如何看待玻璃基封装载板的前景和壁垒？

为适应封装发展需求，IC 载板经历了金属基板、陶瓷基板、有机基板等多次演进，基本按照 15 年为一个更换周期。据英特尔估计，使用有机材料在 硅基封装上缩放晶体管，很有可能在未来几年撞到技术的极限，寻求下一代 封装基板成了必然选择。与主流有机基板相比，玻璃在平坦度、热稳定性和 机械稳定性当面都有更好的表现。在 2.5D/3D 封装领域，相对 TSV，玻璃材 料没有自由移动的电荷，介电性能优良，CTE 与硅接近，以玻璃替代硅材料 的 TGV 技术可避免 TSV 所产生的问题。同时，TGV 技术无需制作绝缘层， 降低了工艺复杂度和加工成本。

玻璃基封装载板的技术壁垒体现在何处？

玻璃载板壁垒主要体现在成孔、沉铜、重布线层等。1）成形高品质通孔： 玻璃通孔的成形工艺需要满足低成本、高精度、小尺寸、细间距、侧壁光滑、 垂直度好等要求。当前，激光诱导刻蚀法具有低成本、一致性好等优势，应 用前景较好，成为 TGV 厂商主要探索方向；2）高质量填充通孔：高质量填 充通孔需解决：①成本和效率：与 TSV 不同，TGV 的孔径相对较大，且多 为通孔，这会导致电镀的时间和成本将增加；②玻璃与常用金属的黏附性： 玻璃表面平滑，容易造成玻璃衬底与金属层间的分层，引致金属层卷曲，甚 至脱落等；3）重布线层技术：玻璃基板上 RDL 难点在于：①玻璃表面光滑， 对金属铜粘附力较弱，容易产生金属层卷曲、脱落等；②为适应更高的互联 密度等，需要更窄线宽线距等。

封装载板是封装测试环节中的关键载体，为适应封装发展需求，封装载板经历了金属基板、 陶瓷基板、有机基板等多次演进，每一轮封装载板的发展，都对芯片性能的提升起到了重 要作用。当前，伴随摩尔定律放缓，先进封装成为进一步推动半导体发展的重要路径之一。 其中，除了封装方式进步外，寻找更加优越的先进材料也是重要方向。目前，国际巨头纷纷布局寻找下一代封装载板；国内方面，在地缘政治冲突引致先进制程受限的情况下，通 过先进封装弥补制程劣势，也成为重要且急迫的任务。作为年度策略中看好的领域，本文 将重点分析玻璃基封装载板优势和工艺。

1. 玻璃基封装载板为何可作为下一代载板？ 

先进封装是延续摩尔定律的重要路径之一。半导体封装主要具有四个作用——机械保护、 电气连接、机械连接和散热。从过往发展过程看，封装本质是解决怎么装、如何连接的问 题，其中，后者主要包括提高连接密度和传输速度，提升芯片整体性能。目前，随着摩尔 定律放缓，先进封装成为推动半导体进一步发展的重要路径——当前芯片微缩越来越困难、 越来越昂贵，通过先进封装，可以推动芯片高密度集成、性能提升、体积微型化和成本下 降等。先进封装既包括封装工艺的进步，也包含使用更加先进的封装材料，就前者而言， 为克服集成电路和传统封装面临的难题，以圆片级封装（WLP）、2.5D 封装、3D 封装等为 代表的先进封装发展迅速。

为适应封装发展需求，封装载板经历了多轮演变。封装载板即 IC 载板，是指用以封装 IC 裸芯片的基板，主要作用是保护、固定、支撑 IC 芯片、提供散热通道、内部布有线路用以 导通芯片与电路板之间的连接等，是封装测试环节中的关键载体。为适应封装发展需求， IC 载板经历了金属基板、陶瓷基板、有机基板等多次演进，基本按照 15 年为更换周期。

玻璃基板有望成为下一代封装基板的必然选择。据英特尔估计，使用有机材料在硅基封装 上缩放晶体管，很有可能在未来几年撞到技术的极限，寻求下一代封装基板成了必然选择。 与主流的有机基板相比，玻璃在平坦度、热稳定性和机械稳定性当面都有更好表现：①可显著改善电气和机械性能；②可调模量和 CTE（热膨胀系数）更接近硅，支持大外形尺寸； ③尺寸稳定性改进的特征缩放；④可以提升约 10 倍通孔密度，改进路由和信号；⑤低损 耗，高速信号；⑥支持更高温度下的先进的集成供电。此外，玻璃和硅因受热而变形的程 度相似，且比有机封装更坚硬且不易变形，更容易让更多的电线穿过它们，且更容易处理 更高的温度。这意味着可以为人工智能等创造更高密度、更高性能的芯片封装——英特尔 宣称，其玻璃基板技术能够将单个封装中的芯片区域增加 50%。

对于 2.5D/3D 封装，玻璃通孔相对于硅通孔的优势较显著。先进封装方面，硅通孔(Through  Silicon Via，TSV)通过在芯片与芯片、晶圆与晶圆间制作垂直通孔，实现芯片间直接互连。 通过这种方式，能够使芯片在三维方向堆叠密度最大、芯片间互连线最短、外形尺寸最小， 可以显著提高芯片速度，降低芯片功耗，TSV 也被认为是实现三维集成最有前景的技术。 但硅是一种半导体材料，TSV 周围的载流子在电场或磁场作用下可自由移动，对邻近的电 路或信号产生影响，进而影响芯片性能。玻璃材料没有自由移动的电荷，介电性能优良， CTE（热膨胀系数）与硅接近，以玻璃替代硅材料的玻璃通孔（TGV）技术可避免 TSV 的 问题。同时，TGV 技术无需制作绝缘层，降低了工艺复杂度和加工成本。

2. 玻璃基封装载板的技术壁垒体现在何处？ 

玻璃基封装载板的加工流程主要包括打孔、沉铜、重布线层等。以 TGV interpose r 为例， 首先，需要在玻璃基板上打孔，形成 TGV。其次，需在玻璃侧壁沉积种子层。再次，通常 采用电镀方式将 Cu 沉积在玻璃表面和通孔，退火后，采用化学机械抛光的方式将表面 Cu 层去掉。最后，采用 PVD 镀膜光刻方法制备重布线层，去胶后最终形成钝化层。关键技术 包括玻璃通孔和填孔技术、镀铜技术、重布线层（RDL）技术等。

成形高品质通孔是制约玻璃通孔技术应用的重要因素。目前，通孔的成形工艺主要包括喷 砂、聚焦放电、光敏刻蚀、激光刻蚀、激光诱导深度刻蚀、电化学放电成孔等。激光诱导 刻蚀法具有低成本、一致性好等优势，应用前景潜力较好，成为 TGV 厂商的主要探索方向。 工艺层面，激光诱导刻蚀的工艺流程主要包括激光打孔、蚀刻处理、通孔形成、后续处理 以及质量检测等，整个流程对精度要求非常高，特别是在激光打孔和蚀刻处理环节。工业 化生产上，玻璃通孔的成形工艺需要满足低成本、高精度、小尺寸、细间距、侧壁光滑、 垂直度好等要求。

高质量填充通孔是制约玻璃通孔技术应用的另一因素。高质量填充通孔需解决：1）成本 和效率：与 TSV 不同，TGV 的孔径相对较大，且多为通孔，这会导致电镀的时间和成本将 增加；2）玻璃与常用金属的黏附性：玻璃表面平滑，容易造成玻璃衬底与金属层间的分 层，引致金属层卷曲，甚至脱落等。目前，填充通孔主要有两种方式：1）将类似 TSV 的 金属填充方案应用于 TGV 金属填充中；2）使用金属导电胶进行填实。需要指出的是，若 利用 PVD 把金属变成离子状态飞入孔洞，晶片堆叠层数越多、孔洞位置越高，精准入洞难 度就越大，良率会下降，这种方式下，填充深宽比 15：1 的玻璃通孔或已是极限。

重布线层技术（RDL）也是掣肘玻璃基封装载板产业化的重要因素。RDL 主要是实现电连 接的延伸和互联作用，是将原来 IC 线路接点位置，通过晶圆级金属布线制程、凸块制程来 改变接点位置，使 IC 适用于不同封装形式。RDL 的设计代替部分芯片内部线路的设计，降 低芯片成本；支持更多引脚数量，使 I/O 触点间距更灵活、凸点面积更大，进而使基板与 元件之间的应力更小、元件可靠性更高。玻璃基板上 RDL 难点：1）玻璃表面光滑，对金 属铜粘附力弱，容易产生金属层卷曲、脱落等；2）适应更高互联密度等，需要更窄线宽 线距等。工艺上，需先在衬底上沉积种子层，再涂布光刻胶，利用光刻设备将其图案化， 最后利用电镀系统将铜金属化层沉积其中。目前，研究人员开发了线路转移(CTT)和光敏介 质嵌入(PTE)，使用 CTT 和 PTE 分别达到了 RDL1.5μm 和 2μm 的线宽线距。乔治亚理工 学院的 Lu 等人研究了多层 RDL 的 2.5D 玻璃转接板技术，实现面板级光刻后 1.5~5μm 的 线条沟槽制备，并提出改进式半加成工艺法(SAP)实现了5μm以下低成本的线宽制作工艺。

3. 风险提示

1）产业化进度不及预期：目前，玻璃基板产业化处于初期阶段，在工艺技术方面还存在 部分技术难点，生产成本也有待下降。若玻璃基板技术指标、成本等因素无法满足下游应用的要求，势必会影响玻璃基板的产业化应用；

2）地缘政治风险加剧：国内布局玻璃基板的大部分企业，其核心设备仍然依赖进口，若 未来地缘政治风险加剧，出现类似于半导体领域，美国利用长臂管辖限制设备出口，将会 对国内产业化进度造成一定影响； 

3）国际巨头打压国内企业：虽然产业化维度，国内玻璃基板几乎和国外处于同一起跑线， 但需指出的是，国际巨头如英特尔，布局了十多年之久，专利储备十分丰富。此外，相对 国际巨头，国内企业在资金、研发、技术等也存在明显劣势。未来国际巨头若利用其专利 布局、资金、技术等优势打压国内企业，将会对国内玻璃基板造成一定不利影响； 

4）出现其他替代封装材料。未来如果出现新的材料，在成本、性能等方面优于玻璃基板， 则整个行业的发展可能将受到较大影响。