先進封裝技術(shù)之爭 | 玻璃基 Chiplet 異構(gòu)集成打造未來AI高算力(二)

2028年后，先進封裝公司、數(shù)據(jù)中心和AI公司需要更高性能、更低功耗和超大結(jié)構(gòu)優(yōu)異的大芯片外形尺寸實現(xiàn)差異化價值競爭。目前廠家突破FR4基板材料的限制開始采用玻璃基板。玻璃基板以被確認是改變半導體封裝的革命性材料，其表面光滑且易于加工，可從晶圓級擴展至成更大的方形面板，滿足超細間距半導體封裝的要求。

本文將接《先進封裝技術(shù)之爭 | 玻璃基Chiplet異構(gòu)集成打造未來AI高算力（一）》，繼續(xù)更新全球玻璃技術(shù)的前沿進展。我們在開頭斗膽奉獻上玻璃基板封裝技術(shù)路線圖2023-2030，不周之處，敬請批判。同時我們調(diào)研的很多公司技術(shù)在此首次公開。無需開白名單，所有賬號均可迅速轉(zhuǎn)載。

玻璃基板技術(shù)路線圖2023-2030

2024年以后的封裝基板變得越來越大、越來越細、越來越多層化和3D化。未來AI、高性能計算、5.5/6G通信和物聯(lián)網(wǎng) (IOT) 將對帶寬需求不斷增長，將推動2.5D 和 3D 中介層技術(shù)向玻璃基遷移，要求垂直互連具有更低的高頻損耗和更高的孔深/尺寸比，玻璃中介層高縱橫比、高密度通孔以及每個通孔所占用的空間及其填充孔洞的金屬化能力等將成為技術(shù)的核心指標之一。

Chiplet異構(gòu)集成方法在集成具有不同功能的多個芯片時提供了靈活性和效率，Chiplet與Al/HPC下一代基板技術(shù)——玻璃芯板的設計理念渾然天成。玻璃基板是放置AI芯片的介質(zhì)，是未來2.5D/3D封裝的核心，玻璃基板在確保芯片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時，還將信號從芯片傳送到封裝系統(tǒng)。

玻璃基板卓越的機械穩(wěn)定性帶來更高互連密度允許在封裝中連接更多晶體管——一萬億晶體管可能是未來AI技術(shù)的起步，激進的玻璃基板技術(shù)路圖可能打破我們不敢預知的想象：

大板級封裝微細間距從20/15μm（2023/2024），進步10/5μm（2026/27）進入3/2μm（2030年）；晶圓級微細間距從10/8μm（2023/2024），進步5/4μm（2026/27），進入2/1μm（2030年），適應下一代HBM標準的更快傳輸速度。研發(fā)試驗上的微細間距突破亞微米（2025）；

玻璃片/板的厚度從700-500μm(2023/2024)下降至300-100μm(2028/2030)

打孔直徑從15/10μm(2023/2024)下降至2到1μm(2026/27)至亞微米（2028）以下；

每510X515mm的面板上打孔數(shù)量由10/20萬個（2024）提升至1000萬個（2030）。每300X300mm的晶圓片打孔數(shù)量由數(shù)萬（2024）提升至300萬個（2030）。

深徑比從標準的20/10:1（2023/2024）提升到50/30:1（2030）；目前研發(fā)試驗上可達到100/150:1。

取代傳統(tǒng)樹脂基板的70x70mm封裝尺寸，玻璃基板封裝尺寸更大適用未來高端服務器100x100mm（2025/2026）-150x150mm/200x200mm（2030前）

玻璃基+復合材料將成為AI多芯片系統(tǒng)級封裝的主力。玻璃基占比由15%(2023/2024)提升到30%-50%以上（2028/2030），推動新的玻璃復合基材迭代。傳統(tǒng)的有機基板或被替代。

現(xiàn)在業(yè)界迫切期待封裝技術(shù)的轉(zhuǎn)型，有關(guān)玻璃基板的概念創(chuàng)新已經(jīng)完成，全球進入了一個可行的商業(yè)化生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)。本文將繼續(xù)匯報先進封裝與基板公司技術(shù)服務方案。

高密度的玻璃基板Chiplet方案?

隨著業(yè)界不斷突破摩爾定律的極限，Chiplet設計和異構(gòu)集成的重要性將與日俱增，國內(nèi)大板級扇出量產(chǎn)的先行者廣東佛智芯微電子已用在國內(nèi)和先進的終端用戶，在玻璃基Chiplet 方面積累了4年的開發(fā)經(jīng)驗。目前開發(fā)了12層結(jié)構(gòu)的700μm厚的玻璃基板Chiplet（5+2+5） ，玻璃是用到德國肖特AF32，ABF材料用的是國產(chǎn)生益科技SIF01,L/S 為15/15 μm，封裝尺寸50*50 mm。未來封裝多顆主芯片組成Chiplet將為未來AI芯片提供更高的算力。

佛智芯璃微孔加工和金屬化技術(shù)、板級高深寬比銅柱工藝、板級翹曲控制及芯片偏移校正等多項指標領(lǐng)跑全球。如在TGV技術(shù)方向上，最小孔徑為1微米，深徑比可達150:1，可在510x515玻璃面板上實現(xiàn)20-30萬個孔，公司建有國內(nèi)第一條自主產(chǎn)權(quán)i-FOSA?的寬幅615mmx625mm大板級扇出型封裝量產(chǎn)線，未來3年應運玻璃基Chiplet方案適用于高密度FCBGA封裝和人工智能。

越摩先進半導體結(jié)合行業(yè)領(lǐng)先的多物理場仿真設計能力，對人工智能、智能座艙、xPU等產(chǎn)品提供高密度、高性能、 高可靠性的玻璃基先進封裝解決方案。對比傳統(tǒng)有機基板方案，越摩先進的玻璃基方案可實現(xiàn)綜合面積縮減40%，基板厚度縮減50%，電源完整性提升30%以上等特性，同時產(chǎn)品散熱及可靠 性均有明顯改善。在實際產(chǎn)品應用中，越摩先進半導體不斷突破技術(shù)邊界，還推出玻璃基板+TGV interposer的先進封裝解決方案，進一步推動產(chǎn)品性能的飛躍。

原本單芯片需要45×45mm尺寸的有機基板，使用越摩先進玻璃基板封裝方案后4顆芯片僅需70×70mm的玻璃基板實現(xiàn)封裝集成，且基板厚度還可縮減50%。目前越摩先進已建立了一條TGV玻璃中試線，用于Chiplet的玻璃基TGV interposer已送樣。

面對Absolics的來勢洶洶，日本DNP半導體封裝用玻璃基板量產(chǎn)目標原定于2027年，現(xiàn)在恐將提前到2026下半年。從2023年開始，DNP就將玻璃基板作為研發(fā)重點。目前精細TGV的GCS 高縱橫比已從最初的9:1提升至20:1，未來（2025/2016）細間距從10/5um進步到2/1.5um，布線層數(shù)提升到18/20層。目前DNP在標準的510×515mm面板尺寸上，玻璃芯板的粘合性和防碎性增強，剛性和平整度提升。

除此，DNP微加工技術(shù)、精密涂布技術(shù)等自主研發(fā)的核心技術(shù)，生產(chǎn)用于制作半導體微細線路圖案的母版光罩，為先進半導體玻璃基板封裝提供了必要支持。面向共封裝光學器件，DNP聚合物光波導玻璃布線基板可滿足下一代數(shù)據(jù)中心，節(jié)省電力和高性能。該基板具有用于安裝光學設備的光波導，可應用于共封裝光學器件。

需要面對多芯粒、大面積、高密度及高頻高速的挑戰(zhàn)，武漢新創(chuàng)元以玻璃基板為切入口，整合了離子注入鍍膜、精細光刻、加成法等核心技術(shù)，實現(xiàn)膜層更薄，結(jié)合力更強，從根本上解決了玻璃與多種材料光滑表面結(jié)合力的難題。新創(chuàng)元堆疊玻璃層數(shù)在4/6層以上，玻璃基板精細線路在15/10微米，且干掉了Interposer，結(jié)合玻璃低損耗特性及光滑的銅表面，可以獲得更簡潔的信號路由和傳輸，提高芯片的整體效率；玻璃基板還將使光學器件的協(xié)同封裝(CPO)更容易實現(xiàn)，使得玻璃璃載板技術(shù)更適宜Chiplet及SiP先進封裝的應用。目前新創(chuàng)元半導體針對玻璃基板等IC載板的總投資有60億，一期建筑面積61000平米，一期規(guī)劃產(chǎn)能為年產(chǎn)IC載板36萬平米。

群創(chuàng)是臺廠中在玻璃面板級扇出型封裝技術(shù)上傲人戰(zhàn)績的老手，隨著國際大廠上門合作，使產(chǎn)能暴增。群創(chuàng)以業(yè)界最大尺寸3.5代線面板級扇出型封裝玻璃基面向中高階半導體封裝線寬/線距為15μm至10μm，疊層6/12以上，大板尺寸達700x700mm,可容納約7個12吋晶圓，封裝速度為7倍，利用率高達95%。

群創(chuàng)內(nèi)部已定調(diào)，2024年是該公司跨足半導體先進封裝量產(chǎn)元年。群創(chuàng)面板級扇出型封裝業(yè)務拿下兩大歐洲整合元件大廠訂單，一期產(chǎn)能月產(chǎn)1.5萬片已被訂光，將于今年第3季開始出貨。今年并將準備啟動第二期擴產(chǎn)，以利后續(xù)承接更多訂單。同時，擬將旗下臺南四廠（5.5代LCD面板廠）投入AI相關(guān)的半導體領(lǐng)域，鎖定后段封裝應用。群創(chuàng)通過面板級扇出型封裝訂單客戶被曝光的不只有英特爾、恩智浦、以及全球三大存儲龍頭。

欣興電子將也要爭做率先量產(chǎn)玻璃基板的臺商。公司計劃到2025年底進行工程樣品驗證，2026年在產(chǎn)線裝機，2027/2028推進大規(guī)模量產(chǎn)，并為AI巨頭導入。制作RDL基板的玻璃基底上下可疊層8/12層，通孔直徑15μm至5μm，微細間距10μm到5μm。欣興電子研究玻璃基板已超過6年，基于佐治亞理工學院封裝研究中心(GT PRC)玻璃基板技術(shù)支持，與其高密度混合載板打包應用于先進封裝。

面向未來AI算力的2.5D/3D 封裝，連接技術(shù)公司Samtec啟用了硼硅酸鹽玻璃和熔融石英基板，厚度從最初的260μm壓縮到200μm以下，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)包括玻璃通孔 (TGVs)、重布線層 (RDL)、以及微通道和通孔，通過獨特的薄膜方法與 TGV 接口。玻璃晶圓上實現(xiàn)10:1至15:1的熱導通孔，可疊加4/6層重布線層、銅與PI厚度可低至1微米，在玻璃基板級和晶圓級封裝可根據(jù)任何封裝集成需求進行構(gòu)建方案,與傳統(tǒng)的硅基中介層相比，這可以實現(xiàn)芯片和封裝互連的低損耗扇出，并降低成本。Samtec基于玻璃技術(shù)的高性能計算微系統(tǒng)，同時加上公司電纜系統(tǒng)為超級計算機芯片和電路板獲取大量傳輸線，以協(xié)助協(xié)助完成CPU數(shù)萬個節(jié)點高度復雜的任務，而不會出現(xiàn)信號衰減或延遲。

合肥中科島晶主要從事TGV 技術(shù)開展半導體芯片 3D 封裝（WLP晶圓級封裝、玻璃基三維轉(zhuǎn)接板），針對玻璃晶圓的高絕緣性、低介電常數(shù)、高精度的特性，系統(tǒng)開展玻璃基異質(zhì)異構(gòu)集成混合工藝的開發(fā)。目前，公司開發(fā)了面向玻璃晶圓精密加工的激光誘導刻蝕、噴砂等多種工藝，實現(xiàn)了玻璃漏斗孔、垂直孔、盲孔的均一性制作，以及微孔金屬填充，建立了玻璃基加工、表面金屬化、晶圓鍵合、劃片等完善封測工藝線。在實際應用中，合肥中科島晶完成了高精度諧振器、壓力傳感器、濾波器、氣體傳感器等封測。同時，合肥中科島晶將持續(xù)深入開展圍繞TGV技術(shù)的混合封測工藝開發(fā)，以應用于高速電信號傳輸、高密度集成的Chiplet AI芯片的微系統(tǒng)封裝。

Nanosystems 是一家日本的半導體制造公司，其TGV技術(shù)為300mm玻璃晶圓和510×510mm的玻璃面板提供了2.5D方案。20:1的高縱橫比可支持AI芯片高密度互連，提供5-10μm的孔徑，支持打孔/制造盲孔所需要的基板厚度可薄至50-100μm。還可以銅填充和金屬化服務，該工藝從在通孔內(nèi)沉積鈦/銅（Ti/Cu）籽晶層開始，允許保形涂層或完整、無空隙的過孔填充。其他服務有使用濕法蝕刻或化學機械拋光進行玻璃減薄、使用化學機械拋光進行光學級拋光、硅晶片陽極鍵合、薄膜金屬化等。

MEMS 半導體晶圓制造商Plan Optik擁有厚度從100/250μm起步晶圓級封裝的玻璃晶圓（石英、無堿玻璃和玻璃硅復合材料）以及為晶圓片通孔、腔體、溝槽/通道和任何圖案化和鍍銅中介層。目前與4JET microtech公司合作開發(fā)了一條高生產(chǎn)率的玻璃通孔（TGV）金屬化制造工藝線。最新的技術(shù)部署將升級先進連接技術(shù) (ACT)，這是用于創(chuàng)建或改進用于 AI芯片、2.5D / 3D集成5G 或其他連接和高頻應用的產(chǎn)品的面向面板級Cu-Interposer技術(shù)，最小孔徑2μm，銅層厚度從1 微米起，除了服務于現(xiàn)有的Osram、Infineon、Motorola、Bosch等客戶外，也可能瞄準Samsung和Intel未來的高算力芯片。

Rapidus看中了玻璃的便宜、尺寸穩(wěn)定性，以及支持更大面積和更精細圖案的能力，已2024財年獲得日本政府高達535億日元的支持，用于開發(fā)小芯片集成2.5/3D集成技術(shù)，直接將技術(shù)過渡到大面板基板進行小芯片集成，目前在歲工廠進行批量生產(chǎn)。Rapidus 計劃于 2027 年開始合同生產(chǎn)2nm代邏輯半導體，或?qū)敫冗M的玻璃基板。

Mosaic Microsystems是一家微電子和光子封裝公司，獲得了美國國防部國防商業(yè)加速器微電子挑戰(zhàn)賽的100萬美元投資。該公司可在200μm厚的玻璃上制作具有多層互連的薄玻璃原型，以及連接玻璃前后的銅填充玻璃通孔。標準玻璃包括無堿玻璃和 CTE 匹配的硅以及高純度熔融石英，通孔直徑15-30μm，精細線路為15/15，該公司計劃迅速將這些產(chǎn)品投入國防和商業(yè)行業(yè)的生產(chǎn)。

深光谷科技是新晉的高密度光電集成和光通信技術(shù)解決方案供應商，聯(lián)合開發(fā)了晶圓級TGV光電interposer工藝，實現(xiàn)了8英寸晶圓級TGV interposer加工，實測帶寬達到110GHz，可以面向2.5D和3D光電集成封裝應用，為VCSEL、DML、EML、硅光、鈮酸鋰等技術(shù)路線的光模塊產(chǎn)品提供低成本的光電共封裝（CPO）解決方案。目前可做到4層重布線（RDL）工藝，通孔深寬比10:1，玻璃基板厚度230um，支持電芯片F(xiàn)lipchip封裝，支持EML/SOA/硅光/鈮酸鋰等光芯片植球倒裝。

FICT是富士通的 PCB 業(yè)務部門，如今獨立為一家高可靠、高性能大型半導體封裝基板廠。專為用于Al/HPC 開發(fā)了下一代基板技術(shù)——玻璃全層Z-連接結(jié)構(gòu)(G-ALCS)核心與積層用于Chiplet集成架構(gòu)擁有Chiplet集成架構(gòu)的構(gòu)建層，面向商用采用樹脂層緩沖玻璃夾層具備同等有機高密度封裝基板具有更好的機械可靠性，可將100μm到300μm厚的4層玻璃芯（多層導電漿料玻璃芯層）疊層到基板內(nèi)，該技術(shù)除了解決劃片（切割）過程中的開裂問題，在chiplet集成方面也具有優(yōu)勢，因為它抑制了高溫下的翹曲量和熱膨脹系數(shù)。另外研發(fā)有8/12層玻璃基板Chiplet方案。

邁科三疊紀團隊聚焦玻璃基三維集成基板、3D玻璃及Chiplet三維集成等先進封裝領(lǐng)域解決方案，提出了TGV的第三代TGV技術(shù)（TGV3.0）掌握了基于可光刻玻璃的高密度通孔形成技術(shù)，研制出最小孔徑為5μm、最大深徑比可達50:1-80:1、最大通孔密度為25萬c㎡的超細孔徑玻璃通孔基板，每平方厘米約100萬孔超高密度垂直互聯(lián)，最小孔徑將至6-7微米，通孔實心銅填充技術(shù)，通孔良率超99.9%，可實現(xiàn)玻璃基板的三維堆疊。2024年底最小孔徑將突破1-2微米，表面布線可達4/8層，聯(lián)通高密度的玻璃封裝轉(zhuǎn)接板為AI Chiplet算力芯片打下前沿技術(shù)積累。

三疊紀目前已投資5000萬建立了年產(chǎn)7萬片的晶圓級中試產(chǎn)線，為客戶小批量三維集成產(chǎn)品。后續(xù)將通過Pre-A輪融資建設一條TGV板級封裝試驗線，計劃產(chǎn)能20000 Pcs/年，以滿足客戶對大尺寸、低成本TGV產(chǎn)品的需求。已和德國SCHOTT、水晶光電、錦藝新材等各行業(yè)龍頭企業(yè)簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。

湖北通格微以自主研發(fā)的TGV技術(shù)為基礎(chǔ)，通過疊加沃格集團所擁有的玻璃基薄化、雙面多層鍍銅線路堆疊、絕緣膜材以及巨量通孔等先進工藝和材料開發(fā)技術(shù)能力，聚焦玻璃基在半導體先進封裝載板（Chiplet/CPO光電共封裝），6G通訊射頻天線以及新一代半導體顯示等領(lǐng)域的量產(chǎn)化應用。技術(shù)方面，通格微玻璃基TGV載板規(guī)劃單邊尺寸預計510X515mm，線寬線距10μm-8μm，最小通孔直徑可至15/10μm，深徑比20/15:1，疊加4層以上銅線路載板。

沃格光電投建的通格微芯片板級封裝載板項目總投資金額預計為12.16億元，其中一期投入人民幣5億元。目前新建廠房69,120平方米，用以構(gòu)建玻璃基芯片板級封裝載板自動化生產(chǎn)線，預計今年下半年進入產(chǎn)能投放階段。同時公司位于松山湖研究院TGV玻璃載板中試量產(chǎn)線已具備量產(chǎn)能力，該部分產(chǎn)能主要用于客戶部分產(chǎn)品小批量供貨和新產(chǎn)品驗證合作開發(fā)。

藍特光學提供半導體應用類產(chǎn)品主要包括高精度玻璃晶圓,玻璃通孔（TGV）和光刻晶圓，可用于半導體襯底和3D晶圓級芯片封裝等領(lǐng)域。最大深徑比可達15:1，最小孔徑10μm，可以金屬鍍層目前產(chǎn)品已大批量應用到半導體和消費類電子等領(lǐng)域。

華進半導體IPD技術(shù)為無源微信通而量身打造，通過玻璃+硅基進行了無源器件的設計仿真和流片工藝開發(fā)。

據(jù)未來半導體調(diào)研，國內(nèi)擁有ABF載板能力的大廠都有涉足玻璃基板的研發(fā)部署。興森科技公司已啟動玻璃基板研發(fā)項目并有序推進中，目前處于技術(shù)儲備階段，主要集中于工藝能力研究和設備評估方面進行開發(fā)。越亞半導體、安捷利美維等玻璃基與有機基板的融合方案，防止玻璃禍不單行。

后續(xù)我們整理工具和供應能力，包括處理設備和材料供應商以及基板測試和組裝的方法，在下一篇文章中推出。