隨著AI和高效能電腦對運算能力和資料處理速度的需求日益增長。半導體產業也邁入了異構時代，即封裝中廣泛採用多個「Chiplet」。在這樣的背景下，訊號傳輸速度的提升、功率傳輸的最佳化、設計規則的完善以及封裝基板穩定性的增強顯得特別關鍵。然而，目前廣泛應用的有機基板在面對這些挑戰時顯得力不從心，因此，尋求更優質的材料來取代有機基板。

玻璃基板，是英特爾作出的回答。

英特爾已在玻璃基板技術上投入了大約十年。去年9月，英特爾宣布率先推出用於下一代先進封裝的玻璃基板，併計劃在未來幾年內向市場提供完整的解決方案，從而使單一封裝內的晶體管數量不斷增加，繼續推動摩爾定律，滿足以數據為中心的應用的算力需求。

英特爾表示，將於本十年稍後使用玻璃基板進行先進封裝。第一批獲得玻璃基板處理的產品將是其最大、利潤最高的產品，例如高階HPC（高效能運算）和AI晶片。

那麼，玻璃基板究竟擁有哪些顯著優勢呢？它在未來的發展中又將如何扮演重要角色？

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為什麼需要玻璃基板？

基板的需求始於早期的大規模整合晶片，隨著電晶體數量增加，需要將它們連接到更多的引腳。在過去20多年的時間裡，打造基板所使用的主要材料是有機塑料，但隨著單一封裝內的晶片和連線數量越來越多，有機基板正在接近物理極限。

因此，近年來出現了超高密度互連接口技術，如CoWoS和Intel的EMIB技術。這些技術使公司能夠用快速、高密度的矽片來橋接晶片的關鍵路徑，但成本相當高，而且沒有完全解決有機基板的缺點。

在這樣的背景下，業內公司開始致力於探索有機基板的真正替代者，尋求一種能與大型晶片完美融合的基板材料。儘管這種材料在最高層級的需求上可能無法完全取代CoWoS或EMIB技術，但它卻能夠提供比現有有機基板更出色的訊號傳輸性能和更密集的佈線能力。

玻璃基板如何適用於大晶片和先進封裝？

首先，玻璃的主要成分是二氧化矽，在高溫下較穩定。因此，玻璃基板可以更有效地處理更高的溫度，同時有效管理高性能晶片的散熱。這使得晶片具有卓越的熱穩定性和機械穩定性。

其次，玻璃基板可實現更高的互連密度，這對於下一代封裝中的電力傳輸和訊號路由至關重要，這將顯著增強晶片封裝內電晶體的連接性。典型的例子：英特爾將生產面向資料中心的系統級封裝（SiP），具有數十個小瓦片（tile），功耗可能高達數千瓦。此類SiP需要小晶片之間非常密集的互連，同時確保整個封裝在生產過程中或使用過程中不會因熱量而彎曲。玻璃基板便是當下的最優解。

最後，玻璃更容易變得平坦，這使得封裝和光刻變得更容易，這對新一代SiP來說非常重要。據悉，在同樣面積下，玻璃基板的開孔數量比在有機材料上多得多，且玻璃芯通孔之間的間隔能夠小於100 微米，這直接能讓晶片之間的互連密度提升10倍。英特爾消息人士稱，玻璃基板可將圖案畸變減少50%，從而提高光刻的聚焦深度，從而確保半導體製造更加精密和準確。英特爾預計玻璃基板能夠實現容納多片矽的超大型24×24cm SiP，並憑藉單一包裝納入更多晶體管，從而實現更強大的算力。

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業界巨頭爭相佈局

不只是英特爾，在當今半導體領域的激烈競爭中，玻璃基板作為半導體產業的璀璨新星，正受到包括三星、LG以及蘋果在內的眾多科技巨頭的青睞。

三星組成「軍團」加碼研發

近日，根據韓媒sedaily 報道，三星集團已組建了一個新的跨部門聯盟，三星電子、三星顯示、三星電機等一眾旗下子公司們組成“統一戰線”，著手聯合研發玻璃基板，推進商業化。其中，預計三星電子將掌握半導體與基板相結合的訊息，三星顯示將承擔玻璃加工等任務。

三星將玻璃基板視為晶片封裝的未來，在1月的CES 2024上，三星馬達已提出，今年將建立一條玻璃基板原型生產線，目標是2025年生產原型，2026年實現量產。

組成「軍團」加碼研發，足以見得三星集團對玻璃基板的重視，而在這項技術領域中，已有多個強勁對手入局。

LG Innotek已著手準備

今年3月，LG Innotek CEO Moon Hyuk-soo 在例行股東大會上表示：「將把半導體基板和電子系統組件業務發展到第一。」在回答有關發展半導體玻璃基板業務的問題時，Moon Hyuk- soo 表示：“我們半導體基板的主要客戶是美國一家大型半導體公司，該公司對玻璃基板表現出極大的興趣。當然，我們正在為此做準備。”

AMD開始效能評估測試

AMD正對全球多家主要半導體基板企業的玻璃基板樣品進行性能評估測試，計劃將此先進基板技術導入半導體製造。據悉，此次參與的上游企業包括日企新光電氣、台企欣興電子、韓企三星電機和奧地利AT&S。業界預測AMD最早於2025—2026年的產品中導入玻璃基板，以提升其HPC產品的競爭力。

蘋果積極探索玻璃基板

據悉，蘋果也正積極探索將玻璃基板技術應用於晶片封裝。玻璃基板的應用不僅是材料上的革新，更是一場全球性的技術競賽，它有望為晶片技術帶來革命性的突破，並可能成為未來晶片發展的關鍵方向之一。蘋果公司的積極參與可能會加速玻璃基板技術的成熟，並為晶片性能的提升帶來新的突破。

除了晶片製造領域，玻璃基板還有望在智慧型手機、平板電腦、電視等消費性電子產品的顯示器製造中發揮重要作用。這些產品的更新換代速度不斷加快，對高品質玻璃基板的需求也將持續成長。

目前來看，台積電在CoWoS領域火力全開，接連獲得大廠訂單享受紅利，因而它並不急於投入巨資押注玻璃基板，仍將繼續沿著現有路徑升級迭代，以保持領先地位不可撼動。或許等台積電覺得時機成熟，將會大幅加碼。

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先進封裝中，主流的有機基板

在SiP及先進封裝中最常使用的基板包含三類：有機基板、陶瓷基板、矽基板。

有機基板由於具有介電常數低、品質密度低、加工製程簡單、生產效率高和成本低等優點，是目前市場佔有率最高的基板。有機基板是在傳統印刷電路板（PCB）的製造原理和製程的基礎上發展而來的，其尺寸更小、電氣結構複雜，其製造難度遠高於普通PCB。

有機基板主要包含：剛性有機基板、柔性有機基板以及剛柔結合有機基板。

其中，剛性有機基板以熱固性樹脂為基材，並以無機填料和玻璃纖維作為增強材料。這種基板透過熱壓成型過程製成層壓板，然後與銅箔複合製成。剛性有機基板適用於多種封裝形式，如WB-BGA（通用晶片封裝）、FC-BGA（處理器及南北橋晶片封裝）及FC-CSP（智慧型手機處理器及其它零件封裝）等。

柔性有機基板以CTE低且平整度高的PI薄膜為介質層，由介質層與銅箔複合製成。這種基板在LED/LCD、觸控螢幕、電腦硬碟、光碟機連接及功能組件、智慧型手機、平板電腦和穿戴式裝置等領域有廣泛應用。

除了上述兩種基板，還有一些其他類型的有機基板也在先進封裝中得到應用，例如ABF樹脂、BT樹脂和MIS基板等。這些基板材料的選擇取決於具體的應用需求、封裝形式以及晶片類型等因素。

目前中國封裝材料和封裝基板的國產化率都比較低，先進基板領域仍有待突破。中國台灣、日本及韓國地區在全球封裝基板市場中佔有率較高，產業競爭也相對穩定。欣興電子、景碩科技、南亞電路、日月光材料等中國台灣地區企業主要生產WB-CSP、WB-BGA、FC-CSP、FCBGA等封裝基板。

從中國大陸企業佈局來看，近年來，越來越多的中國企業正拓展封裝基板領域，中國大陸目前仍處於快速擴產階段，高階FC-BGA基板可應用於AI、5G、大數據等領域要求的高效能CPU、GPU，但目前FC-BGA基板市場由欣興電子、揖斐電、三星馬達等企業壟斷，中國大陸頭部代表企業包括興森科技、深南電路等在2023年對於高階FC -BGA封裝基板方面積極佈局，未來高階FC-BGA產能可望進一步擴充。

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取代有機基板？

根據MarketsandMarkets最近的研究，全球玻璃基板市場預計將從2023年的71億美元成長到2028年的84億美元，2023年至2028年的複合年增長率為3.5%。

如此來看，玻璃基板的市場前景是樂觀的，但這條賽道依然面臨著許多不容忽視的挑戰。例如技術的不成熟和居高不下的成本是擋在玻璃基板商用前方的兩大攔路虎

玻璃基板雖然具有優異的物理特性，如高平整度、低熱膨脹係數等，但其硬度大、脆性高的特性也增加了加工難度。如何在確保性能的同時，降低加工難度，提高良品率，是玻璃基板生產的一大挑戰。

此外在玻璃基板的複雜的生產過程中，需要高精度的製程和設備，對技術要求極高。同時，為了維持競爭優勢，企業需要持續投入大量研發資金，進行技術創新和產品升級。這也意味著，與任何新技術一樣，玻璃基板的生產和封裝成本將比經過驗證的有機基板更昂貴。這包括原材料成本、加工成本以及後續的封裝和測試成本。就連英特爾目前也還沒有談到具體的量產時間。

玻璃基板作為新事物，其市場接受度仍有待提升。同時，相關的行業標準和技術規範也尚未完善，這可能會影響其推廣和應用。如此來看，玻璃基板距離大範圍的商用或許需要十年以上的時間。

再者，玻璃基板與有機基板在各自的應用領域有不同的特性和優勢，這使得它們各自在某些特定的使用場景中更為適用。有機基板多用於消費性電子領域，而玻璃基板大概率應用於高性能運算等場景，雖然玻璃基板在某些技術上展現出的潛在優勢是有機基板不具備的，但有機基板因其成本效益和在某些特定應用中的成熟性，仍具有穩定的市場需求。因此，兩者並不會完全取代對方，而是在各自的領域中發揮各自的優勢。

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帶動玻璃通孔技術成為熱門

不只是加速玻璃基板技術的研發，英特爾也計畫引進玻璃通孔技術TGV（Through Glass Via），將類似矽通孔的技術應用於玻璃基板。

在此之前簡單了解什麼是矽通孔，矽通孔技術即TSV（Through Silicon Via），它是透過在晶片與晶片之間、晶圓和晶圓之間製作垂直導通；TSV技術透過銅、鎢、多晶矽等導電物質的填充，實現矽通孔的垂直電氣互聯，這項技術是目前唯一的垂直電互聯技術，是實現3D先進封裝的關鍵技術之一。

玻璃通孔是穿過玻璃基板的垂直電氣互連。與TSV相對應，作為一種可能取代矽基板的材料被認為是下一代三維整合的關鍵技術。

與矽基板相比，玻璃通孔互連技術具有優良的高頻電特性、大尺寸超薄玻璃基板成本低、製程簡單、機械穩定性強等優勢。可應用於2.5D/3D晶圓級封裝、晶片堆疊、MEMS感測器和半導體裝置的3D整合、射頻元件和模組、CMOS 影像感測器、汽車射頻和攝影機模組。基於此，玻璃通孔三維互連技術成為目前先進封裝的研究熱點。

英特爾在玻璃基板領域的突破無疑為整個產業帶來了新的活力，同時也成功地激發了業界對TGV技術以及基板性能的廣泛興趣和深遠期待。這項突破不僅彰顯了英特爾在科技創新上的領先地位，也為整個電子產業帶來了全新的發展機會。