摩尔定律放缓脚步，巨头们竞相寻找提升芯片性能的新路径。凭借诸多独特优势，玻璃基板技术冉冉升起，成为半导体行业炙手可热的新星。
“谁先实现玻璃基板规模商业化，谁就是基板行业新的游戏规则改变者。”这句话所折射的，是算力紧缺时代玻璃基板领域的激烈竞赛。从英特尔率先入局，到三星、AMD、LG等企业闻风而动，以玻璃基板替代有机基板成为行业共识，大厂们争先恐后、悉数涌入。
“这一定是个趋势。”特种玻璃巨头肖特集团（SCHOTT AG）半导体先进封装玻璃解决方案负责人Christian Leirer近日接受媒体采访时表示，肖特和全球许多参与者一样，看好玻璃在先进芯片封装领域的巨大潜力。“未来算力速度要求越来越高，我们需要将特种玻璃的性能优势发挥到极致。一旦在能力范围内克服各种工程挑战以及提升规模化生产所需的良率，这个技术便接近于量产。”他强调，作为新技术产品，玻璃基板商业化应用仍面临一系列现实挑战，需要产业链协同作战。
玻璃基板，为“突破极限”而生的市场新宠
芯片基板主要用于芯片先进封装层面的系统级集成，是封装后道工序中的关键技术。自上世纪70年代的引线框架开始，基板设计历经多次迭代，上世纪90年代陶瓷基板替代了金属框架，世纪之交又出现了由类似PCB的材料和编织玻璃层压板制程的有机基板。基板材料的不断升级，推动芯片性能持续提升。
过去20多年里，有机材料一直是封装基板的主角，但随着单个封装内的芯片和连线数量越来越多，有机基板正在接近物理极限。
更强大算力需求的不断增长孕育了新的技术变革。特种玻璃凭借优异的耐热性、介电性能以及具有多种热膨胀系数（CTE）等特性，为下一代芯片提供了全新可能。经过长期的技术验证，行业头部公司不约而同地选择了特种玻璃，作为下一代芯片封装基板最具潜力的新材料之一，并且在近两年纷纷布局相关产线。
“特种玻璃在芯片载板领域的应用相对成熟，作为先进封装基板的技术应用，大厂们已经开始全面布局。”肖特集团中国区总经理陈巍向记者介绍，后摩尔时代，芯片特征尺寸越来越小，功率和处理速度却大大提升，催生出新的材料需求。“肖特等企业兼具半导体行业所需的材料和各种开发优势，玻璃基板市场应运而生。”
为数不多拥有上述能力的市场主要参与者已经感受到新需求的快速升温。陈巍分析称，相较于现有的有机基板，玻璃基板可实现更小、更密集的封装，同时降低连接长度，从而降低AI、高性能计算（HPC）和数据中心芯片的功耗和系统复杂性，最终实现更快、更节能的计算。行业数据显示，玻璃基板可以使芯片速度最高可加快40%、能耗减少最高可达到50%。
肖特对该行业并不陌生。在全球顶尖的光刻机内，硅晶圆和曝光模必须精确定位，从而制造顶尖微芯片内极其精细的结构。肖特的柔性导光器等产品是全球领先的光刻机中的重要元器件，确保过程中保持最高的精度。由于这些机器在全球所有芯片厂和 IDM（集成器件制造商）中都在使用，几乎所有计算机芯片都会与来自肖特的特种玻璃材料接触。
业界预测，到2030年，玻璃将成为芯片封装的关键材料之一。面对下一代先进封装浪潮，今年8月，肖特整合内部资源成立了全新部门“半导体先进封装玻璃解决方案”，为半导体行业提供量身定制的特种材料解决方案。“我们之前也通过推广现有的业务部门去为半导体行业服务，由于行业的需求越来越增长，我们在内部作出这样的新调整。”Christian Leirer博士说道。
巨头争霸玻璃基板，商业化挑战尚存
伴随先进封装潮起，玻璃基板已成为重塑产业格局、决定未来胜负的重要战场。
今年以来，有关玻璃基板的讨论高热不退。芯片设计、生产和封装头部企业将用玻璃基板替代有机基材的消息不绝于耳，相关概念股掀起多轮涨停潮。高效能AI芯片竞争加剧下，英特尔、英伟达、AMD等巨擘预计最早将于2026年采用玻璃基板。
2023年9月，英特尔率先宣布推出先进封装玻璃基板，计划于2026年至2030年量产。英特尔表示，针对玻璃基板方面的研究工作可以追溯到十年前，并且已经在美国亚利桑那州投资超过10亿美元，用于建设研发产线，此举有助于该公司实现2030年在单个封装上集成一万亿个晶体管的目标。
在封装技术创新上，英特尔曾在20世纪90年代引领业界从陶瓷封装向有机封装过渡，率先实现无卤素和无铅封装。
三星也将玻璃基板视作改变游戏规则的解决方案。今年1月，三星在CES 2024上宣布进军半导体玻璃基板领域，并公布了2024年建立中试线、2025年量产样品、2026年正式量产的路线图。根据规划，三星电机将在今年9月份之前将所需设备安装到试验线上，并在第四季度开始运营其试点生产线，比最初的计划提前了一个季度。
SK海力士通过其美国子公司Absolics涉足该领域，计划在2025年初开始量产，成为最早加入玻璃基板争霸的公司之一。
不久前摩根士丹利更新了英伟达GB200供应链的情况，称英伟达GB200 DGX/MGX的供应链已经启动，将采用玻璃基板用于先进封装。
据Prismark统计，预计2026年全球IC封装基板行业规模将达到214亿美元。随着各大芯片巨头入局，玻璃基板对现有方案的替代将加速，预计3年内玻璃基板渗透率将达到30%，5年内渗透率将达到50%以上。The Insight Partners认为，玻璃基板的全球市场规模预计将从今年的 2300 万美元增长到2034年的42亿美元。
尽管潜在优势显著，但与任何新技术一样，玻璃基板的商业化道路面临着加工、制造测试、成本等一系列挑战。
业内观点认为，玻璃虽能克服翘曲、电气性能也较好，但易碎、难加工等缺点突出，在实际交付之前实现量产良率还有不短的距离。企业的前期投资成本高昂，即使在技术开发上投入巨资，若业务无法盈利，将成为沉没成本。
“在商业化过程中，玻璃的优势如何盖过缺点至关重要。我们会尝试用不同的方法解决脆弱性、开孔金属化、良率等问题。随着开发进程的逐步开展，玻璃生产技术越专业、客户合作越多，解决方案也会越多。”Christian Leirer认为，玻璃基板作为面向高端应用的新技术，需要产业链紧密互动，就技术路线和产品达成共识，这需要时间。“在市场开发初期，各方可能在成本问题上存在不同想法。但首先要将市场做起来，再考虑成本。随着使用量越来越大，成本会不断走低。”
陈巍向记者介绍，肖特将在今年11月举行的第七届进博会上首展其基于特种玻璃的半导体封装解决方案。“未来发展的驱动力将在很大程度上来源于算力，特种玻璃可以帮助芯片行业达到新的高度。”
