文 | 半导体产业纵横
一块厚度不足毫米的玻璃板，正引发英特尔、三星和台积电之间一场静悄悄的竞赛。
在这场激烈的 AI 芯片 “ 封装竞赛” 赛道上，三星正有条不紊地推进其玻璃中介层战略布局。近日有消息称，三星电子拟定于 2028 年前实现玻璃中介层的正式应用，用以替换当下的硅中介层技术。
值得关注的是，即便玻璃中介层已成为行业探索的新方向，三星的发展路线却独树一帜。不同于业内广泛采用 510x515 毫米规格大尺寸玻璃面板的做法，三星另辟蹊径，着力开发尺寸小于 100x100 毫米的小尺寸面板。此举旨在加快原型验证进程，从而在市场竞争中拔得头筹。尽管小尺寸面板存在降低制造效率的潜在问题，但行业分析人士普遍认为，这将有助于三星更快地将相关技术推向市场。
为什么是玻璃？
长期以来，硅基材料凭借其优异的导电性和成熟的工艺体系，稳居芯片制造的核心地位。然而，随着高性能计算 （HPC）、人工智能 （AI） 和 5G 技术的爆发式需求，传统硅基材料的物理极限逐渐显现—— 散热瓶颈、信号延迟和成本压力成为制约芯片性能提升的关键障碍。在此背景下，玻璃基板技术以其独特的物理化学特性，成为半导体封装领域的突破方向。
玻璃具有卓越的尺寸稳定性，能够支撑更大面积、更精细的图案。它的热膨胀系数与硅相同，而且极其平整稳定。
此外，玻璃最吸引人的特性之一是其低介电常数，这最大限度地减少了信号传播延迟和相邻互连之间的串扰，这对于高速电子设备至关重要。它还能降低互连之间的电容，从而实现更快的信号传输并提高整体性能。在数据中心、电信和高性能计算等速度至关重要的应用中，使用玻璃基板可以显著提高系统效率和数据吞吐量。
低介电常数还能实现更好的阻抗控制，确保整个电路的信号完整性。这在射频应用中尤其具有吸引力，因为阻抗匹配对于最大化功率传输和最小化信号损耗至关重要。玻璃基板通过在整个基板表面提供一致的电气特性，有助于设计和制造可靠性和性能更高的高频电路。
玻璃基板的另一个关键优势是卓越的热稳定性，这对于在波动的温度条件下维持设备性能至关重要。与在热应力下可能变形或分层的覆铜板不同，玻璃基板在较宽的温度范围内尺寸变化极小。在热管理至关重要的应用中，例如汽车电子、航空航天系统和工业控制，玻璃能够承受热循环并在应力下保持尺寸完整性，有助于防止电气短路、断路或其他通常与温度引起的机械应变相关的可靠性问题。
谁选择了玻璃？
玻璃基板的介电常数低这一特性使其在先进封装 （如 Chiplet、2.5D/3D 封装） 中展现出替代传统有机基板的潜力。以台积电、英特尔为代表的头部企业已开始布局玻璃基板研发，而康宁等材料巨头则通过优化玻璃配方进一步降低生产成本。
台积电的玻璃基板布局紧密围绕其先进封装技术路线展开。台积电近年来在玻璃基板领域的布局加速推进，将其视为延续先进封装技术优势的关键战略方向。2024 年 9 月，台积电宣布将大力开发扇出型面板级封装 （FOPLP） 技术，并明确将玻璃基板作为核心材料，计划于 2025 年为英伟达生产首批基于玻璃基板的芯片。这一技术通过玻璃基板的高平整度和低热膨胀系数 （CTE），解决了传统有机基板 （如 ABF 载板） 在高密度封装中的翘曲问题，同时支持更高的互连密度和信号传输效率。
在技术路径上，台积电聚焦玻璃芯扇出 （Glass Core Fan-Out） 和 TGV（玻璃通孔） 工艺的研发。根据中国台湾玻璃基板供应链的规划，相关技术路线已明确：2025 年采用 Chip-First 方法，2026 年过渡到更先进的 RDL-First 工艺，并计划于 2027 年量产复杂的 TGV 工艺，与台积电的需求高度同步。此外，台积电还通过优化玻璃基板的深宽比设计 （如 2027 年目标实现 20:1 的深宽比），进一步提升封装性能。
英特尔的策略更偏向长期技术储备与产业链垂直整合。其在玻璃基板领域的布局始于约十年前，通过持续研发投入，目前已取得多项关键技术突破。2023 年 9 月，英特尔宣布推出业界首个用于下一代先进封装的玻璃基板技术，该技术通过实心玻璃芯取代传统层压板中的编织玻璃芯，显著提升了尺寸稳定性、通孔密度和信号传输速度。据英特尔称，这一创新可使芯片上裸片的放置数量增加 50%，从而提升多芯片系统级封装 （SiP） 的密度和性能。
为支撑这一技术路线，英特尔在过去十年间已投入约 10 亿美元，在美国亚利桑那州建立了专门的玻璃基板研发线和供应链，并计划于 2026 至 2030 年间推出完整的玻璃基板解决方案。该技术的核心优势在于其优异的热膨胀系数 （CTE） 匹配性和平整度，能够将图案变形减少 50%，同时支持更高温度下的稳定加工，为光刻焦深优化和层间互连覆盖提供保障。
目前，英特尔正将玻璃基板技术与共同封装光学元件 （CPO） 结合，瞄准 AI 芯片和高性能计算 （HPC） 领域，预计相关产品将在 2024 年底前进入生产阶段。这一战略被视为英特尔延续摩尔定律、巩固先进封装技术话语权的重要举措，同时也推动了整个半导体行业对玻璃基板替代传统有机基板 （如 ABF 载板） 的探索热潮。未来在 AI 芯片和异构计算领域的竞争奠定基础。
三星，以小博大
尽管业界正开始探索用于中介层的玻璃基板，但三星却采取了独特的策略。该公司并未采用 510x515 毫米的大尺寸玻璃面板，而是开发了尺寸小于 100x100 毫米的更小单元，以加速原型设计。报告强调，尽管尺寸缩小可能会影响制造效率，但预计可以加快产品进入市场的速度。
三星在玻璃基板领域的布局呈现多维度推进态势，其技术路线与商业化时间表逐渐清晰。近期，三星设备解决方案 （DS） 部门将要开发的下一代玻璃基板封装材料——“ 玻璃中介层”（Glass Interposer），目标是替代成本高昂的传统有机塑料封装基板并提升性能，计划于 2027 年实现量产。这一项目已与美国材料巨头康宁展开合作，部分生产环节或将外包以加速技术落地。与此同时，三星正联合多家材料、零部件及设备领域的中小企业 （SME），围绕半导体玻璃基板的商业化展开联合攻关，进一步强化其在先进封装领域的生态整合能力。
从时间线看，三星的玻璃基板战略分为短期与长期两步走：短期聚焦先进封装应用，长期则瞄准半导体制造环节。值得注意的是，三星在 CES 2025 上发布的玻璃基 MicroLED 大屏，已展示了玻璃基板在封装尺寸优化和成本控制上的潜力—— 大规格矩形玻璃载体可容纳更多芯片，从而提升先进封装的生产效率。
此外，三星正与韩国本土竞争对手 LG、SK 展开激烈角逐，三方均试图在芯片制造玻璃基板领域抢占先机。这一技术被视为大幅提升芯片性能的下一代解决方案，而三星凭借其半导体业务的深厚积累，有望在材料研发、工艺适配及产业链协同方面形成差异化优势。
目前，三星正准备在其天安园区使用玻璃中介层封装半导体，组件由外部供应商提供。据报道，该公司计划利用其现有的面板级封装 (PLP) 生产线来实现这一目标。PLP 被认为特别适合玻璃基板，与依赖圆形晶圆的传统晶圆级封装 （WLP） 相比，其生产率更高。etnews 指出，通过使用方形面板，PLP 有望提高效率。
商业化临界点
尽管玻璃基板的市场需求快速增长，但其商业化进程仍面临多重技术瓶颈。
其应用面临的一大障碍是缺乏统一的玻璃基板尺寸、厚度和特性标准。与遵循精确全球规格的硅晶圆不同，玻璃基板目前缺乏普遍接受的尺寸和特性。对于致力于生产通用兼容设备的设备制造商，以及寻求在不对工艺进行重大调整的情况下更换基板的半导体工厂而言，标准化的缺陷使其面临挑战。
与标准化密切相关的是兼容性问题，这不仅关乎不同批次玻璃基板之间的兼容性，也关乎基板与其所支持的半导体器件之间的兼容性。玻璃独特的电学和热学特性必须与半导体器件的电学和热学特性进行精确匹配。
在成熟的产品上通常不会使用玻璃，它将应用于最先进的应用，并拥有更好的电源解决方案。但这将更难处理。这是它的关键问题之一。
随着半导体行业向芯片级封装和 3D-IC 等先进封装技术迈进，后端工艺正在发生显著的变革。这一转变涉及传统上与前端半导体制造相关的方法的采用和调整。
玻璃基板作为新兴的封装基板,TGV 技术仍存在很多难点与挑战。TGV 技术是指以硼硅玻璃、石英玻璃等为基材, 通过通孔或盲孔成型、种子层溅射、电镀填充等工艺来实现 3D 互连的关键技术，是玻璃基板应用于先进封装的关键技术。
目前 TGV 的开发应用在欧美日成熟度最高，美国玻璃制造商康宁公司多年来一直致力于玻璃解决方案的研究, 可提供超大尺寸的玻璃面板, 为先进半导体封装提供带过孔的精密玻璃。AGC 是全球领先的玻璃供应商, 可以根据客户要求的图案在薄玻璃基板上制作通孔。LPKF 公司研发的激光诱导深度蚀刻技术是一项在微系统中广泛应用的新技术, 每秒可加工 5000 个通孔, 最小孔径可达 5μm。WOP 是全球顶级的飞秒激光微加工供应商之一, 在飞秒激光微加工方面可达亚微米级别的精度。其他的如日本江东电气、TECNISCO 等也致力于 TGV 领域研究, 为玻璃基板提供解决方案。
如今，光刻技术在实现小于 2µm 的线距方面发挥着关键作用，而这对于采用小芯片和 2.5D/3D IC 封装至关重要。但这些更精细的尺寸也要求材料能够承受更严格的加工条件，同时保持结构和功能的完整性，目前面临的最大挑战是如何最大限度地利用光刻工具。
由于封装对基板尺寸的限制减少，并且能够使用更大尺寸、数值孔径更低的透镜，封装供应商正在转向扇出型面板级封装 (FOPLP)，以便在每块面板上处理更多封装，从而降低成本。据估计，与圆形 300 毫米晶圆扇出型相比，面板成本可降低 30% 至 40%。
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