玻璃基板行业景气度提升

IC载板(substrate)为半导体封装中的关键材料。在封装过程中，IC载板介于芯片与PCB之间，实现信号传输连接，同时为芯片提供保护和支撑并形成散热通道，使封装后的芯片达到符合要求的尺寸。据Prismark预测，到2026年，全球IC封装基板行业规模有望达到214亿美元。

从载板材料上看，主要分为BT/ABF载板两类，主要区别在于其所用的介质及性能的不同：BT载板：具有较高的玻璃化温度、优秀的介电性能、低热膨胀率、良好的力学特征等性能，因此广泛应用于存储器、射频、手机AP等领域，但由于其具有较硬的玻纤砂层，虽然能够稳定尺寸，防止热胀冷缩影响良率，但同时钻孔难度较高，较难满足目前精细化、高多层化的载板需求。

ABF载板：多层数、细线路等优势更适配于更先进制程I/0端口数较多的场景，应用于高性能运算芯片，主要用于CPU、GPU、FPGA、ASIC等高性能运算芯片。从载板工艺区分，ABF载板又可以分成两种为：BGA（BallGridArray）与CSP（ChipScalePackage)，其中BGA为球栅阵列封装，优点为I/O间距大、可靠性高、散热性能较好，广泛用于高功耗、高集成度芯片，其中FCBGA基板具有大尺寸、高叠层和精细线路3个方面的特点。

目前主流的芯片2.5/3D封装以台积电CoWoS为代表，根据不同中介层，分为CoWoS-S/R/L三种类型。CoWos（ChipsonWaferonSubstrate)技术先将芯片通过ChiponWafer（CoW)的封装制程连接至硅晶圆，再把CoW芯片与基板（Substrate）连接，整合成CoWoS,核心是将不同的芯片堆叠在同一片硅中介层实现多颗芯片的互联，其中将采用到封装基板+硅中介层的方案，而封装基板主要以ABF载板为主。

随着高性能芯片的发展，传统有机材料基板在高性能芯片的封装应用中呈现出一定的局限性。随着基板上固定的芯片数量增加，整个芯片集成的晶体管总数也相应增多。有机材料基板加工难度小，生产成本较低，在芯片封装领域已被应用多年。但随着对芯片计算需求的增加，信号传输速度、功率传输效率、以及封装基板的稳定性变得尤为关键，有机材料基板面临容量的极限。由Intel主导的玻璃IC载板，成为适用于下一代先进封装的材料。三星、AMD、苹果等国际知名科技芯片公司均表示将导入或探索玻璃基板芯片封装技术。

玻璃基板在封装领域的引入是一次重要的技术革新，相比CoWoS-S工艺使用的硅中介层和FC-BGA有机基板，玻璃基板具有以下的突出优点：

1）高平整度与低粗糙度：玻璃基板具有较高的表面平整度和低粗糙度，为微小尺寸半导体器件的制造提供了理想的平台。玻璃基板的开孔之间的间隔小于100微米，远超有机面板，使得晶片间的互连密度大幅提升。

2）热稳定性与低热膨胀系数（CTE）：玻璃基板热稳定性强，可在高温环境下保持性能稳定，且其热膨胀系数与硅接近，有助于减少封装过程中因热失配导致的应力问题，有效解决了3D-IC堆叠扭曲的问题。

3）高介电常数与低介电损耗：玻璃材料是一种绝缘体材料，介电常数只有硅材料的1/3左右，损耗因子比硅材料低2~3个数量级，使得衬底损耗和寄生效应大大减小，可以有效提高传输信号的完整性。

4）化学稳定性与抗腐蚀性：玻璃基板化学稳定性出色，能有效抵抗湿气、酸碱等环境侵蚀，保障封装内元件的长期稳定性。

5）高透明度与光学特性：对于需要透明窗口或涉及光通信的封装应用，玻璃基板的高透明度和优良光学特性（如可调控折射率）具有独特优势。

6）环保与长期可靠性：玻璃基板通常不含有机挥发物，更加环保。其稳定的物理化学性质赋予封装产品出色的长期可靠性。

玻璃基板未来有望取代ABF基板中的FC-BGA载板成为封装基板的主要材料，同时也有望取代硅中介层，成为新的中介层材料：

玻璃基板替代FC-BGA载板：根据Intel预计，玻璃基板具有卓越的机械、物理和光学特性，使该公司能够构建更高性能的多芯片SiP，在芯片上多放置50%的裸片，与ABF塑料相比，它的厚度可以减少一半左右，减薄可以提高信号传输速度和功率效率。

玻璃基板替代硅中介层：根据《基于光敏玻璃的垂直互连通孔仿真与电镀工艺研究》（林来存等，2018），硅基转接板由于硅的半导体性质，面临介电损耗较大、信号插入损耗较大等问题，同时其加工和微组装成本较高。而玻璃基板作为中介层，可以承载多个不同类型的芯片，如处理器、存储器、传感器等，其具有的高介电常数和低介电损耗有助于减小无源元件尺寸，提高集成度。

封装性能上：玻璃基板上的互连密度随着通孔技术提升有望提高10倍，同时增加了设计人员在电源传输和信号线路布置方面的灵活性。此外，玻璃基板的机械性能得到改善，可以实现超大型封装，并具有非常高的组装良率。

基于玻璃基板对FCBGA基板和硅中介层的替代，其对应的玻璃基板封装技术也将替代目前主流的CoWoS-S封装技术，同时将载板、中介层和芯片垂直互联工艺也将由硅通孔技术TSV转变为玻璃通孔TGV（ThroughGlassVia）。

玻璃基板原本是制作液晶显示器的一个基本部件，是一种表面极其平整的薄玻璃片，主要应用于TFT-LCD及OLED等显示产业。根据新材料未来相关资料，随着世代线的发展，玻璃基板的尺寸逐渐变大，从最初的4代线到如今的10.5代线，基板的尺寸已经发展到2940*3370mm。厚度方面7代线和8代线玻璃基板进入到0.5mm水平。较高的世代线不仅意味着玻璃基板整体面积更大，其切割效率也相应更高。

我国玻璃基板厂商主要集中在G4.5-G6（即4.5代到6代线）生产线上。国内厂商彩虹集团、东旭光电等占有一席之地，但是在8.5代线玻璃基板领域，我国厂商的市场份额较少，当前国内厂商也在加速国产替代。近年来玻璃基板国产化进程加快。彩虹集团、东旭集团、中国建材国际工程集团等本土企业在中小尺寸面板市场份额已达80%，而在高世代液晶面板生产线及AMOLED无碱玻璃技术工艺及生产技术上还有待突破，短时间内实现国产化配套还有较大难度。

显示用玻璃基板需要具备平整的表面、低热膨胀系数、良好的化学稳定性和机械强度等特性。TGV玻璃基板在要求玻璃基板具有优良的物理性质之外，更加关注其电学特性，对玻璃的介电常数以及损耗因子均有较高的要求。同时TGV玻璃基板在尺寸方面要求能够使用大尺寸和超薄的玻璃衬底。

由于海外公司在玻璃基板领域布局较久，因此海外公司相对领先，但是国内公司也在迎头赶上。根据未来半导体援引NewsChannelNebraskaCentral数据，2022年美国是最大的玻璃通孔（TGV）晶圆市场，拥有约46%的市场份额；欧洲紧随其后约占25%的市场份额。在玻璃通孔（TGV）晶圆市场的主要参与者中，康宁保持了排名第一的位置，占据全球TGV晶圆产值市场份额的26%；紧随其后的LPKF、Samtec、KisoMicroCo.LTD和Tecnisco全球前五名厂商占有率超过70%。

在TGV通孔技术方面，国内外技术差距较小。沃格光电为国际少数掌握TGV技术的企业，并在玻璃薄化、双面镀铜以及微电路图形化技术方面具有行业领先地位。沃格光电拥有玻璃基巨量微米级通孔的能力，最小孔径可至10μm，厚度最薄为0.09-0.2mm，实现轻薄化。并且公司研发领先的镀铜工艺正是解决TGV技术量产的关键技术。公司玻璃基IC板级封装载板主要用于半导体先进封装领域，玻璃芯半导体先进封装载板产能主要由全资子公司湖北通格微投产建设。国内厂商厦门云天半导体也开发了先进TGV激光刻蚀技术，面向应用MEMS、PCR等器件。基于玻璃成孔理论研究和工程实践，该公司可以提供4-12英寸的玻璃晶圓，厚度为100微米，TGV孔洞直径最小可达到10微米，深宽比10:1，并可最大附着7层的RDL线层。3D封装领城布局eMFO工艺，各项关键指标均处于全球领先水平。除此之外，还有成都迈科等为代表的国内厂商有望打破海外厂商高度垄断的TGV市场竞争格局。

玻璃基板原料为特种玻璃，主要用熔融石英、喷硅酸盐、氟化物、超低膨胀玻璃等高品质材料构成。这些材料针对高强度激光和辐射暴露水平下的传输和耐用性进行了优化，适合半导体的制造过程，因此其生产也具有较高的技术壁垒。熔合成型工艺能够形成大尺寸超1000mm的高质量基材。为应对这些挑战，目前仅有美国康宁、德国肖特等玻璃厂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等国际知名公司，也是目前玻璃基板原料生产的主要参与者。

图表：玻璃基板原料生产的主要参与者

数据来源：中研普华产业研究院整理