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【原創(chuàng)】當(dāng)玻璃跨界半導(dǎo)體,行業(yè)變革風(fēng)暴已在醞釀之中


來源:中國粉體網(wǎng)   月明

[導(dǎo)讀]  玻璃基板性能強(qiáng)悍,有望在先進(jìn)封裝領(lǐng)域快速普及

當(dāng)大家還在為摩爾定律放緩而焦慮時(shí),半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)突然迎來了一位“新玩家”——玻璃。從英特爾、三星到英偉達(dá),從京東方到康寧,一眾科技巨頭紛紛盯上了這個(gè)看似普通的材料,希望用玻璃基板打破芯片性能提升的瓶頸。這場(chǎng)圍繞玻璃基板的競(jìng)逐,正悄然改寫半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭格局。

 

芯片性能遇瓶頸,封裝成破局關(guān)鍵

 

我們都知道,芯片的誕生要經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造和封裝測(cè)試三大環(huán)節(jié)。就像蓋房子,設(shè)計(jì)是畫圖紙,制造是打地基砌墻,封裝則是給房子做裝修和加固。如今,隨著人工智能、5G等技術(shù)的爆發(fā),大家對(duì)芯片性能的需求越來越高,但作為芯片發(fā)展“圣經(jīng)”的摩爾定律,已經(jīng)快走到頭了,晶體管密度再想翻倍,面臨著物理規(guī)律的重重阻礙。

 

這時(shí)候,行業(yè)把目光投向了封裝環(huán)節(jié)。簡單說,先進(jìn)封裝就是通過更精巧的方式,把多個(gè)芯片“打包”在一起,讓它們協(xié)同工作,從而在不縮小晶體管的情況下提升整體性能。比如現(xiàn)在熱門的2.5D/3D封裝技術(shù),就像把平房改成立體樓,在有限空間里塞下更多功能。

 

但先進(jìn)封裝可不是簡單堆疊,它對(duì)封裝材料提出了嚴(yán)苛要求:既要保護(hù)芯片,又要控制尺寸,還要散熱好、數(shù)據(jù)傳輸快,成本還得可控。長期以來,行業(yè)一直用有機(jī)材料做基板,但有機(jī)材料和芯片的熱膨脹系數(shù)差太多。芯片工作時(shí)會(huì)發(fā)熱,有機(jī)材料基板熱脹冷縮的幅度和芯片不匹配,很容易變形甚至斷裂,成了制約性能的短板。

 

玻璃基板成新寵?


在顯示技術(shù)、半導(dǎo)體封裝等領(lǐng)域,玻璃基板相比有機(jī)基板具有多方面顯著優(yōu)勢(shì),這些優(yōu)勢(shì)使其在高端應(yīng)用場(chǎng)景中逐漸成為新的選擇。

 

 

玻璃基板對(duì)比有機(jī)基板  來源:英特爾

 

穩(wěn)定性超強(qiáng):玻璃的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性遠(yuǎn)勝塑料,高溫下也不容易變形,能減少芯片的機(jī)械應(yīng)力,大大延長使用壽命。

 

平整度絕佳:玻璃表面非常平整,這對(duì)芯片封裝中的光刻工藝來說太重要了,能提高聚焦精度,讓封裝質(zhì)量更上一層樓。

 

信號(hào)傳輸更快:通過玻璃通孔(TGV)技術(shù),可以在玻璃上做出更精細(xì)的線路,布線密度更高,線路更薄,信號(hào)傳輸時(shí)的損耗更小,速度自然更快。

 

成本有潛力:雖然玻璃基板的前期投入高,但一旦規(guī)模化生產(chǎn),物料成本會(huì)比塑料低,長期來看性價(jià)比更高。

 

也正因如此,全球半導(dǎo)體巨頭都動(dòng)了起來。英特爾、三星、英偉達(dá)、AMD等紛紛加碼玻璃基板研究,連蘋果也在和供應(yīng)商探討應(yīng)用可能。據(jù)Prismark統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),到2026年全球IC封裝基板市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)214億美元,而玻璃基板的滲透率可能在3年內(nèi)達(dá)到30%,5年內(nèi)超過50%,發(fā)展速度驚人。

 

誰在搶這塊“玻璃蛋糕”?

 

玻璃基板的火爆,讓整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈都沸騰了,目前,至少三類玩家正在激烈競(jìng)逐。

 

傳統(tǒng)玻璃巨頭:像德國肖特、美國康寧這些做特種玻璃的老牌企業(yè),早就積累了深厚的技術(shù)功底。康寧在玻璃通孔、高密度布線等關(guān)鍵技術(shù)上研究多年,肖特也表示要把玻璃性能發(fā)揮到極致,一旦克服量產(chǎn)難題就能快速落地。它們的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)玻璃材料的理解深刻,能根據(jù)芯片需求定制不同性能的玻璃。

 

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè):英特爾、三星等芯片大廠本身就有封裝需求,它們?nèi)刖旨饶芡苿?dòng)技術(shù)落地,也能保障自己的供應(yīng)鏈安全。比如三星,已經(jīng)組建了跨部門的研發(fā)團(tuán)隊(duì),計(jì)劃2026年大規(guī)模生產(chǎn)玻璃基板。

 

 

先進(jìn)封裝迭代圖  來源:英特爾

 

顯示面板企業(yè):京東方、三星顯示、群創(chuàng)光電這些做屏幕的企業(yè),其液晶面板的核心材料就是玻璃基板,這些企業(yè)研究了幾十年玻璃,對(duì)玻璃的特性、加工工藝(比如薄化、刻蝕、鍍膜)非常熟悉,它們的大規(guī)模生產(chǎn)能力,能快速降低玻璃基板的成本。

 

前景光明,挑戰(zhàn)也不小

 

雖然玻璃基板前景廣闊,但要真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用,還有不少坎要過。

 

首先是技術(shù)難關(guān)。比如玻璃通孔技術(shù)(TGV),要在玻璃上打出細(xì)密均勻的小孔,還要精準(zhǔn)填充導(dǎo)電材料,難度不小;另外,玻璃比塑料脆,加工過程中容易碎裂,如何提高良率是個(gè)大問題。

 

其次是人才和經(jīng)驗(yàn)壁壘。顯示企業(yè)雖然懂玻璃,但半導(dǎo)體封裝和面板封裝差異很大,對(duì)精度、可靠性的要求更高。中科院院士歐陽鐘燦就指出,這些企業(yè)需要培養(yǎng)半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域的專業(yè)人才,還要適應(yīng)半導(dǎo)體行業(yè)更嚴(yán)格的認(rèn)證體系,這都需要時(shí)間。

 

不過,隨著各大巨頭的投入,技術(shù)成熟速度在加快,成本也會(huì)逐步下降。可以預(yù)見,未來幾年,玻璃基板將在先進(jìn)封裝領(lǐng)域快速普及,從高端芯片向更多領(lǐng)域滲透。

 

參考來源:

中國電子報(bào)《玻璃在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域初試牛刀——顯示玻璃系列報(bào)道之三》

廣發(fā)證券《玻璃基板從零到一,TGV為關(guān)鍵工藝》

陳怡靜.封接玻璃作用機(jī)理和應(yīng)用研究進(jìn)展

 

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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