玻璃基板崛起 成先進封裝關鍵材料
近年來,隨著先進封裝(Advanced Packaging)與高效能運算(HPC)需求快速攀升,玻璃基板(Glass Substrate)逐漸成為半導體產業關注的關鍵材料之一。相較於傳統有機基板與矽中介層(Silicon Interposer),玻璃基板在電性、尺寸與熱機械特性上展現出顯著優勢,有望在未來高階封裝技術中扮演核心角色。
首先,在高性能化方面,玻璃基板具備低介電常數(Low-k)的材料特性,有助於降低訊號延遲與串擾(Crosstalk),進而支援高速訊號傳輸。此外,其優異的尺寸穩定性,使其能實現更高密度的重佈線層(RDL)設計,特別適用於Chiplet架構與異質整合應用。這些特性對於AI晶片與高速資料中心運算平台尤為關鍵。
大尺寸與熱穩定優勢 支撐高階封裝發展
其次,在大面積化發展上,玻璃基板可支援最大約240mm × 240mm的面板尺寸(依各家技術路線而異),相較於傳統圓形晶圓具備更高的面積利用率,有利於提升封裝產能與降低單位成本。此特性亦與面板級封裝(Panel Level Packaging, PLP)趨勢相契合,為未來大規模製造提供可行路徑。
在熱特性方面,玻璃的熱膨脹係數(CTE)接近矽材料,可有效降低熱循環過程中的翹曲(Warpage)與應力累積問題,進而提升封裝結構在高溫環境下的長期可靠性。這對於高功率密度晶片而言,是確保產品壽命與穩定度的重要條件。
製程與成本挑戰仍在 量產化關鍵待突破
然而,玻璃基板的導入仍面臨多項技術挑戰。首先,玻璃材料本身具備高度脆性,使其在切割、搬運及製程中容易產生破裂或缺陷,對設備與製程控制提出更高要求。其次,關鍵製程技術如穿透玻璃過孔(Through Glass Via, TGV)尚在發展階段,包含鑽孔、金屬填孔與界面可靠度等問題,皆需進一步突破。
此外,由於玻璃具透明性,傳統光學檢測與缺陷量測方法難以直接套用,需導入新型檢測技術,例如雷射掃描或X光檢測等。再者,玻璃基板作為新興技術,其長期可靠性數據仍不足,尚需透過加速壽命測試與實際應用驗證來建立產業信心。最後,在成本面,目前玻璃基板仍高於有機基板,量產規模與製程成熟度將是未來降本關鍵。
國際大廠與供應鏈積極布局 產業化進程加速
在產業推動方面,多家國際大廠已積極投入研發。例如,Intel已投入超過10億美元,目標於2020年代後半實現商用化;Samsung Electronics亦持續跟進開發;TSMC也已著手相關技術布局。此外,Absolics在美國政府補助政策(如CHIPS Act)支持支持下,正於喬治亞州建設量產設施,顯示此技術已進入產業化前期。
在供應鏈方面,多家材料與基板廠商正積極布局。Fujitsu Interconnect Technologies開發出G-ALCS(Glass All Layer Z Connection Structure)技術,提供多層玻璃核心結構;AGC Inc.與Corning Inc.則憑藉其在顯示器玻璃領域的技術基礎,切入先進封裝市場;HOYA Corporation與SCHOTT AG亦提供高精度玻璃解決方案,支援封裝應用發展。
整體而言,玻璃基板具備優異的電性與機械特性,符合未來高頻高速與大尺寸封裝的發展需求。雖然目前仍存在製程、可靠度與成本等挑戰,但隨著產業鏈持續投入與技術成熟,玻璃基板有望在未來成為先進封裝的重要主流技術之一。