2024玻璃基板行业深度：核心技术、行业现状、产业链及相关公司深度梳理

行业研究报告行业研究报告慧博智能投研 随着AI算力需求逐渐提高，硬件电路高度复杂化。无论是封装密度的TSV技术都将在可预见的时间内成为制约AI芯片等高性能算力芯片生产的短板。而玻璃基板凭借其天然的电气特性、优异的机械性能、良好的热导率和较低的热膨胀系数，成为新型先本篇文章我们将集中探讨先进封装领域中的玻璃基板，介绍其基本概念和性能等特点，并深入讲关公司。最后对行业的未来进行展望。期望这些内 1 6 15 18 25 27 29IC载板（substrate）为半导体封装中的关键材料。在封装过程中，IC载板介于芯片与PCB之间，实现信号传输连接，同时为芯片提供保护和支撑并形成散热通道，使封BT载板：具有较高的玻璃化温度、优秀的介电性能、低热膨胀率、良好的力学特征等性应用于存储器、射频、手机AP等领域，但由于其具有较硬的玻纤砂层，虽然能够稳定尺 ABF载板：多层数、细线路等优势更适配于更先进制程I/O端口数较多的场景，应用于Package其中BGA为球栅阵列封装，优点为I/O间距大、可靠性高、散热性能较好，广泛用于类型。CoWoS（ChipsonWaferonSubstrate）技术先将芯片通过ChiponWafer（CoW连接至硅晶圆，再把CoW芯片与基板（Substr同一片硅中介层实现多颗芯片的互联，其中将采用到封装基板+硅中介层的方案，而封装基板主要以2、玻璃基板性能出色，成为芯片封装的关键方向上固定的芯片数量增加，整个芯片集成的晶体管总数也相应增多。有机材料基板加工难度小较低，在芯片封装领域已被应用多年。但随着对芯片计算需求的增加，信号传输速度、功率传输效率、1）高平整度与低粗糙度：玻璃基板具有较高提供了理想的平台。玻璃基板的开孔之间的间隔小于100微米，）：膨胀系数与硅接近，有助于减少封装过程中因热失配导致的应力问题，有效 子比硅材料低2~3个数量级，使得衬底损耗和寄生效应大大4）化学稳定性与抗腐蚀性：玻璃基板化学稳定性出色，能5）高透明度与光学特性：对于需要透明窗口或涉及光通信的封能够构建更高性能的多芯片SiP，在芯片上多放置50%的裸片， 2018硅基转接板由于硅的半导体性质，面临介电损耗较大和微组装成本较高。而玻璃基板作为中介层，可以承载多个不同类型的芯片，如处理器、存封装性能上：玻璃基板上的互连密度随着通孔技输和信号线路布置方面的灵活性。此外，玻璃基板的机械性能得到改善，可以实现超大型封装玻璃基板制造过程使用与ABF基板相同的SAP半加成法工艺，而具体的封装环节相对ABF基板中的工艺介绍：根据电子时代资料，半加成法工艺是在生产超精细走线电路时成熟生产方法。该方法利用了加成法工艺步骤，在基底介质材料上添加铜，而不是用减成法实际制造流程：SAP通过真空层压技术将干膜层压到玻 后，都需要经过种子层磁控溅射、干膜抗蚀剂层压、曝光与显影、铜电镀与去膜刻蚀等不同点：玻璃基板使用的是特种玻璃材料，通孔技术为激光改），板上进行的金属化或通孔制作过程中，其本身就提供了足够的电气绝缘性能，不外，玻璃基板使用的LIDE激光诱导刻蚀工艺，能够在玻璃基这种高精度的加工方式可以确保通孔和基板之间的良好电 加工挑战：玻璃基板，涉及钻孔与填孔优化、脆性处理、金属线粘附性、过孔填致性等问题。材料选择、抗裂性、高纵横比、金属化、良品率、切割、散热与机械力承受能力等也是待层数限制：玻璃基板潜力在于支持高密度互连，但目前受限于制造过程，难以实性与通孔工艺使内层添加困难，影响实现多芯片模块和复杂集成电路所需脆性、抗损伤性与热管理：封装及使用过程中需特别注意采用新型热管理材料以应对高功率芯片的散热需成本挑战：玻璃基板的制造与加工成本目前高于传统有机基板，需通过技术创新和规模化生产降低成本，提高市场竞争力。此外，推广玻璃基板需要产业链各方（设备、材料、封装服务、终端用对于先进封装领域的各种应用，每片晶圆上通常需要应用数万个玻璃通孔并对其进行金属化，需要的导电性。在2.5D/3D封装及系统级TGV技术是TSV技术的延续，主要区别在于引入了基板种类的指通过在硅中介层打孔的方式实现垂直互联，而与之对应的TGV（ThroughGlassV指穿过玻璃基板的垂直电气互连，它们都通过在中介层打孔并进行电镀填充来实现垂直方向的电气互联，使用的是高品质硼硅玻璃、石英玻璃，以此来取得比硅中介层更好的封装表现，被认为是 ），硅基转接板2.5D/3D集成技术作为先进系统集成技术，近年个主要问题1）成本高，硅通孔（TSV）的制作采用硅刻蚀工艺，随后硅通孔需要氧化绝缘层、薄晶圆的拿持等技术，步骤复杂且流程较长2）电学性能差，硅材料属于半导体材料，传输线在传输信TGV省去了沉积隔离层、绝缘层的过程。TGV的制备流隔离层并由于玻璃基板本身就可以做的很薄，还可以省去二次减薄相同的制备步骤可以借鉴TSV的成功经验，技术成熟度相对比较高。根据《玻璃通孔三维互连），1、玻璃通孔成孔技术：目标是低成本、快速可侧壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求，如何制备出高深宽比、窄节距、高垂直度、高侧度、低成本的玻璃微孔一直是多年来各种研究工作的重心。目前主流的玻璃通孔加工成型方法有喷砂法、聚焦放电法、等离子刻蚀法、激光烧蚀法、电化学放电法、光敏玻璃法、激光诱导刻 加工步骤：喷砂法要求在加工前先在玻璃基板上制作一层复合掩模用干粉喷砂工艺对玻璃晶片进行蚀刻。考虑到蚀刻效率和宽高后在玻璃晶片的另一侧也采用同样的工艺步骤进行蚀刻，两次喷砂蚀刻过程中必须保证工艺特点：由于喷砂法制作的通孔非常粗糙，孔径较大且一致性较差，(>200μm)、间距较大的玻璃通孔，而逐渐退出三维集成封装的应用范畴直径一般为20~50μm，如此大的颗粒 加工步骤：聚焦放电主要包括两个步骤：1.将玻璃放在两个电极之间，通过控行放电熔融；2.通过焦耳热使玻璃内部产生高应力，引起内部高压和介电击穿，上述步骤工艺特点：聚焦放电产生玻璃通孔的方法可以制备多碱玻璃等，且从聚焦放电制作的TGV阵列可以看出，该方法能够制作均匀性较好、没有裂纹的高密度通孔。但由于此方法是单次进行单孔制作，所以生产效率较低，且从玻璃通孔的切片结果来看，加工步骤：用等离子刻蚀法在石英玻璃上制作玻璃通孔步骤如下：1.在石英上蒸刻蚀硬掩模；2.通过光刻的方法暴露出玻璃表面需要光刻的位置；3.用氯气或者三氯化硼腐蚀层，用氧气等离子体去除玻璃表面的光刻胶；4.利用全氟环丁烷/氩气等离子体蚀刻石英以形成TGV。 工艺特点：等离子体法刻蚀TGV可以同时进行大面积的多可以得到改善，且因为其侧壁粗糙度小150nm）、侧壁无损伤，拥有良好的可靠性保子刻蚀TGV的方法也还存在许多缺点，包括激光烧蚀TGV制作是利用激光的能量将玻璃烧蚀以形成玻璃通孔，可制备出垂光烧蚀所使用激光器主要包括飞秒激光、皮秒激光、纳秒准分子激光器和CO2激光器等。其中CO2激应力问题准分子激光器属于“冷激光”，其烧），加工步骤：电化学放电加工法是一种将电火花加工（EDM）和电解加工电化学加工的电解槽由一个碱性电解质溶液（氢氧化钾、氢氧化钠等）和两个电极组电极分别连接到电源的正、负端子上。当两个电极之间施加电位差时，在工具电极周 而形成一层薄薄的氢气膜，将工具电极与周围的电解液完全隔离。当电位差进一步增大时，氢气膜破裂，孔径大于300μm且上开口大于下开口的锥形玻璃通孔，这也大大加工步骤：光敏玻璃法是指根据光敏玻璃材料特性，利用紫外曝光、热处理、湿通孔加工的工艺流程。加工前需先将玻璃进行预处理，即将玻璃先后放入异丙醇和丙酮中分别超10min取出后用氮气吹干，除去玻璃表面杂质，随后先通过紫外光对光敏玻璃进行曝进行热处理以让紫外线照射过的区域材料变性成为陶瓷材料，最后通过氢氟酸溶液进行湿法刻蚀 工艺特点：基于光敏玻璃的TGV制作方法优势在于采用高刻蚀速率的湿法腐蚀可以实现各向异性刻蚀，从而获得高密度、高深宽比的玻璃通孔。但是该技术也存在两个问题：1.价格昂贵，光敏玻料价格和工艺制程价格都相对较高；2.对于不同尺寸的图形，尤其是盲孔或者盲槽的刻蚀，由于率不同会造成图形定义精度差别较大；3.由于需要高温处理，会导致玻璃在半固化状态下加工步骤：通过脉冲激光诱导玻璃产生连续的变性区，相比未变性区域的玻璃，蚀速率较快，基于这一现象可以在玻璃上制作通孔/盲孔。根据《玻璃通孔三维互连镀铜），1.使用皮秒激光在玻璃上产生变性区域；2.将激光处理过的玻璃放到氢氟酸溶液达到50:1。国内方面，厦门云天半导体科技有限公司成功开发了先进TGV激光 工艺特点：激光诱导刻蚀法的反映机理与上文展示的光敏玻璃法类似，都璃内部出现变性区域，然后通过酸溶液湿法刻蚀完成，区别在于激光诱导刻蚀法对无需使用璃通孔，成孔质量均匀，一致性好，无裂纹；2.成孔速率快，可达到290TGV/s；3.TGV形貌可调，由于刻蚀的各向异性，可以通过调节激光参数来控制TGV的垂直度和形貌。但也具有激除了TGV成孔技术外，限制玻璃通孔应用的另一个技术难多为通孔，电镀时间长、成本高；另一方面，与硅材料不同，由于玻璃表面平滑，与常用金属（如Cu）金属实孔填充：类似硅通孔的金属填充方案可以应用在TGV金属填充中。铜填实，铜覆盖层去除过程，顶部重布线层(RDL)(TR1)过程，临时键合，研磨减薄露铜，底部孔内电镀薄层：TGV也可采用通孔内电镀薄层方案实现电学连接）， CTT（CopperTraceTransfer，线路转移）主要包括两个过程：1.预制RDL线路：首先在可移动载体上单独制造一层薄导电层，通过光刻、电镀和去胶制作出RDL检查细线成品率。2.RDL层集成：完成RDL层的制并使用真空压膜机在基板上侧压合感光膜；2.随后在光刻图案化后进行种子层沉积，采用物理气（PVD）分别沉积Ti和Cu作为阻挡层和种子层，接着采用电5μm以下低成本的线宽制作工艺，即用旋转金刚刀取代昂贵的CMP对层间RDL表面平坦化，进而做 4、玻璃基板的产业化量产壁垒1）高深宽比的TGV结构制造：制造具有高深宽比的TGV2）通孔中微裂纹的产生：由于玻璃为脆性材料，在TGV过程可能会进行管理；4）通孔的金属化：实现TGV的有效金属化是另一个挑战，从最初的4代线到如今的10.5代线，基板的尺寸已经发展到2940*3370mm。厚度方面7代线和8代线玻璃基板进入到0.5mm水平。较高的世代线不仅意味着玻璃基 面板市场份额已达80%，而在高世代液晶面板生产线及AMOLED无碱玻璃技术工艺及2、全球TGV晶圆市场份额高度集中，国内厂商相继实现技术突破显示用玻璃基板需要具备平整的表面、低热膨胀系数、良好的化学稳定性和机基板在要求玻璃基板具有优良的物理性质之外，更加关注其电学特性，对玻璃的介电常数以拥有约46%的市场份额；欧洲紧随其后约占25%的市场份额。在玻璃通孔（TGV）晶圆市场的主要参与者中，康宁保持了排名第一的位置，占据全球TGV晶圆产值市场份 在TGV通孔技术方面，国内外技术差距较小化、双面镀铜以及微电路图形化技术方面具有行业领先地位。沃格光电拥有玻璃基巨量微力，最小孔径可至10μm，厚度最薄为0.09-0.2m解决TGV技术量产的关键技术。公司玻璃基IC板级封装载导体先进封装载板产能主要由全资子公司湖北通格微投产建设。国内厂商厦门云天半导体也开发了先进TGV激光刻蚀技术，面向应用MEMS提供4-12英寸的玻璃晶圓，厚度为100微米，TGV孔洞直径最小可达到10微米，深宽比10:1 3、海内外厂商积极布局玻璃基板，构建相关多家科技巨头的关注。根据三叠纪官网，英伟达指出A统光模块将导致成本翻倍和额外的20-25%功耗，而使用玻璃基板可以降低近50%的功耗，成为满足AI高算力需求的高效能比解决方案。此外，苹果、在积极与多家供应商商讨将玻璃基板技术应用于芯片开发，以提供更好散热性能，使芯片在更保持峰值性能。可以预见的是，未来一段时间内玻璃基板产业链整体大致分为原料、设备、技术、生产、封装检测、应用等重要环节未进入需求快速增长阶段，目前主要关注上游的原料、设 1、玻璃基板原料环节：主要由海外巨头供应，格局稳固些材料针对高强度激光和辐射暴露水平下的传输和耐用性进行了优化，适合半导体的制造战，目前仅有美国康宁、德国肖特等玻璃厂商可以提供超大尺寸2m×2m）和超薄50µm）的面板玻璃以及超薄柔性玻璃材料。此外，AGC（旭硝子）、Mosaic等国际知名公司 纳钙玻璃：通过在二氧化硅基质中加入氧化钙和氧化钠等成分而制成，其配方相对简单，技术门槛较低。高铝玻璃：在基础玻璃成分中加入了氧化铝，这种添加不仅显著提处理的难度。高铝玻璃具有高配方壁垒和复杂的制造工艺，全球仅有康宁等少数企业能够掌握这一技术。高温熔融：在熔融炉中，将准备好的玻璃原材料按比例投入炉内，成型冷却：熔融的玻璃液通过计量装置，根据加工要求控制玻璃液的流速和后段加工：对未经精细加工的玻璃母板进行切割、打磨、清洗、检查、包装等根据前文，孔金属化为玻璃基板制造加工中较为关键的工艺之一，通常使用电镀的工艺完成，由于表面光滑，对金属铜的粘附力较低，容易产生金属层脱落、卷曲，因此如何对通孔进行填充为工的生长，在TGV通孔1/2厚度处束腰处实现实心填充，2023年日本DNP公司开发出了TGV工艺的玻璃基板，其具有>9:1的深宽比，并对电 膜是一种在环氧树脂中加入玻璃微粉压合制成的片状半固化材料，其中不含玻纤，用这种材料线路的绝缘层可以很好地实现SAP工艺，因此在高端基板制造中广泛应用化学公司的专利产品，根据晶化科技统计，2021年全球ABF膜市场规模达4.6亿美元钻孔是玻璃通孔工艺的核心步骤，需要满足高速、高精度、窄节距、侧壁光滑、垂直度好以及低成一系列要求，以达到低成本、快速可规模化量产的目标。目前得国际领先。如大族数控成功研制出激光诱导蚀刻快速成型技术（LIERP验板厚度/孔径)大的基材上加工微孔的问题。实现各种尺寸盲孔、异形孔、圆锥孔制备 根据大族数控年报，根据曝光时是否使用底片，曝光技术主要可分为激光直接成像技术（LDI）菲林曝光技术。相对于使用菲林材料的传统曝光工序，激光直接成像技术使用了全数字生产了传统曝光技术中的多道工序流程，并避免了直接成像（DI）：计算机将电路设计图形转换为机现图形的实时显示，再通过光学成像系统将图形光束聚焦成像至已涂覆感光材料的基板动化水平等方面具有优势，成为目前曝光工艺中的主流发行高密度布线，这种技术进一步减小了芯片的体积，其中二次显影：后将高分辨率的光刻薄膜层压在基板上侧并进行高精度的曝光移及国内电子产业的高端化发展，PCB产品质量提升，中高端产品开始进口 据QYResearch数据，2021年芯碁微装以8.10%的全球份额位列第三。根据公司年报，得益于直写光刻领域的快速进步，2019-2023年公司营收复合增长率达到19.7 经过曝光显影后，玻璃基板的种子层形成需要使用溅射和电镀无电解铜工艺。国内电镀离子体，并且利用等离子体中荷能粒子轰击靶表面，使被溅射出来的粒子在基体表面形成镀层原理：在真空环境下，电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中离子（Ar+）和电子，电子飞向基片。而氩离子则在电场的作用下加速轰击靶材，溅的过程中，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，并在该区域内围绕靶面作圆周运动，从优势：磁控溅射技术因其高速、低温、低损伤等优点而被广泛应用于制备各种薄膜等。这种技术不仅成膜速率高，而且基片温度低，对膜层的损伤也较小。在实际应用中，可换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，来获）： 式电镀工艺能够在各种玻璃通孔形状上一次性形成金属膜。即使在高纵横比的玻璃导电膜，这在干法工艺上难以实现。由于湿法电镀工艺不需要蚀刻，因此可以在玻全国市占率比重超过50%。独创三合一水平镀设备，填补国内空白，同时其已具备磁公司主要业务为平板显示器精加工业务如TFT液晶显示面板的薄化、镀知名企业，产品终端主要应用于手机、车载以及智能可穿戴产品等，同时生产触控模 组、高端光学膜材模切等产品。此外，公司积极推进基于TGTGV技术的玻璃载板可以实现高密度封装和高速的数据处理，同时由于玻璃基具有更优的散具备行业领先的玻璃薄化、TGV（玻璃通孔）、溅TGV玩家。在TGV成孔技术方面，公司利用超为基础可以提供参数领先的2.5DTGVI洞直径最小可达到10微米，深宽比10:1，并可最大附着7层的RDL线层，在关键指标公司主营业务为精密激光加工解决方案的设计及其配套设备的研发、生产和销括玻璃封装基板、MicroLED基板、IPD集成无源器件、MEMS等，支持石英、硼硅、钠钙、铝硅等多种不同玻璃材质，可根据需求在基板上实现圆孔、方孔、公司主要工业激光业务和医疗激光业务。公司主要产品根据应用领域分为五大类别，分光及自动化设备、3C消费类电子激光及自动化设备、钣金激光切割设备、光伏行业激光及自动化设备、技术，公司正在进行两个工艺路径的开发，包括激光刻蚀技术和激光诱导变性技术，公司前公司的全资子公司星能懋业主要从事半导体及光伏湿法和电镀工艺的研发及相关设公司主营业务为高端精密电镀设备及其配套设备的研发、设计、生产及销售。VCP、柔性板片对片VCP、柔性板卷对卷VCP、水平式除胶化铜设备、龙门式电镀设备、新能源电镀设备等。凭借公司自主研发的垂直连续电镀等技术，公司VCP设备在电镀均匀性、贯孔率（TP）等关键指标上均达到了业内领先水平。