Glass - A great opportunity for advanced packaging

在摩爾定律放緩的背景下，半導體行業在先進封裝中投入更多資源，目前封裝主流技術現在利用硅晶圓，但隨着芯片尺寸和芯片集成數量的持續增長，玻璃材料越來越受到關注。

鑑於玻璃基本可能提供更好的成本效益，玻璃在先進封裝中的應用逐漸興起，摩根士丹利在本週的最新報告中分析了玻璃在在半導體行業的應用潛力、優勢、挑戰以及市場前景。

首先是優勢和不足方面，大摩指出：

優勢：除了更大面板尺寸帶來的成本優勢外，玻璃可以提供更好的電性能以降低信號衰減，更高的電阻率以減少串，減少翹曲問題，以及更好的機械強度來抵抗製造過程中的變形。根據研究機構 Yole 估計，扇出型面板級封裝（FOPLP）相比扇出型晶圓級封裝（FOWLP）可以節省 20-30% 的成本。

不足：在高性能計算芯片中更廣泛採用之前，需要更好地解決幾個挑戰，例如，線寬/間距的改進空間，芯片位移，較低的熱導率，小裂縫發展成大缺陷的傾向，以及其生態系統中的採用度較低。

大摩進一步表示，玻璃在各種先進封裝應用中具有很高的潛力，市場空間將以 37% 的複合年增長率增長，但供應鏈還需要幾年時間來優化解決方案。

我們估計，扇出型面板級封裝市場將以 37% 的複合年增長率增長，到 2028 年將達到 2.52 億美元，玻璃的其他應用（中介層和基板）可能在中長期內有更多上升空間。英特爾、台積電、美光等供應鏈玩家正在關注這個市場，更有意義的商業貢獻可能需要幾年時間才會體現，這可能會繼續成為市場的焦點。

玻璃基板的優勢和不足

具體來看，大摩表示，玻璃在封裝中的應用，與硅晶圓類似，玻璃面板可以用作封裝過程中的載體提供支撐，也可以用作中介層提供芯片與基板之間的互連，最後玻璃還可以用在基板核心。

1. 載體：玻璃板可作為臨時載體，支撐芯片和重分佈層（RDL）。

2. 中介層：通過玻璃通孔（TGVs）和重分佈層，玻璃可以作為中介層，提供芯片與基板之間的連接。

3. 基板核心：玻璃可作為基板中的核心，替代傳統有機核心，提供更高的 I/O 密度和更好的機械強度。

1. 大尺寸優勢：玻璃面板的尺寸比硅片大，提供了更好的成本效率。例如，620mm x 750mm 的玻璃板面積為 465000 平方毫米，是 12 英寸硅片的 6.6 倍，這可以在一個載體或中介層中容納更多的芯片。同時，玻璃面板是矩形的，而硅中介層是圓形的，圓形可能導致晶圓邊緣出現一些未使用區域。當芯片尺寸增大時，晶圓面積使用效率可能會更小。根據 Yole 的數據，12 英寸晶圓的平均載體面積使用率僅為 69%，低於 300 毫米 x300 毫米麪板的 84% 面積使用率。Yole 估計，扇出面板級封裝相比扇出晶圓級封裝在相似的良率下可以提供超過 20% 的成本優勢，
2. 電性能改進：玻璃的介電常數較低（2.5-3.2），低於硅晶圓的 3.9，這有助於降低信號損耗，提高信號完整性。同時，玻璃的高電阻率減少了電流泄漏和串擾。
3. 熱膨脹係數可調整：玻璃的熱膨脹係數（CTE）可以通過化學配方調整，從而減輕不同材料之間的 CTE 不匹配導致的翹曲問題，而翹曲變形可能影響封裝的功能和性能。

1. 芯片位移：在先進封裝過程中，粘合在載體、RDL 或中介層上的芯片可能會被迫從其指定位置移開，而芯片位移可能會降低封裝性能。由於面積較大，玻璃面板比硅晶圓更容易出現這種情況。
2. 互連走線的線寬和間距：重分佈層用於將芯片（I/O）連接到其他芯片或基板上，其線寬和線間距是關鍵性能指標之一，它們決定了封裝的 I/O 密度。隨着工藝節點的不斷遷移，越來越多的 I/O 將被封裝到給定的區域，因此分佈層上的走線線寬和線間距也需要更精細。

3. 熱導率：玻璃的熱導率較低（1.1-1.7 W/mK），這可能限制其在高性能芯片中的應用。

4. 開裂風險：玻璃易碎，可能在製造過程中產生裂紋，需要優化的聚合物層或特殊的 TGV 製造技術來緩解。

5. 生態系統成熟度：目前供應鏈尚未成熟，尚需時間發展並增加產量。

玻璃在先進封裝中的市場潛力

我們估計，全球扇出面板級封裝市場規模在 2023 年達到了 5200 萬美元，可能會以 37% 的複合年增長率增長，在 2028 年達到 2.52 億美元。尤其是 2026/2027 年可能加速增長，因為供應鏈需要更多時間來優化解決方案以實現廣泛採用。

除了扇出面板級封裝，玻璃還可以在玻璃中介層或玻璃核心基板中找到機會，因此整體市場規模潛力應該比上述估計更大。例如，DNP 計劃在 2027 財年從玻璃核心基板中產生 50 億日元（3300 萬美元）的收入。