

玻璃基板的应用:玻璃基转接板
垂直互连技术从纵向维度进一步扩展,促进了系统级集成的不断进步,转接板是最有前景的互联方案之一。
以硅为介质的纵向互连技术除了能缩短互连路径、提高信号传输质量外,还能显著缩小封装尺寸、实现高互连密度和低功耗。但硅本身为半导体,在一些应用场景中会导致更高的工艺难度和制造成本,甚至降低器件性能。1)射频领域:硅通孔(Through Silicon Via,TSV)通常在成型后再制备一层氧化物绝缘层和扩散阻挡层,增加了工艺的复杂性;2) 硅的半导体特性产生的金属-氧化物-半导体(MOS)效应会积累电荷,不可避免地增加寄生电容,导致损耗增加。
玻璃因具有低介电常数、高耐热性、高平整度、电绝缘性、可面板级基板制造等优势,被芯片设计开发者引入芯片封装领域作为封装基板使用。
TGV 玻璃通孔能高密度打孔,核心是玻璃绝缘性好、热膨胀稳定、可做极细孔径与极小间距,而硅/有机材料易短路、受热变形,因此在硅光、Interposer、先进封装里能做到更高布线密度。
TGV 技术在高密度互连和低损耗传输特性方面的优势,推动了三维集成与系统级封装技术的向前发展。基于TGV的三维互连技术凭借低成本、低损耗、小型化及高密度集成等优势,已成为三维集成封装领域的重要发展方向。TGV技术结合新设计、新器件与新工艺,可构建小型化、一体化的射频微系统,实现高I/O 密度、窄间距的高可靠互连,并支持片上无源器件、高密度铜互连及芯片异构集成


芯片尺寸分为两种,
一种24950*17950μm*μm,高690μm,
一种9 950*9950μm*μm,高690μm。
硅转接板尺寸为53000*49000μm,硅通孔(TSV)直径为12μm、高100μm;C4凸点:互连采用直径90μm、最小节距150μm的可控塌陷芯片连接(C4)凸点,以及直径25μm、最小节距50μm的微凸点,以及直径25μm、最小节距50μm的微凸点。基板尺寸为80000 μm×80000 μm,有机基板整体厚度为1602μm。
基板(载板):尺寸为80000μm×80000μm,有机基板整体厚度为1602μm,芯板厚度1230μm,玻璃基板整体厚度为1172μm,芯板厚度800μm。基板以环氧树脂+玻纤(传统基板)或玻璃(玻璃基板)为芯材,其上为铜导电层,再往上为介质层,其材料为味之素积层(ABF)膜,导电层与介质层交替排列,最外层为阻焊油墨形成的绿油层。
相比传统有机材料基板(BT或味之素堆积膜ABF类材料),玻璃具有更低的表面粗糙度,可调节的热膨胀系数,更高的杨氏模量,以及接近于零的吸湿性,这些特性使其在微细布线、热应力控制、结构稳定性方面更具潜力。
虽然玻璃的热导率低于硅,但其相对于有机材料仍具优势。在封装尺寸方面,玻璃基板具备更大尺寸的加工能力,有助于实现多芯片集成与系统级封装(SiP)设计。此外,从晶圆与面板的面积利用率来看,玻璃面板在封装制造中的规模化优势愈发凸显,传统12英寸硅晶圆面板面积为7.29*10^4mm2,而新兴的玻璃基板面积为26.27*10^4mm2 (510mm*510mm)或37.75*10^4mm2(650*550mm),对应的扫一化面积分别为晶圆的3.6倍与4.9倍。更大的有效面积不仅提升了单位产能和封装效率,也为多芯片封装、芯粒整合以及高密度布线提供了更大物理空间。


光学方面,玻璃基板也展现出独特优势。玻璃材料具有从可见光到红外宽光谱范围内的高透射率,并能够在基板内部通过离子交换工艺直接制备低损耗的光波导。这种集成光波导的能力使玻璃基板天然成为实现高密度光电混合集成的理想载体。
光波导是实现光互连的核心,其具备低损耗、高带宽以及抗电磁干扰的特性,在高速数据传输领域发挥着至关重要的作用。随着集成度与带宽需求的不断提升,光波导已逐渐被公认为克服传统电气互连瓶颈的有效技术途径之一。光波导结构可在不同材料上实现,包括玻璃、聚合物和硅材料等。这些材料各具优势,例如硅基光波导与现有互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容性好,但在高频下损耗较高;聚合物波导易于加工但长期可靠性较差;而玻璃基板因其在宽光谱范围内的高透明性、低介电损耗、高尺寸稳定性以及良好的工艺兼容性,近年来逐渐成为封装级光波导集成技术的首选材料。
在传统100/400G光模块中几乎不使用光波导,800G、1.6T光模块中开始开始大量用硅基光波导、聚合物光波导,而在3.2T、CPO、NPO中,高密度光波导(玻璃/硅/聚合物)成为必选项。速率越高、集成度越高,光波导占比越高。离子交换(IOX)技术因其批量制造能力突出、光学损耗低且长期稳定性好,成为最具代表性和最广泛研究的工艺方案。IOX工艺的核心是利用银-钠等碱金属离子之间的热扩散交换,在玻璃基板表层局部形成高折射率的波导芯区,随后通过二次离子交换将该芯区埋入基板内部,最终实现折射率梯度稳定且低损耗的波导结构。


玻璃基板的应用:显示领域
除芯片封装基板外,基板玻璃主要是指液晶显示LCD和OLED面板的关键基础材料,因此显示领域是玻璃基板最大的应用领域。近年来,显示领域玻璃基板业务以技术迭代与多元布局为核心,持续推进大尺寸、超薄化、高稳定性等优势突破,应用场景完全覆盖消费电子(手机、平板)与高端Mini/Micro LED以及OLED等产品。市场容量呈现“显示主导、半导体高增”态势,未来几年全球市场规模有望突破100亿美元。
Micro-LED是一种新型的显示技术,它利用自发光的微米量级的LED为发光像素单元。这些LED的尺寸通常在10微米至50微米之间,因此被称为“Micro-LED”。与传统的液晶显示屏(LCD)和有机发光二极管(OLED)技术相比,Micro-LED具有更高的亮度、更高的对比度、更低的功耗,更长的寿命,更快的响应时间以及更广的颜色范围等诸多优势,所以也被业内誉为下一代显示技术,有望重塑显示产业生态圈。
Micro-LED显示技术的核心是如何将这些巨量且微小的LED芯片精确地转移和贴合到基板上,从而形成一个完整的显示屏。目前市场上主要有两种类型的基板:印刷电路基板(PCB)、玻璃基板(TFT)。


国内外厂商布局进展:2026-2028年为量产关键节点

玻璃基板的结构和主要工艺
首先利用激光诱导等技术在玻璃特定区域形成通孔结构;随后通过物理气相沉积(PVD)或化学镀方法在玻璃表面及孔侧壁沉积金属种子层,并采用电镀工艺在通孔内部及基板正反两面布线区域填充金属,在芯层上下表面形成两层金属布线层;接着,在基板两侧分别层压聚合物干膜(如ABF)作为介质增层材料,并通过开孔工艺将底部金属焊盘暴露出来;再通过种子层沉积、光刻图形化、电镀和去胶工艺形成金属布线,并依次重复以上步骤形成多层布线,实现上下表面与通孔之间的电连接;最后,在基板正反面形成钝化保护层,同时开窗露出最终的焊接焊盘,为后续芯片互连及系统封装做好准备。整个流程支持高密度多层布线与双面互连,可满足先进封装对电性能与结构复杂度的需求。

原材料:主要采用硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、无碱铝硼硅玻璃


加工设备
根据艾邦半导体网,国内一条510×515mm玻璃基板产线投资额约13-15亿元(单条产线满负荷年产能约为8-10万平米),
设备价值量分布如下:
激光打孔及腐蚀线:占比30%,含激光设备(100万-1000万元/台)及氢氟酸蚀刻槽;
PVD及黄光设备:占比50%,含PVD镀膜机、曝光机(光刻机)等核心设备;
其他环节:清洗、烘烤等湿法设备占比约20%。


加工设备:激光钻孔设备(激光设备+氢氟酸刻蚀槽)
钻孔是玻璃通孔工艺的核心步骤,需要满足高速、高精度、窄节距、侧壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求,以达到低成本、快速可规模化量产的目标。目前主流技术为使用LPKF公司研发的激光诱导深蚀刻技术(LIDE)。
原理:分为激光诱导、湿法刻蚀两个阶段。无需掩膜板,激光诱导系统即可按照所设计的版图在玻璃晶圆上对应位置进行改性诱导。随后,改性好的玻璃基板被放入配置好的刻蚀溶液中。改性区域和非改性区域的刻蚀速率相差两个数量级。控制刻蚀时间,得到目标尺寸的三维微结构。激光诱导过程主要由焦距、脉冲能量、脉冲宽度、脉冲数量、重复频率等关键变量来调控。选择性湿法刻蚀所采用的刻蚀液为酸性体系或者碱性体系,其中涉及
主刻蚀剂浓度、刻蚀温度、过程中所采用的添加剂等。
优点:1)冷加工:激光诱导所采用的光源为超短脉冲激光,其脉冲持续时间可达到皮秒、飞秒甚至是阿秒,这一作用时间远小于材料中电子能量耦合到晶格所需时间,因而热扩散效应可以忽略不记,赋予该技术“冷”加工特性。2)适用所有透明材料加工:不同于传统激光烧蚀中线性变化为主的能量传递过程,这一先进诱导技术的能量传递过程是非线性的,可以达到任意材料的损伤阈值,从而在特定位置激发材料多光子吸收,进而可实现几乎所有透明材料的加工。参数和湿法刻蚀配方是强关联的。如此多相关联的工艺变量使得该技术具有超高的自由度。


加工设备:清洗设备

加工设备:显影设备

加工设备:磁控溅射/湿法沉积功能性膜

加工设备:电镀设备


设备/加工材料相关企业布局

建议:
1)玻璃抛光设备:建议关注宇环数控;
2)TGV钻孔设备:建议关注帝尔激光、大族激光、德龙激光、联赢激光;
3)光刻、磁控溅射、电镀:建议关注洪田股份、芯碁微装、汇成真空、东威
科技、捷佳伟创;
4)材料:建议关注艾森股份(封装材料)、路维光电(掩膜版)