玻璃時代：玻璃基板如何引領高效能半導體封裝的下一場革命

不可避免的轉變：為何高效能封裝需要新基石

半導體產業正處於一個根本性的轉捩點，數十年來，由摩爾定律所驅動的電晶體微縮，是推動運算能力呈指數級增長的黃金準則。然而，隨著物理極限的逼近，在單一晶片上縮小電晶體的經濟效益和技術可行性正迅速遞減 。從 14 奈米到 3 奈米，甚至更先進的製程節點，其開發成本與製造複雜性急劇攀升。這場微縮競賽的放緩，迫使產業尋找新的途徑來延續效能的提升，而答案，已不再僅僅存在於矽晶圓本身。   

Chiplet 勢在必行與異質整合的崛起

為應對此挑戰，一個名為「異質整合」（Heterogeneous Integration）的全新典範應運而生，其核心理念是 Chiplet（小晶片）架構 。與其製造一顆巨大、昂貴且良率偏低的單體系統單晶片（System-on-Chip, SoC），不如將其功能拆解成多個更小、更專業化的 Chiplet。這些 Chiplet 可以使用最適合其功能的製程節點來製造——例如，高效能運算核心採用最先進的 3 奈米製程，而 I/O 或記憶體控制器則可使用成本效益更高的成熟製程。隨後，這些各自獨立的 Chiplet 在封裝層級被重新整合在一起，共同運作，形成一個功能強大的系統 。   

這種模式帶來了巨大的優勢：更高的良率、更低的成本、更靈活的設計以及更快的產品上市時間。特別是在人工智慧（AI）和高效能運算（HPC）領域，這種架構已成為主流。AI 加速器和伺服器處理器需要整合龐大的運算單元、高頻寬記憶體（HBM）堆疊以及高速 I/O，這些需求使得單體晶片的設計變得不切實際。Chiplet 架構允許設計者將多個 GPU 核心與 HBM 堆疊緊密地封裝在一起，從而突破單一光罩尺寸的限制，實現前所未有的運算密度和記憶體頻寬 。   

基板：成為新的重心

隨著 Chiplet 架構的普及，半導體產業的價值重心正在發生一場深刻的結構性轉移。過去，絕大部分的價值和技術創新都集中在矽晶圓的「前端」製程。然而，當整合的挑戰從晶片內部轉移到封裝層級時，承載並連接這些 Chiplet 的「基板」（Substrate）便從一個被動的支撐元件，躍升為決定整個系統效能、功耗和可靠性的核心樞紐 。   

這個新的重心對基板提出了前所未有的嚴苛要求。它不再只是簡單地將一顆晶片連接到印刷電路板（PCB），而是必須扮演一個微型系統板的角色，承擔起以下關鍵任務：

1. 超高密度互連：基板必須提供極其精細的線路，以每秒數太位元（Terabits per second）的速度連接數以萬計的微凸塊（micro-bumps），確保 Chiplet 之間的高速資料交換 。   

   
   

2. 穩定的功率傳輸：為龐大的 AI 晶片叢集提供數百甚至上千安培的電流，同時必須將電壓降和雜訊抑制到最低，以保證運算的穩定性 。   

   
   

3. 高效的熱管理：將數百瓦的廢熱從緊密排列的 Chiplet 中迅速導出，防止過熱導致的效能下降或系統損壞 。   

   
   

4. 訊號完整性：在超高頻率下維持訊號的清晰度和完整性，避免訊號衰減和串擾，這對於高速 SerDes 和記憶體介面至關重要 。   

   
   

這種角色的轉變意味著，半導體產業正在經歷一場根本性的架構倒置。數十年來，價值幾乎完全集中在矽晶片上。如今，顯著的價值和效能差異化正從矽晶片轉移到封裝基板中。這場轉變重新定義了競爭格局，使得基板技術的戰略重要性，幾乎等同於晶片本身的光刻製程節點。過去，投資者和分析師主要關注台積電、三星和英特爾在幾奈米製程上的競賽；未來，他們必須以同樣的敏銳度關注這些巨頭在封裝基板技術上的佈局。基板的選擇，已從一個單純的成本考量，演變為一項決定系統架構上限的關鍵決策。基板的瓶頸，將直接成為整個系統的效能瓶頸。因此，尋找一種能夠滿足下一代 Chiplet 需求的全新基板材料，不僅是一次技術升級，更是一場決定未來十年運算架構走向的材料革命。

直面 Chiplet 時代有機基板的極限

在過去數十年中，以味之素堆積膜（Ajinomoto Build-up Film, ABF）為代表的有機基板，一直是高效能處理器封裝的基石 。ABF 材料以其優異的絕緣性、低介電常數和相對成熟的製造工藝，成功地支持了多代 CPU 和 GPU 的發展。然而，隨著 Chiplet 時代的到來，封裝尺寸和複雜性呈爆炸性增長，ABF 有機基板固有的物理和電氣缺陷開始顯現，並逐漸成為制約系統效能持續擴展的關鍵瓶頸。   

翹曲困境：規模與物理的危機

ABF 基板面臨的最根本、也最棘手的挑戰，是其機械結構的穩定性問題，即「翹曲」（Warpage）。這個問題源於一個無法迴避的物理現實：材料熱膨脹係數（Coefficient of Thermal Expansion, CTE）的巨大差異。ABF 等有機材料的 CTE 約為  15−17 ppm/∘C，而矽晶片的 CTE 僅約為 3 ppm/∘C 。兩者之間存在超過五倍的差異。   

在單晶片時代，當封裝尺寸較小時，這種差異尚可透過底部填充膠（Underfill）等方式加以控制。然而，在 Chiplet 時代，為了容納更多的運算單元和 HBM 堆疊，AI 加速器的封裝尺寸急劇增大，例如達到 72×72 mm 或更大 。在如此大的面積上，微小的 CTE 差異會被顯著放大。當封裝體經歷溫度循環，特別是在高達    

250−350∘C 的迴焊（Reflow）過程中，有機基板的膨脹和收縮幅度遠大於其上方的矽晶片，導致整個封裝體像雙金屬片一樣發生彎曲或扭曲 。   

這種翹曲並非微不足道的形變，而是導致災難性良率損失的元兇。嚴重的翹曲會導致：

• 焊點開路：基板邊緣的球柵陣列（BGA）焊球被拉伸，導致與 PCB 的連接斷開 。   

  
  

• 焊球短路：封裝角落的 BGA 焊球因受壓而塌陷，與相鄰焊球橋接，造成短路 。   

  
  

• 分層：基板內部不同材料層之間或基板與晶片之間因應力過大而剝離 。   

  
  

這些缺陷直接導致製造成本飆升和產品可靠性下降，業界為緩解翹曲問題，採取了看似直接的應對措施：增加基板的剛性。這通常是通過增加基板核心層的厚度和堆疊更多層數來實現的 。然而，這是一場註定失敗的戰鬥。這種「加厚增層」的策略，雖然在一定程度上抑制了翹曲，卻帶來了一系列新的、更為棘手的問題，使得封裝變得更厚、更重、更昂貴，並且嚴重惡化了至關重要的電氣效能 。   

電氣瓶頸：Terabyte 速度下的訊號完整性衰退

為緩解翹曲而增加的基板厚度和層數，直接導致了電氣效能的災難，訊號在基板內部傳輸的路徑變長，而 ABF 等有機材料本身對於高頻訊號而言並非理想的介質，其關鍵電氣特性——介電常數（Dk​）和介電損耗（Df​）——相對較高（例如，ABF 的 Dk​≈3.3, Df​≈0.0044）。   

隨著 Chiplet 之間的互連速度邁向 224 Gbps 甚至更高的世代，高 Dk​ 和 Df​ 值會導致嚴重的訊號衰減（即插入損耗）和失真，訊號在傳輸過程中能量損失過大，波形變得模糊，使得接收端難以準確判讀 0 和 1，從而導致資料傳輸錯誤。這種電氣瓶頸迫使設計師採用更複雜的電路設計和訊號補償技術，進一步增加了封裝的複雜性和功耗，形成惡性循環。   

擴展之牆：觸及互連密度的物理極限

除了機械和電氣問題，有機基板在製造精度上也面臨著一道難以逾越的牆。現代 Chiplet 介面要求極其精細的線寬/線距（Line/Space, L/S）和高密度的微孔（microvias）來實現海量 I/O 連接 。   

儘管半加成法（Semi-Additive Process, SAP）等先進製程已將有機基板的 L/S 推向 10μm 以下，但在大面積、且本身存在翹曲問題的有機面板上，要穩定且高良率地實現 L/S≤2μm 的超精細線路，是一項巨大的挑戰 。基板在製程中的熱脹冷縮會導致圖案變形和對位不準，嚴重影響良率。這直接限制了 Chiplet 之間的 I/O 密度，成為了系統頻寬的瓶頸 。   

有機基板的困境，實質上是一種系統性的共同優化失效。為解決機械問題（翹曲）而採取的「解方」（增厚增層），直接惡化了電氣問題（訊號損耗）和成本問題（更多層數）。這表明，該技術正走向報酬遞減的窘境。產業正陷入一個負向回饋循環：為追求更大的封裝尺寸以容納更多 Chiplet，導致更嚴重的翹曲；為解決翹曲而增加的基板厚度，又反過來扼殺了所需的高速電氣效能和佈線密度。這不再是一個可以透過漸進式工程改良來解決的瓶頸，而是一個需要從根本材料上進行顛覆性創新的架構性僵局。

明確的贏家：玻璃基板的多面向材料優勢

面對有機基板在 Chiplet 時代所暴露出的系統性困境，半導體產業迫切需要一種全新的材料平台，而玻璃核心基板（Glass Core Substrate, GCS）正以其無可比擬的綜合優勢，成為這場材料革命的領跑者。玻璃並非僅僅是有機材料的簡單替代品，它在機械、熱、電氣及光學特性上的全面超越，為解決當前封裝瓶頸提供了根本性的方案。

機械與熱學的絕對主宰

玻璃基板最核心的優勢在於其卓越的機械和熱穩定性，這直接針對有機基板的翹曲頑疾。

• 可調控的熱膨脹係數（CTE）：與有機基板固定的高 CTE 不同，玻璃的 CTE 可以透過調整其化學成分進行精密工程設計，使其範圍在 3 至 10 ppm/∘C 之間 。這意味著玻璃基板的 CTE 可以被調整到與矽晶片（約 3 ppm/∘C）極為接近的水平。這種近乎完美的匹配，從根本上消除了熱循環過程中因材料膨脹差異而產生的巨大應力，從而極大地抑制了翹曲。研究顯示，在大型面板上，玻璃基板的翹曲表現比有機基板好上約 3 倍 。   

  
  

• 卓越的尺寸穩定性與剛性：玻璃是一種高剛性材料，其尺寸穩定性遠超有機聚合物，不易受溫度和濕度變化的影響 。這為後續的精細線路製作提供了一個極其平坦、穩定的平台，是實現高密度互連的先決條件。   

  
  

• 極致的平坦度：康寧（Corning）等公司開發的熔融下拉（fusion forming）等先進製程，能夠生產出大尺寸、具有傑出平坦度和極低總厚度變異（Total Thickness Variation, TTV）的玻璃面板 。這種近乎完美的表面品質，對於高良率的晶片組裝和精細圖案的光刻至關重要。   

無與倫比的電氣性能

在高速訊號傳輸方面，玻璃作為一種優異的絕緣體，其電氣特性遠勝於有機介電材料。

• 為高速訊號而生的低損耗特性：玻璃具有極低的介電常數（Dk​≈2.5−3.0）和極低的介電損耗（Df​）。這意味著高頻訊號在玻璃中傳輸時，能量損失和訊號失真都極小。在學術研究中，基於玻璃的傳輸線甚至在高達 220 GHz 的頻率下，仍能實現僅 0.3 dB 的超低損耗 。   

  
  

• 英特爾的技術藍圖：英特爾在其技術藍圖中明確指出，玻璃基板能夠支持下一代 448 Gbps 的超高速訊號傳輸，並維持優異的訊號完整性。英特爾聲稱，若要在傳統有機基板上實現同等級的效能，將不得不轉向複雜且昂貴的光學互連方案 。玻璃基板的出現，延續了電氣互連的生命週期，推遲了全面光學化的需求。   

賦予架構設計的自由

玻璃基板優越的物理和電氣特性，轉化為系統架構師前所未有的設計自由度，使其能夠構建更大、更密集、更強大的晶片系統。

• 前所未有的 I/O 密度：玻璃的尺寸穩定性使得在其上製作超精細線路成為可能，輕鬆突破了有機基板難以逾越的 2μm L/S 障礙 。   

  
  

• 更高的通孔密度：透過玻璃通孔（Through-Glass Via, TGV）技術，可以在玻璃基板上實現極高密度的垂直互連。英特爾的數據顯示，相較於有機基板的機械鑽孔，玻璃基板的通孔密度可提升高達 10 倍（TGV 間距 100μm vs. 有機基板通孔間距 325μm）。   

  
  

• 更大的封裝與更多的晶片：綜合以上優勢，玻璃基板使得製造更大尺寸的封裝體而無須擔心良率崩潰成為現實。英特爾宣稱，在相同的封裝面積下，玻璃基板可以容納多出 50% 的晶片數量 。這對於需要整合越來越多運算和記憶體單元的 AI 加速器而言，是一個決定性的優勢。   

迎接光學互連的未來

玻璃的透明性為其帶來了獨一無二的潛力——成為電子與光子整合的理想平台。

• 無縫整合光電元件：玻璃的透明特性，使其非常適合用於共同封裝電子積體電路（EIC）和光子積體電路（PIC）。可以在基板內部直接整合低損耗的光波導，極大地簡化了光纖與晶片的對準過程，實現了晶片間超高頻寬、超低延遲的光學 I/O 。   

  
  

下表總結了玻璃核心基板相較於傳統有機基板和作為基準的矽材料，在各項關鍵性能指標上的量化對比。

表 1：基板材料特性比較分析

特性指標	矽 (Silicon) - 基準	玻璃核心基板 (GCS)	有機 (ABF) 基板
熱膨脹係數 (CTE) (ppm/∘C)	∼3	3−10 (可調控)	∼15−17
翹曲 (Warpage)	極低	非常低 (~3 倍優於有機)	高
介電常數 (Dk​) (@ 1 GHz)	∼11.9 (半導體)	∼2.5−3.0	∼3.3
介電損耗 (Df​) (@ 1 GHz)	高 (半導體)	非常低	低至中等 (∼0.0044)
最小線寬/線距 (L/S) (μm)	<1 (光刻)	<2	∼8 (量產), <2 (挑戰)
導熱係數 (W/m−K)	∼150	∼0.8−1.4	∼0.2−0.5
通孔密度 (相對)	高 (TSV)	非常高 (TGV, ∼10 倍優於有機)	基準 (機械鑽孔)

從這張對比表中可以清晰地看出，玻璃基板在各個關鍵維度上都展現出作為下一代高效能封裝平台的巨大潛力。它不僅解決了有機基板的固有缺陷，更在效能和架構可能性上開闢了新的天地。

產業導入與戰略佈局：一場邁向商業化的競賽

玻璃基板所展現出的顛覆性潛力，已經引發了全球半導體巨頭之間一場激烈的戰略競賽。這場競賽不僅關乎技術領先，更關乎未來十年在 AI 和 HPC 市場的主導權。從晶片設計公司到晶圓代工廠，再到基板製造商，整個產業鏈都在加速佈局，試圖在這場即將到來的材料革命中搶佔有利位置。

英特爾的豪賭：十年磨一劍，重奪封裝霸權

在這場競賽中，英特爾（Intel）無疑是最大聲、也最激進的倡導者。英特爾將玻璃基板視為其「系統級晶圓代工」（Systems Foundry）戰略的核心支柱，旨在為 AI 時代提供無與倫比的封裝解決方案 。   

英特爾的決心並非一時興起，而是源於超過十年的深耕。公司在此領域已投入超過 10 億美元，在其位於亞利桑那州錢德勒的工廠建立了一條專門的研發與試產線，並累積了超過 600 項相關專利 。其技術藍圖清晰明確：在 2030 年前將玻璃基板導入商業化產品，試產線預計於 2025 年投入運營 。這表明玻璃基板對英特爾而言，已不僅是一個前瞻性的研究項目，而是一項有著明確時間表和龐大資金支持的戰略級商業計劃。   

英特爾的戰略意圖呈現出雙重性。一方面，透過率先掌握玻璃基板技術，為其自家的 CPU 和 AI 加速器產品建立一道難以逾越的護城河，從而在與 AMD 和 NVIDIA 的競爭中獲得差異化優勢。另一方面，英特爾計劃透過其晶圓代工服務（Intel Foundry Services），向外部客戶提供玻璃基板封裝技術，甚至可能授權其技術，從而開創新的營收來源，並挑戰台積電在先進封裝領域的統治地位 。   

韓國戰線：三星與 SKC/Absolics 的鉗形攻勢

面對英特爾的積極進取，韓國半導體產業也迅速行動，形成了由三星（Samsung）和 SKC 子公司 Absolics 組成的雙重攻勢。

• 三星：作為全球領先的整合元件製造商（IDM），三星深知先進封裝的重要性。公司已在其世宗市的工廠啟動了一條玻璃基板試產線，並設定了 2028 年實現商業化的目標 。為了縮短學習曲線，三星還策略性地從英特爾招募了擁有豐富玻璃基板經驗的資深工程師，以加速其研發進程 。   

  
  

• SKC/Absolics：由韓國 SK 集團旗下的 SKC 與設備巨頭應用材料（Applied Materials）合資成立的 Absolics，其目標是成為全球第一家量產玻璃基板的專業供應商。Absolics 已在美國喬治亞州投資 6 億美元興建一座先進工廠，該項目還獲得了美國《晶片法案》的資金支持，並計劃於 2025 年開始量產 。作為一個專注的材料供應商，Absolics 有潛力在市場初期佔據先發優勢。   

  
  

值得注意的是，市場上不斷有報導指出，三星正在積極尋求與英特爾的合作，可能的形式包括技術授權或建立合資企業 。這反映出三星務實的戰略考量：與其從零開始追趕英特爾長達十年的研發積累，不如透過合作來加速自身的技術導入，從而更有效地與共同的競爭對手台積電抗衡。   

代工龍頭的回應：台積電的戰略防禦

儘管英特爾在公開宣傳上更為高調，但作為先進封裝領域的現任王者，台積電（TSMC）絕不會坐視不理。玻璃基板的崛起，直接威脅到台積電賴以稱霸的 CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）封裝平台的未來。CoWoS 目前主要依賴矽中介層（silicon interposer），而玻璃基板正是一個極具潛力的替代方案。

為應對這一挑戰，台積電正積極部署其防禦策略。據報導，台積電不僅在開發自己的玻璃基板解決方案，更可能將其融入下一代的 CoWoS 演進版本中，例如其提出的 CoPoS（Chip on Panel on Subsystem）概念，就明確提及在大型面板上使用玻璃或藍寶石取代矽中介層 。此外，台積電也正聯合其長期合作的供應鏈夥伴，如全球最大的基板製造商欣興電子（Unimicron），共同組建玻璃基板生態系聯盟，這表明台積電對此技術的投入是嚴肅且長期的 。   

需求端的拉力：AMD、NVIDIA 與雲端巨頭的推動

這場技術轉型不僅僅是由供應商推動的，更受到來自市場需求端的強大拉力。作為 AI 加速器市場的領導者，AMD 和 NVIDIA 的選擇對整個生態系具有指標性意義。

• AMD：據報導，AMD 正在與包括信越（Shinko）、欣興、奧特斯（AT&S）和三星電機在內的多家供應商積極測試玻璃基板，並有傳言稱其最早可能在 2025-2026 年推出採用玻璃基板的產品 。   

  
  

• NVIDIA：同樣地，NVIDIA 據傳也正與台積電密切合作，為其未來的 GPU 產品開發玻璃基板解決方案 。   

  
  

來自 AI 晶片雙雄的明確需求，為整個供應鏈提供了最強大的發展動力，促使從材料到設備的各個環節加速技術成熟和產能建設。

這場圍繞玻璃基板的競賽，實質上是半導體產業新一輪的「封裝戰爭」，其核心是英特爾與台積電之間的戰略博弈。對英特爾而言，這是一場旨在超越台積電成熟 CoWoS 生態系的「進攻戰」，試圖透過技術代差建立新的競爭壁壘。對台積電而言，這則是一場必須打贏的「防禦戰」，以消弭英特爾的威脅，鞏固其在先進封裝領域的領導地位。這場巨頭間的技術軍備競賽，將不可避免地加速玻璃基板技術的成熟與普及。

與此同時，英特爾決定開放其玻璃基板技術授權，而非完全獨佔，這是一步高明的棋。英特爾意識到，單憑一己之力無法快速建立起一個足以抗衡台積電的全球供應鏈生態系。透過向三星等潛在盟友授權技術，英特爾可以加速一個「反台積電聯盟」的形成，以一個相對開放的 GCS 生態系，對抗台積電相對封閉的 CoWoS 生態系。這為投資者指明了方向：機會不僅在於押注英特爾本身，更在於投資整個將與英特爾標準結盟的生態系中的眾多企業。

表 2：競爭格局與 GCS 商業化路線圖

參與者	戰略目標/定位	關鍵投資	試產/量產時間表	主要已知合作夥伴
英特爾 (Intel)	進攻者；技術領導者與授權方	> $10 億美元 (亞利桑那州研發線)	2025 年試產；2030 年前量產	積極建立生態系，可能與三星合作
三星 (Samsung)	快速追隨者；挑戰台積電	世宗市試產線	2028 年目標量產	探索與英特爾的技術合作
SKC/Absolics	專業供應商；市場先行者	$6 億美元 (喬治亞州工廠)	2025 年目標量產	應用材料 (合資方)
台積電 (TSMC)	防禦者；維持封裝領導地位	內部研發；CoPoS 概念	未明確，但積極開發中	欣興電子 (Unimicron) 等供應鏈夥伴
AMD / NVIDIA	需求驅動者；首批採用者	產品開發與供應商驗證	傳聞 2025-2026 年推出產品	AMD: 多家供應商；NVIDIA: 台積電
其他基板製造商	技術跟進者	研發投入	普遍處於研發階段	Ibiden, Unimicron, AT&S 等

連鎖效應：重新定義先進封裝架構

玻璃核心基板的引入，其意義遠不止於對現有有機基板的簡單材料替換。它是一項平台級的創新，其卓越的性能組合正在從根本上改寫先進封裝的設計規則，催生出全新的系統架構，並重新定義效能、成本與尺寸之間的平衡。

超越 CoWoS：作為顛覆性替代方案的玻璃中介層

台積電的 CoWoS 技術是當前 2.5D 封裝的黃金標準，其核心是在一顆大型的矽中介層（silicon interposer）上並排安放邏輯晶片和 HBM 記憶體。玻璃基板可以直接作為矽中介層的替代品，並且在多個方面展現出顯著的優勢 。   

• 電氣性能更優：矽本身是一種半導體，即使是高電阻率矽，在高頻下仍存在不可避免的電氣損耗。而玻璃作為一種絕緣體，其損耗遠低於矽，能為晶片間的超高速通訊提供更乾淨的訊號通道 。   

  
  

• 成本與尺寸優勢：矽中介層的製造依賴於昂貴的晶圓廠製程，且其尺寸受限於單個晶圓的大小。而玻璃可以透過類似於平板顯示器的製程，以更低的成本製造出尺寸遠大於晶圓的矩形大面板 。   

  
  

• 製程簡化：在矽中介層上製作矽通孔（TSV）時，必須先沉積一層絕緣層以防止訊號洩漏。而玻璃本身就是絕緣體，製作 TGV 時無需此一步驟，簡化了製程，降低了成本 。   

  
  

這些優勢使得玻璃中介層成為一個極具吸引力的選項，它有潛力在提供更高電氣效能的同時，降低大面積先進封裝的成本，直接挑戰台積電以矽為基礎的 CoWoS-S 技術。

實現真正的面板級封裝（PLP）

玻璃基板最具革命性的潛力之一，在於它能將半導體封裝從「晶圓級」帶向真正的「面板級」。能夠以高良率製造大尺寸矩形玻璃面板（如 515×510 mm 或更大）是實現這一飛躍的關鍵 。   

面板級封裝（Panel-Level Packaging, PLP）相比於在圓形晶圓上進行封裝，其面積利用率大幅提升，可超過 95%，而圓形晶圓則會浪費大量邊角料 。在規模化生產時，更高的面積利用率直接轉化為更低的單位生產成本。   

過去，有機基板雖然也採用面板製程，但其固有的翹曲和尺寸不穩定性，限制了在大面板上實現超精細線路的能力。而玻璃基"板"卓越的尺寸穩定性和平坦度，完美地解決了這個問題，使得在大面積面板上進行高精度的微影和組裝成為可能 。這也讓半導體產業能夠直接借鑒和利用平板顯示器產業數十年來積累的成熟大尺寸面板處理設備和經驗，從而加速技術的成熟和成本的下降 。   

系統級封裝（SiP）的終極整合平台

憑藉其容納更多晶片、支持更高 I/O 密度、整合光學元件以及優異的高頻性能，玻璃基板正在成為下一代複雜系統級封裝（System-in-Package, SiP）的理想基礎平台 。   

未來的 SiP 將不再局限於整合邏輯和記憶體。玻璃基板的高穩定性和高耐溫性，使其能夠在單一基板上或基板內，直接整合射頻（RF）前端模組、感測器、甚至是先進的整合式電壓調節器（IVR）等電源管理方案 。英特爾在其技術文件中特別提到，玻璃基板更高的耐溫能力，為實現先進的整合式電源傳輸方案提供了可能 。這將極大地縮短供電路徑，降低功率損耗，為整個系統帶來更高的能效。   

玻璃基板並非一次漸進式的改良，而是一次平台級的躍遷。它成功地融合了兩種傳統技術路線的優點：一方面，它具備了類似於矽中介層的高密度佈線能力（如小於 2μm 的 L/S 和高密度的 TGV）；另一方面，它又得益於大尺寸面板製程，具備了類似於有機基板的規模化成本經濟性。

這種「兩全其美」的特性，打破了過去系統架構師在設計高效能系統時所面臨的兩難選擇：要麼為了極致效能而選擇小面積、高成本的矽中介層（如 CoWoS-S），要麼為了大面積、低成本而犧牲效能，選擇有機基板。玻璃基板的出現，創造了一個全新的類別，使得設計師能夠在不犧牲效能的前提下，構建更大、更複雜的系統，同時還能控制成本。這就是為什麼它被視為一場「革命」而非「演進」，它從根本上改變了高效能運算系統的設計規則和經濟模型，有望催生出過去因技術或成本限制而無法實現的全新產品形態。

打造玻璃供應鏈：挑戰與機遇

儘管玻璃基板的理論優勢和戰略價值已十分明確，但要將其從實驗室推向大規模量產，仍需克服一系列嚴峻的製造挑戰，並從零開始建立一個全新的、複雜的供應鏈生態系。這個過程充滿了技術難關，但同時也為整個產業鏈的各個環節帶來了巨大的創新和投資機遇。

核心挑戰：攻克玻璃通孔（TGV）製造難題

玻璃通孔（TGV）是實現玻璃基板垂直電氣互連的關鍵技術，其製造工藝的良率、成本和可靠性，是決定玻璃基板能否成功商業化的最大瓶頸。TGV 的製造過程主要包括通孔形成和金屬填充兩個核心環節，每個環節都充滿挑戰。

通孔形成

• 技術路徑：目前主流的 TGV 形成技術包括雷射鑽孔和蝕刻兩大類。雷射鑽孔可使用二氧化碳雷射或超短脈衝雷射（如飛秒雷射）；蝕刻法則包括濕式蝕刻、電漿蝕刻，以及一種結合了雷射與蝕刻的先進技術——選擇性雷射誘導蝕刻（Selective Laser-induced Etching, SLE）。   

  
  

• 製造挑戰：

  1. 產能與速度：高效能封裝需要數以萬計甚至數十萬計的 TGV。如何以每秒數千孔的速度進行高通量加工，是控制成本的關鍵 。   

     
     

  2. 品質一致性：必須精確控制每個通孔的形狀，包括錐度（taper angle）和圓度，任何不一致都會影響後續的金屬填充品質 。   

     
     

  3. 微裂紋與碎屑：玻璃的脆性使其在加工過程中極易產生微裂紋（microcracks）和邊緣碎裂（chipping）。這些微小的結構缺陷會嚴重削弱基板的機械強度，成為日後可靠性失效的隱患 。   

     
     

  4. 殘渣管理：雷射燒蝕或蝕刻過程中產生的碎屑和殘渣如果不能被有效清除，會堵塞通孔，阻礙後續的金屬化製程 。   

金屬化與填充

• 製程：在通孔形成後，需要在孔壁上沉積一層導電的晶種層（seed layer），然後透過電鍍等方式將銅完全填充到通孔中，形成導電通路 。   

  
  

• 製造挑戰：

  1. 無空洞填充：在高深寬比（high-aspect-ratio）的微小通孔中，要實現完全無空洞（void-free）的銅填充極具挑戰性。任何微小的空洞都會導致電阻升高，甚至形成開路，直接造成電氣失效 。   

     
     

  2. 附著力：銅與光滑的玻璃孔壁之間的附著力是另一個關鍵。如果附著力不足，在後續的熱應力作用下，銅柱與玻璃之間可能會發生分層（delamination），破壞電氣連接 。   

     
     

  3. 銅擴散：銅原子有可能會隨著時間和溫度的變化，逐漸擴散到周圍的玻璃介質中，這可能導致絕緣性能下降，引發長期的可靠性問題 。   

可靠性驗證

TGV 結構的長期可靠性是最終能否被市場所接受的關鍵。填充在通孔內的銅（CTE 約 17 ppm/∘C）與周圍的玻璃（CTE 約 3−10 ppm/∘C）之間存在顯著的 CTE 差異。在反覆的溫度循環中，這種差異會產生持續的應力，可能導致銅柱突出、玻璃開裂或介面分層 。英特爾也承認，應力管理是他們正在積極解決的關鍵問題之一 。因此，必須透過嚴格的加速老化測試來驗證 TGV 結構的長期穩定性。   

TGV 的製造，特別是其良率、成本和可靠性的控制，無疑是玻璃基板技術商業化道路上最關鍵的隘口。它不僅是技術上最複雜的環節，也是決定整個技術路線經濟可行性的命脈。因此，任何能夠在高通量、無缺陷的 TGV 加工技術上取得突破的公司——無論是開發出新型雷射源的設備商，還是發明了新蝕刻化學品的材料商——都將掌握開啟整個玻璃基板市場的鑰匙。這使得 TGV 製程生態系成為創投最活躍的領域，也是投資者需要密切關注的核心地帶。

表 3：TGV 製造挑戰與新興解決方案

製程環節	關鍵挑戰	主要技術路徑/解決方案	主要參與者/創新者
通孔鑽孔 (形成)	產能、微裂紋、形狀控制、碎屑	超短脈衝雷射 (飛秒/皮秒) 鑽孔、選擇性雷射誘導蝕刻 (SLE)、電漿蝕刻	設備商 (Philoptics, DR Laser)、研究機構
孔壁品質	表面粗糙度、錐度	優化雷射參數、化學拋光、雙面鑽孔	設備商、製程開發商
金屬化/填充	無空洞填充、附著力、銅擴散	先進電鍍化學品、物理氣相沉積 (PVD) / 化學氣相沉積 (CVD) 晶種層、阻障層材料	材料供應商、製程開發商
機械可靠性	銅-玻璃 CTE 差異導致的應力	優化玻璃 CTE、退火製程釋放應力、結構設計 (如沙漏形通孔)	玻璃供應商 (Corning)、基板製造商 (Intel)

描繪新興的生態系統

玻璃基板產業的崛起，需要一個從原材料到終端應用的全新供應鏈。這個正在形成的生態系統，為各類企業創造了新的市場機會。

• 特種玻璃創新者：供應鏈的源頭是特種玻璃的開發，康寧 (Corning) 和 AGC 等材料科學巨頭正扮演著關鍵角色，它們正在開發具有特定 CTE、高純度、高強度，並且能被製成大尺寸超平坦面板的專用玻璃配方 。   

  
  

• 製程與設備供應商：這是機會最集中的領域之一。市場需要一整套全新的生產設備：
  

  • 雷射加工設備：開發用於 TGV 形成的高通量、高精度雷射系統的公司，如 Philoptics、DR Laser 和 Workshop of Photonics 等 。   

    
    

  • 面板處理與微影設備：需要從平板顯示器和 PCB 產業引進或改造適用於處理大尺寸、易碎玻璃面板的自動化搬運、潔淨和精細線路曝光設備 。   

    
    

  • 量測與檢測設備：開發能夠高速檢測 TGV 微裂紋、填充缺陷和疊對精度的先進光學及 X 光檢測系統 。   

    
    

• 基板製造商：這個領域包含了兩類參與者。一類是傳統的有機基板巨頭，如 Ibiden、欣興電子 (Unimicron) 和奧特斯 (AT&S)，它們正積極投入研發，以避免在新技術浪潮中被淘汰 。另一類則是專注於玻璃基板的新興專業廠商，如 Absolics，它們有望憑藉專注和靈活性搶佔市場先機。
  

• 晶圓代工廠與封測廠 (OSATs)：台積電、英特爾、三星等領導者，以及傳統的封測代工廠，都必須開發和驗證全新的組裝、測試流程，以應對大尺寸、高剛性的玻璃基板封裝，並確保其最終的可靠性 。   

戰略展望：在 AI 驅動的未來中領航轉型

玻璃核心基板的興起，標誌著半導體封裝領域一次深刻的範式轉移。對於產業參與者和投資者而言，理解這次轉型的時間線、識別價值鏈中的關鍵機會，並洞察其長遠影響，是制定未來戰略的基礎。

採用時間表：從利基市場到主流應用

玻璃基板的商業化進程將遵循一條從高端利基市場逐步向更廣泛應用擴散的路徑。

• 初期採用 (2026-2028年)：玻璃基板的首次商業化應用，將集中在那些對性能要求極高、而對成本相對不敏感的領域。這主要包括用於資料中心和超級電腦的頂級 AI 加速器和 HPC 處理器 。英特爾、AMD 和 NVIDIA 等公司的旗艦產品將是首批採用者。這個時間點與各大巨頭公佈的技術藍圖和量產計劃相吻合 。   

  
  

• 擴散階段 (2030年後)：隨著 TGV 製造技術的成熟、良率的提升和規模化生產帶來的成本下降，玻璃基板的應用範圍將會擴大。得益於其卓越的高頻低損耗特性，它將成為下一代（6G）通訊射頻模組的理想選擇 。此外，對可靠性和高性能有嚴苛要求的先進汽車電子領域，也將成為其潛在的重要市場。全球半導體用玻璃市場預計將迎來顯著增長，到 2030 年代中期，其市場規模有望達到數十億美元 。   

投資論點：識別價值鏈中的贏家

在這場技術轉型中，不同環節的企業將在不同的時間窗口迎來其價值兌現期。

• 短期 (1-3年)：投資機會將主要集中在「賣鏟人」身上。最直接且最早的受益者，將是那些為玻璃基板生產提供核心工具和原材料的企業。這包括開發新型雷射鑽孔、精密量測和自動化搬運系統的專業設備製造商，以及能夠穩定供應高品質、大尺寸特種玻璃面板的原材料供應商，如康寧和 AGC。
  

• 中期 (3-5年)：隨著技術逐漸成熟，競爭的焦點將轉向基板製造本身。那些率先實現高良率、規模化量產的基板製造商（如 Absolics、英特爾、三星等），將能夠在利潤豐厚的高端 HPC/AI 市場中佔據主導地位，並享有顯著的定價權和市場份額。
  

• 長期 (5年以上)：最終的勝利將屬於那些能夠最有效地利用玻璃基板所賦予的架構自由度，來創造出具有代差優勢產品的晶片設計公司（如英特爾、AMD、NVIDIA）。同時，成功建立起最高效、最具規模和成本效益的玻璃基板封裝生態系的晶圓代工廠或封測廠，也將在這場持久戰中鎖定其長期領導地位。

一次基礎性的賦能，而非漸進式的升級

必須明確的是，從有機基板到玻璃基板的轉變，絕非一次簡單的材料替換。它是一次基礎性的、釜底抽薪式的平台革命。它移除了長期以來由有機材料施加在系統架構上的物理和電氣枷鎖，為延續摩爾定律之後的效能增長開闢了一條全新的道路。

玻璃基板直接賦能了 Chiplet 系統的持續擴展，而正是這些日益龐大和複雜的 Chiplet 系統，將驅動未來十年人工智慧和高效能運算的發展。儘管前方的製造挑戰依然艱鉅，初期成本也將十分高昂，但玻璃在物理和電氣特性上的根本性優勢，使其在高效能應用中的普及，成為一個「何時」而非「是否」會發生的問題。

對於所有半導體產業的利益相關者和投資者而言，深刻理解並準確把握這次轉型的脈絡、節奏和機遇，將是識別下一波產業領導者、並在即將到來的「玻璃時代」中立於不敗之地的關鍵。