随着先进封装的不断演进，芯片对高速传输、低功耗与高效散热的需求持续攀升。凭借尺寸稳定性高、热膨胀系数低、布线密度更优等特性，玻璃基板正逐步成为下一代先进封装的重要方向。但技术突破尚未完全成熟，工艺难题依然存在。如今，玻璃基板正在经历哪些关键创新？又有哪些国内外厂商率先展开布局？
玻璃作为封装基板的优势
作为封装基板，玻璃的优势显著：其表面极度平整，热膨胀系数低于有机基板，从而简化光刻工艺。
这还只是其中的一部分。对于多芯片封装日益突出的翘曲问题，玻璃基板也能显著缓解。芯片可通过混合键合技术连接至玻璃基板上的重布线层。相较于有机芯基板，玻璃能为高频高速器件提供极低的传输损耗。
更重要的是，硅中介层和有机芯基板正面临发展瓶颈。玻璃成本远低于硅中介层，翘曲率降低 50%，定位精度提升 35%。轻松实现线宽线距小于 2 微米的重布线层（RDL），这是有机芯基板难以企及的。此外，玻璃在通信波长下的透明特性，使其能将波导嵌入叠层玻璃结构中，满足 6G 应用需求。而超薄（
玻璃（通常为硼硅酸盐或石英玻璃）还具有灵活的应用特性：可作为载体基板、嵌入元件的核心基板、3D 堆叠材料，或用于传感器及 MEMS 的密封腔体。散热的效率也更高，热膨胀系数可以在一定数值内自动调节，既能与低端硅基材料兼容，也能匹配高端 PCB。
在高频应用中，玻璃同样表现卓越。其介电常数远低于硅（2.8 vs. 12），且正切损耗极低，传输损耗比硅材料低多个数量级，显著提升信号完整性。
多年来，凭借上述诸多优势，玻璃逐渐成为业界关注的下一代封装基板材料。其中一大关键特性是支持高互连密度以及低于 2 微米的 RDL 特征。
迪思科（Disco Hi-Tec ）美洲技术经理 Frank Wei 表示：" 随着过去两年人工智能（ AI ）计算的激增，将布线密度压缩以提升 SiP 内部通信速度，已成为集成电路封装研发的焦点。"
制造挑战
但该技术并非完美无缺。玻璃切割（分离）过程极易产生微裂纹，且批量制造数千个细间距的玻璃通孔（TGV）难度不小，这限制了玻璃材料潜力的充分发挥。尽管存在制造障碍，但提升高性能计算（HPC）/AI 芯片质量的潜力正推动技术快速发展。
在 2025 年电子元件与技术大会（ECTC）及其他近期会议上，研究人员展示了以下方面的进展：用于>100GHz 数据速率的堆叠玻璃；通过激光改性与高频蚀刻实现 TGV 贯穿蚀刻；无需后续蚀刻的直接激光蚀刻；制备 6 微米、纵横比>15 的 TGV 结构；基于预测性良率建模优化对准精度，加速 FOPLP（扇出面板级封装）良率爬升；在分切界面处对堆叠层进行锥形处理以防止玻璃破裂。
用于高频应用的玻璃堆叠技术
玻璃凭借其高频传输特性和极低损耗，成为支持>100GHz 数据速率的 6G 无线通信网络的理想材料。通过在堆叠玻璃中实现异构集成，可将高频前端芯片与低损耗互连技术整合于大规模天线阵列中。
佐治亚理工学院博士生 Li Xingchen 指出：" 通过将收发器模块分解为功率放大器、频率转换器等独立功能芯片，这些芯片可嵌入堆叠基板核心并实现垂直互连。" 该工艺在玻璃基板上堆叠 2 英寸（50 × 50 毫米）芯片的关键技术包括：菊花链结构集成、玻璃层间高精度对准（3 微米）、穿透玻璃激光钻孔及铜填充工艺。
研究团队选用味之素堆积薄膜（ABF，介电常数 Dk=3.3，介电损耗 Df=0.0044）兼具低介电常数介质与玻璃粘合剂功能，并在两层采用基于 RDL 的共面波导（见图 1）。该结构实现了高达 220GHz 的宽带电学性能，损耗仅 0.3dB。
厚度为 100 微米的玻璃面板通过倒装芯片键合技术堆叠在未固化的 ABF 基板上，该工艺可最大限度减少加热时的面板位移。ABF 材料包裹芯片后，在顶部玻璃层再覆一层 15 微米的未固化 ABF 并进行固化。通过激光加工形成兼具信号传输与散热功能的穿透式玻璃通孔，随后经粘合促进剂处理、无电镀铜及电镀工艺，填充高度达 130 微米、间距 100 微米的 V 形通孔。该工艺有望成为 6G 应用的 3D 堆叠解决方案。
玻璃通孔（TGV）工艺
激光在 TGV 制造中发挥着关键作用。LPKF 激光电子公司的战略产品经理 Richard Noack 近期详细阐述了激光诱导深蚀刻（LIDE）技术如何通过改进实现量产应用。LIDE 工艺首先通过激光改性硼硅酸盐玻璃，改变其结构特性使其具备各向异性蚀刻的潜力。
激光改性工艺通过单次激光脉冲破坏玻璃的成分结构。" 初始改性区域宽度不足 1 微米，可描述为 ' 气泡链 '，" Richard Noack 解释道，" 沿着这条平缓改性带的蚀刻速率比材料其他区域高出 100 倍。"
随后，通过氢氟酸（HF）湿法蚀刻形成目标形状（见图 2）。LIDE 技术已实现蚀刻最小 3 微米、间距 5 微米的通孔。
为简化湿法面板处理流程，Yield Engineering Systems（YES）公司开发了一款自动化多腔室浸泡、冲洗及干燥设备，可同时处理 12 块尺寸为 510 × 515 毫米的玻璃面板。该公司高级总监 Venugopal Govindarajulu 展示了用于制造高增透率玻璃通孔的湿法蚀刻工艺，该工艺专为大规模量产设计。
该工具可使用市售玻璃材料，在 130 ° C 条件下以高达 80 m/h 的蚀刻速率刻蚀 25~100 m 的 TGV 结构。激光工艺可通过调整实现所需形状——圆柱形、沙漏形、直通孔或腔体结构。
YES 团队确定，蚀刻速率和 TGV 轮廓取决于 HF 蚀刻液的化学成分、酸浓度和蚀刻温度，通过调节这些参数可实现高达 5:1 的高选择性蚀刻（蚀刻速率调节区域 / 未处理玻璃的蚀刻速率）。
沙漏状结构被认为最适合实现铜物理气相沉积（PVD）工艺的无空隙填充。采用湿法蚀刻槽所达到的纵横比（深度 / 直径）范围为 4:1~20:1（玻璃厚度 200 微米）。" 在高产量制造环境中，关键考量包括：优化蚀刻速率的化学配方、确保均匀蚀刻的流体动力学设计，以及实现工艺稳定性的精准温控与流量控制，"Govindarajulu 强调道。
尽管 LIDE 被视为玻璃通孔的领先工艺，但企业仍在探索更环保的解决方案，以避免使用有毒的氢氟酸。东京大学的 Toshi Otsu 与同事成功在 100 微米厚的朝日玻璃 ENA1 材料上制备出宽度 6 微米、间距 25 微米的孔洞。该方法采用不同脉冲能量和发射次数的准直深紫外激光束（257 纳米）。研究人员指出：" 超短脉冲激光的使用最大限度地减少了对周围材料的热效应，实现了精确而清洁的加工。"
扫描电子显微镜截面图显示，高长宽比的 TGV 材料在玻璃顶部具有比底部更大的孔径。孔深可达 260 微米，长宽比介于 20:1~25:1 之间（见图 3）。
研发推动玻璃基板产能提升
每当行业考虑采用玻璃等新材料时，仿真技术都能揭示材料间的相互作用机制。它还能协助工艺对比分析，例如哪种粘合促进剂与玻璃界面契合度最高，或是物理气相沉积（PVD）镀铜还是化学镀铜能形成更优的种子层。
" 当转向玻璃等新型基板时，原子级建模将成为预测多层薄膜在玻璃基底上形成界面行为的关键工具。这为制造前的工作提供了明确方向——既指明了研发重点，也揭示了工艺环节的关注要点。" 新思科技首席解决方案工程师 Anders Blom 如是说。
另一项有助于推进面板级研发和良率提升的工具是预测良率建模，尤其适用于搭载 HBM 的 AI 处理器。Onto Innovation 应用开发经理 John Chang 详细介绍了其预测性良率模型，重点关注堆叠缺陷问题。" 这些元件成本高昂，" 他表示，" 因此在每个环节最大化良率、及早识别缺陷以减少损失至关重要。"
尽管玻璃基板相较于有机芯基板能显著降低图案失真和翘曲现象，但这些缺陷在 FOPLP 处理中仍会影响良率。Onto Innovation 的解决方案采用离线计量工具测量芯片位移与变形，结合定制化工艺参数和机器学习算法，可快速降低 510 × 515 毫米面板的对位缺陷。
面板级对位误差通常在面板上呈现非线性分布，可采用四种不同的校正方法——全局校正、区域校正（例如每面板 4 区）、晶粒校正和逐点校正。基于芯片的校正可实现最高良率，但校正时间会拖累吞吐量。相反，基于区域的校正方案能在每次曝光中暴露具有相似位移的多个芯片区域，从而在较少影响吞吐量的前提下维持高良率。然而仅靠这种优化仍无法达到可接受的良率水平。
为加速套刻精度提升，团队建立了一种模拟最终良率与不同工艺参数条件之间关系的评估方法。Chang 博士表示：" 通过运用这项技术（如图 4 所示的全流程模拟），用户可借助仿真确定最佳参数，并通过运行认证基板验证预测结果。"
此外，图表和直方图有助于在生产型 FOPLP 环境中早期识别掩模对准问题，从而加速工艺认证并优化流程。Chang 博士表示：" 随着未来几年 FOPLP 技术预计将实现显著增长，我们相信良率预测技术将为实现 FOPLP 光刻技术的快速量产和高良率提供明确路径。"
如何防止玻璃碎裂？
玻璃易碎，在搬运及其他操作过程中，尤其是切割环节，极易出现微裂纹问题。
在玻璃芯基板上进行切割时出现的缺陷被称为 SeWaRe，该术语源自日语 " 背部开裂 " 的表述。Disco 公司的 Frank Wei 与 Andrew Frederick 通过研究不同厚度裸硼硅玻璃基板（125、200 及 500 毫米）在切割过程中产生的裂纹成因，并结合玻璃两侧两种复合堆叠层的测试，最终确定了目前已知最有效的减损方案。
Disco 研究表明，与基于激光的切割方法（激光隐形切割和激光增强烧蚀填充）相比，双刀片切割方法产生的边缘碎裂更多，但边缘更光滑。切割后的芯片尺寸为 5 × 5 毫米和 15 × 15 毫米。值得注意的是，层压结构增强了芯片强度，采用更高模量的介电材料可获得最佳芯片强度。
有限元法（FEM）表明，边缘崩损始于最尖锐的微观缺陷，这些缺陷在划片过程中承受着最集中的应力。Disco 团队发现，当层压层延伸至分离区域边缘时，会产生 SeWarRe 缺陷。通过在分离边缘部分去除层压层（即回缩法）可消除此类缺陷。
虽然主流玻璃面板分切工艺是在基板两侧覆合堆叠层后进行，但索尼半导体解决方案公司的 Shun Mitarai 及其团队开创性地采用有机树脂嵌入切割基板的新方法，以实现边缘保护。他们将分离式玻璃基板嵌入工艺（SGEP）与行业传统工艺进行对比：" 传统工艺（CP）在制造玻璃基板时虽能保持大尺寸面板的完整性，流程相对简单，但需投入巨额资金进行双面互连结构形成，且需大幅改造设备以避免玻璃破损。"
传统工艺流程始于 TGV 蚀刻与金属化处理，随后进行核心互连工艺。对积层进行层压，再进行单片化。最后在基板每条边缘涂覆有机树脂。
相反，SGEP 工艺在核心互连层形成后对基板进行切割。这一创新步骤涉及将玻璃芯段嵌入覆铜层压板框架中。随后进行堆叠层层压，最后切割树脂框架。
Mitarai 指出，这种针对单片玻璃边缘的保护工艺相当复杂。双面堆叠层能有效平衡单面加工过程中因热膨胀系数（CTE）导致的翘曲问题。而单片玻璃芯嵌入工艺则实现了单面加工，同时提供了更优异的基板保护性能。该工艺的下一步发展将聚焦于提升其对严格设计规则的兼容性，并进一步提高良品率。
英特尔、三星等国际巨头加速布局
玻璃基板封装关键技术为 TGV，其产业链包括生产、原料、设备、技术、封装、检测、应用等环节，上游为生产、原料、设备环节。因玻璃基板在电子元件材料应用领域展现出巨大潜力，国际大厂英特尔、三星、英伟达、台积电等大厂纷纷入局。
英特尔是最早公开展示玻璃基板成果的企业之一。2023 年，英特尔发布了业界首个基于玻璃基板的测试芯片样品，强调其在高速 I/O、高密度互连和超大尺寸封装中的应用前景。近日有媒体报道指出英特尔已停止其内部的玻璃基板研发资金支持，转而考虑 " 向专门厂商采购 " 玻璃基板方案。对此，英特尔在发布的一份声明中表示，该公司的半导体玻璃基板开发计划相较 2023 年版路线图（2030 年前向市场提供完整的玻璃基板先进封装解决方案）没有变化，并称不会回应市场上流传的 " 英特尔考虑退出半导体玻璃基板业务 " 谣言。
三星同样在积极跟进，玻璃基板主要针对人工智能和服务器。在 CES 2024 大会上，三星电机（Samsung Electro-Mechanics）社长张德贤表示，三星电机的目标是 2024 年建成玻璃基板原型生产线，2025 年生产原型，2026 年后批量生产。据称，三星电机已聘请前英特尔资深玻璃基板研发工程师 Kang Doo-an 负责技术战略和包装 / 玻璃领域的研发。
台积电则将玻璃基板纳入其先进封装版图中。2024 年 9 月，台积电宣布将大力开发 FOPLP 技术，并明确将玻璃基板作为核心材料，计划于 2025 年为英伟达生产首批基于玻璃基板的芯片。在技术路径上，台积电聚焦玻璃芯扇出（Glass Core Fan-Out）和 TGV 工艺的研发。根据中国台湾玻璃基板供应链的规划，相关技术路线已明确：2025 年采用 Chip-First 方法，2026 年过渡到更先进的 RDL-First 工艺，并计划于 2027 年量产复杂的 TGV 工艺，与台积电的需求高度同步。
中国大陆 TGV 企业崛起，技术自主可期
中国大陆玻璃基板 TGV 企业以三叠纪、京东方、厦门云天、佛智芯、沃格光电、奕成科技、森丸电子、甫一电子等为代表，这些企业陆续突破 TGV 技术，建成多条 TGV 封装生产线，取得了令人瞩目的成果。
三叠纪（广东科技有限公司是成都迈科科技有限公司的全资子公司，立足三维集成微系统关键材料与集成技术，在行业内率先提出 TGV3.0，首次突破亚 10 微米通孔和填充技术，技术水平处于国际先进地位。2022 年公司在东莞松山湖建成 TGV 基板与三维集成封装中试线，并参与组建 " 集成电路与半导体特色工艺战略科学家团队 "，成为中国大陆具有显著特色和优势的 TGV 研发与生产基地。
京东方科技集团股份有限公司基于显示技术积累，构建了以 TGV 为特色的半导体解决方案。目前，它的 8 英寸新型试验线已经投入使用，还突破了多项创新技术，像高密度 3D 互联技术、高深宽比 TGV 技术等。京东方启用了标准的玻璃芯板及封装载板，这种载板具备高强度、低翘曲的优势，主要面向 AI 芯片，计划在 2026 年后启动量产。
厦门云天半导体科技有限公司成立于 2018 年，致力于半导体先进封装与系统集成方面的业务，能为客户提供从设计到生产的全流程服务。在 TGV 技术方面，其晶圆级封装出货量已突破 2 万片，成功突破了 4 微米孔径的技术瓶颈。2024 年，该公司掌握了 2.5D 高密度玻璃中介层技术，所生产的转接板在 AI、CPU、GPU 等大芯片封装中能提供灵活高效的解决方案。
广东佛智芯微电子技术研究有限公司专注于板级扇出封装和玻璃基板加工制造，掌握了多项半导体扇出封装核心工艺，像玻璃微孔加工、金属化技术等。在 TGV 技术方向上，它的最小孔径能达到 1 微米，深径比可达 150:1，还建有中国大陆第一条自主产权的大板级扇出型封装量产线，未来计划将玻璃基 Chiplet 方案应用于更多领域。
江西沃格光电集团股份有限公司成立于 2009 年，业务范围涵盖了光电玻璃精加工、背光及显示模组等多个模块，其中玻璃基半导体先进封装载板是其重要业务之一。湖北通格微电路科技有限公司是沃格光电的全资子公司，专注于玻璃基 TGV 多层精密线路板等相关产品的研发与制造，拥有全制程工艺能力和制备装备，从玻璃减薄、通孔、填孔，到后面的镀膜、切割等工序，都能独立完成。
成都奕成科技股份有限公司主要从事集成电路板级先进系统封测业务，服务涵盖封装设计、芯片封装等。在玻璃面板级封装方面，它是中国大陆首批量产的厂家之一。2024 年，奕成科技实现了板级高密 FOMCM 平台批量量产，成为中国大陆目前唯一具备该产品量产能力的公司，在 FOPLP 先进封测领域迈出了重要一步。
写在最后
目前，中国大陆这些玻璃基板企业不仅掌握了关键技术，更建立了完整的研发与生产体系。随着 TGV 技术的不断成熟和应用场景的拓展，中国大陆玻璃基板先进封装领域的自主能力和产业竞争力将持续提升，为未来 AI、HPC 及下一代半导体封装发展奠定坚实基础。
参考来源：https://semiengineering.com/glass-substrates-gain-momentum/
https://news.cnpowder.com.cn/83980.html
（校对 / 孙乐）
