後摩爾時代,玻璃基板或開啓新一輪「材料革命」

華爾街見聞
05/18

AI算力需求的爆炸式增長,正將半導體封裝材料推向一場深刻的代際變革。在摩爾定律物理極限日益逼近的背景下,以玻璃通孔(TGV)技術為核心的玻璃基板,正從實驗室走向規模化量產,有望取代傳統硅基與有機基板,成為下一代先進封裝的主流載體。

西部證券在5月17日發布的行業深度報告中給予玻璃基板行業"超配"評級,預計2028年全球先進封裝TGV市場規模將接近80億美元,2030年滲透率提升至50%,市場規模有望進一步擴大。

英特爾三星台積電等全球半導體巨頭已相繼將玻璃基板納入核心技術路線圖。英特爾明確將其列為2026至2030年封裝技術路線圖的核心支柱,目標實現10倍以上互連密度提升;三星電機已於2026年4月開始向蘋果供應半導體玻璃基板樣品,計劃2027年後量產;台積電則將玻璃基板作為CoWoS封裝技術下一代迭代的核心方向。巨頭的集體背書,標誌着產業界已形成"從硅到玻璃"的技術共識。

傳統方案觸及物理極限,玻璃基板(TGV)填補空白

AI大模型訓練芯片對算力基礎設施的需求持續攀升,傳統封裝基板的固有缺陷在大尺寸、高頻場景下愈發凸顯。

有機基板的熱膨脹係數是硅的六至七倍,當封裝尺寸達到AI芯片級別時,溫差引發的翹曲問題可能導致焊球開裂乃至芯片失效。與此同時,有機基板的高介電損耗使超高頻信號在傳輸過程中嚴重衰減,迫使數字信號處理器超負荷運轉,形成"信號劣化—功耗上升—散熱惡化"的惡性循環。

台積電CoWoS封裝通過引入硅中介層部分解決了上述問題,但硅中介層需佔用晶圓產能與潔淨室資源,一塊大型硅中介層的價格超過100美元,僅中介層一項就可能佔到總封裝成本的一半以上,成本瓶頸制約了其大規模推廣。

玻璃基板由此應運而生。玻璃的相對介電常數約為3.8,遠低於硅材料的11.7;損耗因子較硅低2至3個數量級,可使信號傳輸速率提升3.5倍、帶寬密度提高3倍、能耗降低50%。此外,玻璃具備"可調熱膨脹係數"優勢,通過選用特定牌號,可精準匹配硅芯片,有效控制封裝翹曲。

TGV技術:從實驗室到量產的關鍵跨越

玻璃通孔(TGV)技術的核心,在於在超薄玻璃基板上製作微米級垂直導電通孔,為芯片間構建最短的電信號傳輸路徑。該技術概念由德國邁克爾博士於2010年首次提出,2023年由英特爾率先延伸至封裝基板領域。

TGV的核心工藝壁壘集中於兩個環節:一是在脆性玻璃上高質量形成高深寬比通孔,二是對通孔進行可靠的金屬化填充。過去,這兩個環節的良率與效率長期無法滿足量產要求,使TGV停留在實驗室階段。

近年來,全球產業鏈的持續研發投入已打通關鍵瓶頸。在成孔工藝方面,國內企業沃格光電於2024年實現最小3微米孔徑、150:1高深寬比的加工能力;2026年,華日激光工業級設備可實現孔徑小於3微米、百萬孔一致性大於95%。在金屬化工藝方面,上海天承科技自主研發的電鍍技術已實現孔徑20至50微米通孔的完全填充且無空心。在高密度佈線方面,2025年芯德半導體突破TGV超細線路再佈線層,實現線寬/線距不超過2微米,滿足高帶寬存儲器集成需求。

當前,晶圓級TGV基板成本已較傳統TSV技術下降約30%。隨着從晶圓級向面板級升級、良率提升至85%以上,以及產業鏈國產化協同推進,TGV單位成本有望進入快速下降通道,逐步從高端AI、HBM場景向消費電子、車載電子等更大規模市場滲透。

三大需求場景驅動,市場空間廣闊

AI算力與HPC是TGV最大的基本盤。 台積電CoWoS-S技術對轉接板的需求面積從2017年的1200平方毫米快速提升至2026年的2700平方毫米,傳統硅中介層在大尺寸下良率暴跌、成本指數級上升,而玻璃基板可輕鬆實現大尺寸製備並保持極低翹曲度。西部證券預計,2028年全球先進封裝TGV市場滲透率將達30%,市場規模接近80億美元。

HBM高帶寬存儲構成第二增長曲線。 HBM4的堆疊層數已達12至16層,未來HBM6將突破24層,有機基板的熱膨脹係數不匹配導致的翹曲將直接造成良率損失。三星聯合Chemtronics開發71×71毫米玻璃中介層,應用於GPU與HBM互連,2028年有望量產;SK海力士在HBM4路線圖中明確提及將探索採用玻璃基板技術,並計劃2026年第三季度量產16層48GB HBM4器件。

光通信與CPO光電共封裝是率先落地的細分場景。 1.6T/3.2T光模塊的電信號速率已突破100Gbps PAM4,傳統有機基板的介電損耗已無法滿足需求。國內沃格光電旗下通格微的1.6T光模塊玻璃基載板相關產品已完成小批量送樣;京東方於BOE IPC 2024正式發布面向半導體封裝的玻璃基面板級封裝載板,成為大陸首家從顯示面板轉向先進封裝的業務部門。

全球競爭格局:美歐日主導,國內加速突破

當前TGV行業呈"金字塔"競爭格局,整體處於從研發驗證向規模化量產過渡的關鍵拐點。

海外方面,康寧憑藉熔融製程專利技術,可實現TGV孔徑20至100微米、縱橫比10:1;英特爾採用激光改質加化學蝕刻複合工藝,通孔深徑比可達100:1、最小孔徑僅5微米,較行業現有水平提升30%以上;三星採用F0PLP技術,使用510×515毫米玻璃面板,通孔位置精度優於±2微米,HBM4全面採用TGV。

國內方面,產業鏈全鏈條佈局已初步形成。上游材料端,戈碧迦的半導體玻璃基板產品已向國內多家知名半導體廠商送樣,載板產品已通過多家廠商驗證並獲得訂單。

中游製造端,沃格光電已具備TGV玻璃基板量產能力和年產10萬平方米的智能化產線,可實現深寬比100:1、最小孔徑5微米;雲天半導體率先實現國內規模化量產TGV技術,深寬比突破100:1;京東方自2024年啓動玻璃基板中試線項目,截至2025年6月底已實現設備進場。設備端,帝爾激光於2026年1月完成面板級玻璃基板通孔設備首批出貨,打破海外廠商在該領域的技術與市場壟斷。

三條路徑佈局

西部證券建議投資者沿三條主線佈局。

主線一為全鏈條佈局的行業龍頭,優先關注具備特種玻璃基材量產能力、TGV全鏈條技術佈局、下游客戶生態完善的廠商。

主線二為核心工藝突破的設備廠商,關注在TGV通孔製備、金屬化核心工藝上實現突破、已進入頭部供應鏈的廠商。

主線三為下游應用落地的龍頭廠商,關注率先佈局TGV技術應用、實現產品性能升級的先進封測與光模塊龍頭,相關企業包括通富微電長電科技新易盛等。

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