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台湾玻璃基板供应链 | 构建以台积电为盟主的FOPLP江湖

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中国台厂已完成玻璃基板供应链的初步构建。台积电在玻璃基板上的贡献功德无量。台积电在先进制程先进封装技术上的独领风骚、不可一世。但如今玻璃基板技术暗斗汹涌,台积电顿觉寂寞难耐心里痒,于是乎拉拢岛内兄弟积极响应,抱成一团,在全球竞争中威风一面。

自2024年第二季起,AMD英伟达AI芯片厂积极接洽台积电及OSAT业者以FOPLP技术进行芯片封装,带动业界对FOPLP技术的关注供应链的消息。根据调研机构预估,2026年TGV玻璃基板各种尺寸的市场需求为每个月10万片,年产值超过新台币200亿元。

图源:未来半导体

台积电意识到来自玻璃基板技术的激烈竞争,台积电对弈玻璃基板由观望改落实。根据供应链反馈,台积电从24年中以来正在评估12寸玻璃晶圆、515X510mm、300X300和600X600mm的玻璃基板,这些玻璃片来自海内外各厂家的样品。

台积电10年进化5代的CoWoS技术是“首席代表”,“CoWoS”中介层面积、晶体管数量和内存容量不断扩大,如今AI GPU供不应求,主要瓶颈环节就是CoWoS封装产能以及其过高的成本。采用有机中介层的CoWoS-R技术,是一种低成本的可部分取代CoWoS的创新技术。台积电CoWoS-R已发展到 5.5倍光罩尺寸,其测试样品通过了可靠性测试。这种大型封装通过TC-G 850(-55℃-125℃)循环,uHAST 264h(110℃/85% RH)和HTS 1000h(150℃),FIB截面完整性检查显示,在SoC/HBM界面无分层。TSMC力争在2027年将FOPLP+TGV技术导入量产,希望通过面板级封装实现更高的面积利用率及单位产能,降低异质封装成本。

2024年12月,台积电在SEMICON Japan上指出,在AI计算等新应用的推动下,客户对集成多颗芯片的3D封装技术的需求不断增加。公司计划在2027年以TGV玻璃基面板级封装技术路线推出最大面积9个光罩的超级芯片,并呼吁日本企业提供最新的半导体材料和设备支持发展。台积电将于2026年设立扇出型面板级封装实验线,从初期300x300mm向515x510/600x600mm过渡。

台湾企业中FOPLP开发商采用的面板尺寸多种多样,主要包括300mm x 300mm、515mm x 510mm、600mm x 600mm和620mm x 750mm。使用515mm x 510mm面板的公司包括力成科技和矽品。日月光则采用300mm x 300mm和600mm x 600mm两种尺寸的玻璃面板。群创光电主打600mm x 600mm或更大。

日月光作为半导体封装和测试领域的领导者,在 FOPLP 技术上取得了重大进展。基于玻璃基板,构建更大尺寸的板级封装成为日月光的探索目标。除了板级处理在大批量生产中可以带来显著的成本节约,还有更高的产出,如对于相同的中介层尺寸,600x600mm 的面板可以容纳 8 倍于 12 英寸晶圆的中介层数量。目前日月光能够控制 600x600mm 板级封装并实现有效的翘曲和断裂控制,5μm/5μm RDL 线宽/间距能力,还计划在2025年开发 2μm/2μm 原型。 当前日月光投控携手推动扇出型面板级封装(FOPLP)已有进度,台积电将于2026年建立实验试产线规格倾向接轨日月光投控300X300mm。

群创光电自2017年开始投入FOPLP研发,利用旧3.5代厂改做FOPLP,2024年下半年试产。已拿到荷兰半导体巨头恩智浦半导体NXP Semiconductors)、意法半导体(STMicroelectronics)订单,2024试量产产线月产能约1,000片。2025年将进一步增加半导体支出200亿元,并计划2025年逐步量产,设计量产能力可达到3000~4500张以上。也与工研院、东捷合作,投入玻璃基板穿孔TGV技术。

群创光电重振其3.5G 面板生产线,并针对中高端半导体封装进行了优化,采用 620mm×750mm 尺寸是业内最大的尺寸之一。益于其与面板制造领域现有光刻工艺的协同效应,可有效将约 60% 的设备重新分配到先进封装技术上。在2025年内从 Chip-First 方法开始,然后在2026年内过渡到技术更先进的 RDL-First 工艺,2027年量产复杂的 TGV 工艺,这与台积电的需求路线保持一致。2024年,DL-first和TGV正在客户验证,利用客户要求规格做玻璃基板处理,重布线层、钻孔做制程给客户。在RDL-first与TGV将来作为矽光子的一个基本载板材料,群创持续投入资源,也有很大进步空间。群创光电已与设备制造商东捷科技和工业技术研究院 (ITRI) 合作建立了玻璃通孔 (TGV) 工艺验证系统。东捷科技先进玻璃基板制程方案包括 TGV钻孔玻璃雷射、切割、磁控溅镀与电浆蚀刻多项技术与创新成果。

台湾工研院伴随半导体先进封装不断演进,已攻克全湿式高深宽比TGV填孔电镀技术,弥补台湾先进封装玻璃基板量产的需求。从高深宽比从原来的10:1提升到30:1,可在50μm至1200μm玻璃厚度下达成高真圆度TGV制程,均真圆度高于95%。能让金属和玻璃之间附着度更强、讯号传递更佳。

工研院执行“A+企业创新研究计划”投入FOPLP技术开发,聚焦于解决制造过程中电镀铜均匀性、面板翘曲等两大问题。因此结合负责整合验证的群创,以及PSPI材料的新应材、电镀设备厂嵩展,以及RDL缺陷检测厂和瑞,从上游材料端到设备供应链、检测设备商及制程整合厂,组成紧密的产研开发团队。目前台工研院执行面板级扇出型封装科专计划,以协助群创、台积电、日月光等基板/封装大厂的紧缺人才。

工研院在2024与设备大厂东捷、面板大厂群创三方技术合作,于工研院建立玻璃通孔(Through Glass Via, TGV)制程验证系统,利用东捷、群创合作开发之光弹检测系统,辅以超快雷射后定量分析的强健性与可靠性验证,投入半导体大厂封装测试,助力面板级扇出型封装后续产能提升。

晶呈科技掌握TGV / Glass Core先进封装所需的载板钻孔密度、布线均匀度等关键制造技术。自主研发的LADY(Laser Arrow Decomposition Yield)制程进行制造,TGV玻璃载板作为AI晶片先进封装基板,达成高密度及散热管理要求。研发部门透过特殊气体具有气态蚀刻、去膜、钻孔等特性,开发出专利气相蚀刻设备,成功应用于玻璃钻孔,深径比1:15,玻璃通孔率100%,可应对510X515mm至650mmX750mm的面板尺寸。2023年二厂完工,到2025一季度为每月1万片产能的TGV玻璃基板,12月份第三综合生产基地(晶呈三厂)开工典礼,将加快TGV 玻璃载板量产能力。随着业务扩展,公司规划第五厂,三厂未来年产值可达50新台币。10月份,宣告已完备整体玻璃穿孔(TGV)玻璃载板送样导入AI晶片及先进封装供应体系。

钛升具备面板级、玻璃基板与矽光子三大关键题材,在标记、背面画线和开槽等制程上均为英特尔指定的设备供应商。钛升玻璃技术应用专利解决方案,通过混合激光钻孔和湿法蚀刻工艺形成 TGV,可实现高产量、高深宽比、侧壁无缺陷和高密度。钛昇科技合作研发玻璃镭射改质TGV技术已通过验证,实现每秒8000个孔,精准度可达+/-5 um,可在AOI实现孔径、腰径、真圆度和上下孔同心偏差映射,保证刻蚀、溅射和镀层效果。钛升科技已经陆续接到订单,从2024年下半年开始向英特尔等长交付设备,2025年其业务将达到新的高峰。

2024年8月,钛昇科技发起“E-Core System”计划成立了“玻璃基板供应商E-core System大联盟”,已集结10多家半导体设备、载板业、自动化、视觉影像、检测及关键零组件大厂,汇聚各自的专业技术,提供设备与材料完整解决方案。目前该联盟成员包括亚智、辛耘、翔纬、凌嘉、银鸿、天虹、群翊、上银、大银微系统、台湾基恩斯、盟立、罗升、奇鼎及Coherent等。盟立公司已投入多年研发出玻璃基板封装的自动化搬送系统,获客户验证并已经开始小量出货。晖盛承接电浆聚合处理及蚀刻业务,天虹是镀膜设备,盟立及罗升是自动化设备系统厂、奇鼎是AMC微污染控制设备商。

2024年10月,山太士与辛耘SCIENTECH共同宣布,双方签署代理与策略合作意向书,将联手进军先进异质整合晶圆级封装与玻璃基板封装市场。山太士作为黏着与软性材料供应商,近年来投入半导体先进封装材料研发,专注于异质整合晶圆级封装与玻璃基板先进半导体封装客户服务。辛耘不仅是一家湿制程设备公司,还有暂时性贴合及剥离设备。

台湾导电浆大厂勤凯科技近年来也积极发展玻璃基板产品。公司已经开始与日本主要制造商就先进的玻璃基板封装进行接触,并有望在未来一到两年内实现这项技术的真正商业化,届时将成为勤凯科技切入半导体封装应用市场的重要里程碑。

海纳光电以镭射细微加工为主轴, 积累了多样微米级和纳米级精细加工技术,针对玻璃基板量产的深径比可达1:20以上,孔径在5-10微米,细孔內壁粗糙度  Ra < 0.1 um,真圆度为100%,没有崩边。厚度从10微米1000 微米之间的玻璃基板。

板级RDL方案的产业化激进者亚智科技认为人工智能驱动先进封装将从主流的CoWos升级到CoPoS,硅中介层替换成玻璃、BT基板替换成玻璃芯板,在各种互连架构中实现的再分配层,包括RDL interposer (CoWoS-R/ CoWoS-L)和玻璃芯基板上的RDL(玻璃上的FC-BGA)。针对300mm 到 700mm面板,聚焦于高密度玻璃与多样化化学品等制程材料的合作开发与制程设备整合设计,强调针对不同类型、不同厚度的玻璃达成内接导线金属化制程与TGV制程技术,满足高纵深比的直通孔、高真圆度等制程需求。利用不同温度控制、流态行为控制及化学药液,有效控制玻璃通孔内形状配置及深宽比,满足客户多元规格要求。ManZ单板型PLP RDL技术已通过l/s 15μm/15μm 的验证,并处于量产阶段。输送机类型(直列式)PLP RDL技术已通过l/s 5μm/μm 的验证,也适用于小批量生产。在中介层和TGV IC基板中“CoPoS”的技术和生态系统正在建设和评估中。为实现客户快速整合工艺技术和设备,Manz正在突破玻璃基板级封装的RDL痛点并不断超越客户对FOPLP的认知边界。

群翊是提供TGV和SAP工艺设备的领先公司,正在关心应用于玻璃基板、扇出型封装、小晶片、异质整合自动烘烤系统的进度,与多家指标型载板厂及TGV供应厂,展开实验线及量产线规划与合作。SAP 流程适应于200um厚 510mm x 515mm的玻璃基板。群翊目前是极少数在美国终端客户,同时具压膜、烘烤、UV、连线自动化等多种制程,有特殊专利,且已交货采用实绩的厂商,预计2025/2026年将批量供货。

东捷科技聚焦在Fan-Out Package玻璃载板切割检修全方案,涵盖的设备包括RDL雷射线路修补、玻璃载板切割、封装用玻璃基板钻孔、玻璃载板边缘EMC修整、雷射剥离设备以及电浆蚀刻等,充分展示其在雷射、光学检测、自动化机电整合等核心技术上的优势。东捷是群创光电长期设备合作伙伴,也可向台积电供货。

TGV基板需要5000孔/秒可满足量产,需要超快镭射用高温镭射实现改性,东台精机是专业工具机制造商,用于先进封装的镭射钻孔制程配备激光钻机、激光扫描和双头/双面板系统,可助力实现玻璃通孔的大规模量产。

友威科是台湾真空溅镀及蚀刻机领导厂商。并完成扇出型面板级封装水平式电浆蚀刻设备研发与生产,目前该设备相关业务的营收占公司总营收的60%至70%。显示其在市场中的重要地技术涵盖底部金属化、重分布制程、钛铜种子层。友威科身为台积电供应链成员,预计可望受惠台积电面板级先进封装技术发展,正在积极冲刺先进封装的订单。2024年初已于马来西亚成立子公司,朝扩展欧美海外市场,提升真空电浆蚀刻设备产品于高阶封装应用的市场占有率。

除了上述厂商积极布局玻璃基市场外,在相关台商FOPLP中已展开实质性进展。中勤提供载体Panel FOUP支援自动化传输 (AMHS)、导入、机械开启,适用于510 x 515mm 厚度0.4-3.2mm 的玻璃面板。高强度自动化传输导入实现超薄载体、多层式客制化设计,导入FOPLP制程,为异构整合提供最佳自动化辅助。新业务客户来自台积电。

日月光深耕面板级封装技术多年,成功克服晶圆翘曲(warpage)控制的技术瓶颈,其制程自动化设备已符合规格要求。相关设备最快将于2025年第二季到位,此外,日月光正与超微(AMD)及高通Qualcomm)洽谈PC CPU电源管理IC在FOPLP的应用。

力成早在2018年便率先建立全球首座FOPLP生产基地,在此之前,公司已投入晶圆级扇出封装,并逐步拓展至FOPLP领域。力成表示,采用FOPLP技术可显著提升晶片产出效率,产出面积更是传统技术的2至3倍。

弘塑自InFO(扇出型封装)时期便已为晶圆代工龙头供应设备,尤其在湿式制程领域拥有独家技术。其FOPLP相关设备已被国内两家客户采用,其中一家客户的两条生产线已正式运行弘塑机台,另一家则预计2025年导入。

志圣工业将Panel基板压膜技术达到含铜厚度25um,为现阶段最极致的技术,还有快速更换压轮、干膜自动校正、高均压、高均温均优于竞争对手;也积极发展玻璃基板及更高阶载板的下世代设备及技术。志圣专长压膜、撕膜、烘烤设备,除两岸市场,也陆续在泰国、马来西亚、越南等国安装设备。

志圣子公司创峰光电为湿制程设备厂,2024年展出AI智能化生产、数据化管理,明星产品包含超高纵横比(AR>25:1)水平除胶渣、化学铜设备、超薄板(36μm)水平生产设备、薄铜线、棕化线、蚀刻线,以及非接触式垂直生产设备(除胶渣、化学铜水平化学锡设备),应用于5G伺服器。

均豪专长于自动化,近年专注在半导体封装,其检量磨抛核心技术也应用在载板。不同于以传统PCB设备进行抛平及薄化,均豪从高阶半导体延伸切入,与客户合作优化性能,提升精度及稳定度,可胜任多层数、细线路的高阶板生产。均豪转型成功,半导体营收占比近五成。

玻璃基板的采用也带来了新的检测挑战,其高透明度和反射特性使得传统的检测技术难以精确量测晶片表面,闳康凭借其领先的检测技术和材料分析能力,已提前布局相关检测技术。

最后提一下岛内的玻璃基板现状。欣兴科技较早研发布局了玻璃中介层技术应用在FOPLP、CPO封装基板上,在2024年有多项玻璃基板封装技术专利上新,并取得验证突破。2024年12月,台湾PCB载板厂南亚电路宣布研发完成玻璃基板样品。公司在台湾基板厂商中较早布局了玻璃基板业务,目前在高階交換器、CPO、玻璃基板、coreless都有进展。11月,台星科宣布布局玻璃基板技术,量产时间会紧随下一代AI芯片应用趋势。2025持续布局先进封装技术并扩充产能,台星科持续研发2.5D/3D先进封装以及硅光子共同封装技术(CPO)。11月,友达光电表示正在评估测试制造面板级封装制程。

反馈通道:本文摘自未来半导体主编的《半导体封装玻璃基板技术与市场报告》。您对文章若有产品信息改进、补充及相关诉求,或有文章投稿、人物采访、领先的技术或产品解决方案,请发送至support@fsemi.tech。

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