玻璃基板有望成为下一代封装基板。
玻璃基板（Glass Core Substrate，GCS）指核心层由玻璃制成的封装基板。玻璃基板和有机基板的差异在于核心层材质，有机基板的核心层是由有机材料层压而成，玻璃 基板的核心层则是玻璃，因此将封装用玻璃基板简称 GCS，即 glass core substrate。除用 作 GCS 之外，玻璃材料还有望在先进封装中用作中介层（interposer）和临时键合载板 （carrier）。
玻璃材料具备低成本、优良的电学特性等优势。玻璃材料具备许多优势，例如低成 本、低表面粗糙度、与硅相近的热膨胀系数等。1）低成本。一方面是大尺寸超薄面板玻 璃易于获取，玻璃材料的制作成本大约只有硅基转接板的 1/8。另一方面，在比对晶圆级 与面板级封装时，515*510 的面板面积是 12 英寸晶圆面积的 3.6 倍，一次能封装更多芯 片，方形的面板也能减少边缘材料的浪费，当芯片（die）的尺寸变大时，这一优势会更 加明显。2）更低的表面粗糙度。玻璃材料平整的表面支持在上面打造精细的 RDL 层。3） 与硅相近的热膨胀系数。玻璃与硅热膨胀系数相近，能够在发生材料翘曲和变化时，使 得基板与芯片保持相对的一致。随着封装体功耗的增长，这一优势有望更加明显。4）优 良的高频电学特性：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。5）机械稳定性强。当转接板厚度小于 100μm 时，翘曲依然较小。
玻璃基板有望成为下一代封装基板。英特尔 2023 年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。封装基板的发展 已经历经了引线框架/线键合、陶瓷基板、有机基板以及嵌入式有机基板四个阶段，目前 有机基板因其成熟度及成本优势成为主流的基板。英特尔认为，主要的基板技术大约每 15 年发生一次转变，有机基板向玻璃基板的转变有望在 2020-2030 年之间发生，但有机 基板与玻璃基板会长期共存。
玻璃基板的优点包括：更小的特征尺寸、更小的凸点间距、更强的封装表现等。英 特尔对使用玻璃芯基板的优势和可能带来的价值总结如下：1）更小的特征尺寸。玻璃基 板支持小于 5/5um 的线宽线距，以及小于 100um 的 TGV 通孔间距。这一优势可以使得 玻璃基板减少金属布层、减小封装尺寸，或者提供更多的功能和核心。2）更小的凸点间 距。玻璃基板支持间距小于 36 微米的 D2D bump，小于 80um 的 core bump。这一优势可 以使得芯片面积和功耗减小，增加互连密度。3）更大的容量/封装尺寸。玻璃基板在相 同的封装大小下能容纳更大、更复杂的芯片。另一方面，玻璃基板也能够实现更大的封 装面积，可以高达 240*240mm2。这一优势能够满足高性能计算领域更复杂的芯片和更大 的封装需求。4）更高速的传输。玻璃基板支持更光滑的铜镀层、超低损耗介电材料以及 TGV 间距优势，使其能够更好实现高速数据传输。在不需要光互联的情况下，玻璃基板 能实现 448G 信号传递。5）更好的电源管理。玻璃基板能够支持更先进的 IPD（integrated passive devices，集成无源器件），从而提高产品性能表现。
发展玻璃基板的关键技术包括玻璃通孔成孔、通孔填充、高密度布线。玻璃通孔 （Through Glass Via，TGV）技术是实现玻璃基板垂直电气互连的关键技术，主要环节包 括玻璃通孔成孔、填充与布线。1）玻璃通孔成孔，需要满足高速、高精度、窄节距、侧 壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求，典型的通孔成孔工艺包括聚焦放电法、等 离子刻蚀法、激光烧蚀法、电化学放电法、光敏玻璃法、激光诱导刻蚀法等，激光诱导 玻璃改性优势较为明显，成孔快，可制作高密度、高深宽比的玻璃通孔，玻璃通孔无损 伤。2）通孔填充，玻璃表面平滑，与常用金属（如 Cu）的黏附性较差，容易造成玻璃 衬底与金属层之间的分层现象，导致金属层卷曲甚至脱落等现象。3）高密度布线，相对 于有机衬底而言，玻璃表面的粗糙度小，在高密度布线上具备优势。但半加成工艺法在 线宽小于 5μm 的时候会面临许多挑战，例如在窄间距内刻蚀种子层容易对铜走线造成损 伤且窄间距里的种子层残留易造成漏电。玻璃基板产业目前还存在高深宽比 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、成本问题等诸多挑战，仍需要产业协同建立畅通的供应链，共同努力攻克诸多难题。
2029 年全球玻璃基板市场规模有望达到 2.12 亿美元。目前玻璃基板处于前期技术导 入阶段，短期市场规模存在较大不确定性，已有的统计或预测口径不一。据未来半导体 网站消息：1）《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。2）Yole 认为，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，未来市场有望迅速增加。 玻璃基板有望在 HPC、AI、5G 等技术发展的拉动下，在 2030 年前实现量产。考虑 玻璃基板的材料成本优势以及其他性能优势，其渗透率有望在产业链成熟后逐渐增长， 并与有机基板共存。为初步估测玻璃基板未来可能的市场空间，我们做出以下假设：
1）基于 Yole 对 2022-2027 年先进封装市场规模的预期（图 14）和 Prismark 对 2023-2028年封装基板市场规模的预期（图19、图20）。我们假设全球封装基板在2025-2029 年以 9%的 CAGR 增长，2030-2034 年 CAGR 取 7%，2035-2040 年 CAGR 取 5%。假设 2024 年封装基板市场规模 132 亿美元。 2）考虑目前玻璃基板产业热度高涨，产业链积极协同。我们假设全球玻璃基板市场 规模 2025 年为 0.3 亿美元，2029 年达到 2.12 亿美元。 3）考虑玻璃基板具备原材料成本优势，渗透率有望在产业链成熟后持续上行。2004 年，FC 封装技术得到应用；2018-2020 年间 5G、HPC、AI 等技术的发展推动 ABF 基板 需求快速增长，渗透率在 2021 年达到 38%。AI、CPO、5G 等技术的持续发展有望推动 玻璃基板在 2030 年前实现量产。产业链成熟后，其渗透率有望在原材料成本优势的推动 下持续上行。结合 ABF 基板发展历程、玻璃基板与有机基板长期共存的判断，我们预计 玻璃基板市场规模有望在 2030 年左右迅速增长，核心驱动力是 AI、CPO 等新技术的需 求。良率及产业链不成熟带来的成本问题解决后，玻璃基板渗透率有望持续增长，并在 2040 年达到 35%。 基于上述假设与测算，我们预计全球玻璃基板渗透率有望在 2035 年达到 20%，市场 规模有望达到 60 亿美元，长期市场空间较大。需要注意的是，玻璃基板仍处在产业早期， 还面临着工艺技术问题、良率问题、成本问题等诸多挑战，前期放量节奏与后期渗透率 目前看均存在一定不确定性。 考虑玻璃材料除玻璃基板（GCS）之外，也有望在中介层（interposer）和键合载板 （carrier）中得到应用，短期内玻璃基产业的市场规模有望实现快速增长。例如日本的电 气硝子（NEG）预期其有望在 2028 年在“Glass wafer for supporting semiconductor”，即 carrier 业务中实现 200 亿日元营收，约 1.3 亿美元。
