人工智慧（AI）對高效能、永續運算和網路矽片的需求無疑增加了研發投入，並加快了半導體技術的創新步伐。隨著摩爾定律在晶片層面的放緩，人們希望在ASIC（專用集成晶片）封裝內封裝盡可能多的Chiplet（小晶片），以期在封裝層面獲得摩爾定律的優勢。

容納多個Chiplet的ASIC封裝通常由有機基板組成。它由樹脂（主要是玻璃纖維增強環氧樹脂層壓板）或塑膠製成。根據封裝技術的不同，晶片要么直接安裝在基板上，要么在晶片之間再加一層矽中介層，以實現Chiplet間的高速連接。有時會在基板內部嵌入互聯橋而非中介層，以提供高速連接。

有機基板的問題在於容易翹曲，尤其是在晶片密度較高的大型封裝中。這就限制了封裝內的晶片數量。而這正是玻璃芯基板(GCS，簡稱「玻璃基板」)可以改變遊戲規則的地方！它有望在下一代先進晶片封裝中發揮關鍵作用。

為什麼是玻璃基板？

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，這種趨勢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，玻璃具有多項優勢。

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。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。

玻璃基板的優點如下：

* 玻璃基底可以做得非常平整，從而實現更精細的圖案化，可減少50%圖案失真和更高的（10倍）佈線密度。在光刻過程中，整個基底會受到均勻的曝光，從而減少缺陷。

* 玻璃的熱膨脹係數與上面的矽晶片相似，可減少熱應力。

* 不會翹曲，可在單一封裝中處理更高密度的晶片。最初的原型產品可處理的晶片密度比有機基板高50%。

* 可無縫整合光學互連，從而產生更有效率的共封裝光學元件。

* 這些基板通常是矩形晶圓，可增加每個晶圓的晶片數量，提高產量並降低成本。

玻璃基板有可能取代封裝內的有機基板、矽中介層和其他高速嵌入式互連裝置。

然而，玻璃基板也存在一些挑戰：

* 玻璃脆且易碎，在製造過程中容易破裂。這種易碎性需要小心處理和專用設備，以防止在製造過程中損壞。這對於面臨高物理衝擊風險的產品（如手機、筆記型電腦和汽車設備）來說是一個弱點。

* 確保玻璃基板與半導體堆疊中使用的其他材料（如金屬和電介質）之間的正確粘合具有挑戰性，難以均勻填充線路的通孔。材料特性的差異會導致界面處產生應力，可能造成分層或其他可靠性問題。雖然玻璃的熱膨脹係數與矽相似，但它與用於PCB板/凸塊的材料卻有很大差異。這種不匹配會在溫度循環過程中產生熱應力，影響可靠性和性能。

* 過於透明，這將影響測量的準確性，而且產量太低，產能不足。

* 玻璃基板缺乏既定的行業標準，導致不同供應商的性能有差異。由於是新技術，沒有足夠的長期可靠性數據。需要進行更多的加速壽命測試，以獲得將這些封裝用於高可靠性應用的信心。

儘管有這些缺點，但玻璃基板在高效能運算（HPC）、AI和直流網路矽方面大有可為，其重點是將盡可能多的吞吐量封裝在ASIC封裝內，以提高系統的整體規模、效能和效率。

KB證券研究分析師Lee Chang-min預測：「隨著AI數據處理量呈指數級增長，到2030年有機（塑膠）材料基板將變得缺乏。玻璃基板最初應用於AI加速器和伺服器CPU等高品質產品，預計將逐步擴展到更廣泛的產品領域。

研究機構The Insight Partners預測，儘管玻璃基板技術仍處於起步階段，但預計全球市場規模將從今年的2,300萬美元成長至2034年的42億美元。

英特爾、台積電、三星和SKC等主要代工廠都在大力投資玻璃基板技術。

晶片巨頭紛紛投資，量產時間仍遙遠

英特爾於2023年9月宣布推出業界首個用於先進封裝應用的玻璃基板技術，是最早行動的公司之一。目前英特爾已展示玻璃基板樣品及採用玻璃基板的晶片成品。該公司表示，這將使封裝中的電晶體繼續縮小，並推進摩爾定律以提供以數據為中心的應用。英特爾計劃在2026年大規模量產玻璃基板，並已在美國亞利桑那州設立專門研究機構。

同時，英特爾也在呼籲材料供應商加入這項努力，其尋求透過推出性能更高的晶片來最大化規模經濟和獲利能力。

英特爾進一步表示，該公司預計在本世紀下半葉向市場提供完整的玻璃基板解決方案，使該行業能夠在2030年後繼續推進摩爾定律，這是使用有機材料的矽封裝無法實現的任務。

台灣IC基板供應鏈消息人士表示，現在判斷英特爾是否真的能兌現承諾還為時過早。消息人士稱，英特爾強調玻璃基板的前景，是希望晶片供應商考慮更換代工合作夥伴。

消息人士稱，在所有台灣IC基板供應商中，欣興電子是英特爾最親密的合作夥伴。

近期有傳言指出欣興電子已經開始玻璃基板的製造過程。然而，欣興電子董事長曾子章駁斥了這一傳言，並表示：“它仍處於研發階段。”

欣興電子指出，玻璃基板技術仍有技術障礙需要克服，可能要到2025年底才能走出研發階段。欣興電子表示，其玻璃基板技術將需要經過多輪客戶驗證，裝配線的設備安裝可能要到2026年底，估計大規模量產要等到2027-2028年，新技術的生產成本和良率是否可接受還有待觀察。

最近在基板領域迎頭趕上的臻鼎科技也表示，除了專注於基板外，它將在未來五年繼續研發玻璃基板，但臻鼎科技董事長沈慶芳表示，短期內還為時過早，無法看到大規模生產何時準備就緒。他表示，這項技術尚未成熟，在設備和生產壓力方面仍有多個挑戰需要克服。

消息人士還指出，玻璃通孔（TGV）技術尚未成熟，無法用於處理玻璃基板，而且由於所需的精度水平，仍然是一項艱鉅的挑戰。玻璃基板仍處於早期開發階段。

因此，在高階矽片主流過渡到玻璃基板之前，還需要3~4年的時間。

日韓半導體供應鏈入場

日本和韓國的半導體供應鏈參與者正在加緊努力開發玻璃基板解決方案或收購擁有相關技術的公司。

英特爾2023年9月宣布推出業界首個用於先進封裝應用的玻璃基板技術後，引起了日本製造商的極大興趣並引發了一系列反應，日企在玻璃基板開發中開始佔據領先地位。

2023年12月，日本政府支持的日本投資公司（JIC）、DNP和三井化學宣布透過定於2024年8月進行的收購要約，共同投資收購富士通IC基板子公司新光電氣工業的所有股份。 DNP高級執行公司官員Mitsuru Tsuchiya表示，玻璃基板最早可在2028年用於晶片的量產，比最初預期的要早。

自2023年初以來一直在開發玻璃基板技術的DNP，並於當年3月宣佈開發玻璃通孔（TGV）的玻璃基板。該公司以850億日圓（5.4億美元）收購新光電氣15%的股份，預計兩家公司之間產生綜效。

其他日本公司也在積極開發玻璃基板產品。日本電氣硝子（NEG）於2024年6月推出新型半導體基板材料「GC Core」。這種玻璃陶瓷基板特別適合封裝Chiplet（小晶片），具有便於通孔加工、無需使用高成本蝕刻製程即可實現基板減薄等優勢。

AGC（旭硝子玻璃）在2024-2026年中期經營計畫中強調，將集中資源開發玻璃基板。英特爾的主要基板供應商Ibiden（揖斐電）已將玻璃基板列為其具有未來成長潛力的研發項目之一。另一家日本基板製造商FICT（原富士通Interconnect Technology）宣布開發一種名為「Glass All Layer Z」連接結構（G-ALCS）的新型多芯層玻璃基板。

除了日本，韓國企業也開始積極進入玻璃基板市場。

在韓國，SK集團旗下的化學子公司SKC正成為日本製造商在玻璃基板領域的重要競爭對手。該公司於2021年宣布開發玻璃基板，並透過子公司Absolics在美國建立量產線，進而領先業界。 Absolics的初始投資為2.4億美元，已獲得美國7500萬美元先進晶片封裝補貼，計劃最早在2024下半年為其客戶生產玻璃基板，併計劃到2030年再投資3.6億美元，旨在獲得英特爾、英偉達和AMD等主要客戶。

其他韓國企業也正在進入市場。三星馬達（SEMCO）在CES 2024上宣布進入玻璃基板市場，並與設備供應商LPKF和Chemtronics合作，共同開發並建立玻璃基板製造中關鍵工序－玻璃通孔的供應鏈。有預測稱，三星集團子公司將在玻璃基板生產方面進行合作，分別由三星馬達、三星電子和三星顯示負責研究半導體和基板的開發、製造、組合以及玻璃製程。

韓國企業LG Innotek正大力實現業務多元化，包括擴大半導體基板業務，也將玻璃基板視為未來主要的收入來源。

AI晶片催生玻璃基板需求

玻璃基板被公認為是下一代先進半導體封裝技術的關鍵材料，是支援AI晶片爆炸式增長所必需的。

台積電CoWoS先進封裝產能的擴張幾乎無法跟上AI晶片快速成長的需求，促使半導體公司尋求替代方案。業內人士稱，使用玻璃基板的先進封裝是潛在的解決方案。

除了英特爾和三星電子之外，消息人士稱，英偉達和AMD也在開發利用玻璃基板的晶片技術。

目前半導體公司正在開發兩種用於先進封裝的玻璃基板。其中一種旨在取代矽中介層，使用玻璃作為晶片整合的平台。消息人士稱，台積電和群創光電正朝這個方向發展。

另一種玻璃基板將用於ABF基板的核心，取代覆銅板（CCL）。消息人士稱，英特爾和奧地利的AT&S正在聯合開發這種類型。

據悉，英特爾最初採用的是另一種開發先進封裝的方法。該公司試圖利用其共封裝光學（CPO）技術，使用玻璃基板來增強訊號傳輸。

消息人士稱，玻璃將主要用於110mm x 110mm及更大的基板，以滿足伺服器用CPU和GPU、開關IC和RF模組等終端設備應用的需求。

玻璃基板成FOPLP關鍵

玻璃基板已成為扇出型面板級封裝（FOPLP）的關鍵戰略要素，這是台積電和各後端工廠正在開發的技術。據業內人士稱，正因為如此，台積電最初選擇了515mm x 510mm的玻璃面板尺寸，最近據說已經確定領先的後端工廠日月光（ASE）採用的更大尺寸。

FOPLP是扇出型晶圓級封裝（FOWLP）技術的延伸。由於FOPLP使用更大的面板，它可以處理的晶片數量是300mm晶圓的幾倍。

消息人士稱，FOPLP開發人員採用的面板尺寸多種多樣，主要包括300mm x 300mm、515mm x 510mm、600mm x 600mm和620mm x 750mm。

使用515mm x 510mm面板的公司包括力成科技和矽品。日月光則採用300mm x 300mm和600mm x 600mm兩種尺寸的玻璃面板。

消息人士稱，台積電目前已採用600mm x 600mm玻璃面板進行FOPLP開發。

顯示面板製造商群創光電已進軍半導體領域，正在開發採用所有同行製造商中最大面板尺寸——620mm x 750mm的FOPLP。群創光電已將位於台南市的3.5代液晶生產線改造成FOPLP半導體工廠。

消息人士稱，群創光電已獲得恩智浦和義法半導體的訂單，用於處理汽車和電源管理IC，計劃於2024年下半年開始量產。消息人士補充說，為了滿足強勁的需求，群創計畫增加額外產能，預計2025年開始量產。

先前消息指出台積電和美光都有興趣與群創合作，而台積電搶先了一步。

台積電8月15日表示斥資171.4億元新台幣（約合人民幣37.88億元）向群創購買南科四廠（5.5代LCD面板廠）及附屬設施，取得目的為供營運與生產使用。業界看好，由於台積電包括CoWoS等在內的先進封裝供不應求，正積極擴充產能應對，該廠投產時間將早於嘉義廠。

雖然玻璃基板被認為是FOPLP開發的關鍵材料，但消息人士指出，英特爾和台積電掌握著FOPLP的關鍵技術。

英特爾估計FOPLP量產可能要到2026-2030年才能開始。台積電董事長魏哲家也指出，FOPLP技術尚未成熟，至少還需要三年時間才能達到量產。

消息人士稱，群創光電可能是第一個開始量產FOPLP的公司，主要是因為它將用於封裝採用成熟製程製造的PMIC。

隨著玻璃基板在先進晶片封裝中的重要性增加，製造商之間的競爭日益激烈，推動了這項前景光明的技術的創新和投資。

玻璃基板材料漲價

FOPLP面板可以是PCB或玻璃基板，類似製造LCD螢幕所使用的基板。

玻璃製造業人士指出，FOPLP和LCD面板的玻璃基板本質上是一樣的。雖然LCD玻璃的純度已經很高，但半導體應用的要求更高。玻璃供應商將進一步改進以滿足半導體要求。

LCD玻璃基板市場目前由美國和日本公司主導，康寧是最大的供應商。日本供應商包括AGC（旭硝子玻璃）和日本電氣硝子（NEG）。消息人士稱，台積電可能會與康寧合作供應FOPLP玻璃。

業內人士表示，受日圓貶值、供需平衡緊張以及部分面板廠獲利等因素影響，預計2024年第三季LCD玻璃基板價格將上漲。據報道，LCD玻璃基板材料製造商要求漲價10%~15%。包括康寧和AGC在內的LCD玻璃基板供應商已經與面板客戶討論漲價問題。

受上半年電視產品廠商提前拉貨影響，面板採購動能有所放緩，加上終端銷售不佳、庫存上升等因素，預計將影響第三季傳統旺季，而第三季面板用玻璃基板價格上漲，也將進一步令面板廠承壓。

2023年5月底，康寧宣布從第三季開始調高所有LCD玻璃基板的價格。此次漲幅將適用於所有地區和所有玻璃零件，無論代數和尺寸，最高可達20%，為公司史上最大的漲幅。康寧表示，此次漲價反映了通貨膨脹對能源、原材料和其他非日圓營運費用上漲的持續影響。與以往的漲價公告相比，康寧今年的做法相對低調，只是悄悄暗示漲價的可能性。