IC載板(substrate)為半導(dǎo)體封裝中的關(guān)鍵材料。在封裝過程中，IC載板介于芯片與PCB之間，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸連接，同時(shí)為芯片提供保護(hù)和支撐并形成散熱通道，使封裝后的芯片達(dá)到符合要求的尺寸。據(jù)Prismark預(yù)測(cè)，到2026年，全球IC封裝基板行業(yè)規(guī)模有望達(dá)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(qū)別在于其所用的介質(zhì)及性能的不同：BT載板：具有較高的玻璃化溫度、優(yōu)秀的介電性能、低熱膨脹率、良好的力學(xué)特征等性能，因此廣泛應(yīng)用于存儲(chǔ)器、射頻、手機(jī)AP等領(lǐng)域，但由于其具有較硬的玻纖砂層，雖然能夠穩(wěn)定尺寸，防止熱脹冷縮影響良率，但同時(shí)鉆孔難度較高，較難滿足目前精細(xì)化、高多層化的載板需求。

ABF載板：多層數(shù)、細(xì)線路等優(yōu)勢(shì)更適配于更先進(jìn)制程I/0端口數(shù)較多的場(chǎng)景，應(yīng)用于高性能運(yùn)算芯片，主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC等高性能運(yùn)算芯片。從載板工藝區(qū)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(yōu)點(diǎn)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(xì)線路3個(gè)方面的特點(diǎn)。

目前主流的芯片2.5/3D封裝以臺(tái)積電CoWoS為代表，根據(jù)不同中介層，分為CoWoS-S/R/L三種類型。CoWos（ChipsonWaferonSubstrate)技術(shù)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(shí)現(xiàn)多顆芯片的互聯(lián)，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(fā)展，傳統(tǒng)有機(jī)材料基板在高性能芯片的封裝應(yīng)用中呈現(xiàn)出一定的局限性。隨著基板上固定的芯片數(shù)量增加，整個(gè)芯片集成的晶體管總數(shù)也相應(yīng)增多。有機(jī)材料基板加工難度小，生產(chǎn)成本較低，在芯片封裝領(lǐng)域已被應(yīng)用多年。但隨著對(duì)芯片計(jì)算需求的增加，信號(hào)傳輸速度、功率傳輸效率、以及封裝基板的穩(wěn)定性變得尤為關(guān)鍵，有機(jī)材料基板面臨容量的極限。由Intel主導(dǎo)的玻璃IC載板，成為適用于下一代先進(jìn)封裝的材料。三星、AMD、蘋果等國(guó)際知名科技芯片公司均表示將導(dǎo)入或探索玻璃基板芯片封裝技術(shù)。

玻璃基板在封裝領(lǐng)域的引入是一次重要的技術(shù)革新，相比CoWoS-S工藝使用的硅中介層和FC-BGA有機(jī)基板，玻璃基板具有以下的突出優(yōu)點(diǎn)：

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(dǎo)體器件的制造提供了理想的平臺(tái)。玻璃基板的開孔之間的間隔小于100微米，遠(yuǎn)超有機(jī)面板，使得晶片間的互連密度大幅提升。

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

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

4）化學(xué)穩(wěn)定性與抗腐蝕性：玻璃基板化學(xué)穩(wěn)定性出色，能有效抵抗?jié)駳?、酸堿等環(huán)境侵蝕，保障封裝內(nèi)元件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

5）高透明度與光學(xué)特性：對(duì)于需要透明窗口或涉及光通信的封裝應(yīng)用，玻璃基板的高透明度和優(yōu)良光學(xué)特性（如可調(diào)控折射率）具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

6）環(huán)保與長(zhǎng)期可靠性：玻璃基板通常不含有機(jī)揮發(fā)物，更加環(huán)保。其穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)賦予封裝產(chǎn)品出色的長(zhǎng)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(shí)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(jù)Intel預(yù)計(jì)，玻璃基板具有卓越的機(jī)械、物理和光學(xué)特性，使該公司能夠構(gòu)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(hào)傳輸速度和功率效率。

玻璃基板替代硅中介層：根據(jù)《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(zhuǎn)接板由于硅的半導(dǎo)體性質(zhì)，面臨介電損耗較大、信號(hào)插入損耗較大等問題，同時(shí)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(gè)不同類型的芯片，如處理器、存儲(chǔ)器、傳感器等，其具有的高介電常數(shù)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(shù)提升有望提高10倍，同時(shí)增加了設(shè)計(jì)人員在電源傳輸和信號(hào)線路布置方面的靈活性。此外，玻璃基板的機(jī)械性能得到改善，可以實(shí)現(xiàn)超大型封裝，并具有非常高的組裝良率。

基于玻璃基板對(duì)FCBGA基板和硅中介層的替代，其對(duì)應(yīng)的玻璃基板封裝技術(shù)也將替代目前主流的CoWoS-S封裝技術(shù)，同時(shí)將載板、中介層和芯片垂直互聯(lián)工藝也將由硅通孔技術(shù)TSV轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａ譚GV（ThroughGlassVia）。

玻璃基板原本是制作液晶顯示器的一個(gè)基本部件，是一種表面極其平整的薄玻璃片，主要應(yīng)用于TFT-LCD及OLED等顯示產(chǎn)業(yè)。根據(jù)新材料未來相關(guān)資料，隨著世代線的發(fā)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(jīng)發(fā)展到2940*3370mm。厚度方面7代線和8代線玻璃基板進(jìn)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(yīng)更高。

我國(guó)玻璃基板廠商主要集中在G4.5-G6（即4.5代到6代線）生產(chǎn)線上。國(guó)內(nèi)廠商彩虹集團(tuán)、東旭光電等占有一席之地，但是在8.5代線玻璃基板領(lǐng)域，我國(guó)廠商的市場(chǎng)份額較少，當(dāng)前國(guó)內(nèi)廠商也在加速國(guó)產(chǎn)替代。近年來玻璃基板國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快。彩虹集團(tuán)、東旭集團(tuán)、中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)等本土企業(yè)在中小尺寸面板市場(chǎng)份額已達(dá)80%，而在高世代液晶面板生產(chǎn)線及AMOLED無堿玻璃技術(shù)工藝及生產(chǎn)技術(shù)上還有待突破，短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)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(shù)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等特性。TGV玻璃基板在要求玻璃基板具有優(yōu)良的物理性質(zhì)之外，更加關(guān)注其電學(xué)特性，對(duì)玻璃的介電常數(shù)以及損耗因子均有較高的要求。同時(shí)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(lǐng)域布局較久，因此海外公司相對(duì)領(lǐng)先，但是國(guó)內(nèi)公司也在迎頭趕上。根據(jù)未來半導(dǎo)體援引NewsChannelNebraskaCentral數(shù)據(jù)，2022年美國(guó)是最大的玻璃通孔（TGV）晶圓市場(chǎng)，擁有約46%的市場(chǎng)份額；歐洲緊隨其后約占25%的市場(chǎng)份額。在玻璃通孔（TGV）晶圓市場(chǎng)的主要參與者中，康寧保持了排名第一的位置，占據(jù)全球TGV晶圓產(chǎn)值市場(chǎng)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(shù)方面，國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距較小。沃格光電為國(guó)際少數(shù)掌握TGV技術(shù)的企業(yè)，并在玻璃薄化、雙面鍍銅以及微電路圖形化技術(shù)方面具有行業(yè)領(lǐng)先地位。沃格光電擁有玻璃基巨量微米級(jí)通孔的能力，最小孔徑可至10μm，厚度最薄為0.09-0.2mm，實(shí)現(xiàn)輕薄化。并且公司研發(fā)領(lǐng)先的鍍銅工藝正是解決TGV技術(shù)量產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。公司玻璃基IC板級(jí)封裝載板主要用于半導(dǎo)體先進(jìn)封裝領(lǐng)域，玻璃芯半導(dǎo)體先進(jìn)封裝載板產(chǎn)能主要由全資子公司湖北通格微投產(chǎn)建設(shè)。國(guó)內(nèi)廠商廈門云天半導(dǎo)體也開發(fā)了先進(jìn)TGV激光刻蝕技術(shù)，面向應(yīng)用MEMS、PCR等器件?；诓ＡС煽桌碚撗芯亢凸こ虒?shí)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(dá)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(lǐng)城布局eMFO工藝，各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均處于全球領(lǐng)先水平。除此之外，還有成都邁科等為代表的國(guó)內(nèi)廠商有望打破海外廠商高度壟斷的TGV市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(zhì)材料構(gòu)成。這些材料針對(duì)高強(qiáng)度激光和輻射暴露水平下的傳輸和耐用性進(jìn)行了優(yōu)化，適合半導(dǎo)體的制造過程，因此其生產(chǎn)也具有較高的技術(shù)壁壘。熔合成型工藝能夠形成大尺寸超1000mm的高質(zhì)量基材。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，目前僅有美國(guó)康寧、德國(guó)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(guó)際知名公司，也是目前玻璃基板原料生產(chǎn)的主要參與者。

圖表：玻璃基板原料生產(chǎn)的主要參與者

數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理