玻璃基板专题：材料变革与封装工艺升级，产业化节点将近

玻璃基板先进封装趋势分析与设备增量测算 摘要 ●玻璃基板核心价值在于解决大尺寸封装翘曲问题，通过低CTE与高刚性替代有机ABF载板，是2.5D/3D先进封装向更大尺寸演进的关键路径。·台积电CoWoS-L方案中玻璃仅作为临时键合载具(Carrier),而非中介层材质，其“化圆为方”旨在提升封装效率与材料利用率。●玻璃芯基板(Glass CoreSubstrate)制造核心工艺为TGV(玻璃通孔),涉及激光诱导刻蚀、PVD种子层沉积及电镀填孔等关键环节。·康宁推出玻璃桥方案解决光模块光路耦合难点，通过自动化波导技术提升良率，预示玻璃基板在CPO近封装光学领域的广阔前景。●设备端迎来纯增量机遇，预计2027-2030年渗透率升至30%-50%,带动超快激光钻孔(60亿+)、PVD(60亿+)及电镀设备需求爆发。·国内PCB设备厂商具备先发优势，帝尔激光、大族数控、东威科技、芯碁微装等已进入验证或小批量阶段，有望打破海外对ABF载板市场的垄断。 Q&A 玻璃基板技术在当前产业格局下的发展动态如何，主要参与者及其技术路径有何不同? 玻璃基板技术正成为全球半导体产业关注的焦点，海内外多家企业均在积极布局。海外方面，英特尔正大力推进玻璃基板与EMIB先进封装技术的结合，旨在拓展ASIC客户，例如谷歌等。台积电则在持续推进其CoWoS方案。康宁公司将玻璃方案创新性地应用于CPU内部，通过玻璃桥技术改善光电信号耦合效果，解决光纤到光引擎传输的难点，从而提升良率并缩短生产耗时。国内方面，产业链联动趋势明显，京东方已公告与康宁合作，蓝思科技则宣布与英特尔合作，此外沃格光电等企业也在进行相关布局。 与传统的晶圆级封装相比，面板级封装的核心优势是什么,尤其是在应对未来芯片设计趋势方面? 面板级封装相较于晶圆级封装的核心优势主要体现在两个方面。首先是封装效率的提升，通过“化圆为方”,即从圆形晶圆封装转向方形面板封装，可以显著减少因切割圆形晶圆造成的面积损耗，从而提高材料的利用率。其次是更能支持大尺寸芯片的封装需求。随着芯片迭代，其面积不断增大已成为趋势。例如，英伟达Rubin Ultra芯片最初曾设想将四个Die和十六个HBM封装在一起，但大面积封装会降低晶圆的可切割芯片数量并影响良率，最终该方案在2026年3月左右调整为两个Die的方案。面板级封装因其形态和尺寸优势，能够更好地适应并支撑未来更大尺寸芯片的封装需求。 玻璃基板在先进封装领域，特别是在替代有机封装基板方面，具备哪些关键的技术优势? 玻璃基板在封装领域的应用，尤其是在替代有机材料方面，展现出显著的技术优势，这使其成为商业化落地前景最明确的方向之一。首先，玻璃材料的物理特性更优。其介电常数、介质损耗和热膨胀系数均较低，这意味着信号传输损耗更小、速度更快，且在高温工作环境下不易发生形变。其次，它能有效解决有机基板的翘曲问题。有机基板在面积增大和高温工作时容易发生翘曲，导致芯片let、中介层、封装基板和PCB之间通过焊点或凸块连接的部分脱落，引发断路等可靠性问题。采用玻璃作为封装基板材料，能凭借其低热膨胀系数显著减小形变，从而确保连接的稳定性。 面板级封装与玻璃基板之间的具体关系是什么,CoWoS方案向面板级演进是否意味着中介层材质的改变? 当前阶段的面板级封装，其核心是实现面板层级的方形RDL(重布线层),并不等同于将封装结构中的硅基中介层替换为玻璃中介层。具体而言，从CoWoS(ChiponWafer on Substrate)演进至面板级封装，并非简单地用玻璃面板替换硅中介层。可以理解为，这种演进是在CoWoS-L工艺的基础上，将封装载体从圆形变为方形，以实现“化圆为方”的工艺思路，但封装整体内部并未引入玻璃材质的中介层。 先进封装技术中引入中介层的主要目的是什么,以及封装技术从早期到现阶段的演进路径是怎样的? 在先进封装中，中介层的主要作用是作为桥梁，将芯片纳米级的制程尺寸平滑过渡到封装基板上微米级(约几十微米)的布线尺寸，从而实现信号的有效传输。同时，引入中介层也是为了实现更高的I/0密度，即增加引脚数量，为信号传输提供更多通路，进而提升整体性能。封装技术的演进路径体现了连接密度和集成度的不断提升：从早期的引线键合(点对点连接),发展到倒装(Flip-Chip, 面连接),再到扇入/扇出型封装。当前，以台积电CoWoS为代表的2.5D先进封装技术，通过引入硅基中介层，已成为高端算力芯片(如英伟达Rubin方案)的标准配置。未来，随着HBM容量和逻辑Die算力的持续增长，对两者之间通信带宽的要求将进一步提高，封装技术预计将继续向更高集成度的方向迭代。 请详细介绍硅基中介层(siliconinterposer)的特性，以及台积电CoWos封装技术从CoWoS-S到CoWoS-L的演进路径及其背后的原因? 硅基中介层是一种无源器件，其功能主要是在其上布线以实现连接，而不像芯片作为有源器件那样能产生信号。台积电的CoWoS封装技术经历了从CoWoS-S到CoWoS-L的迭代演进。CoWoS-S中的“S”代表全硅中介层(fullsiliconinterposer),其工艺流程是在一整张圆形硅片上制作TSV通孔，通过刻蚀和填铜，并在硅中介层的上下表面制作RDL重布线层，从而连接上方的芯片和下方的载板。RDL的制作采用了类似大马士革的工艺，通过薄膜沉积二氧化硅作为绝缘层，再利用光刻、刻蚀和镀铜形成线路，这与半加成法(Semi-AdditiveProcess,SAP)的思路相似。然而，全硅中介层方案存在成本高昂和尺寸受限两大问题。尺寸限制主要源于制造中介层所使用的设备多为前道工艺淘汰下来的设备，其光罩尺寸存在天然的上限。为了平衡性能、尺寸与成本，业界逐步转向CoWoS-L方案。CoWoS-L中的“L”指的是LST(LargeScaleIntegration)硅桥(siliconbridge),该方案仅在关键连接区域保留高密度的硅桥，而其他部分则采用有机中介层。具体实现方式是将原本集成在整块硅中介层上的重要线路拆分成多个小型LSI硅桥，先在硅桥上完成布线，再将其嵌入到有机的RDL结构中。这种结合了硅桥和有机材料的混合方案，在支持大尺寸封装的同时，兼顾了成本、良率和经济性，已成为当前大尺寸封装的主流选择。 市场对于台积电CoWos技术中玻璃的应用存在一些分歧，请问玻璃在其中扮演的真实角色是什么?它是否被用作玻璃中介层，以及这对相关设备提出了哪些新要求? 当前市场对台积电CoWoS技术中玻璃应用的理解存在误区，认为其将采用一整张玻璃中介层(glassinterposer)来替代硅中介层。实际上，台积电的方案并非如此。鉴于先进封装已从CoWoS-S的全硅中介层演进到CoWoS-L的硅桥方案，本身已不存在整块硅中介层，因此引入整块玻璃中介层的逻辑并不成立。在台积电的面板级RDL(PanelRDL)方案中，玻璃仅作为一种临时的键合载具(temporarycarrier),用于承载和处理方形的封装单元，而非作为封装体的一部分。封装体在玻璃载具上完成加工后，会通过激光解键合(laserde-bonding)的方式从玻璃上取下，而玻璃载具本身可以重复使用，因此其带来的增量相对有限。从台积电采购的设备清单中也可以发现，其中并未包含用于在玻璃上进行TGV打孔的设备，这进一步印证了玻璃仅作为临时托盘，不进入最终封装体。尽管日月光等厂商确有尝试研发纯玻璃中介层技术，但这可能并非未来的主流方向。这种从圆形晶圆加工转向方形面板级加工的转变，对设备端提出了新的要求。受影响最大的主要是光刻设备和电镀设备。首先，在光刻环节，无论是传统的掩膜版方案还 是如芯碁微装采用的激光直写方案，其光照范围都必须从圆形适配为方形。其次，电镀环节的设备也需要进行相应的改造，以适应方形基板的加工需求。 除了在CoWos中作为临时载具，玻璃基板在先进封装领域还有哪些更具产业化潜力的应用?其技术优势和核心工艺流程是怎样的? 玻璃基板在产业化方面更具潜力的应用是作为封装基板的核心材料，即玻璃芯封装基板(glasscoresubstrate),通常也被直接称为玻璃基板或玻璃载板。这一应用主要是为了解决大尺寸封装中ABF载板面临的挑战。随着封装尺寸增大，由玻纤布、树脂等有机材料构成的ABF载板在高温下容易发生翘曲。由于芯片和硅桥的刚性高、热膨胀系数低，而ABF载板的热形变较大，两者之间的失配会影响封装的可靠性。因此，产业界的核心思路是将ABF载板的有机芯材替换为玻璃芯，利用玻璃优异的机械刚性和更低的热膨胀系数，来提升载板的平整度和热稳定性。玻璃芯基板的制造流程与ABF载板类似，同样采用半加成法工艺。其核心工艺步骤包括：首先，通过激光诱导刻蚀(Laser-InducedEtching)技术在玻璃原片上进行改性并制作玻璃通孔，这与传统PCB的激光烧蚀或机械钻孔不同。其次，进行孔内金属化，即填充铜。这一步难度较高，通常先采用PVD(物理气相沉积)工艺在孔壁和表面沉积一层钛金属作为种子层以增强结合力，然后通过电镀填孔的方式将铜填充进去。完成玻璃芯的TGV制作后，后续的增层制造便与ABF载板的半加成法工艺基本一致：在绝缘材料层上进行闪镀形成薄铜种子层，再通过曝光、显影和图形化电镀直接生长出线路，最后经闪蚀去除多余的种子层，逐层叠加直至完成整个载板的制造。 请问玻璃基板作为封装基板材料，相较于传统的电子布加树脂等材料，其核心优势体现在哪些方面? 玻璃基板的核心优势主要体现在三个关键指标上：DK(介电常数)、DF(介电损耗)和CTE(热膨胀系数)。玻璃的DK和DF性能优异，能够满足载板级别的需求。同时，其CTE较低，意味着热形变程度会小很多，可靠性更高。这些特性使其成为目前看来最有潜力实现量产的封装基板技术之一。 在光模块领域，玻璃基板有哪些潜在的应用，例如康宁的玻璃桥方案相较于传统耦合方式有何创新之处? 在光通信领域，玻璃基板的应用具有较大想象空间，尤其体现在近封装光学等场景。传统的可插拔光模块方案存在一些局限，例如需要两颗DSP,且交换芯片与光引擎之间距离较远，导致信号传输速度受限、损耗较高。近封装光学方案通过将光引擎移至离交换芯片更近的位置并减少DSP,可以改善这些问题。然而，这一方案中的光路耦合工序非常复杂，传统的光栅耦合和边缘耦合方式在高密度场景下面临对准时间长、长期高温工作下易发生耦合偏移等良率挑战。康宁的玻璃桥方案为此提供了一种创新解法，它利用带有波导性质的玻璃桥，通过类似滑轨的模式实现光从外部到内部的传导。该方案的耦合过程是自动化的，且玻璃桥本 身是预先固定好的，仅通过前后移动进行调整，从而避免了耦合偏移问题。 玻璃基板制造过程中涉及哪些核心工艺环节，以及这些环节主要由哪些设备供应商主导? 玻璃基板制造的核心工艺环节与硅通孔技术有相似之处，主要包括打孔、电镀和图形化等。在打孔环节，目前主要采用激光诱导刻蚀(Laser-InducedEtching)的方式。电镀环节则涉及孔壁的金属化，通常先通过PVD(物理气相沉积)镀上一层钛金属作为种子层，再在此基础上用铜进行增厚和填孔。要将通孔拓展到二维平面的重布线层，还需要用到图形化电镀设备。整体而言，玻璃基板的电镀工艺包含水平沉铜、垂直电镀增厚和图形化电镀三个步骤。从设备供应商格局来看，这些环节的传统主导者多为海外半导体设备龙头，如LamResearch、TEL、AMAT等、国内企业如盛美上海在部分环节也有所参与。 如何测算玻璃基板封装技术所带来的设备市场增量空间? 测算玻璃基板带来的设备市场空间，其核心逻辑是基于它对现有ABF载板市场的部分替代。测算思路如下：首先，确定全球先进封装的产能，主要由台积电、英特尔、日月光、Amkor等厂商贡献，这些产能决定了可封装的大尺寸算力芯片的总量。其次，根据每片晶圆大约能切割出8到10颗芯片，可以推算出芯片的总出货量。由于一颗芯片对应一个封装基板，这就得出了载板的总需求量。接着，对玻璃基板在封装市场的渗透率进行