基板的演進(jìn)歷程

封裝基板在過(guò)去幾十年來(lái)已經(jīng)經(jīng)歷了多次轉(zhuǎn)變，基板的需求始于早期的大規(guī)模集成芯片，隨著晶體管數(shù)量增加，需要將它們連接到更多的引腳上。

最早的芯片封裝，如雙列直插式封裝，使用框架來(lái)固定硅芯片和提供信號(hào)路徑。

自上世紀(jì)70年代以來(lái)，基板設(shè)計(jì)不斷演變，包括金屬框架、陶瓷芯片和有機(jī)封裝。

不難發(fā)現(xiàn)，每次迭代的基板都比上一次具有更好的性能，從而可以更輕松地將大量信號(hào)和電源引腳布線(xiàn)到日益復(fù)雜的芯片上。

雖然現(xiàn)在仍會(huì)看到引線(xiàn)框架和陶瓷芯片，但有機(jī)基板在過(guò)去幾十年中一直是該行業(yè)的支柱。

玻璃基板有何優(yōu)勢(shì)，引得幾家大廠(chǎng)競(jìng)折腰

在半導(dǎo)體領(lǐng)域追求推進(jìn)摩爾定律極限的當(dāng)下，行業(yè)公司們都在使出渾身解數(shù)，以圖納入更多晶體管、實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)算力。

不過(guò)之前，大部分競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)集中于如3D封裝等工藝環(huán)節(jié)，而玻璃基板則代表著另一環(huán)節(jié)競(jìng)爭(zhēng)——材料。

對(duì)于基板材料領(lǐng)域而言，玻璃基板是一項(xiàng)重大突破，它可解決有機(jī)材質(zhì)基板用于芯片封裝產(chǎn)生的翹曲問(wèn)題，突破現(xiàn)有傳統(tǒng)基板限制，讓半導(dǎo)體封裝晶體管數(shù)量極限最大化，同時(shí)更省電、更具散熱優(yōu)勢(shì)。

因此廠(chǎng)商們對(duì)其給予厚望，到2030年之前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)很可能會(huì)達(dá)到使用有機(jī)材料在硅封裝上延展晶體管數(shù)量的極限，有機(jī)材料不僅更耗電，且有著膨脹與翹曲等限制，而玻璃基板技術(shù)突破是下一代半導(dǎo)體確實(shí)可行且不可或缺環(huán)節(jié)。

該突破使封裝技術(shù)能夠持續(xù)擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)在單一封裝中容納1兆個(gè)晶體管目標(biāo)，并將摩爾定律延續(xù)到2030年之后。

蘋(píng)果正在與供應(yīng)商討論

據(jù)Digitimes報(bào)道，三星目前正在研究這項(xiàng)技術(shù)，蘋(píng)果正在與幾家未具名的供應(yīng)商進(jìn)行討論——三星肯定也在其中。

三星集團(tuán)的子公司將合作投資玻璃核心基板（GCS）的研發(fā)，以加快其商業(yè)化，旨在與在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的英特爾競(jìng)爭(zhēng)。

據(jù)報(bào)道，蘋(píng)果正在與幾家公司討論制定將玻璃基板融入電子設(shè)備的戰(zhàn)略，未來(lái)蘋(píng)果采用玻璃基板預(yù)計(jì)將顯著拓寬應(yīng)用領(lǐng)域范圍。

半導(dǎo)體行業(yè)人士表示，玻璃基板或?qū)⒊蔀楦鲊?guó)共同開(kāi)發(fā)的新領(lǐng)域，除基板制造商外，還將吸引全球IT設(shè)備制造商和半導(dǎo)體廠(chǎng)商的參與。

三星在這方面處于有利位置，因?yàn)橛糜谥圃煜冗M(jìn)多層顯示器的許多技術(shù)也適用于制造玻璃基板PCB。

蘋(píng)果目前在 iPhone 15 Pro機(jī)型中采用的A17 Pro中的3nm芯片處于領(lǐng)先地位，并計(jì)劃采用 2nm，然后是1.4nm。

三星集團(tuán)對(duì)玻璃基板的重視

英特爾和三星的積極部署，可以理解為是其迎戰(zhàn)臺(tái)積電的一大策略。

當(dāng)前，在先進(jìn)工藝領(lǐng)域臺(tái)積電依舊領(lǐng)先，而在先進(jìn)封裝領(lǐng)域臺(tái)積電CoWoS實(shí)力雄厚，擁有較高的專(zhuān)利壁壘。

英特爾和三星除在工藝層面加緊布局之外，先進(jìn)封裝領(lǐng)域也需要尋求新的路徑實(shí)現(xiàn)追趕甚至超越，而玻璃基板成為一個(gè)最佳的“跳板”。

有行業(yè)專(zhuān)家表示，臺(tái)積電雖還沒(méi)有相關(guān)動(dòng)作，但應(yīng)該也在密切關(guān)注。

臺(tái)積電在CoWoS領(lǐng)域火力全開(kāi)，接連獲得大廠(chǎng)訂單享受紅利，因而并不急于投入巨資押注玻璃基板，仍將繼續(xù)沿著現(xiàn)有路徑升級(jí)迭代，以保持領(lǐng)先地位不可撼動(dòng)。

而一旦臺(tái)積電覺(jué)得時(shí)機(jī)成熟，將會(huì)大幅加碼。而在這項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域中，除了英特爾和三星，已有多個(gè)強(qiáng)勁對(duì)手入局。

3月25日，LG Innotek CEO Moon Hyuk-soo在回答有關(guān)發(fā)展半導(dǎo)體玻璃基板業(yè)務(wù)的問(wèn)題時(shí)表示：“我們半導(dǎo)體基板的主要客戶(hù)是美國(guó)一家大型半導(dǎo)體公司，該公司對(duì)玻璃基板表現(xiàn)出極大的興趣。當(dāng)然，我們正在為此做準(zhǔn)備?！?/span>

日本DNP展示了半導(dǎo)體封裝的一項(xiàng)新開(kāi)發(fā)成果——玻璃芯載板 (GCS：Glass Core Substrate)，據(jù)稱(chēng)可以解決ABF帶來(lái)的許多問(wèn)題，準(zhǔn)備在2027年量產(chǎn)。

DNP聲稱(chēng)，其具有玻璃芯的HDI載板與基于有機(jī)樹(shù)脂的載板相比具有更優(yōu)越的性能。據(jù)介紹，使用玻璃芯載板可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的間距。

因此可以實(shí)現(xiàn)極其密集的布線(xiàn)，因?yàn)樗膊⑶也灰滓蚋邷囟蛎洝?/span>

DNP展示的示意圖甚至完全從封裝中省略了細(xì)間距載板，暗示這部分可能不再需要。

玻璃基板行業(yè)龍頭企業(yè)

玻璃基板行業(yè)的龍頭企業(yè)主要包括國(guó)內(nèi)外的幾家大型企業(yè)。

其中，美國(guó)的康寧(Corning)是全球TFT玻璃基板領(lǐng)域的市場(chǎng)頭部企業(yè)之一，以其領(lǐng)先的技術(shù)和大規(guī)模量產(chǎn)能力而著稱(chēng)。

康寧的產(chǎn)品不僅涉及玻璃基板，還廣泛應(yīng)用于光通信、移動(dòng)消費(fèi)電子、顯示科技等多個(gè)領(lǐng)域。

在國(guó)內(nèi)，彩虹股份、東旭光電、中國(guó)建材和凱盛科技等公司則是掌握玻璃基板生產(chǎn)技術(shù)的主要企業(yè)。

其中，東旭光電在玻璃基板領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)，擁有多個(gè)生產(chǎn)基地，產(chǎn)品覆蓋G5、G6和G8.5代TFT-LCD液晶玻璃基板，其量產(chǎn)產(chǎn)能在國(guó)內(nèi)位居第一，全球排名第四。

玻璃基板仍有現(xiàn)實(shí)的諸多挑戰(zhàn)

加工挑戰(zhàn)：玻璃基板的加工面臨著巨大挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括鉆孔和填孔的優(yōu)化，需要考慮對(duì)脆性的處理、金屬線(xiàn)的粘附性不足，以及實(shí)現(xiàn)均勻的過(guò)孔填充和一致的電氣性能。

缺乏可靠性數(shù)據(jù)：與傳統(tǒng)的BT/ABF等基板相比，玻璃基板的長(zhǎng)期可靠性信息相對(duì)不足。

這包括建立玻璃基板可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)，涵蓋機(jī)械強(qiáng)度、耐熱循環(huán)性、吸濕性、介電擊穿和應(yīng)力引起的分層等方面。

制造和測(cè)試挑戰(zhàn)：由于玻璃基板較脆，還需要重新開(kāi)發(fā)制造設(shè)備。且由于玻璃的透明度高且反射率與硅不同，因此為測(cè)試帶來(lái)了獨(dú)特的挑戰(zhàn)，如依靠反射率來(lái)測(cè)量距離和深度可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真或丟失，從而影響測(cè)量精度。

有限的層數(shù)：玻璃基板的前景在于支持高密度互連的能力，這是下一代電子產(chǎn)品所必需的。但目前這種潛力因建設(shè)過(guò)程中的實(shí)際限制而受到限制。目前用于半導(dǎo)體封裝基板通常允許多層電路，包括頂部和底部以及內(nèi)部層。

成本挑戰(zhàn)：成本也十分關(guān)鍵。即使技術(shù)上擁有優(yōu)勢(shì)，但降低成本也是一大難題，何時(shí)能夠用上高性?xún)r(jià)比的玻璃基板還不確定。

結(jié)尾：

以玻璃基板制成的印刷電路板，可能是芯片發(fā)展的「下一個(gè)重大趨勢(shì)」，如今南韓方面消息指出，隨著人工智能競(jìng)賽越演越烈，Nvidia、AMD、英特爾等，也都有意采用，估計(jì)最快2026年上路。