摩爾定律放緩腳步，巨頭們競(jìng)相尋找提升芯片性能的新路徑。憑借諸多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，玻璃基板技術(shù)冉冉升起，成為半導(dǎo)體行業(yè)炙手可熱的新星。

“誰(shuí)先實(shí)現(xiàn)玻璃基板規(guī)模商業(yè)化，誰(shuí)就是基板行業(yè)新的游戲規(guī)則改變者。”這句話所折射的，是算力緊缺時(shí)代玻璃基板領(lǐng)域的激烈競(jìng)賽。從英特爾率先入局，到三星、AMD、LG等企業(yè)聞風(fēng)而動(dòng)，以玻璃基板替代有機(jī)基板成為行業(yè)共識(shí)，大廠們爭(zhēng)先恐后、悉數(shù)涌入。

“這一定是個(gè)趨勢(shì)?！碧胤N玻璃巨頭肖特集團(tuán)（SCHOTT AG）半導(dǎo)體先進(jìn)封裝玻璃解決方案負(fù)責(zé)人Christian Leirer近日接受澎湃新聞等媒體采訪時(shí)表示，肖特和全球許多參與者一樣，看好玻璃在先進(jìn)芯片封裝領(lǐng)域的巨大潛力?！拔磥?lái)算力速度要求越來(lái)越高，我們需要將特種玻璃的性能優(yōu)勢(shì)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)?；a(chǎn)所需的良率，這個(gè)技術(shù)便接近于量產(chǎn)?！彼麖?qiáng)調(diào)，作為新技術(shù)產(chǎn)品，玻璃基板商業(yè)化應(yīng)用仍面臨一系列現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，需要產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同作戰(zhàn)。

玻璃基板，為“突破極限”而生的市場(chǎng)新寵

芯片基板主要用于芯片先進(jìn)封裝層面的系統(tǒng)級(jí)集成，是封裝后道工序中的關(guān)鍵技術(shù)。自上世紀(jì)70年代的引線框架開(kāi)始，基板設(shè)計(jì)歷經(jīng)多次迭代，上世紀(jì)90年代陶瓷基板替代了金屬框架，世紀(jì)之交又出現(xiàn)了由類似PCB的材料和編織玻璃層壓板制程的有機(jī)基板?；宀牧系牟粩嗌?jí)，推動(dòng)芯片性能持續(xù)提升。

過(guò)去20多年里，有機(jī)材料一直是封裝基板的主角，但隨著單個(gè)封裝內(nèi)的芯片和連線數(shù)量越來(lái)越多，有機(jī)基板正在接近物理極限。

更強(qiáng)大算力需求的不斷增長(zhǎng)孕育了新的技術(shù)變革。特種玻璃憑借優(yōu)異的耐熱性、介電性能以及具有多種熱膨脹系數(shù)（CTE）等特性，為下一代芯片提供了全新可能。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)驗(yàn)證，行業(yè)頭部公司不約而同地選擇了特種玻璃，作為下一代芯片封裝基板最具潛力的新材料之一，并且在近兩年紛紛布局相關(guān)產(chǎn)線。

“特種玻璃在芯片載板領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)成熟，作為先進(jìn)封裝基板的技術(shù)應(yīng)用，大廠們已經(jīng)開(kāi)始全面布局。”肖特集團(tuán)中國(guó)區(qū)總經(jīng)理陳巍向澎湃新聞介紹，后摩爾時(shí)代，芯片特征尺寸越來(lái)越小，功率和處理速度卻大大提升，催生出新的材料需求?！靶ぬ氐绕髽I(yè)兼具半導(dǎo)體行業(yè)所需的材料和各種開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)，玻璃基板市場(chǎng)應(yīng)運(yùn)而生?！?/p>

為數(shù)不多擁有上述能力的市場(chǎng)主要參與者已經(jīng)感受到新需求的快速升溫。陳巍分析稱，相較于現(xiàn)有的有機(jī)基板，玻璃基板可實(shí)現(xiàn)更小、更密集的封裝，同時(shí)降低連接長(zhǎng)度，從而降低AI、高性能計(jì)算（HPC）和數(shù)據(jù)中心芯片的功耗和系統(tǒng)復(fù)雜性，最終實(shí)現(xiàn)更快、更節(jié)能的計(jì)算。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，玻璃基板可以使芯片速度最高可加快40%、能耗減少最高可達(dá)到50%。

肖特對(duì)該行業(yè)并不陌生。在全球頂尖的光刻機(jī)內(nèi)，硅晶圓和曝光模必須精確定位，從而制造頂尖微芯片內(nèi)極其精細(xì)的結(jié)構(gòu)。肖特的柔性導(dǎo)光器等產(chǎn)品是全球領(lǐng)先的光刻機(jī)中的重要元器件，確保過(guò)程中保持最高的精度。由于這些機(jī)器在全球所有芯片廠和 IDM（集成器件制造商）中都在使用，幾乎所有計(jì)算機(jī)芯片都會(huì)與來(lái)自肖特的特種玻璃材料接觸。

業(yè)界預(yù)測(cè)，到2030年，玻璃將成為芯片封裝的關(guān)鍵材料之一。面對(duì)下一代先進(jìn)封裝浪潮，今年8月，肖特整合內(nèi)部資源成立了全新部門“半導(dǎo)體先進(jìn)封裝玻璃解決方案”，為半導(dǎo)體行業(yè)提供量身定制的特種材料解決方案?！拔覀冎耙餐ㄟ^(guò)推廣現(xiàn)有的業(yè)務(wù)部門去為半導(dǎo)體行業(yè)服務(wù)，由于行業(yè)的需求越來(lái)越增長(zhǎng)，我們?cè)趦?nèi)部作出這樣的新調(diào)整。”Christian Leirer博士說(shuō)道。

巨頭爭(zhēng)霸玻璃基板，商業(yè)化挑戰(zhàn)尚存

伴隨先進(jìn)封裝潮起，玻璃基板已成為重塑產(chǎn)業(yè)格局、決定未來(lái)勝負(fù)的重要戰(zhàn)場(chǎng)。

今年以來(lái)，有關(guān)玻璃基板的討論高熱不退。芯片設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和封裝頭部企業(yè)將用玻璃基板替代有機(jī)基材的消息不絕于耳，相關(guān)概念股掀起多輪漲停潮。高效能AI芯片競(jìng)爭(zhēng)加劇下，英特爾、英偉達(dá)、AMD等巨擘預(yù)計(jì)最早將于2026年采用玻璃基板。

2023年9月，英特爾率先宣布推出先進(jìn)封裝玻璃基板，計(jì)劃于2026年至2030年量產(chǎn)。英特爾表示，針對(duì)玻璃基板方面的研究工作可以追溯到十年前，并且已經(jīng)在美國(guó)亞利桑那州投資超過(guò)10億美元，用于建設(shè)研發(fā)產(chǎn)線，此舉有助于該公司實(shí)現(xiàn)2030年在單個(gè)封裝上集成一萬(wàn)億個(gè)晶體管的目標(biāo)。

在封裝技術(shù)創(chuàng)新上，英特爾曾在20世紀(jì)90年代引領(lǐng)業(yè)界從陶瓷封裝向有機(jī)封裝過(guò)渡，率先實(shí)現(xiàn)無(wú)鹵素和無(wú)鉛封裝。

三星也將玻璃基板視作改變游戲規(guī)則的解決方案。今年1月，三星在CES 2024上宣布進(jìn)軍半導(dǎo)體玻璃基板領(lǐng)域，并公布了2024年建立中試線、2025年量產(chǎn)樣品、2026年正式量產(chǎn)的路線圖。根據(jù)規(guī)劃，三星電機(jī)將在今年9月份之前將所需設(shè)備安裝到試驗(yàn)線上，并在第四季度開(kāi)始運(yùn)營(yíng)其試點(diǎn)生產(chǎn)線，比最初的計(jì)劃提前了一個(gè)季度。

SK海力士通過(guò)其美國(guó)子公司Absolics涉足該領(lǐng)域，計(jì)劃在2025年初開(kāi)始量產(chǎn)，成為最早加入玻璃基板爭(zhēng)霸的公司之一。

不久前摩根士丹利更新了英偉達(dá)GB200供應(yīng)鏈的情況，稱英偉達(dá)GB200 DGX/MGX的供應(yīng)鏈已經(jīng)啟動(dòng)，將采用玻璃基板用于先進(jìn)封裝。

據(jù)Prismark統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)2026年全球IC封裝基板行業(yè)規(guī)模將達(dá)到214億美元。隨著各大芯片巨頭入局，玻璃基板對(duì)現(xiàn)有方案的替代將加速，預(yù)計(jì)3年內(nèi)玻璃基板滲透率將達(dá)到30%，5年內(nèi)滲透率將達(dá)到50%以上。The Insight Partners認(rèn)為，玻璃基板的全球市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從今年的 2300 萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2034年的42億美元。

盡管潛在優(yōu)勢(shì)顯著，但與任何新技術(shù)一樣，玻璃基板的商業(yè)化道路面臨著加工、制造測(cè)試、成本等一系列挑戰(zhàn)。

業(yè)內(nèi)觀點(diǎn)認(rèn)為，玻璃雖能克服翹曲、電氣性能也較好，但易碎、難加工等缺點(diǎn)突出，在實(shí)際交付之前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)良率還有不短的距離。企業(yè)的前期投資成本高昂，即使在技術(shù)開(kāi)發(fā)上投入巨資，若業(yè)務(wù)無(wú)法盈利，將成為沉沒(méi)成本。

“在商業(yè)化過(guò)程中，玻璃的優(yōu)勢(shì)如何蓋過(guò)缺點(diǎn)至關(guān)重要。我們會(huì)嘗試用不同的方法解決脆弱性、開(kāi)孔金屬化、良率等問(wèn)題。隨著開(kāi)發(fā)進(jìn)程的逐步開(kāi)展，玻璃生產(chǎn)技術(shù)越專業(yè)、客戶合作越多，解決方案也會(huì)越多?！盋hristian Leirer認(rèn)為，玻璃基板作為面向高端應(yīng)用的新技術(shù)，需要產(chǎn)業(yè)鏈緊密互動(dòng)，就技術(shù)路線和產(chǎn)品達(dá)成共識(shí)，這需要時(shí)間?！霸谑袌?chǎng)開(kāi)發(fā)初期，各方可能在成本問(wèn)題上存在不同想法。但首先要將市場(chǎng)做起來(lái)，再考慮成本。隨著使用量越來(lái)越大，成本會(huì)不斷走低。”

陳巍向澎湃新聞介紹，肖特將在今年11月舉行的第七屆進(jìn)博會(huì)上首展其基于特種玻璃的半導(dǎo)體封裝解決方案?！拔磥?lái)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力將在很大程度上來(lái)源于算力，特種玻璃可以幫助芯片行業(yè)達(dá)到新的高度?！?/p>