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后摩尔时代,玻璃基板或开启新一轮“材料革命”

IP属地 中国·北京 华尔街见闻官方 时间:2026-05-18 16:23:24

AI算力需求的爆炸式增长,正将半导体封装材料推向一场深刻的代际变革。在摩尔定律物理极限日益逼近的背景下,以玻璃通孔(TGV)技术为核心的玻璃基板,正从实验室走向规模化量产,有望取代传统硅基与有机基板,成为下一代先进封装的主流载体。

西部证券在5月17日发布的行业深度报告中给予玻璃基板行业"超配"评级,预计2028年全球先进封装TGV市场规模将接近80亿美元,2030年渗透率提升至50%,市场规模有望进一步扩大。

英特尔、三星、台积电等全球半导体巨头已相继将玻璃基板纳入核心技术路线图。英特尔明确将其列为2026至2030年封装技术路线图的核心支柱,目标实现10倍以上互连密度提升;三星电机已于2026年4月开始向苹果供应半导体玻璃基板样品,计划2027年后量产;台积电则将玻璃基板作为CoWoS封装技术下一代迭代的核心方向。巨头的集体背书,标志着产业界已形成"从硅到玻璃"的技术共识。

传统方案触及物理极限,玻璃基板(TGV)填补空白

AI大模型训练芯片对算力基础设施的需求持续攀升,传统封装基板的固有缺陷在大尺寸、高频场景下愈发凸显。

有机基板的热膨胀系数是硅的六至七倍,当封装尺寸达到AI芯片级别时,温差引发的翘曲问题可能导致焊球开裂乃至芯片失效。与此同时,有机基板的高介电损耗使超高频信号在传输过程中严重衰减,迫使数字信号处理器超负荷运转,形成"信号劣化—功耗上升—散热恶化"的恶性循环。

台积电CoWoS封装通过引入硅中介层部分解决了上述问题,但硅中介层需占用晶圆产能与洁净室资源,一块大型硅中介层的价格超过100美元,仅中介层一项就可能占到总封装成本的一半以上,成本瓶颈制约了其大规模推广。

玻璃基板由此应运而生。玻璃的相对介电常数约为3.8,远低于硅材料的11.7;损耗因子较硅低2至3个数量级,可使信号传输速率提升3.5倍、带宽密度提高3倍、能耗降低50%。此外,玻璃具备"可调热膨胀系数"优势,通过选用特定牌号,可精准匹配硅芯片,有效控制封装翘曲。


TGV技术:从实验室到量产的关键跨越

玻璃通孔(TGV)技术的核心,在于在超薄玻璃基板上制作微米级垂直导电通孔,为芯片间构建最短的电信号传输路径。该技术概念由德国迈克尔博士于2010年首次提出,2023年由英特尔率先延伸至封装基板领域。

TGV的核心工艺壁垒集中于两个环节:一是在脆性玻璃上高质量形成高深宽比通孔,二是对通孔进行可靠的金属化填充。过去,这两个环节的良率与效率长期无法满足量产要求,使TGV停留在实验室阶段。

近年来,全球产业链的持续研发投入已打通关键瓶颈。在成孔工艺方面,国内企业沃格光电于2024年实现最小3微米孔径、150:1高深宽比的加工能力;2026年,华日激光工业级设备可实现孔径小于3微米、百万孔一致性大于95%。在金属化工艺方面,上海天承科技自主研发的电镀技术已实现孔径20至50微米通孔的完全填充且无空心。在高密度布线方面,2025年芯德半导体突破TGV超细线路再布线层,实现线宽/线距不超过2微米,满足高带宽存储器集成需求。

当前,晶圆级TGV基板成本已较传统TSV技术下降约30%。随着从晶圆级向面板级升级、良率提升至85%以上,以及产业链国产化协同推进,TGV单位成本有望进入快速下降通道,逐步从高端AI、HBM场景向消费电子、车载电子等更大规模市场渗透。

三大需求场景驱动,市场空间广阔

AI算力与HPC是TGV最大的基本盘。台积电CoWoS-S技术对转接板的需求面积从2017年的1200平方毫米快速提升至2026年的2700平方毫米,传统硅中介层在大尺寸下良率暴跌、成本指数级上升,而玻璃基板可轻松实现大尺寸制备并保持极低翘曲度。西部证券预计,2028年全球先进封装TGV市场渗透率将达30%,市场规模接近80亿美元。

HBM高带宽存储构成第二增长曲线。HBM4的堆叠层数已达12至16层,未来HBM6将突破24层,有机基板的热膨胀系数不匹配导致的翘曲将直接造成良率损失。三星联合Chemtronics开发71×71毫米玻璃中介层,应用于GPU与HBM互连,2028年有望量产;SK海力士在HBM4路线图中明确提及将探索采用玻璃基板技术,并计划2026年第三季度量产16层48GB HBM4器件。

光通信与CPO光电共封装是率先落地的细分场景。1.6T/3.2T光模块的电信号速率已突破100Gbps PAM4,传统有机基板的介电损耗已无法满足需求。国内沃格光电旗下通格微的1.6T光模块玻璃基载板相关产品已完成小批量送样;京东方于BOE IPC 2024正式发布面向半导体封装的玻璃基面板级封装载板,成为大陆首家从显示面板转向先进封装的业务部门。


全球竞争格局:美欧日主导,国内加速突破

当前TGV行业呈"金字塔"竞争格局,整体处于从研发验证向规模化量产过渡的关键拐点。

海外方面,康宁凭借熔融制程专利技术,可实现TGV孔径20至100微米、纵横比10:1;英特尔采用激光改质加化学蚀刻复合工艺,通孔深径比可达100:1、最小孔径仅5微米,较行业现有水平提升30%以上;三星采用F0PLP技术,使用510×515毫米玻璃面板,通孔位置精度优于±2微米,HBM4全面采用TGV。

国内方面,产业链全链条布局已初步形成。上游材料端,戈碧迦的半导体玻璃基板产品已向国内多家知名半导体厂商送样,载板产品已通过多家厂商验证并获得订单。

中游制造端,沃格光电已具备TGV玻璃基板量产能力和年产10万平方米的智能化产线,可实现深宽比100:1、最小孔径5微米;云天半导体率先实现国内规模化量产TGV技术,深宽比突破100:1;京东方自2024年启动玻璃基板中试线项目,截至2025年6月底已实现设备进场。设备端,帝尔激光于2026年1月完成面板级玻璃基板通孔设备首批出货,打破海外厂商在该领域的技术与市场垄断。


三条路径布局

西部证券建议投资者沿三条主线布局。

主线一为全链条布局的行业龙头,优先关注具备特种玻璃基材量产能力、TGV全链条技术布局、下游客户生态完善的厂商。

主线二为核心工艺突破的设备厂商,关注在TGV通孔制备、金属化核心工艺上实现突破、已进入头部供应链的厂商。

主线三为下游应用落地的龙头厂商,关注率先布局TGV技术应用、实现产品性能升级的先进封测与光模块龙头,相关企业包括通富微电、长电科技、新易盛等。

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