三星電機正在加速半導(dǎo)體玻璃基板業(yè)務(wù)。該公司決定建設(shè)原型生產(chǎn)（中試）線，原計劃于今年提前一個季度建設(shè)。分析為試圖通過從研發(fā)到量產(chǎn)的速度戰(zhàn)來追趕競爭對手。

三星電機近日確認，半導(dǎo)體玻璃基板中試線設(shè)備的引進完成日期將為9月。我們計劃在世宗市建設(shè)的試驗線內(nèi)部選擇一家設(shè)備公司，并開始認真建設(shè)該設(shè)施。三星電機已與主要玻璃基板設(shè)備供應(yīng)商分享了其交貨時間表”，并補充道，“我們計劃確保自動化功能，包括三星的安全法規(guī)，并在 9 月之前完成進口。

與現(xiàn)有的塑料（有機）材料相比，玻璃基板可以形成更精細的電路并且更薄。它具有耐熱性，作為高性能計算（HPC）的半導(dǎo)體基板而受到關(guān)注。

據(jù)此，三星電機在今年1月的CES 2024上正式進軍半導(dǎo)體玻璃基板市場，并公布了今年建設(shè)中試線、明年量產(chǎn)原型、2026年量產(chǎn)的路線圖。盡管這是一個為期一年的計劃，但據(jù)報道，該公司內(nèi)部正在采取更積極的行動。他們已經(jīng)足夠積極地與多家設(shè)備供應(yīng)商討論生產(chǎn)線建設(shè)。


1、玻璃基板有什么優(yōu)勢，能引得幾家大廠競折腰？

在半導(dǎo)體領(lǐng)域追求推進摩爾定律極限的當下，行業(yè)公司們都在使出渾身解數(shù)，以圖納入更多晶體管、實現(xiàn)更強算力。不過之前，大部分競爭焦點集中于如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)競爭——材料。

對于基板材料領(lǐng)域而言，玻璃基板是一項重大突破，它可解決有機材質(zhì)基板用于芯片封裝產(chǎn)生的翹曲問題，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，同時更省電、更具散熱優(yōu)勢。

因此廠商們對其給予厚望。英特爾就表示，到2030年之前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)很可能會達到使用有機材料在硅封裝上延展晶體管數(shù)量的極限，有機材料不僅更耗電，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)擴展，實現(xiàn)在單一封裝中容納1兆個晶體管目標，并將摩爾定律延續(xù)到2030年之后。

用英特爾的話來說，玻璃基板能將單個封裝中的芯片區(qū)域增加50%，從而可以塞進更多的Chiplet。


2、行業(yè)玩家，競逐玻璃基板賽道

作為封裝基板領(lǐng)域的探索引領(lǐng)者，2023年9月，英特爾推出基于下一代先進封裝的玻璃基板開發(fā)的最先進處理器，計劃于2026~2030年量產(chǎn)。

英特爾表示，玻璃基板具有卓越的機械、物理和光學特性，能夠構(gòu)建更高性能的多芯片SiP，在芯片上多放置50%的裸片，從而可以塞進更多的Chiplet。憑借單一封裝納入更多晶體管，預(yù)計將實現(xiàn)更強大的算力。

同時，為了彌合機械和電氣之間的差距，英特爾能夠在玻璃通孔（TGV）上實現(xiàn)更緊密的間距，將TGV的間距控制在100μm以內(nèi)，從而允許整體上有更多數(shù)量的通孔，將TGV密度提高10倍。所有這些最終使得通過基板核心路由信號變得更加靈活，并且在某種程度上使得使用更少的RDL層路由信號變得更加容易。

英特爾稱該成果將重新定義芯片封裝的邊界，能夠為數(shù)據(jù)中心、人工智能和圖形構(gòu)建提供改變游戲規(guī)則的解決方案，推動摩爾定律進步。

值得一提的是，英特爾認為玻璃基板的特性非常適合Chiplet，由于小芯片設(shè)計對基板的信號傳輸速度、供電能力、設(shè)計和穩(wěn)定性提出了新的要求，在改用玻璃基板后就可以滿足這些要求。

眾所周知，英特爾一直致力于推動Chiplet的發(fā)展，并且拉動一批頭部大廠組成UCIe聯(lián)盟，旨在降低小芯片先進封裝技術(shù)的設(shè)計成本，實現(xiàn)小芯片之間的互聯(lián)制定統(tǒng)一。這次搶跑玻璃基板工藝，其背后大概也有引領(lǐng)行業(yè)標準的“私心”。

英特爾表示，針對玻璃基板方面的相關(guān)研究工作可以追溯到十年前，并且已經(jīng)在美國亞利桑那州投資超過10億美元，用于建設(shè)研發(fā)產(chǎn)線。

英特爾在業(yè)界率先推出用于先進封裝的玻璃基板，一方面延續(xù)了近期PowerVia和RibbonFET等技術(shù)突破的良好勢頭，展現(xiàn)了英特爾對Intel 18A制程節(jié)點之后的下一個計算時代的預(yù)先關(guān)注和展望。

另一方面，這或許也是英特爾從封裝測試下手，應(yīng)對臺積電新策略。

目前，英特爾正朝著2030年在單個封裝上集成1萬億個晶體管的目標前進，而包括玻璃基板在內(nèi)的先進封裝技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新將有助于實現(xiàn)這一目標。

而就在近日，據(jù)韓媒sedaily報道，三星已經(jīng)成立了專門的團隊，研發(fā)“玻璃基板”技術(shù)。

三星集團子公司三星電機宣布與三星電子和三星顯示器等主要電子子公司建立聯(lián)合研發(fā)（R&D）統(tǒng)一戰(zhàn)線，研發(fā)玻璃基板，并將在2026年開始大規(guī)模量產(chǎn)，旨在比十年前進入玻璃基板研發(fā)的英特爾更快地實現(xiàn)商業(yè)化。

組建“軍團”加碼研發(fā)，這足以見得三星集團對玻璃基板的重視。

英特爾和三星的積極部署，可以理解為是其迎戰(zhàn)臺積電的一大策略。當前，在先進工藝領(lǐng)域臺積電依舊領(lǐng)先，而在先進封裝領(lǐng)域臺積電CoWoS實力雄厚，擁有較高的專利壁壘，英特爾和三星除在工藝層面加緊布局之外，先進封裝領(lǐng)域也需要尋求新的路徑實現(xiàn)追趕甚至超越，而玻璃基板成為一個最佳的“跳板”。

至于臺積電的“隱忍”，有行業(yè)專家表示，臺積電雖還沒有相關(guān)動作，但應(yīng)該也在密切關(guān)注。臺積電在CoWoS領(lǐng)域火力全開，接連獲得大廠訂單享受紅利，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)有路徑升級迭代，以保持領(lǐng)先地位不可撼動。而一旦臺積電覺得時機成熟，將會大幅加碼。

而在這項技術(shù)領(lǐng)域中，除了英特爾和三星，已有多個強勁對手入局。

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)的問題時表示：“我們半導(dǎo)體基板的主要客戶是美國一家大型半導(dǎo)體公司，該公司對玻璃基板表現(xiàn)出極大的興趣。當然，我們正在為此做準備。”

日本DNP展示了半導(dǎo)體封裝的一項新開發(fā)成果——玻璃芯載板 (GCS：Glass Core Substrate)，據(jù)稱可以解決ABF帶來的許多問題，準備在2027年量產(chǎn)。

DNP聲稱，其具有玻璃芯的HDI載板與基于有機樹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 (GCS) 可以實現(xiàn)更精細的間距，因此可以實現(xiàn)極其密集的布線，因為它更硬并且不易因高溫而膨脹。

要說最早入局玻璃基板的，還得是韓國SK集團旗下的Absolics。Absolics 2021年在世界上首次開發(fā)的“高性能計算（HPC）用玻璃基板”指定為新的增長動力。去年，Absolics又投資了6億美元，計劃在喬治亞州科文頓建一座月產(chǎn)能達4000塊的玻璃基板工廠。

Absolics看好玻璃帶來的機會，將其視為半導(dǎo)體封裝的改革者。

Absolics表示，隨著微處理的性能提升已達到極限，半導(dǎo)體行業(yè)正在積極利用異構(gòu)封裝，但現(xiàn)有的半導(dǎo)體載板必須通過稱為硅中介層的中間載板連接到半導(dǎo)體芯片，而內(nèi)置無源元件的玻璃載板可以在相同尺寸下集成更多的芯片，功耗也減少了一半。

作為全球第一大基板供應(yīng)商，日本Ibiden也在去年10月宣布，擬將玻璃基板作為一項新業(yè)務(wù)研發(fā)。據(jù)知情人士透露，當前Ibiden正處于半導(dǎo)體封裝用玻璃芯基板技術(shù)的探索階段。

另外，玻璃大廠康寧也看好玻璃在載板中的機會。他們認為，玻璃的諸多特性優(yōu)勢是應(yīng)對傳統(tǒng)封裝材料挑戰(zhàn)的絕佳解決方案。康寧公司正在積極探索400G及以上的集成光學解決方案，集成電光玻璃基板將被應(yīng)用于CPO工藝中。

有業(yè)內(nèi)人士指出，從行業(yè)整體來看，目前國外廠商對于玻璃基板的布局份額處于領(lǐng)先地位，包括美國康寧、美國申泰、日本泰庫尼思科和KISO WAVE等。而國內(nèi)方面，沃格光電、廈門云天半導(dǎo)體等企業(yè)也取得不同程度進展。

需要注意的是，目前國內(nèi)與國外的差距更多是體現(xiàn)在裝備方面，相關(guān)裝備被美日德壟斷，國產(chǎn)替代道阻且長。畢竟裝備方面的追趕不是一朝一夕的，但是從工藝技術(shù)角度開發(fā)角度來看，國產(chǎn)廠商或存在彎道超車的可能。


3、帶動玻璃通孔技術(shù)成為熱門

不只是加速玻璃基板技術(shù)的研發(fā)，英特爾還計劃引入玻璃通孔技術(shù)TGV（Through Glass Via），將類似于硅通孔的技術(shù)應(yīng)用于玻璃基板。

在此之前簡單了解什么是硅通孔，硅通孔技術(shù)即TSV（Through Silicon Via），它是通過在芯片與芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導(dǎo)通；TSV技術(shù)通過銅、鎢、多晶硅等導(dǎo)電物質(zhì)的填充，實現(xiàn)硅通孔的垂直電氣互聯(lián)，這項技術(shù)是目前唯一的垂直電互聯(lián)技術(shù)，是實現(xiàn)3D先進封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一。

玻璃通孔是穿過玻璃基板的垂直電氣互連。與TSV相對應(yīng)，作為一種可能替代硅基板的材料被認為是下一代三維集成的關(guān)鍵技術(shù)。

與硅基板相比，玻璃通孔互連技術(shù)具有優(yōu)良的高頻電學特性、大尺寸超薄玻璃基板成本低、工藝流程簡單、機械穩(wěn)定性強等優(yōu)勢。可應(yīng)用于2.5D/3D晶圓級封裝、芯片堆疊、MEMS傳感器和半導(dǎo)體器件的3D集成、射頻元件和模塊、CMOS 圖像傳感器 、汽車射頻和攝像頭模塊。基于此，玻璃通孔三維互連技術(shù)成為當前先進封裝的研究熱點。

英特爾在玻璃基板領(lǐng)域的突破無疑為整個行業(yè)帶來了新的活力，同時也成功激發(fā)了業(yè)界對TGV技術(shù)以及基板性能的廣泛興趣和深遠期待。這一突破不僅彰顯了英特爾在技術(shù)創(chuàng)新上的領(lǐng)先地位，也為整個電子產(chǎn)業(yè)帶來了全新的發(fā)展機遇。