在摩尔定律放缓的背景下，半导体行业在先进封装中投入更多资源，目前封装主流技术现在利用硅晶圆，但随着芯片尺寸和芯片集成数量的持续增长，玻璃材料越来越受到关注。
鉴于玻璃基本可能提供更好的成本效益，玻璃在先进封装中的应用逐渐兴起，摩根士丹利在本周的最新报告中分析了玻璃在在半导体行业的应用潜力、优势、挑战以及市场前景。
首先是优势和不足方面，大摩指出：
优势：除了更大面板尺寸带来的成本优势外，玻璃可以提供更好的电性能以降低信号衰减，更高的电阻率以减少串，减少翘曲问题，以及更好的机械强度来抵抗制造过程中的变形。根据研究机构Yole估计，扇出型面板级封装（FOPLP）相比扇出型晶圆级封装（FOWLP）可以节省20-30%的成本。
不足：在高性能计算芯片中更广泛采用之前，需要更好地解决几个挑战，例如，线宽/间距的改进空间，芯片位移，较低的热导率，小裂缝发展成大缺陷的倾向，以及其生态系统中的采用度较低。
大摩进一步表示，玻璃在各种先进封装应用中具有很高的潜力，市场空间将以37%的复合年增长率增长，但供应链还需要几年时间来优化解决方案。
我们估计，扇出型面板级封装市场将以37%的复合年增长率增长，到2028年将达到2.52亿美元，玻璃的其他应用（中介层和基板）可能在中长期内有更多上升空间。英特尔、台积电、美光等供应链玩家正在关注这个市场，更有意义的商业贡献可能需要几年时间才会体现，这可能会继续成为市场的焦点。
玻璃基板的优势和不足具体来看，大摩表示，玻璃在封装中的应用，与硅晶圆类似，玻璃面板可以用作封装过程中的载体提供支撑，也可以用作中介层提供芯片与基板之间的互连，最后玻璃还可以用在基板核心。
载体：玻璃板可作为临时载体，支撑芯片和重分布层（RDL）。 中介层：通过玻璃通孔（TGVs）和重分布层，玻璃可以作为中介层，提供芯片与基板之间的连接。 基板核心：玻璃可作为基板中的核心，替代传统有机核心，提供更高的I/O密度和更好的机械强度。大摩进一步详细介绍了玻璃面板的优势：
大尺寸优势：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的玻璃板面积为465000平方毫米，是12英寸硅片的6.6倍，这可以在一个载体或中介层中容纳更多的芯片。同时，玻璃面板是矩形的，而硅中介层是圆形的，圆形可能导致晶圆边缘出现一些未使用区域。当芯片尺寸增大时，晶圆面积使用效率可能会更小。根据Yole的数据，12英寸晶圆的平均载体面积使用率仅为69%，低于300毫米x300毫米面板的84%面积使用率。Yole估计，扇出面板级封装相比扇出晶圆级封装在相似的良率下可以提供超过20%的成本优势， 电性能改进：玻璃的介电常数较低（2.5-3.2），低于硅晶圆的3.9，这有助于降低信号损耗，提高信号完整性。同时，玻璃的高电阻率减少了电流泄漏和串扰。 热膨胀系数可调整：玻璃的热膨胀系数（CTE）可以通过化学配方调整，从而减轻不同材料之间的CTE不匹配导致的翘曲问题，而翘曲变形可能影响封装的功能和性能。但是，玻璃面板在先进封装中也面临一些挑战，例如芯片位移和翘曲，而更大的尺寸可能加剧这些困难。其次，需要解决方案来减轻其较低的热导率和对小裂纹的较低抵抗力。
芯片位移：在先进封装过程中，粘合在载体、RDL或中介层上的芯片可能会被迫从其指定位置移开，而芯片位移可能会降低封装性能。由于面积较大，玻璃面板比硅晶圆更容易出现这种情况。 互连走线的线宽和间距：重分布层用于将芯片（I/O）连接到其他芯片或基板上，其线宽和线间距是关键性能指标之一，它们决定了封装的I/O密度。随着工艺节点的不断迁移，越来越多的I/O将被封装到给定的区域，因此分布层上的走线线宽和线间距也需要更精细。 热导率：玻璃的热导率较低（1.1-1.7 W/mK），这可能限制其在高性能芯片中的应用。 开裂风险：玻璃易碎，可能在制造过程中产生裂纹，需要优化的聚合物层或特殊的TGV制造技术来缓解。 生态系统成熟度：目前供应链尚未成熟，尚需时间发展并增加产量。 玻璃在先进封装中的市场潜力不过，大摩认为，尽管存在挑战，玻璃在先进封装中仍显示出显著的优势和市场潜力，特别是在成本效率和电性能方面。随着技术的成熟和供应链的发展，玻璃在半导体行业中的应用前景广阔。
我们估计，全球扇出面板级封装市场规模在2023年达到了5200万美元，可能会以37%的复合年增长率增长，在2028年达到2.52亿美元。尤其是2026/2027年可能加速增长，因为供应链需要更多时间来优化解决方案以实现广泛采用。
除了扇出面板级封装，玻璃还可以在玻璃中介层或玻璃核心基板中找到机会，因此整体市场规模潜力应该比上述估计更大。例如，DNP计划在2027财年从玻璃核心基板中产生50亿日元（3300万美元）的收入。
整体来看，大摩表示，当前仍处于技术开发的初期阶段，未来几年的前景将在很大程度上取决于整个供应链的发展。
我们正在看到来自不同供应链的许多参与者都在关注这个市场，尽管技术仍处于早期阶段，但没有人想在技术转型中被抛在后面。多个供应链玩家，包括面板制造商、玻璃供应商、半导体代工厂/OSATs/IDMs、PCB/基板制造商以及各种设备供应商都在该领域投入了不同程度的资源，希望要么扩展到新业务，要么避免被取代。
其中，英特尔一直是推动玻璃基板核心技术的主要参与者之一。2023年9月，英特尔在经过十年的研究后，推出了行业首个用于下一代先进封装的玻璃基板。它认为，玻璃基板核心可以实现多个小芯片的异构集成，实现封装内系统架构，这有助于在到2030年之后封装层面的摩尔定律继续扩展，英特尔计划在本世纪后半叶将这项技术商业化。
DNP是另一家专注于玻璃基板的公司，它利用了在半导体光罩印刷工艺和专有面板制造工艺中的技术和专业知识来开发其玻璃基板核心，该产品于2023年3月首次推出。DNP目标在2027财年从这项业务中产生50亿日元的收入。
