研究機構Yole Group分析，隨著英特爾在2023年9月宣布推出玻璃芯基板（GCS，Glass Core substrates，又稱玻璃基板），先進封裝產業的創新競賽進入新的關鍵時刻。這項新的技術方向是繼有機基板和陶瓷基板浪潮之後出現的，有望克服有機核心基板的挑戰，以配合高效能運算（HPC）和人工智慧（AI）大趨勢，在晶片設計和製造成本方面將效能、效率和可擴展性提升到新的水平。後者取決於技術的成熟度及其在終端市場的廣泛應用。

玻璃作為一種材料，在多個半導體行業中被廣泛研究和集成，代表了先進封裝材料選擇的重大發展，與有機和陶瓷材料相比具有多項優勢。與多年來一直作為主流技術的有機基板不同，玻璃具有卓越的尺寸穩定性、導熱性和電氣性能。玻璃芯基板結合上方、下方的佈線層以及其它輔助材料，共同製造而成的基板，可完美解決當前有機基板的許多短板。

根據英特爾介紹，玻璃基板可減少50%圖案失真，佈線密度可達到10倍提升，可改善光刻的焦距和深度，並具備出色的平整度。因此，玻璃基板能夠滿足高性能、高密度AI晶片對於封裝的需求，機械性能的改進使得玻璃基板能夠提高超大尺寸封裝的良率。

此外，玻璃基板還為工程師提供了更高設計靈活性，允許將電感、電容嵌入到玻璃當中，以實現更優良的供電解決方案，降低功耗。

韓國SKC方案演示

然而，儘管GCS具有潛在的優勢，但與任何新技術一樣，GCS由於製造加工困難，也面臨一系列挑戰，這不僅是對基板製造商的挑戰，也是對設備、材料和檢測工具供應商的挑戰。

Yole Group分析師表示，玻璃的脆性為設備內部的處理和加工帶來了問題，一旦玻璃破碎，這些設備無法適應玻璃碎裂時產生的碎片，因此需要在製造過程中精確小心。這對於設備供應商和基板製造商來說，是一項成本高昂的挑戰。此外，玻璃基板為偵測和計量過程帶來了複雜性，需要專門的設備和技術來確保品質和可靠性。

儘管有這些挑戰，GCS的應用仍受到幾個關鍵因素的推動：對更大基板和外形尺寸的需求，以及晶片和異構集成的技術趨勢，都推動業界將玻璃作為潛在的使能方案。此外，一旦技術成熟並且廣泛應用，玻璃的潛在成本優勢將使其成為HPC和資料中心市場的一個極具吸引力的選擇。

英特爾玻璃基板樣品

自2023年9月以來，英特爾在支持GCS方面所做的開創性努力為整個行業的採用奠定了基礎，英特爾已展示一系列玻璃基板樣品及成品晶片，並宣佈於2025年之後推出產品，推動摩爾定律發展，提供資料中心解決方案。英特爾已在玻璃基板領域進行了十年研發，並為此投資約10億美元，在美國亞利桑那州工廠建立玻璃基板研發線和供應鏈。機構表示，英特爾為業界提供了指導和方向，鼓勵其他企業探索這項前景廣闊的技術。

在英特爾推出GCS短短幾個月後，三星於2024年1月的CES 2024宣布正式進軍GCS生產領域。 2024年5月，三星旗下子公司三星馬達今年將啟動玻璃基板試生產，計畫在今年底前建立試驗性生產線，預計9月完工。一位消息人士稱，三星馬達已經與主要的玻璃基板設備供應商分享了交付時間表，以確保按期交付。

三星玻璃基板樣品

三星的跟進，標誌著這一新興技術發展史上的另一個里程碑，同時也凸顯了英特爾此舉的影響力，因為半導體產業對這項技術的興趣和投資都在不斷增長。

與英特爾的努力並駕齊驅，美國公司Absolics也在GCS發展史上留下了濃墨重彩的一筆，獲得了韓國SK集團旗下半導體材料公司SKC 6億美元的首筆巨額投資，並成為其子公司。這項投資意味著Absolics成為全球第一家專門生產玻璃基板的公司，但與英特爾公司相比採用了不同的技術。

Absolics玻璃基板演示

2024年5月，美國商務部宣布將向Absolics公司撥款7,500萬美元，以協助生產。 SKC在今年7月宣布，Absolics在喬治亞州投資約2.22億美元建設的工廠已經完工，開始大量生產玻璃基板原型產品。

研究機構表示，Absolics和SCHMID等新企業的出現，以及雷射設備供應商、顯示器製造商、化學供應商等的參與，凸顯了圍繞GCS新生供應鏈正在形成的多樣化生態系統。目前合作關係正在形成，以解決與GCS製造相關的技術和物流挑戰，這體現了為實現GCS全部潛力所做的集體努力。

在這一版圖中，玻璃通孔（TGV）是GCS的支柱之一。 TGV為製造更緊湊、功能更強大的設備鋪平了道路。 TGV有助於提高各層之間的連接密度，有助於提高高速電路的訊號完整性。連接間距的縮短可減少訊號損失和乾擾，從而提高整體效能。整合TGV後，不再需要單獨的互連層，從而簡化製造流程。然而，儘管TGV具有諸多優勢，但它也面臨許多挑戰。由於其製造流程的複雜性，TGV更容易出現缺陷，可能導致產品故障。此外，與其他解決方案相比，TGV通常意味著更高的生產成本。對專用設備的需求以及缺陷風險都會導致生產成本的增加。最近，LPKF等雷射設備製造商獲得了許多新的TGV相關專利。這些進步有助於GCS的商業化，同時也解決了與玻璃中介層有關的難題。這種解決方案可以同時促進GCS和玻璃中介層的發展，並有望成為下一代功能強大的設備。

此外，GCS和麵板級封裝（PLP）、FOPLP（扇出型面板級封裝）之間的協同作用也在推動這兩個領域的創新。由於這兩種技術都採用類似的面板尺寸，因此在提高晶片密度、降低成本和提高製造效率方面具有互補性。

Yole Group評論，GCS是先進積體電路基板和先進封裝領域前景廣闊的前沿技術，為下一代晶片設計和封裝提供了無與倫比的性能和可擴展性。作為新技術，雖然挑戰仍然存在，但行業領導者和參與者的共同努力正在為玻璃基板在各個終端市場的廣泛應用鋪平道路，其中AI晶片和伺服器是重中之重。隨著GCS技術的成熟和供應鏈基礎設施的發展，GCS有望重新定義先進封裝的模式。 （校對/孫樂）