中連接更多的晶體管。玻璃基板上的互連密度可以提高 10 倍。
這三點解決了當前先進封裝的難題，適合需要集成更多的晶體管和對耐熱、抗彎曲要求更高的HPC、AI領域的芯片。尤其是，在半導體行業(yè)正在轉向小芯片（Chiplet）技術，即將多個芯片集成到一個封裝中的技術，玻璃基板也將大顯身手。這就是玻璃基板被討論的地方。
簡單來講，玻璃基板就是用玻璃代替有機 PCB 類材料。當然，這并不意味著用玻璃代替整個基板，而是基板核心的材料將由玻璃制成。同時，金屬再分布層 (RDL) 仍將存在于芯片的兩側，為各種焊盤和焊點之間提供實際通路。
?02玻璃基板可以量產了嗎？
前文提到，最近玻璃基板概念被炒的火熱，甚至有消息稱英偉達 GB200采用的先進封裝工藝或將使用玻璃基板。這就帶來一個問題，玻璃基板可以量產了嗎？
尋找這個問題的答案很簡單，我們直接看看該領域的領先者能否量產就可以回答了。這個領域中，研究最早的企業(yè)是英特爾，大概在十年前就開始布局。目前已經在亞利桑那州錢德勒的一家工廠（生產 EMIB 的工廠）建立了一條玻璃基板完全集成的研發(fā)生產線。前后關于玻璃基板的研發(fā)投資超過了10億美元。
英特爾裝配和測試技術開發(fā)工廠的玻璃基板測試單元。英特爾對于玻璃基板的產品推出計劃是在2030年。在英特爾的聲明中說到：有望在本十年后半段向市場提供完整的玻璃基板解決方案，使該行業(yè)能夠在 2030 年之后繼續(xù)推進摩爾定律。
一言蔽之，該領域最領先的龍頭，目前的玻璃基板也尚無法量產。記者在查閱大摩報告中，文中也并未提及GB200會使用玻璃基板的消息，報告僅表示“看到了玻璃基板被廣泛使用于GPU的機會”。也就是說，這并不意味著半導體用玻璃基板封裝已經可正式量產使用。對于近期的玻璃基板概念熱度，不少上市公司紛紛回應關于玻璃基板技術的布局情況。
股價暴漲雷曼光電公告，公司經自查，外部信息中的玻璃基板封裝技術，是指用玻璃基載板替代傳統(tǒng)有機聚合物載板進行半導體芯片封裝，屬于半導體芯片封裝領域的應用，公司的新型 PM 驅動玻璃基封裝技術主要用于 Micro LED 顯示面板封裝，不能用于半導體芯片封裝。
沃格光電表示：“近日，據相關媒體信息，公司被列入玻璃基板概念股，經公司自查，公司玻璃基TGV產品目前不具備量產能力，未形成營業(yè)收入，請投資者理性投資，注意概念炒作風險?！?/p>
作為封裝基板龍頭供應商深南電路表示，玻璃基板與PCB、有機封裝基板在材料特性、生產工藝方面均存在差異，在各自的應用領域具有不同特征。公司對玻璃基板技術保持密切關注與研究，目前不涉及玻璃基板的生產。實際上，目前國內的玻璃基板更多的是指應用于Mini/Micro LED上，而不是半導體集成電路芯片封裝領域。
?03玻璃基板，誰在布局？
面板形式的玻璃基板盡管國內的“此玻璃基板”，非英特爾所指的“彼玻璃基板”，但不可否認的是，在半導體領域玻璃基板的確是下一代基板的候選者。根據MarketsandMarkets最近的研究，全球玻璃基板市場預計將從2023年的71億美元增長到2028年的84億美元，2023年至2028年的復合年增長率為3.5%。在AI的大勢之下，目前，已有包括英特爾、AMD、三星等多家大廠公開表示入局玻璃基板封裝。
在美國通過的《芯片法案》中，宣布資助半導體玻璃封裝的研發(fā)和生產。并且已經出資7500萬美元，投資SK集團旗下的Absolics和SK海力士。Absolics官網顯示，Absolics玻璃基板為HPC相關封裝公司、數據中心、AI等提供高性能/低功耗/外形尺寸等差異化價值。應用材料公司也已向 Absolics 投資約 4000 萬美元。三星自然無法眼睜睜看著英特爾玻璃基板業(yè)務上鶴立雞群，終于在今年宣告了加速玻璃基板芯片封裝研發(fā)。
2024年3月，三星集團子公司三星電機宣布與三星電子和三星顯示器組建聯(lián)合研發(fā)團隊（R&D），三星電子預計將專注于半導體和基板的集成，而三星顯示器將處理與玻璃加工相關的方面，以在盡可能短的時間內開發(fā)玻璃基板并將其商業(yè)化。
此外，LG Innotek 的一位高管也表示，LG Innotek正在考慮開發(fā)用于芯片封裝的玻璃基板。其總經理Jaeman Park認為，玻璃很可能成為未來半導體封裝基板的主要成分。同時，據市場消息，蘋果正積極與多家供應商商討將玻璃基板技術應用于芯片開發(fā)，以提供更好散熱性能，使芯片在更長時間內保持峰值性能。
日本方面也在開始關注這項新興技術。日本印刷（DNP）去年3月宣布成功開發(fā) TGV 玻璃核心基板。報道里稱，該基板用玻璃基板取代了 FC-BGA 等傳統(tǒng)樹脂基板，提供了比基于現有技術的半導體封裝性能更高的半導體封裝。DNP提出了在2027年大規(guī)模量產TGV玻璃芯基板的目標。DNP 預計英特爾等公司將采用該技術，并估計到 2030 財年，用于半導體封裝的基板產生的收入可能達到 300 億日元（2 億美元）。
?04存在很多挑戰(zhàn)
目前玻璃基板還存在很多問題沒有解決。英特爾基板 TD 模塊工程研究員兼總監(jiān) Rahul Manepalli 表示：“玻璃是一種獲得與硅中介層非常相似的互連密度的手段。玻璃基板可以實現這種功能，但它也帶來了非常具有挑戰(zhàn)性的集成和接口工程問題，我們必須解決這些問題?！边@些種種挑戰(zhàn)，諸如玻璃基板的易碎性、與金屬缺乏粘合性以及難以實現均勻的通孔填充。而且玻璃具有高透明度，與硅的不同反射率讓檢查和測量也成為一個需要解決的問題。
具體來說，依靠反射率來測量距離和深度的光學計量系統(tǒng)必須適應玻璃的半透明度，這可能會導致信號失真或丟失，從而影響測量精度。
此外，玻璃基板的普及中缺乏可靠性數據也是一個絆腳石。玻璃基板是半導體封裝領域的新進入者，與 FR4、聚酰亞胺或味之素積層膜 (ABF) 等傳統(tǒng)材料相比，長期可靠性信息相對匱乏，需要數十年的數據來建立標準、性能指標和預期壽命。玻璃基板的可靠性數據涵蓋多種因素，包括機械強度、耐熱循環(huán)性、吸濕性、介電擊穿和應力引起的分層。這些特性中的每一個都會對最終產品的性能產生深遠影響，尤其是在極端或多變的條件下。
總體來看，玻璃基板封裝確實已是公認的“下一代技術”，但目前用于半導體的玻璃基板封裝產業(yè)仍處于剛剛萌芽階段，玻璃基板何時會開始真正占領市場、會否取代有機基板、產業(yè)鏈誰將出頭都仍是未知。
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