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玻璃基板革命:AI 晶片封裝的下一個關鍵材料升級?

一句話結論:玻璃基板憑藉 TGV 穿孔技術、超低介電常數(Dk≈5-6)及近乎零的尺寸熱穩定性,正逐步取代傳統有機ABF載板,成為 AI 高效能運算晶片封裝的下一代核心材料。

為什麼 IC 載板突然不「夠用」了?

先進封裝技術在 AI 晶片時代扮演的關鍵角色,已經從「把晶片固定好、通電」進化到「訊號傳輸要快、功耗要低、散熱要好」。然而傳統的有機樹脂載板——尤其是 ABF(Ajinomoto Build-up Film)載板——正面臨物理極限。

有機載板的關鍵痛點有三:

1. 翹曲(Warpage)問題:在高温回流焊過程中,有機樹脂與矽晶片之間的熱膨脹係數(CTE)差異過大,導致封裝體彎曲,良率下降。

2. 細線路瓶頸:當線寬/線距推進到 5μm 以下,有機材料的表面粗糙度與尺寸穩定性已經難以支撐。

3. 高頻訊號損耗:AI 晶片的運算頻率不斷拉高,有機材料的介電損耗因子(Df)偏高(約 0.015-0.025),訊號衰減顯著。

玻璃基板正是在這個時間節點登場。


TGV(Through Glass Via)技術是什麼?

TGV 是玻璃基板的核心製造技術,概念上類似於矽穿孔(TSV),但素材從矽晶圓換成了玻璃。

TGV 製程大致分為三個步驟:

1. 穿孔形成:利用雷射誘導蝕刻(Laser-Induced Etching)或光輔助蝕刻技術,在超薄玻璃板(厚度約 100-300μm)上鑽出微米級的貫穿孔洞。孔徑可小至 10-20μm,孔距(Pitch)可達 40μm 以下。

2. 導電填充:透過電鍍或 CVD 工藝在孔洞內沉積銅層,形成導電通路。

3. 平坦化與絕緣層:在玻璃表面製作多層銅配線(RDL),並覆蓋絕緣層以實現多層互連。

與傳統機械鑽孔相比,TGV 的雷射加工可以實現更高的孔洞密度與更小的孔徑,這對晶片封裝的 I/O 密度提升至關重要。


玻璃 vs. 有機載板:關鍵參數比一比

玻璃基板 vs 有機 ABF 載板參數對照:
  • 介電常數(Dk):玻璃 5-6(穩定)vs 有機 3.5-4.5(頻率敏感)
  • 介電損耗(Df):玻璃 0.003-0.005 vs 有機 0.015-0.025
  • 熱膨脹係數(CTE):玻璃 3-7 ppm/°C vs 有機 15-20 ppm/°C
  • 尺寸穩定性:玻璃近乎零 vs 有機有翹曲風險
  • 可生產最大尺寸:玻璃可達 515×510mm vs 有機最大 210×210mm
  • 高頻表現:玻璃優 vs 有機訊號衰減顯著

玻璃基板最大的劣勢是脆性——玻璃比有機材料更容易破裂。不過材料的強化處理(如化學強化、邊緣修整)正在逐步解決這個問題,而 Intel 與 Corning 等大廠已投入大量資源攻克脆性課題。

玻璃的物理特性可以比喻為:它提供了近乎「矽到矽」的 CTE 匹配性(因為玻璃的 CTE 可以通過配方調整到接近矽的 3 ppm/°C),同時又具備優異的絕緣特性和超高平坦度——這在 5μm 以下的細線路製程中是決定性的優勢。

一張表看懂:14 檔台股玻璃基板概念股

隨著玻璃基板從研發走向試產,台灣供應鏈成為市場關注焦點。

台灣玻璃基板概念股一覽:
  • 載板龍頭 — 欣興電子 (3037):玻璃基板載板研發先行者,已與多家設備廠合作 TGV 製程
  • 載板大廠 — 臻鼎-KY (4958):佈局玻璃基板 IC 載板,透過子公司先豐技術切入
  • 載板大廠 — 景碩科技 (3189):積極評估玻璃基板方案,AICS 載板為中長期動能
  • 載板大廠 — 南電電路 (8046):ABF 載板三雄之一,密切關注玻璃基板替代進度
  • 面板跨界 — 群創光電 (3481):面板級封裝(FOPLP)先行者,玻璃通孔技術優勢明顯
  • 設備供應 — 大量科技 (3167):TGV 鑽孔設備供應商,雷射加工機台需求受惠
  • 設備供應 — 東捷科技 (8064):雷射加工設備,切入玻璃基板切割與改質製程
  • 設備供應 — 鈦昇科技 (8027):半導體雷射加工設備,TGV 製程關鍵角色
  • 材料供應 — 台光電 (2383):高頻低損耗材料,玻璃基板配套材料開發中
  • 材料供應 — 聯茂電子 (6213):銅箔基板供應商,玻璃布纖強化基板技術儲備
  • 檢測服務 — 宜特科技 (3289):晶片封裝可靠度驗證,玻璃基板測試方案
  • 檢測服務 — 閎康科技 (3587):材料分析實驗室,TGV 結構分析與失效分析
  • 特用化學 — 晶呈科技 (4768):特殊氣體與玻璃蝕刻材料,TGV 濕製程供應
  • 封測龍頭 — 日月光投控 (3711):先進封裝整合,玻璃基板封裝量產技術評估
風險提示:玻璃基板目前仍處於從研發走向試量產的早期階段(2025-2027 預計為規格制定期),實際營收貢獻尚不明確,投資人須注意概念股過度追高的風險。

全球大廠布局:Intel、Samsung、台積電三方角力

玻璃基板這場材料革命並非台灣企業的獨角戲,全球半導體大廠早已重兵部署。

Intel:最早喊出「玻璃基板」的晶片巨頭

Intel 在 2023 年宣布推出業界首款玻璃基板測試晶片,預計 2026-2030 年導入量產。Intel 的戰略很明確:透過玻璃基板的超平坦表面和大尺寸優勢(可製作比有機載板大 50% 以上的封裝尺寸),容納更多小晶片(Chiplet)在同一封裝體內。Intel 也與 Corning 合作開發專屬玻璃配方。

Samsung:追趕不落人後

Samsung 的半導體設備解決方案(Samsung Electro-Mechanics)正在加速 TGV 技術,並在 2024 年底成立了專門的 Glass Substrate Task Force。Samsung 計劃在 2027 年之前完成玻璃基板的量產準備,目標是用於自家 Exynos 晶片與 HBM 封裝。

SKC(SK 集團)

SKC 於 2024 年宣布透過其子公司 Absolics 在美國喬治亞州建設玻璃基板工廠,獲得美國《晶片法案》補助。這是全球首座專門針對半導體封裝的玻璃基板量產工廠,預計 2026 年投產。

DNP(大日本印刷)

DNP 長期深耕 IC 載板的奈米壓印技術,近年轉向玻璃基板領域,與日本設備商合作開發玻璃基板的量產解決方案。

台積電:靜觀其變,伺機而動

台積電在先進封裝領域(CoWoS、InFO、SoIC)目前仍以矽中介層(Silicon Interposer)為主,尚未大規模採用玻璃基板。但台積電已密切關注 TGV 技術發展——若玻璃基板的可靠性與成本在 2027-2028 年達到量產門檻,台積電極有可能將其整合到下一代封裝平台中。

其他參與者

  • Absolics(SKC 子公司):美國喬治亞州建廠,聚焦玻璃基板量產
  • 日本電氣硝子(NEG):提供超薄玻璃基板材料
  • Corning:Gorilla Glass 技術延伸至半導體封裝領域
  • Schott:德國特種玻璃,專注高溫製程用玻璃載板

玻璃基板何時落地?時間線預估

玻璃基板導入時程預測:
  • 2023-2025 — 研發驗證期:TGV 製程優化、可靠度測試
  • 2025-2027 — 試產導入期:Intel/Samsung 等大廠小量試產
  • 2027-2029 — 初期量產期:部分高階 AI 晶片開始採用
  • 2030+ — 廣泛採用期:成本下降後進入主流封裝市場

目前產業共識是:玻璃基板在 2027 年之前不會對現有 ABF 載板構成明顯的替代威脅,但在 AI 伺服器、HPC 晶片等頂級應用中,玻璃基板將率先導入。


圖片來源

注意:以下圖片僅供本文說明參考,實際使用時請確認授權條款。
Intel 8742 Microcontroller Chip - 經典晶片封裝範例 圖 1:Intel 8742 微控制器晶片,展示傳統封裝體中晶片與基板的連接方式。(Wikimedia Commons,CC BY-SA 3.0) 80486DX2 微處理器 - 晶片封裝內部結構示意 HP PA-RISC CPU 晶片 - 先進封裝技術範例 HP PA7300LC CPU 晶片,展示了多層晶片封裝的複雜結構。來源:Wikimedia Commons 圖 2:80486DX2 微處理器微距照,可觀察晶片封裝表面的導線與基板結構。(Wikimedia Commons)
注意:由於版權限制,玻璃基板專用示意圖不易從公開資源取得。建議搭配自行繪製的 TGV 製程示意圖或向業者取得授權圖片以強化文章說服力。

常見問題 FAQ

Q1:玻璃基板與目前主流的 ABF 載板有什麼本質差異?

玻璃基板用無機玻璃材料取代有機樹脂,使得介電特性更穩定、熱膨脹更匹配矽晶片、並且可以做到更細的線路。但玻璃較脆,這是工程上主要需克服的難點。

Q2:玻璃基板會完全取代 ABF 載板嗎?

短期內不會。玻璃基板在成本與產能規模上還有很大差距。預計 2030 年前,玻璃基板將先在超高階 AI 晶片封裝導入,主流市場仍以 ABF 載板為主。

Q3:TGV 穿孔的孔徑能多小?

目前量產等級的 TGV 孔徑可達 10-20μm,孔距可縮小至 40μm 以下。實驗室等級則可達 5μm 孔徑、10μm 孔距,遠優於傳統機械鑽孔。

Q4:為什麼玻璃基板對 AI 晶片特別重要?

AI 晶片需要極高的 I/O 密度和訊號完整性。玻璃的低介電損耗讓訊號衰減更少,而良好的 CTE 匹配讓晶片在運作高溫下仍保持結構穩定。

Q5:台股有哪些公司直接受惠玻璃基板趨勢?

欣興(3037)、臻鼎-KY(4958)在載板研發布局最直接;群創(3481)因面板級封裝技術與 TGV 高度相關,成為跨界焦點;設備廠大量(3167)、東捷(8064)在雷射鑽孔設備上有著墨。

Q6:台積電是否會採用玻璃基板?

目前台積電的先進封裝主力仍以矽中介層(CoWoS)和局部矽互連(InFO、SoIC)為主。玻璃基板尚未進入台積電的正式 roadmap,但若 Intel 搶先量產,台積電極有可能在 2027-2028 年跟進。

Q7:玻璃基板的製程良率目前如何?

目前各家實驗室階段的良率約在 70-85% 之間,遠低於有機載板的 95% 以上。良率提升是量產前的最大技術障礙。

Q8:玻璃基板 vs 面板級封裝(FOPLP)哪個更有潛力?

兩者並非競爭而是互補。玻璃基板是「載板材料」的升級,FOPLP 是「封裝形式」的變革。群創等業者正在嘗試將兩者結合——用玻璃基板進行面板級封裝,實現更大的產出效益。


本文僅提供產業分析與技術科普,不構成任何投資建議。投資人應自行評估風險。

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