未来半导体10月1日消息，日前厦门云天半导体董事长于大全博士在CSPT 2024 中国半导体封装测试技术与市场年会上详细分析了玻璃通孔与玻璃基板技术发展趋势以及云天半导体在玻璃晶圆级封装上的最新进展。厦门云天半导体实现玻璃基板圆片级产品率先落地，通过创新微系统集成技术推动半导体产业发展。
· 先进封装技术创新与发展
随着智能终端及应用成为半导体产业与技术发展的新的动力，以FC-BGA、SiP、FOPLP、Chiplet、2.5D/3D为代表的先进封装成为延续摩尔定律及推动产业发展的重要环节。
AI加剧集成电路的激烈竞争，成为半导体产值推升的“第一引擎”。到2032年，包括训练人工智能系统所需AI芯片在内的生成式AI市场总营收规模将从去年的400亿美元增长到1.3万亿美元。人工智能改变人类未来发展，大模型时代带来高算力需求，高性能芯片和先进封装成为时代弄潮儿：
台积电10年进化5代的CoWoS技术是“首席代表”，“CoWoS” 中介层面积、晶体管数量和内存容量不断扩大，如今AI GPU供不应求，主要瓶颈环节就是CoWoS封装产能以及其过高的成本。采用有机中介层的CoWoS-R技术，是一种低成本的可部分取代CoWoS的创新技术，最近，台积电CoWoS-R已发展到 5.5倍光罩尺寸，其测试样品通过了可靠性测试。这种大型封装通过TC-G 850（-55℃-125℃)循环，uHAST 264h(110℃/85% RH)和HTS 1000h(150℃)，FIB截面完整性检查显示，在SoC/HBM界面无分层。
随着先进封装技术演进，也催生出各具特色的先进技术平台。当前，高密度TSV技术、Fan-Out扇出以及面板级封装技术由于其灵活、高密度、适于系统集成等特点，而成为目前先进封装的核心技术。先进封装创新发展日新月异，技术发生深刻变化，以算力芯片封装来看，封装体向着大尺寸、多芯片堆叠、高密度互连和高功率密度方向演进。由于成本的考量，面板级封装开始走上历史舞台。
· 玻璃通孔技术应用
玻璃材料有很多优势，如低介电损耗和高介电常数、热膨胀系数小以及与有机材料完美协作的强大的机械支撑能力，广泛应用于各个领域，如射频器件、IPD、光学电子、MEMS/传感器、AI等。
玻璃基板已成为当前半导体封装发展中备受关注的热点，主要是它能提供高密度互连、超低介质损耗、良好的机械稳定性、优越的信号完整性和光电共封能力，被英特尔、三星等誉为未来高性能芯片封装制造的关键技术。玻璃通孔TGV（深宽比高达20:1）是玻璃基板的核心关键，给未来半导体封装晋升更高阶AI芯片提供了施展才华的硬实力。
玻璃通孔的市场规模调统计或预测口径不一。据《2022-2027年玻璃通孔（TGV）行业市场深度调研及投资前景预测分析报告》显示，2020年全球玻璃通孔（TGV）市场规模达到了3978万美元，预计2027年将达到2.77亿美元，年复合增长率28.90%。国内市场增速高于全球平均水平，2020年市场规模为259万美元，预计2027年将达到5845万美元。
根据 Yole 预测2025年全球玻璃基板市场规模有望达 900 万美元，至 2029 年全球市场规模有望达 7100 万美元;在 Yole 的乐观假设中，若除Intel 外更多的 IC设计/IDM 企业采用玻璃基板，同时 AGC、康宁等公司均能够实现玻璃基板的量产，则 2025 年全球玻璃基板市场规模有望达 2980 万美元至 2029 年全球市场规模有望达 2.12 亿美元。随着玻璃基板的大规模应用，未来市场会迅速增加。
· TGV典型工艺及关键挑战
TGV典型工艺包括激光诱导玻璃改性、玻璃湿法处理成孔、金属化通孔填充、高密度金属布线、玻璃减薄与拿持等。当然，作为AI芯片封装的新生物种，也存在关键挑战，如高深宽比TGV黏附层及种子层制备、电镀填充。工艺技术路线、装备材料、应力问题、可靠性问题、良率问题、成本问题的出现让业界人士头疼。仍需要产业协同建立畅通的供应链，业界正在努力攻克这些难题。
TGV金属化方案上，T-Peel结合强度需要满足Jedec标准>5N/cm，高密度大尺寸基板结合强度要求更高，需要可靠性和标准支持。TGV化学镀层介面结合力上，佛智芯、安美特、深圳先进院/厦门大学和日本关东大学等推进了研究，实现了较强的结构结合力表现。
· 玻璃基板技术与PLP发展
大尺寸封装成本高密度互连、芯片集成度高、电性能好、周期成本、可靠性高是先进玻璃基板的主要驱动因素，解决痛点的关键仍是工艺、材料和设备；玻璃基板制备关键技术上，需要进一步改良工艺流程和厚板翘曲优化技术、新材料+工艺优化。
玻璃基板挑战与机遇表现在生产精细线路、大尺寸、高可靠性的玻璃基板过程中遇到的电热力耦合问题，需要几何尺度跨度大，多场耦合联动效应；国产新材料开发上需要开发用于多叠层的Low CTE材料技术；力学可靠性上需要大尺寸基板翘曲及共面性控制技术；精细布线制备上需要克服细间距RDL制备工艺及结合力问题。
当前玻璃基板行业进展正在按照各家的路线图步步为营。2023年9月，英特尔宣布在用于下一代先进封装的玻璃基板开发方面取得重大突破，这一“里程碑式的成就” 将重新定义芯片封装的边界，能够为数据中心、人工智能和图形构建提供改变游戏规则的解决方案目标在2030年实现单个封装体内集成1万亿个晶体管。此外，英特尔研发的共同封装光学元件技术（CPO预计将于24年年底投入生产）。
玻璃基板材料目前仍由主要由美日企业垄断，在高世代线尤为突出。美国康宁（ Corning） 为玻璃基板行业绝对龙头， 全球市场份额占比高达 48%。在玻璃基板技术方面2023 年，英特尔最先宣布推出基于下一代先进封装的玻璃基板开发的最先进处理器。2024年，英伟达GB200先进封装工艺将使用玻璃基板，属于是全新的增量市场，增长空间巨大。三星玻璃基板原型生产线预计将于2024建设，2026年正式量产；AMD预计最早于2025-2026年的产品中导入玻璃基板，以提升其HPC产品的竞争力；苹果将玻璃基板融入电子设备的战略，预计将显著拓宽公司产品应用领域范围。三星电机已于2024年1月宣布开发半导体封装玻璃基板，于2026年后正式开始量产；群创光电投入20亿元新台币，2024下半年FOPLP玻璃基板月产能可达1.5万片；应用材料入主的SKC子公司Absolics总投资6亿美元建设4000块/月玻璃基板工厂，目标 2024 年下半年开始量。2024年8月29日，台积电表示在英伟达的不断催促下，不仅开足马力进军半导体扇出面板级封装（FOPLP），而且大力投资玻璃基板研发工艺，以期实现突破。
国内厂商加码正在产线建设。据悉云天半导体在晶圆级玻璃基板领域已实现产业化落地，沃格光电、佛智芯、奕成科技、三叠纪、京东方等公司已有玻璃面板基板出货；云天半导体、三叠纪、奕成科技、佛智芯等代表国内技术领先的玻璃晶圆级/面板级企业，有望打破海外厂商高度垄断的 TGV 市场竞争格局。
随着人工智能、大数据时代的到来，在晶体管密度无法继续大幅提高的情况下，芯片尺寸也只能越来越大，因此扇出型封装将拥有更大的市场。FOPLP 因其尺寸优势，可以在一个载板上封装更多芯片，可以利用规模经济换降低单颗芯片的制造成本，具有明显的成本优势。
当前，玻璃基板和基于玻璃载板的FOPLP经常会被混淆，实际上这两种是相差很大的技术路线，玻璃基板是制作基板，需要制备通孔，电镀填充，多层布线，产品是基板。而FOPLP是面板级扇出技术，玻璃只是作为一个载体，芯片塑封后需要从玻璃载体上分离下来，和玻璃就没什么关系了。当然，一个企业既可以做玻璃基板也可以做FOPLP，都要面临很多技术难题和挑战。
例如AMAT开发了基于玻璃面板级的低应力、低翘曲多层有机RDL结构，基于SAP工艺在临时键合载板上制备低层数和细间距RDL，而后使用低于200℃的混合键合HRDL®工艺组装更高层数的RDL；日本Resonac封装中心评估不同材料组合优化成型后的翘曲，比如材料的选择、镀铜面积和芯片占比，并利用SAP工艺制备L/S=10/10至5/5μm的线路。
云天半导体：玻璃基板产品圆片级产品最先落地
基于玻璃载板的扇出型封装进度很快，基于玻璃通孔的面板级玻璃基板虽然热火朝天，狂飙突进，但全球产业化尚未真正开始。对于玻璃基产品的实际商业化、规模化应用，目前玻璃晶圆级封装冲锋在最前线。
作为国内最先实现玻璃晶圆级封装量产的厂家，厦门云天半导体公司以创新微系统集成技术，推动半导体产业发展为使命。厦门云天半导体在技术产品方向上，主攻5G RF、IoT、功率器件、 AI（CPU/GPU)、生物医疗、新兴应用领域，目前客户100多家，重点客户包括头部企业20多家。在先进封装上已实现4/6/8/12吋晶圆级三维封装、扇出型封装、2.5D 玻璃三维封装的产业化，在射频滤波器三维封装、功率器件金属化、集成无源器件，电感/电容/电阻、滤波器/天线上落地花开。
在玻璃通孔及器件领域，云天半导体率先开发了基于玻璃基板的IPD集成技术，包含电容、电感和无源滤波器等系列IPD器件。玻璃基电感方面，在0402尺寸、1GHZ频率下，可以制样13.57nH的感值和53.93的Q值，500MHZ频率下整体感值1.58~13.03nH, Q值为30.93~43.22nH。基于TGV的DTC技术方面，开发低成本DTC工艺，玻璃基阵列盲槽结构开口15 µm 、深度 250 µm、宽度 250 µm，使用ALD和CVD制备电容金属-绝缘-金属叠层，获得DTC电容密度68 nf/mm²。
云天半导体还通过多光罩拼接技术实现大尺寸中介层转接板，通过多场光罩拼接技术，可满足大尺寸中介层转接板制备；研发多层细间距RDL堆叠技术，利用材料、设备、工艺协同加工，实现电气信号的优良导通。最新技术突破是：RDL布线层数三层，TGV开口60μm、深度200μm，最小线宽线距1.5μm，光罩拼接偏差＜300nm，拼接后中介层转接板尺寸45mm×60mm=2700mm²。
玻璃TGV晶圆天线方面，公司开发了晶圆级三维集成技术，成功应用于毫米波天线、射频芯片AiP集成领域；基于仿真和实验，进行材料、结构、工艺协同优化，完成TGV、RDL及微凸点等制造以及五层玻璃晶圆级堆叠，实现天线在79 GHz实测增益7.4 dBi，回波损耗小于25dB。
值得关注的是在硅光合封领域，云天半导体基于玻璃基板技术已经开始为重点合作伙伴提供了高性能解决方案，未来随着AI、高带宽光通信爆发，产业潜力巨大，将推动玻璃基板技术实现跨越式发展。
中国HBM与存储器技术与应用论坛
