后摩尔时代,玻璃基板或开启新一轮“材料革命”

华尔街见闻
May 18

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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