芯耀
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編者按：當玻璃這一“小透明”被應用于電子設備中時，便成為了無法忽視的存在。在電子玻璃的細分領域內(nèi)，有兩類玻璃尤其關鍵：一類是位于屏幕下方的基板玻璃，另一類則是覆蓋在屏幕之上的玻璃蓋板。從高清到超高清，從平面到曲面，從直板屏到多折疊屏，每一次顯示技術的飛躍與革新背后，都有玻璃的身影?？梢哉f，這兩類輕薄的玻璃，共同支撐了顯示面板產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。現(xiàn)在，顯示玻璃也在挖掘新發(fā)展之路，通過玻璃基封裝向半導體延伸……《中國電子報》特別策劃“顯示玻璃系列報道”，將全面呈現(xiàn)顯示玻璃領域的重大突破、市場現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢等內(nèi)容，敬請關注。
在摩爾定律放緩腳步的當下，半導體產(chǎn)業(yè)也在尋找提升芯片性能的新路徑。沒想到，這次闖入半導體圈的竟是“玻璃”。
從英特爾率先入局，到三星、英偉達、AMD、SKC、LG等企業(yè)聞風而動，以玻璃基板替代有機基板成為行業(yè)共識，半導體大廠們爭先恐后、悉數(shù)涌入的同時，也帶給玻璃基板產(chǎn)業(yè)新的刺激。甚至有聲音指出：“誰先實現(xiàn)半導體玻璃基板商業(yè)化，誰就是基板行業(yè)游戲規(guī)則的改變者?！辈ＡЩ瀹a(chǎn)業(yè)未來的全新競爭將圍繞半導體封裝展開。
玻璃基板在先進封裝領域的應用熱度越來越高，除半導體廠商和玻璃廠商外，也引來一批特別的入局者。據(jù)悉，京東方、三星顯示、群創(chuàng)光電、沃格光電等顯示產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)也出現(xiàn)在該戰(zhàn)場。
挑戰(zhàn)摩爾定律新路徑
芯片上市前主要分為設計、制造和封裝測試三個過程。簡單的說，芯片設計是規(guī)劃芯片功能并畫出電路圖，芯片制造是在晶圓上把電路制造出來。封裝測試是把從晶圓裁下的裸片和基板封裝成整體，并進行測試。這次故事的主角——玻璃基板芯片設計主要是在封裝階段。
眾所周知，摩爾定律已經(jīng)逼近物理極限。而近兩年，人工智能的火爆更加深了應用端對高性能芯片的需求。如今，半導體領域正努力在先進封裝上下功夫，以期提升芯片系統(tǒng)的性能。
先進封裝技術難度較大，需要在保護晶圓的基礎上，控制尺寸、保證散熱、提升芯片和外界數(shù)據(jù)傳輸速度，并控制成本。在這種要求下，工程師們絞盡腦汁想出了各種方法，比如改變封裝的方式，通過TSV（硅通孔）、混合鍵合等技術，從原來平面的2D封裝演化到2.5D/3D封裝等。而通過改變封裝材料來提高封裝后的芯片性能也是一種選擇。
在芯片發(fā)展過程中，基板材料經(jīng)過了多次演變，包括金屬、陶瓷、有機物、硅等。如今的支柱基板材料就是有機材料基板，也就是塑料基板。而現(xiàn)代高性能芯片會產(chǎn)生大量熱量，對散熱管理具有更高的要求，而有機材料基板與晶片的熱膨脹系數(shù)差異過大，在高溫環(huán)境下易出現(xiàn)變形或斷裂等情況。
相比而言，玻璃相較于其他基板材料具有多方面的優(yōu)勢。
CINNO Research資深分析師王菁在接受《中國電子報》采訪時分析說，玻璃基本具備明顯性能優(yōu)勢。玻璃基板熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性強，能夠在高溫下保持性能不變，減少機械應力，從而延長芯片的使用壽命。且玻璃基板的平整度高，有利于提高光刻的聚焦深度，從而提升封裝質(zhì)量。另外，在生產(chǎn)工藝方面，玻璃基板可以通過TGV技術（玻璃通孔技術）實現(xiàn)更精細的線路加工，提高布線密度，以實現(xiàn)更薄的線路和更低的介電損耗，從而提升信號傳輸速度和功率效率。還有，玻璃基板擁有成本效益優(yōu)勢。盡管玻璃基板的前期投入成本較高，但規(guī)模化生產(chǎn)后，其物料成本相對較低,更具性價比。
半導體產(chǎn)業(yè)認為，玻璃基板的應用有望成為滿足人工智能、6G通信、高性能存儲與大模型高性能計算的高效能比解決方案，有望幫助半導體行業(yè)在2030年之后仍然能夠維持摩爾定律。
從去年開始，英特爾、三星、英偉達、AMD、SKC、LG等廠商加快了玻璃基板在芯片領域應用的研究步伐。蘋果公司也在與供應商積極探討將玻璃基板技術應用于芯片開發(fā)的可行性。
業(yè)內(nèi)人士指出，在頭部科技企業(yè)的推動下，玻璃基封裝有望成為芯片發(fā)展的關鍵方向，全球玻璃基板市場將迎來加速發(fā)展。
據(jù)Prismark統(tǒng)計數(shù)據(jù)，預計2026年，全球IC封裝基板行業(yè)規(guī)模將達到214億美元。隨著各大頭部半導體企業(yè)入局，玻璃基板對現(xiàn)有方案的替代將加速，預計3年內(nèi)玻璃基板滲透率將達到30%，5年內(nèi)滲透率將達到50%以上。
玻璃基板產(chǎn)業(yè)反應迅速
在玻璃基板被半導體帶火的當下，玻璃產(chǎn)業(yè)鏈當然要抓住機遇。
甚至已經(jīng)有聲音指出：“誰先實現(xiàn)半導體玻璃基板商業(yè)化，誰就是基板行業(yè)游戲規(guī)則的改變者?！边@句話所折射的是，玻璃基板產(chǎn)業(yè)未來的全新競爭將圍繞半導體封裝展開。
特種玻璃肖特集團半導體先進封裝玻璃解決方案負責人Christian
Leirer在采訪中表示，看好玻璃在先進芯片封裝領域的巨大潛力。“未來算力速度要求越來越高，我們需要將特種玻璃的性能優(yōu)勢發(fā)揮到極致。一旦在能力范圍內(nèi)克服各種工程挑戰(zhàn)以及提升規(guī)模化生產(chǎn)所需的良率，這個技術便接近于量產(chǎn)?！?/p>
康寧顯示科技中國總裁兼總經(jīng)理曾崇凱在接受《中國電子報》記者采訪時表示，玻璃解決方案對于先進半導體封裝的進步至關重要。玻璃封裝包括三個制程，玻璃通孔（TGV）、通孔填孔與高密度布線，康寧在這三個領域都很早就有研究。未來的重點在于如何將這三個制程整合起來，提升良率并做到量產(chǎn)。
國內(nèi)玻璃廠商彩虹集團有限公司總經(jīng)理楊國洪也向《中國電子報》記者強調(diào)了未來玻璃基板產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向是半導體封裝?！斑h期看，玻璃基板的最大需求增量或?qū)碜杂谀壳皞涫懿毮康陌雽w封裝用玻璃技術。玻璃基板有望取代塑料封裝基板，或是2.5D封裝中的硅中介層（interposer），或充當扇出封裝的過程載板等?！?/p>
業(yè)內(nèi)人士指出，專注于玻璃材料研發(fā)和生產(chǎn)的玻璃廠商，對于玻璃的成分、性能和制造工藝有著深入的研究。在玻璃基封裝中，玻璃廠商能夠提供高質(zhì)量的玻璃基板，滿足半導體封裝對材料的嚴格要求。同時，玻璃廠商可以根據(jù)封裝企業(yè)的需求，定制化開發(fā)具有特定性能的玻璃材料，如不同的熱膨脹系數(shù)、介電常數(shù)等，為封裝技術的創(chuàng)新提供支持。因此，在先進封裝“玻璃化”的趨勢下，玻璃廠商有望最先獲益。
顯示企業(yè)爭奪半導體市場先機
隨著玻璃基板在半導體先進封裝領域的應用呼聲越來越高，一批特別的入局者也被吸引過來。據(jù)悉，像京東方、三星顯示、群創(chuàng)光電、沃格光電等顯示產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)也出現(xiàn)在該戰(zhàn)場。
2024年3月，三星組建了由三星電機、三星電子和三星顯示器部門組成的聯(lián)合研發(fā)（R&D）統(tǒng)一戰(zhàn)線，計劃在2026年大規(guī)模生產(chǎn)玻璃基板。
2024年9月，我國面板大廠京東方成立中國大陸第一家從顯示面板轉(zhuǎn)向先進封裝的業(yè)務部門，并正式發(fā)布并展出面向半導體封裝的玻璃基面板級封裝載板，該面板級載板面向AI芯片，計劃2026年后啟動量產(chǎn)。
中國臺灣面板雙虎之一群創(chuàng)光電此前表示，群創(chuàng)基于其3.5代面板線改造而成的FOPLP封裝（面板級扇出封裝）技術已可小批量向外供貨，其TGV（玻璃通孔）封裝約在2-3年后實現(xiàn)量產(chǎn)。
沃格光電方面表示，其子公司湖北通格微公司年產(chǎn)100萬平方米玻璃基半導體板級封裝載板項目產(chǎn)能建設穩(wěn)步向前推動。截至目前，一期年產(chǎn)10萬平方米相關設備已陸續(xù)到場進行安裝，預計今年年內(nèi)進行試生產(chǎn)。
顯示面板封裝與半導體封裝有較大區(qū)別，此時，各大顯示產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)入局是否具備優(yōu)勢呢？業(yè)內(nèi)人士在接受《中國電子報》采訪時，對此多表示看好。
“顯示企業(yè)在布局先進玻璃基封裝方面還是具有一定優(yōu)勢的?！敝袊茖W院院士歐陽鐘燦對《中國電子報》記者分析稱，事實上，玻璃基板本就是液晶面板生產(chǎn)的核心材料。數(shù)十年的應用積累讓這些顯示企業(yè)對于玻璃的特性和加工工藝有著深入的理解，且在玻璃加工和制造方面具有豐富的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗和技術可以為半導體封裝工藝的優(yōu)化提供支持。例如，在玻璃基板的薄化、刻蝕、鍍膜等方面，顯示企業(yè)能夠更好地控制工藝參數(shù)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。此外，顯示企業(yè)與半導體產(chǎn)業(yè)鏈中的其他環(huán)節(jié)有著廣泛的合作關系，能夠更好地整合資源，推動玻璃基封裝技術的應用和發(fā)展。
勢銀（TrendBank）半導體產(chǎn)業(yè)研究部高級分析師高占占對《中國電子報》記者指出，顯示企業(yè)在封裝流程上具有先天的設備優(yōu)勢，在前期投資產(chǎn)線成本上能得到有效管控，同時具備板級薄膜沉積和金屬布線的中道制程經(jīng)驗，產(chǎn)業(yè)布局上會有一定技術經(jīng)驗。先進玻璃基板級封裝產(chǎn)業(yè)對于玻璃加工廠和面板廠舊世代產(chǎn)線的轉(zhuǎn)型升級，是一個很有前景的增量賽道。
王菁亦指出，相較于傳統(tǒng)封裝企業(yè)，顯示企業(yè)在顯示技術、大規(guī)模集成制造等方面積累了豐富的經(jīng)驗，為玻璃基封裝技術的發(fā)展提供了良好的基礎，且這些企業(yè)通常具備較強的產(chǎn)業(yè)鏈整合能力，能夠更好地應對玻璃基板技術的復雜性和挑戰(zhàn)。
總之，面板制造商和玻璃廠商切入半導體玻璃封裝領域，不僅能夠借助自身在顯示技術方面的優(yōu)勢，還能分享先進封裝技術帶來的市場機遇。未來，隨著技術的成熟和市場的擴大，顯示產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)有望在玻璃基封裝領域取得更大的突破和發(fā)展。
然而，機遇越大挑戰(zhàn)也越大。
面板廠商和玻璃廠商等光電企業(yè)若要進入半導體玻璃基封裝領域，勢必面臨諸多挑戰(zhàn)。
歐陽鐘燦院士提到，盡管光電企業(yè)在玻璃材料方面擁有優(yōu)勢，但在半導體封裝技術的經(jīng)驗上相對欠缺，相關人才也需要培養(yǎng)。此外，半導體行業(yè)的高標準和嚴格的認證程序也對企業(yè)的管理能力和技術水平提出挑戰(zhàn)。因此，要在這一新興領域取得成功非朝夕之功。
作者丨谷月編輯丨邱江勇美編丨馬利亞監(jiān)制丨趙晨
