随着AI代理应用普及,人类与AI的互动模式正从“问问题”快速演变为“给任务”。这个看似细微的行为转变,却对底层运算基础带来了根本性冲击。当AI模型规模已大到单颗芯片无法容纳时,先进封装技术便成为核心解决方案。

以NVIDIA为例,其AI加速器的封装面积从Hopper时期的3,190 mm²,预计一路膨胀至Feynman世代的18,000 mm²,堆叠层数也从12层增加至24层。若以“面积乘以层数”作为封装复杂度的粗略指标,这个数字在短短几年内翻了超过11倍。如此剧烈的增长速度,已让目前主流的封装材料开始力不从心,并推动业界将目光转向玻璃。

现有材料的瓶颈:有机与硅的共同困境

目前AI先进封装的主流材料体系主要分为两大路线。一是以ABF载板为代表的有机基板,二是CoWoS架构中的硅中介层。两者各有优势,却在AI封装规模持续扩大的趋势下,触碰到了各自的物理极限。

有机基板长期主导封装市场,但其核心弱点在于热膨胀系数(CTE)过高。当封装面积不断扩大、热设计功耗(TDP)逼近数千瓦量级时,基板在升温与冷却间反复形变,一旦发生翘曲,芯片与基板之间的焊点便无法维持有效接触,直接导致信号中断与良率崩溃。

硅中介层虽然在信号传输密度与互连精度上具备优势,但受限于圆形晶圆的面积局限,以及随封装面积膨胀而快速失去合理性的成本结构。一旦封装需求超越约5.5倍光罩的合理覆盖范围,硅中介层的扩展潜力便几乎耗尽。

玻璃的材料优势:完美候选

在此背景下,玻璃基板与玻璃中介层进入了产业视野。玻璃的CTE与硅更为接近,大幅降低了热循环中的界面应力。结构刚性远高于有机材料,在100mm×100mm的封装面积内,翘曲量可控制在20微米以下。此外,玻璃具备低介电常数(Dk)与极低的信号耗散因子(Df),在高频信号传输上展现强大优势。而且玻璃可衔接大尺寸面板制程基础,突破光罩尺寸对封装面积的限制,这是硅中介层与有机基板均无法实现的特性。

但玻璃的导热率相比硅几乎就是热绝缘体。目前业界的主要解决方案是在玻璃基板内布设散热通孔,通过垂直的铜金属导热路径,可有效弥补先天劣势。

TGV:良率决定一切的核心瓶颈

要让玻璃从绝缘平板转变为具备互连能力的封装载体,关键在于制作出玻璃通孔,即TGV(Through-Glass Via)。TGV是整个玻璃基板技术中最难攻克的核心关卡,其精度与制程一致性直接决定了封装的信号完整性、电源分配效率与整体良率。

传统机械钻孔或高能激光烧蚀在玻璃上加工时,会在孔洞周围产生大量微裂纹,此现象被称为“SeWaRe效应”。这些微裂纹最终会引发基板破裂,使传统加工方法的量产良率几近归零。

德国设备商LPKF开发的激光诱导深度刻蚀技术(LIDE)是目前突破此瓶颈的主流方案。LIDE将材料改性与通孔成形两个步骤彻底分离:第一阶段以特定波长的脉冲激光在玻璃内诱发局部结构改性,全程不产生裂纹或热影响区;第二阶段再以化学刻蚀液沿改性轨迹进行定向腐蚀,由于改性区域的刻蚀速率比未改性区域高出百倍以上,因此能形成孔壁平滑、无残余应力的高品质通孔。

通孔成形后,还需完成两道关键工艺:在TGV侧壁沉积钛或钽薄膜作为扩散阻挡层,防止铜离子在热循环中扩散、破坏介电绝缘性能;另外是采用含特殊添加剂的电镀配方,引导铜离子从底部向上均匀生长,实现无缺陷的铜填充。通孔成形、无缺陷填铜、长期抗热可靠性,三道关卡环环相扣,任一环节的良率失控都将导致整片基板报废。

供应链现状:设备先行,材料跟进

根据台积电董事长魏哲家于2026年第一季度法说会上的表态,台积电目前主力仍是CoWoS,同时积极发展CoPoS等,试产线正在建设,量产尚需数年。方向已定,但距离大规模商业化仍有距离。

在设备端,LPKF的LIDE设备是目前业界唯一经验证的高产量TGV解决方案,已被日月光导入。中国台湾地区方面,钛昇掌握TGV激光改性技术,群翊已布局相关烘烤、压膜设备,辛耘与弘塑则在键合与湿制程领域具备技术基础。材料端,美国康宁、日本AGC与旭硝子(NEG)持续推进玻璃基板的规格开发;Absolics是SKC与Applied Materials的合资公司,已在美国建立首座初期量产工厂;中国台湾地区的台玻与富乔也正积极往高频、高速的AI应用方向升级。

玻璃竞赛的本质是良率之争

玻璃基板的材料优势毋庸置疑,但从理论到量产之间,存在一定的认知落差。以台积电的路线来看,玻璃在近期内更可能先以“方形临时载板”的形式切入CoWoS-L制程;而在其他技术路线如FOPLP中,玻璃已被规划作为功能性基板材料导入。

玻璃基板的竞赛,本质上是一场以时间换取技术壁垒的长期布局。谁能率先掌握稳定的量产能力,谁就掌握了下一代封装成本结构与供应链话语权的主导权。市场的最终赢家,将由良率决定。

来源:工商时报侵删

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作者 808, ab