

AI芯片封装尺寸和互连密度激增,暴露有机基板热稳定性与平整度瓶颈,玻璃基板凭借高平整性、低介电损耗和大尺寸制造潜力成为新选择;英特尔与蓝思科技合作探索玻璃芯封装,聚焦TGV工艺与量产良率突破,目标市场为数据中心CPU、AI加速器等高端场景,但大规模商用仍需跨过材料可靠性、工艺一致性和客户验证等关键门槛。
手机玻璃厂开始与英特尔研究芯片封装,这个组合多少有些出人意料。
7月24日,英特尔与蓝思科技宣布开展战略合作,双方准备结合英特尔在半导体架构和先进封装方面的经验,以及蓝思在玻璃材料、精密激光加工和规模制造方面的能力,探索基于玻璃基板的先进封装方案。公告使用的是“探索合作机会”和“加速开发”,没有公布客户、订单、投资金额和量产时间。现阶段,它是一项技术合作,不是玻璃基板已经拿到英特尔量产订单。
但这件事并非两个热门概念临时凑在一起。
英特尔研究玻璃基板已经超过十年,2023年公开展示技术时,曾表示计划在本世纪20年代后半段推出完整解决方案。三星电机已经建设试验线,提出在客户送样后于2027年启动量产;SK集团旗下Absolics也在美国建设玻璃芯封装能力,并获得美国政府1亿美元研发资助。玻璃基板显然已经从实验室话题,走到了中试、客户验证和供应链布局阶段。
距离大规模量产还有多远,目前没人能够给出可靠答案。不过,AI芯片确实给了玻璃一次过去没有的机会。
玻璃基板的优势
先把名称说清楚。
现在行业里谈的“玻璃基板”,很多时候指的是玻璃芯封装基板:把传统封装基板中承担支撑作用的有机芯层换成玻璃,再在玻璃两面制作介质层和铜线路,通过玻璃通孔TGV,把上下两面的电气连接打通。
所以,它并不是整块基板从里到外全由玻璃构成,更不是在手机盖板上刻几条线路,就能拿来封装GPU。
在一套典型的大型AI芯片封装中,计算芯片、I/O芯粒和HBM可能先通过硅中介层或硅桥进行高密度连接,其下方再通过封装基板连接主板、供电系统和外部信号。玻璃芯首先瞄准的,往往是这个封装基板层。另一些技术路线则尝试让玻璃承担中介层功能,但两种产品的线宽、通孔、成本和制造工艺并不相同,不能笼统地归为“玻璃取代硅”。
硅中介层仍然擅长提供极细的芯片间互连,在先进GPU和HBM封装中有成熟应用;有机基板则拥有完整的量产生态和较低成本。玻璃真正要争夺的,是两者之间不断扩大的空间:比有机基板更平、更稳定,能够承载更大的封装;同时又有机会采用大尺寸面板制造,避免完全按照硅晶圆的成本方式生产。
这不是一种材料把另外两种材料全部赶出工厂,而是先进封装开始多出一层选择。
有机基板的限制
传统有机封装基板以树脂和玻璃纤维等材料构成,技术成熟,成本也经过多年优化。普通CPU、GPU和消费电子芯片继续使用有机基板,并没有什么大问题。
AI芯片却在不断改变封装的尺寸和复杂度。
一颗大型加速器不再只是单独一块逻辑芯片,它可能由多个计算芯粒、数颗甚至更多HBM、I/O芯粒和大量供电元件组成。芯片之间需要更宽的通信通道,封装内部的线路越来越密,整个封装面积也越来越大。
尺寸变大后,有机材料受温度影响产生的膨胀、收缩和翘曲更难控制。基板只要不够平,后续光刻对位、芯片贴装和焊接可靠性都会受到影响。为了压住翘曲增加芯层厚度,又会限制通孔尺寸和封装薄型化。IEEE电子封装学会的技术资料将热稳定性、平整度和大尺寸下的尺寸稳定性列为有机基板面临的主要限制。
玻璃的吸引力就在这里。
它的表面平整度、厚度均匀性和尺寸稳定性更好,热膨胀系数还可以通过材料配方调整,使其更接近硅芯片和封装结构的要求。玻璃也具有较低的介电损耗,适合高频高速信号,并可生产成比300毫米硅晶圆更大的面板。
英特尔给出的测试口径是,玻璃基板可将图形失真减少50%,互连密度最高提高10倍,并支持更大的多芯粒封装。这些是英特尔基于自身技术方案得出的目标数据,并非跨厂商统一标准下的行业实测结果,但它至少说明,英特尔押注玻璃并不只是为了换一种基板材料,而是希望继续增加一个封装内能够容纳的芯粒和晶体管数量。
先进制程每前进一代都越来越昂贵,芯片企业开始把不同工艺制造的芯粒装进同一个封装。晶体管还在增加,只是越来越多地从一块大芯片,搬到了一个大封装里。
封装越大,玻璃的优势才越容易体现。
蓝思的机会在哪里?
蓝思过去最为人熟悉的是手机和消费电子玻璃。
这份经历与半导体封装并非毫无关系。大尺寸玻璃基板同样需要高精度切割、减薄、抛光、激光加工、化学蚀刻、表面处理、缺陷检测和自动化搬运。蓝思长期处理玻璃、蓝宝石和陶瓷等脆性材料,也具备大规模制造体系。这些正是英特尔公告中特别提到的合作基础。
蓝思也不是在英特尔公告发布后才临时决定研究TGV。
其2024年年报已经将TGV通孔玻璃基板列入研发项目,涉及激光诱导、蚀刻成孔、金属化、平坦化和线路图形制作;2025年年报进一步提出建设TGV玻璃基板中试线,完成芯片封装级验证,应用方向包括AI芯片和高性能计算。
不过,从消费电子玻璃进入半导体封装,中间并不是换一张名片那么简单。
手机玻璃关注外观、强度、曲面加工和大规模交付;封装玻璃更在意微小裂纹、通孔形貌、铜层附着、线路对位、电气损耗,以及数百次甚至上千次冷热循环之后是否还能保持可靠。
一块玻璃表面看起来完好,不代表里面没有足以在后续热处理过程中扩展的微裂纹。手机盖板即使报废,损失通常还是一块结构件;一块承载多个先进芯粒和HBM的封装基板出现问题,报废的可能是整套高价值器件。
这就是蓝思能够跨界的理由,也是它不能仅凭原有规模优势直接跨过去的门槛。
玻璃基板的难点
TGV是玻璃基板最关键的工艺之一。
它需要在玻璃上形成大量微小通孔,再在孔壁沉积种子层并电镀铜,使电信号和电源能够从玻璃一面传到另一面。通孔直径、深宽比、形貌、铜填充完整度和热应力,都会影响最终性能。
玻璃打孔的技术路线包括激光直接加工、激光改性后化学蚀刻,以及其他机械或刻蚀方法。激光改性加湿法蚀刻有机会兼顾加工速度和孔形控制,但蚀刻液、玻璃成分和工艺窗口必须精确匹配;激光直接打孔效率较高,却要处理热应力和微裂纹。
孔打出来之后,麻烦才刚开始。
玻璃本身不导电,也不容易与铜牢固结合。制造商通常需要先增加附着促进层和铜种子层,再通过电镀完成孔壁覆盖或者整孔填铜。种子层覆盖不完整,可能出现漏镀;铜和玻璃之间附着不足,可能在热循环中分层;高深宽比通孔如果电镀液交换不充分,又容易出现空洞和填充不均。
玻璃的平整和刚性是优点,脆性却不会因此消失。
IEEE资料指出,实际玻璃强度往往受到表面微裂纹影响,大尺寸、薄型玻璃在搬运、切割和热处理时更容易发生破损。铜线路、介质层与玻璃之间的热膨胀差异,还可能让应力集中在切割边缘并形成裂纹。相关研究已经通过线路厚度、边缘结构、切割和材料设计改善可靠性,但这些解决方案仍需要在大规模生产中反复验证。
实验室里做好几块样品,与工厂连续生产几万块产品,根本不是同一张考卷。
玻璃基板当前真正缺少的,并不是某一项参数可以达到多高,而是从打孔、金属化、增层线路、贴装到测试的整条产线,能不能获得稳定良率。
为什么英特尔、三星和美国政府都愿意提前下注?
玻璃基板目前尚未形成成熟的大规模市场,产业链却已经开始抢位置。
英特尔的优势在先进封装架构和系统整合,希望将玻璃与EMIB、Foveros、Chiplet和未来光互连结合;蓝思提供精密玻璃处理和规模制造能力。三星电机则从传统FCBGA业务向玻璃芯扩展,不仅建设试验线,还与住友化学集团签署合资意向,试图提前建立玻璃芯材料供应能力。
Absolics走的是另一条路线。美国商务部已经给予其1亿美元直接资助,并要求配套约8900万美元共同投资,用于玻璃芯基板研发、原型验证和低产量制造能力建设。官方措辞仍然是研发、验证和生态建设,并没有把项目描述为成熟的大规模量产业务。
这些投资反映出一个共同判断:先进封装基板可能成为AI芯片供应链中新的战略环节。
台积电依靠CoWoS形成了强大的先进封装生态;英特尔希望通过EMIB、Foveros和新材料建立差异化;三星、SK集团则试图将存储、封装和基板能力组合起来。玻璃一旦进入量产,价值不会只落在玻璃材料厂手里,还会扩散到激光设备、湿法蚀刻、电镀材料、铜填充、光刻、检测和封装设计工具。
所以,玻璃基板热起来之后,市场上很快会出现一长串“已经布局”的公司。
判断这些公司时,不能只看是否做出一块透明样品,甚至不能只看有没有中试线。更有意义的是看通孔尺寸和一致性、面板尺寸、线路能力、热循环结果、客户验证阶段,以及是否产生稳定收入。
玻璃基板这门生意,最不缺的可能就是概念验证。
缺的是客户愿意把昂贵的AI芯片真正装上去。
玻璃会不会取代有机基板和硅中介层?
至少未来几年,不会出现简单的全面替代。
普通封装对成本高度敏感,有机基板的技术和供应链仍然成熟。玻璃首先适合的,是封装尺寸大、互连密度高、信号速度快,而且芯片价值足以承担新材料成本的产品,例如数据中心CPU、AI加速器、高端GPU以及部分网络和光电共封装系统。英特尔也明确将数据中心、AI和图形计算列为玻璃基板最初的目标市场。
硅中介层同样不会轻易退出。芯片间最精细的互连仍然需要成熟的硅加工能力,玻璃是否能够将线路精度、可靠性和量产良率提升到同一水平,还要看具体架构。更可能出现的情况,是硅桥、局部硅中介层、玻璃芯基板和有机增层材料共同存在,各自放在最合适的位置。
三星电机将玻璃芯计划首先瞄准服务器CPU和AI加速器,并提出2027年量产目标;英特尔此前的时间表也是本世纪20年代后半段。这些厂商给出的路线图说明,2026年至2027年更像验证和导入期,而非有机基板突然被大规模淘汰的年份。
玻璃基板若能成功,首先改变的也不会是所有芯片。
它会从那些最大、最贵、最耗电,也最难封装的AI芯片开始。
结语
过去,芯片性能主要由晶圆厂的工艺节点决定。现在,计算芯粒、HBM和I/O越装越多,封装底下那块过去不太受关注的基板,也开始影响芯片能做多大、线路能铺多密、信号能跑多快。
玻璃的性能优势已经讲了很多年。这次不同的是,AI加速器终于把封装尺寸、功耗和互连密度推到了有机材料越来越难受的位置。
但玻璃基板能不能成为下一代先进封装平台,最终不取决于新闻稿里的合作名单,也不取决于展示柜里那块样品有多漂亮。
要看的是数以万计的TGV能否稳定金属化,大尺寸基板能否不裂,客户芯片能否按时通过验证,以及良率降下来之后,成本还有没有竞争力。
所以英特尔与蓝思科技合作,最有意思的地方并不是“手机玻璃厂也来做半导体”。它说明先进封装的技术边界正在继续向材料和精密制造外扩。
本文来自微信公众号: TechSugar ,作者:谈芯