玻璃基板行業景氣度提升

IC載板(substrate)為半導體封裝中的關鍵材料。在封裝過程中，IC載板介于芯片與PCB之間，實現信號傳輸連接，同時為芯片提供保護和支撐并形成散熱通道，使封裝后的芯片達到符合要求的尺寸。據Prismark預測，到2026年，全球IC封裝基板行業規模有望達到214億美元。

從載板材料上看，主要分為BT/ABF載板兩類，主要區別在于其所用的介質及性能的不同：BT載板：具有較高的玻璃化溫度、優秀的介電性能、低熱膨脹率、良好的力學特征等性能，因此廣泛應用于存儲器、射頻、手機AP等領域，但由于其具有較硬的玻纖砂層，雖然能夠穩定尺寸，防止熱脹冷縮影響良率，但同時鉆孔難度較高，較難滿足目前精細化、高多層化的載板需求。

ABF載板：多層數、細線路等優勢更適配于更先進制程I/0端口數較多的場景，應用于高性能運算芯片，主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC等高性能運算芯片。從載板工藝區分，ABF載板又可以分成兩種為：BGA（BallGridArray）與CSP（ChipScalePackage)，其中BGA為球柵陣列封裝，優點為I/O間距大、可靠性高、散熱性能較好，廣泛用于高功耗、高集成度芯片，其中FCBGA基板具有大尺寸、高疊層和精細線路3個方面的特點。

目前主流的芯片2.5/3D封裝以臺積電CoWoS為代表，根據不同中介層，分為CoWoS-S/R/L三種類型。CoWos（ChipsonWaferonSubstrate)技術先將芯片通過ChiponWafer（CoW)的封裝制程連接至硅晶圓，再把CoW芯片與基板（Substrate）連接，整合成CoWoS,核心是將不同的芯片堆疊在同一片硅中介層實現多顆芯片的互聯，其中將采用到封裝基板+硅中介層的方案，而封裝基板主要以ABF載板為主。

隨著高性能芯片的發展，傳統有機材料基板在高性能芯片的封裝應用中呈現出一定的局限性。隨著基板上固定的芯片數量增加，整個芯片集成的晶體管總數也相應增多。有機材料基板加工難度小，生產成本較低，在芯片封裝領域已被應用多年。但隨著對芯片計算需求的增加，信號傳輸速度、功率傳輸效率、以及封裝基板的穩定性變得尤為關鍵，有機材料基板面臨容量的極限。由Intel主導的玻璃IC載板，成為適用于下一代先進封裝的材料。三星、AMD、蘋果等國際知名科技芯片公司均表示將導入或探索玻璃基板芯片封裝技術。

玻璃基板在封裝領域的引入是一次重要的技術革新，相比CoWoS-S工藝使用的硅中介層和FC-BGA有機基板，玻璃基板具有以下的突出優點：

1）高平整度與低粗糙度：玻璃基板具有較高的表面平整度和低粗糙度，為微小尺寸半導體器件的制造提供了理想的平臺。玻璃基板的開孔之間的間隔小于100微米，遠超有機面板，使得晶片間的互連密度大幅提升。

2）熱穩定性與低熱膨脹系數（CTE）：玻璃基板熱穩定性強，可在高溫環境下保持性能穩定，且其熱膨脹系數與硅接近，有助于減少封裝過程中因熱失配導致的應力問題，有效解決了3D-IC堆疊扭曲的問題。

3）高介電常數與低介電損耗：玻璃材料是一種絕緣體材料，介電常數只有硅材料的1/3左右，損耗因子比硅材料低2~3個數量級，使得襯底損耗和寄生效應大大減小，可以有效提高傳輸信號的完整性。

4）化學穩定性與抗腐蝕性：玻璃基板化學穩定性出色，能有效抵抗濕氣、酸堿等環境侵蝕，保障封裝內元件的長期穩定性。

5）高透明度與光學特性：對于需要透明窗口或涉及光通信的封裝應用，玻璃基板的高透明度和優良光學特性（如可調控折射率）具有獨特優勢。

6）環保與長期可靠性：玻璃基板通常不含有機揮發物，更加環保。其穩定的物理化學性質賦予封裝產品出色的長期可靠性。

玻璃基板未來有望取代ABF基板中的FC-BGA載板成為封裝基板的主要材料，同時也有望取代硅中介層，成為新的中介層材料：

玻璃基板替代FC-BGA載板：根據Intel預計，玻璃基板具有卓越的機械、物理和光學特性，使該公司能夠構建更高性能的多芯片SiP，在芯片上多放置50%的裸片，與ABF塑料相比，它的厚度可以減少一半左右，減薄可以提高信號傳輸速度和功率效率。

玻璃基板替代硅中介層：根據《基于光敏玻璃的垂直互連通孔仿真與電鍍工藝研究》（林來存等，2018），硅基轉接板由于硅的半導體性質，面臨介電損耗較大、信號插入損耗較大等問題，同時其加工和微組裝成本較高。而玻璃基板作為中介層，可以承載多個不同類型的芯片，如處理器、存儲器、傳感器等，其具有的高介電常數和低介電損耗有助于減小無源元件尺寸，提高集成度。

封裝性能上：玻璃基板上的互連密度隨著通孔技術提升有望提高10倍，同時增加了設計人員在電源傳輸和信號線路布置方面的靈活性。此外，玻璃基板的機械性能得到改善，可以實現超大型封裝，并具有非常高的組裝良率。

基于玻璃基板對FCBGA基板和硅中介層的替代，其對應的玻璃基板封裝技術也將替代目前主流的CoWoS-S封裝技術，同時將載板、中介層和芯片垂直互聯工藝也將由硅通孔技術TSV轉變為玻璃通孔TGV（ThroughGlassVia）。

玻璃基板原本是制作液晶顯示器的一個基本部件，是一種表面極其平整的薄玻璃片，主要應用于TFT-LCD及OLED等顯示產業。根據新材料未來相關資料，隨著世代線的發展，玻璃基板的尺寸逐漸變大，從最初的4代線到如今的10.5代線，基板的尺寸已經發展到2940*3370mm。厚度方面7代線和8代線玻璃基板進入到0.5mm水平。較高的世代線不僅意味著玻璃基板整體面積更大，其切割效率也相應更高。

我國玻璃基板廠商主要集中在G4.5-G6（即4.5代到6代線）生產線上。國內廠商彩虹集團、東旭光電等占有一席之地，但是在8.5代線玻璃基板領域，我國廠商的市場份額較少，當前國內廠商也在加速國產替代。近年來玻璃基板國產化進程加快。彩虹集團、東旭集團、中國建材國際工程集團等本土企業在中小尺寸面板市場份額已達80%，而在高世代液晶面板生產線及AMOLED無堿玻璃技術工藝及生產技術上還有待突破，短時間內實現國產化配套還有較大難度。

顯示用玻璃基板需要具備平整的表面、低熱膨脹系數、良好的化學穩定性和機械強度等特性。TGV玻璃基板在要求玻璃基板具有優良的物理性質之外，更加關注其電學特性，對玻璃的介電常數以及損耗因子均有較高的要求。同時TGV玻璃基板在尺寸方面要求能夠使用大尺寸和超薄的玻璃襯底。

由于海外公司在玻璃基板領域布局較久，因此海外公司相對領先，但是國內公司也在迎頭趕上。根據未來半導體援引NewsChannelNebraskaCentral數據，2022年美國是最大的玻璃通孔（TGV）晶圓市場，擁有約46%的市場份額；歐洲緊隨其后約占25%的市場份額。在玻璃通孔（TGV）晶圓市場的主要參與者中，康寧保持了排名第一的位置，占據全球TGV晶圓產值市場份額的26%；緊隨其后的LPKF、Samtec、KisoMicroCo.LTD和Tecnisco全球前五名廠商占有率超過70%。

在TGV通孔技術方面，國內外技術差距較小。沃格光電為國際少數掌握TGV技術的企業，并在玻璃薄化、雙面鍍銅以及微電路圖形化技術方面具有行業領先地位。沃格光電擁有玻璃基巨量微米級通孔的能力，最小孔徑可至10μm，厚度最薄為0.09-0.2mm，實現輕薄化。并且公司研發領先的鍍銅工藝正是解決TGV技術量產的關鍵技術。公司玻璃基IC板級封裝載板主要用于半導體先進封裝領域，玻璃芯半導體先進封裝載板產能主要由全資子公司湖北通格微投產建設。國內廠商廈門云天半導體也開發了先進TGV激光刻蝕技術，面向應用MEMS、PCR等器件。基于玻璃成孔理論研究和工程實踐，該公司可以提供4-12英寸的玻璃晶圓，厚度為100微米，TGV孔洞直徑最小可達到10微米，深寬比10:1，并可最大附著7層的RDL線層。3D封裝領城布局eMFO工藝，各項關鍵指標均處于全球領先水平。除此之外，還有成都邁科等為代表的國內廠商有望打破海外廠商高度壟斷的TGV市場競爭格局。

玻璃基板原料為特種玻璃，主要用熔融石英、噴硅酸鹽、氟化物、超低膨脹玻璃等高品質材料構成。這些材料針對高強度激光和輻射暴露水平下的傳輸和耐用性進行了優化，適合半導體的制造過程，因此其生產也具有較高的技術壁壘。熔合成型工藝能夠形成大尺寸超1000mm的高質量基材。為應對這些挑戰，目前僅有美國康寧、德國肖特等玻璃廠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等國際知名公司，也是目前玻璃基板原料生產的主要參與者。

圖表：玻璃基板原料生產的主要參與者

數據來源：中研普華產業研究院整理