西方放弃光刻机?半导体发展方向转向玻璃基板

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近年来,光刻机一直是芯片制造行业竞争的焦点,全球半导体企业纷纷关注制程技术的升级,试图通过研发更先进的光刻机来生产更小的晶体管。然而,最近一年,整个行业的风向悄然转变。许多西方主要半导体公司不再频繁宣布技术突破或加大对极致光刻工艺的投资,而是将大量资源投入到半导体封装所需的玻璃基板这一领域。这种原本不被广泛关注的材料,如今却成为全球芯片巨头争相攻克的新的市场,而这一领域正是中国在过去十几年中积累了丰富经验和优势的所在。

西方企业的战略调整并非是简单的放弃高端技术,而是源于传统升级路径的瓶颈。现阶段,最先进的极紫外光刻机售价高达几亿美元,其供应链长且复杂,仅有少数公司可以掌握其中的核心技术。此外,当制程技术推进到2纳米以下时,物理极限的限制开始显现,量子隧穿效应会影响芯片正常运作,继续缩小制程所带来的性能提升变得微乎其微,研发和生产成本却直线上升,从而使得投资回报率不断下降。对于企业而言,执着于光刻制程已毫无经济效益可言。

与此同时,随着全球人工智能产业的迅猛发展,高性能AI芯片对计算能力的需求急剧上升,这导致芯片尺寸越来越大、引脚数量逐渐增多,传统的有机封装基板已无法满足日益增长的需求。有机材料的热膨胀系数与硅芯片不匹配,造成大规模芯片在高负载运行时基板轻微变形,从而影响连接的可靠性;此外,在高频信号传输中,有机材料表现出较高的损耗,难以满足AI芯片间高速互连的要求。而玻璃基板恰好能够解决这些问题:其热膨胀系数接近硅芯片,在大尺寸封装下热稳定性更强,且在高温环境下不易变形;同时,优越的电气绝缘性和低损耗特性能够有效减少信号干扰,从而达到更高的性能。此外,玻璃表面的平整度更高,能够实现更紧凑的布线,支持芯片的多层堆叠和互连。

因此,行业转向使用玻璃基板的核心逻辑在于通过更换封装材料而无需升级光刻机,从而提升芯片的整体算力和可靠性。目前,西方企业已在整个价值链中布局完成,从材料研发到设计制造的推进速度极快。英特尔是其中最为积极的公司,将玻璃基板战略与自身的核心封装战略紧密结合,视其为后摩尔时代提升芯片性能的关键路径。到2026年初,英特尔计划推出集成玻璃基板的服务器CPU样品,并已克服了玻璃通孔加工中的易裂问题,同时正在改造其美国工厂,预计在2030年前实现大规模生产。

韩国企业也在迅速跟进,SK集团旗下的Absolics公司正在美国建立全球首个半导体玻璃基板专用工厂,样品已交付AMD和亚马逊云科技进行测试,并计划在2026年底正式实现量产。三星电机在韩国搭建了试生产线,并与住友化学开展玻璃芯材料的联合研发,以期在2027年稳定供货。有消息称,苹果下一代AI服务器芯片将采用三星的技术。台积电则在布局适配玻璃基板的面板级封装技术,试产线已建立,并预计在未来两到三年内实现大规模生产。

在上游材料方面,德国肖特和美国康宁等传统厂商掌握了高端玻璃原片的核心配方和熔炼工艺,积极推出新产品且参与制定行业标准,控制着产业链的上游环节。西方希望在这一新领域取得主导地位,但很难绕过中国的产业配套优势。经过多年的发展,中国已经建立起全球最大的、最具完整性的玻璃深加工产业链,涉及从原片熔炼、精密切割到激光打孔、涂膜和成品检测等各个技术环节,且拥有大量的熟练技术工人和工程师,这些优势可直接应用于半导体玻璃基板的生产。

国内企业亦已提前布局,形成了覆盖上下游的完整产业链。蓝思科技作为全球消费电子精密玻璃加工的领军企业,在玻璃激光打孔和金属化填充方面积累了丰富经验,2023年起将玻璃通孔技术列为核心研发方向并参与制定行业标准,现已完成全部自研工艺的互通,样品已送交多家海内外客户测试,预计相关专用厂房将在2026年底投入生产。

京东方的玻璃基封装载板试验线也将在2026年上半年实现全流程通线,相关样品已经完成送样,同时与康宁签署了三年战略合作协议,共同研发相关技术。上游材料和设备环节,国产替代正在稳步推进。戈碧迦的8英寸半导体级玻璃原片已实现量产,旗滨集团和彩虹股份等企业也在进行产品试制和客户验证。

核心加工设备方面,国内企业如大族激光和帝尔激光已推出成熟的产品,满足国内市场需求并实现出口,上占有率已达到40%。在下游封测环节,长电科技等企业正同步开发适用工艺,协同推进产品落地。尽管如此,这一新赛道的竞争仍未确定国内的优势,外企在推动玻璃基板产业化方面具有清晰的布局逻辑,掌握高端芯片设计能力。

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