机械设备行业深度报告:玻璃基板产业进展加速,关注TGV加工设备投资机会.pdf

台积电4个月中间发布业绩,公司董事长暨总截值智能家表示正在搭建CoP(ChiponPanelSubstrate)封割技术的试点产线,预期几年后可进入量产阶段。而其长达目标是用玻璃基板取代石墨化中下游,面板化是克服先进封装产能项的难求。随着AI芯片买来尺寸持续走俏,例如宣布艾进RubinQIP已达5.5,同时新品仅能封装订颗甚至4颗;而方形面板可大幅提升利用率与产出率。另一方面,面对AI算力激增带来的散热与封装挑战,传统有机基板已通过物理极限—一高温下的曲面变形制着芯片性能提升,而玻璃基板优势凸显。
玻璃基板具有低介电常数、高耐湿性、高平整度、可面板级基板制造,以及可引导光信号等优点,它不仅能将连接密度提升10倍、降低能耗,还能为芯片间光互联莫定基础,使用等面积内封装数更多硅片成为可能。
玻璃基板的应用主要包括显示领域,以及半导体领域,其中半导体领域可用于替代传统硅中阶层、ABF载板、光波导等。
从进展上看,英特尔是最早布局玻璃基板的企业,2020年1月,英特尔正式宣布玻璃基板技术进入大规模量产阶段,其首款载玻玻璃核心基板的Xen6+“ClearwaterForest”服务器处理器,成为业界首个实现商业化地的玻璃基板产品。率先加入加速将AI硬件的布局,并已开展测试先进的玻璃基板,用于代号为“Bertra”的AI服务器芯片;三显机则向其快速应用玻璃基板样品。厦门云天半导体是国内最先进研发TMT技术的半导体公司,在EXLIX2024深圳电阻材会议上,云天半导表示了其望于快速验证产品功能,同时表示其在国内先进应用玻璃基板的领先地位。其彩虹玻璃事业产10万片TMT产线并实现批量供货,推备满足当前验证及初期单的生产能力。
从产业链来看,上游玻璃供应商主要以德国肖特(SHOPTT)、康宁(Corning)、日本旭种子、电气种子为代表,国内布局玻璃基板材料的厂商包括力诺药包、凯盛科技、戈迈德、旗滨集团等。
加工设备方面,根据艾拜半导体网,国内一条510×515mm玻璃基板产线投资额约13-15亿元(年产80-10万套),其中激光灯及腐蚀线占比约为30%,PVD及黄光设备占比50%,含PVD镀膜机、曝光机(光刻机)等核心设备;清洗、烘干和湿法设备占比约占20%。目前,国内布局抛光设备的企业包括宇感数据,布加激光灯设备的厂商主要包括大族激光、帝尔激光等,汇成真空生磁控溅射设备,洪田股份总部微纳直写光刻设备,佳达伟创、东威科技等布局化设备。

1.1先进封装技术
传统集成电路的芯片工作区和引线普遍采用平面布局,称之为二维芯片。但是,二维平面互联技术存在芯片间互连线过长、信号延迟大等问题,这限制了芯片之间的高频信号传输。20世纪80年代,随着超微加工技术的发展,出现了在单一芯片构建多层电路的芯片结构。系统集成是半导体技术路线的必然趋势。此结构通过绝缘层隔离各层电路,并通过穿孔实现层间电路互连,形成三维封装(简称3D封装)。3D封装技术不仅能为芯片提供稳固的物理保护,并缩短信号传输路径。系统封装是异构集成的一种表现,不用考虑兼顾各芯片的工艺技术,涉及将多个芯片(如无源和有源元件、存储器、传感器、天线)集成到一个封装基板中,而非作为独立的芯片组装到PCB板上。垂直互连技术从纵向维度进一步扩展,促进了系统级集成的不断进步,转接板是最有前景的互联方案之一。
以硅为介质的纵向互连技术除了能缩短互连路径、提高信号传输质量外,还能显著缩小封装尺寸、实现高互连互通和低功耗。但硅本身为半导体体,在一些应用场景中会导致更高的工艺难度和制造成本,甚至降低器件性能。1)射频领域(Through siliconVia,TSV)通常在成型建成后增加一氧化物绝缘层和扩散阻垒层,增加了工艺的复杂性;2)硅的半导体特性产生的金属-氧化物-半导体(MOS)效应会积累电荷,不可避免地增加寄生电容,导致损耗增加。
玻璃因具有低介电常数、高耐热性、高平整度、电绝缘性、可面板级基板制造等优势,被芯片设计开发者引入芯片封装领域作为封装基板使用。TGV玻璃通孔能高密度打孔,核心是玻璃绝缘性好、热膨胀稳定、可做极细孔径与极小间距,而硅/有机材料易短路、受热变形,因此在硅光、Interposer、先进封装里能做到更高布线密度。
TUV技术在高密度互连和低损耗传输特性方面的优势,推动了三维集成与系统级封装技术的向前发展。基于TUV的三维互连技术凭借低成本、低损耗、小型化及高密度集成等优势,已成为三维集成封装领域的重要发展方向。TUV技术结合新设计、新器件与新工艺,可构建小型化、一体化的射频微系统,实现高1/0密度、窄间距的高可靠互连,并支持片上无源器件、高密度铜互连及芯片异构构成。

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