玻璃基板，量产前夜（1）摘自 晨光 半导体行业观察 这次是玻璃基板。近年来，随着先进制程逐渐逼近物理极限，半导体行业正经历一场从制程竞赛向封装创新的战略转移。在AI、高性能计算等市场需求的驱动下，传统有机基板与硅中介层等逐渐显现性能瓶颈，难以适配先进封装的严苛要求。在此背景下，玻璃基板凭借其低介电损耗、优异热稳定性、高平整度以及与硅相近的热膨胀系数等独特优势，迅速成为突破现有性能瓶颈的关键材料，引发业界高度关注。三星、英特尔、AMD、博通、英伟达等全球头部厂商纷纷将其纳入下一代芯片研发规划，积极探索应用可能。尤其近段时间，玻璃基板领域的行业动态密集涌现：日本Rapidus全力探索玻璃基板技术，三星电机计划与日本住友化学成立合资企业专攻玻璃基板生产，同时三星通过收购JWMT股份打通全产业链布局。这一系列动作，清晰凸显出全球产业界在玻璃基板领域的持续深耕与战略布局，一场围绕先进封装材料的变革已悄然酝酿。打破传统瓶颈，玻璃基板来势汹汹长期以来，有机基板因成本低、工艺成熟成为芯片封装的主流选择，硅中介层则凭借精细布线能力占据部分高端市场，但随着AI芯片、高性能计算芯片对高带宽、低功耗的需求激增，两者的局限性日益凸显，例如有机基板存在信号传输损耗大、热膨胀系数与硅芯片匹配度差、大尺寸封装易翘曲等问题；硅中介层则面临成本高昂、尺寸受限及信号干扰的困扰。相较之下，玻璃基板凭借天然材料特性实现了性能的全面突破，赵瑾等行业专家在《玻璃基板技术研究进展》中指出，其核心优势集中在三大维度，且相关性能指标均有明确数据支撑：卓越的电气性能：玻璃材料天然具备极低的介电常数和损耗因子，在高频高速信号传输场景中优势显著。数据显示，玻璃基板在10GHz频段的信号传输损耗仅为0.3dB/mm，介电损耗较传统有机基板降低50%以上，能大幅减少信号延迟、衰减和串扰，完美适配AI芯片、5G/6G通信芯片的高频需求。极佳的尺寸与结构稳定性：通过调整材料配方，玻璃基板的热膨胀系数（CTE）可精准调控至3-5ppm/℃，与硅芯片高度匹配，这使得基板在芯片工作的冷热循环过程中翘曲度减少70%，能有效降低热应力导致的封装失效风险。尤其在大尺寸封装场景中，有机基板良率大幅下滑，玻璃基板的结构稳定性优势更为关键。超高的平整度与制造潜力：玻璃基板表面粗糙度可控制在1nm以下，无需额外抛光处理即可为微米级甚至亚微米级布线提供理想基底。目前其已能实现2μm/2μm线宽线距的超精细布线，通孔密度达105个/cm²，是传统有机基板的10倍以上，为芯片集成度的进一步提升奠定了基础。此外，玻璃还具备优异的耐高温性和化学稳定性，工艺窗口宽、气密性好，能更好地保护芯片核心器件。需要明确的是，半导体领域的玻璃基板并非单一概念，其主要分为玻璃中介层（玻璃转接板）和玻璃芯基板两大类型，二者在先进封装中承担不同角色，分别适配2.5D和3D封装场景。其中，玻璃中介层（TGV Interposer）主要应用于2.5D封装。其核心是通过玻璃通孔技术（TGV），在面板级或晶圆级玻璃上加工贯穿空洞并填充导电材料（铜或钨），实现纵向电气连通，再在玻璃正背面采用晶圆级工艺制造精细线路层。作为芯片与基板之间的连接桥梁，玻璃中介层可实现多芯片间的局部高密度互连，能大幅缩短数据传输路径，提升带宽，尤其适合HBM与逻辑芯片的异构集成。与成本高昂且尺寸受限的硅中介层相比，玻璃中介层在实现更高互连密度的同时，具备更好的成本扩展性和更优的电气隔离性。而玻璃芯基板（GCS）则主要面向3D封装与芯粒集成场景，核心是用玻璃作为芯层材料，替代传统有机封装基板中的有机芯层，再通过ABF等材料采用加成/半加成工艺完成增层制备，形成FCBGA封装基板。这种结构继承了玻璃的稳定性优势，能有效承载并保护多颗芯片，是应对AI芯片封装尺寸不断增大、I/O数量激增挑战的理想解决方案。据《面向芯粒集成的玻璃芯基板应用与关键挑战》等文献指出，该技术目前仍处前沿，是巨头争夺的下一代高地。不过，值得注意的是，玻璃基板与基于玻璃载板的FOPLP（面板级扇出型封装技术）常被混淆，二者核心差异在于：FOPLP中玻璃仅作为临时载体，芯片塑封后需从玻璃载板上分离；而玻璃基板本身就是最终封装结构的核心组成，需完成通孔制备、电镀填充、多层布线等完整工艺。除先进封装外，玻璃基板在当前火热的光电合封（CPO）领域也展现出不可替代的优势，成为解决数据中心“功耗墙”和“带宽墙”的关键材料之一。CPO技术的核心是将光子集成电路与电子集成电路异质集成在同一基板上，以光互连取代传统电互连，缩短信号传输路径、降低传输损耗，在2025年光通信大会上，业界普遍认为CPO是规模化扩展互连的唯一解决方案。IDTechEx的研究指出，玻璃基板之所以能成为CPO技术的核心适配材料，关键在于其两大特性：一是宽光谱透明性，可承载低损耗波导结构，实现Tb/s级光信号传输，功耗降至fJ/bit级别；二是技术兼容性，用于射频领域的TGV技术可直接迁移用于创建垂直光通孔，使单个芯层既能支持跨阻抗放大器、激光驱动器等电子元件，又能集成光波导，实现电子和光子布线的融合。这种融合不仅简化了光电器件的对准流程，还能替代昂贵的硅光子中介层，大幅降低CPO方案的封装结构和整体成本。调研数据也印证了玻璃基板在CPO领域的潜力——在TGV玻璃基板的优先应用领域中，光模块封装以23%的占比位居第二，仅次于显示行业，充分反映出业界对其在光电封装领域价值的认可。综合来看，从提升单芯片封装可靠性到实现多芯粒异构集成，再到使能光电合封，玻璃基板凭借其独特的材料属性，正从多个维度重新定义先进封装的性能边界。随着行业厂商的持续加码研发与产业化，玻璃基板有望在未来几年间逐步实现规模化商用，成为驱动下一代算力芯片持续进化的关键基石。