一、玻璃基板簡介
在高端先進封裝領(lǐng)域，臺積電憑借CoWoS生產(chǎn)技術(shù)和多樣化產(chǎn)品組合占據(jù)領(lǐng)先地位，其 CoWoS-S在AI芯片市場主導地位顯著。該技術(shù)采用 ABF載板作為IC載板，帶有TSV的硅晶圓作為中介層，構(gòu)建起三維互連體系。
然而，CoWoS-S封裝發(fā)展正面臨性能瓶頸，Si Interposer存在面積受限問題，有機中介層又面臨翹曲困擾。而玻璃基板有望突破這些困境，與 RDL（和LSI） 搭配的玻璃中介層，能有效解決當前難題。并且，ABF 載板在積層增加時良率下滑嚴重，玻璃芯 IC 載板不僅可減層 25%，還能憑借薄玻璃芯獲取高速信號 SI 收益，為封裝技術(shù)升級帶來新方向。
Source：《芯片三維互連技術(shù)及異質(zhì)集成研究進展》（鐘毅等，2023）
二、玻璃基板下游應用及市場
人工智能與大模型高性能計算領(lǐng)域發(fā)展迅猛，對性能提升需求迫切，玻璃基板憑借自身優(yōu)勢，有望在此率先獲得大量投入。在 MEMS、射頻、CIS、Mini/Micro LED、IPD 等技術(shù)領(lǐng)域，玻璃基板技術(shù)持續(xù)突破，已在IPD領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)批量出貨。隨著技術(shù)成熟和成本降低，其應用范圍還將拓展至筆記本電腦、移動設備芯片等領(lǐng)域。
據(jù)Yole 樂觀預測，若更多IC 設計/IDM企業(yè)采用玻璃基板，且相關(guān)企業(yè)實現(xiàn)量產(chǎn)，2025年全球玻璃基板市場規(guī)模可達2980萬美元，2029年有望升至2.12億美元，市場潛力巨大。
三、玻璃基板面臨挑戰(zhàn)
盡管玻璃基板在性能和成本方面相比硅材料、有機材料優(yōu)勢明顯，但從實驗室走向量產(chǎn)的過程中困難重重。在技術(shù)層面，長期可靠信息匱乏，建立完整數(shù)據(jù)庫需多年積累；玻璃的光學特性導致測量信號易失真或丟失。成本居高不下，產(chǎn)業(yè)生態(tài)尚未完善。
制造環(huán)節(jié)問題也不少，微裂紋、金屬化填充、線寬線距、曲翹以及散熱等都是亟待攻克的難題。
四、產(chǎn)業(yè)化進度
國際上，Intel和Absolics玻璃基板產(chǎn)業(yè)化方面進展突出。Intel深耕玻璃基板技術(shù)近十年，2023年推出的玻璃載板適用于人工智能和數(shù)據(jù)中心，計劃2026- 2030年量產(chǎn)，并投入超10億美元建設研發(fā)產(chǎn)線。Absolics 成立于 2021 年，與佐治亞理工學院合作緊密，其玻璃基板面向高端芯片領(lǐng)域，可集成多種芯片和無源器件。
傳統(tǒng)IC載板（左）與Absolics的玻璃基板（右）對比
Source：Absolics
眾多 Fab、先進封裝企業(yè)、IC 載板企業(yè)以及下游應用企業(yè)如蘋果、AMD 等紛紛加大對玻璃基板的投入，在全產(chǎn)業(yè)鏈的推動下玻璃基板的產(chǎn)業(yè)化將大大加速。
國內(nèi)安捷利美維公司產(chǎn)線和產(chǎn)品良率相對穩(wěn)定，可承接小批量訂單和樣板制作。云天半導體、佛智芯等企業(yè)也在積極研發(fā)并進行小批量試產(chǎn)，雖技術(shù)與國際領(lǐng)先水平有差距，但發(fā)展勢頭強勁。
五、玻璃基板核心步驟及方案
玻璃基板制造主要包含 TGV 通孔、TGV 金屬填充和 RDL 三個核心步驟。
1、TGV通孔
TGV 通孔制備中，激光誘導刻蝕法因加工品質(zhì)優(yōu)良，受到國內(nèi)外頭部企業(yè)青睞，被視為極具前景的方案。
Source：LPKF
2、TGV的金屬化
TGV 金屬化流程獨特，由于玻璃是絕緣材料且與金屬粘附性差，省去沉積阻隔層的同時需增加黏附層，電鍍液和電鍍工藝與TSV不同。其金屬化一般分為表面處理、黏附層、種子層和電鍍銅四步。其中黏附層種類包括金屬氧化物、PI、Ti/Cu（PVD）等，金屬氧化物和PI黏附層是目前較為主流的方案。黏附層完成后再通過化鍍或者PVD的方法形成種子層，最后電鍍完成TGV的金屬填充，這樣就基本完成TGV金屬化的整個過程。
目前代表性的方案包括有以下幾種：
在黏附層的主流路線中，使用PI方案的企業(yè)包括佐治亞理工（Absolics）和佛智芯等，具備金屬氧化物方案的企業(yè)包括安美特MKS-Atotech、日本OKUNO、Resonac等。
（1）PI方案，先對玻璃通孔進行表面處理，隨后進行PI的涂覆，佛智芯使用PVD濺射Ti/Cu種子層，而佐治亞理工則使用化鍍工藝。以佛智芯為例， PI表面改性的玻璃能有效防范微裂紋，同時金屬化結(jié)合強度由1.67N/cm提升至8.26N/cm。
Source：佛芯微
（2）金屬氧化物方案。安美特MKS-Atotech的VitroCoat GI?是一種超薄金屬氧化物粘附促進劑，可通過濕化學方法在玻璃上形成金屬沉積。其利用超薄金屬氧化物粘附促進劑在玻璃上進行鍍膜，可實現(xiàn)細致的L/S和優(yōu)異的附著力，Cu與玻璃的結(jié)合強度達到7N/cm 以上。
Source：MKS-Atotech
在完成黏附層和種子層后，還需要對TGV進行電鍍填銅，與TSV常用bottom-up電鍍方式不同，TGV電鍍填充方式一般為BFT填充。
BFT填充
Source：《玻璃通孔三維互連鍍銅填充技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀》（紀執(zhí)敬等，2022）
玻璃基板的RDL按照使用材料可以分為ABF和PID兩種路線，銅布線的方法也分成半加成法和大馬士革法，目前產(chǎn)品多以ABF+半加成法為主，未來隨著L/S要求越來越高，PID路線+半加成/大馬士革有望得到更多應用。
ABF+SAP方案
Source：三疊紀
六、結(jié)語
玻璃基板對比硅和有機載板優(yōu)勢顯著，更低的介電常數(shù)、更短的互聯(lián)長度使其能實現(xiàn)高速傳輸、高帶寬密度和低能耗，還能解決Si interposer 面積受限問題，同時通過面板級封裝可以降低成本。因此未來先進封裝路線中必有玻璃基板的一席之地。
目前全球主要大廠均積極布局，且研發(fā)速度加快，預計2026年前后會是開始大規(guī)模商業(yè)化的時間點，與此同時玻璃基板的技術(shù)指標也在拔高。國內(nèi)企業(yè)也在加速研發(fā)和試產(chǎn)進度，但技術(shù)能力稍顯落后。
在玻璃基板商業(yè)化的過程中，制造端難題和產(chǎn)線匹配問題的解決需要新材料和新裝備的支持，這為國內(nèi)材料和設備企業(yè)創(chuàng)造了發(fā)展機遇，有望推動整個產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，助力玻璃基板行業(yè)邁向新高度。
來源：戰(zhàn)略規(guī)劃辦
編輯：文化宣傳辦
審核：肖彬