隨著人工智慧（AI）浪潮席捲全球，大型語言模型與高效能運算（HPC）對晶片效能的需求呈指數級增長。然而，半導體產業正面臨一個嚴峻的物理現實——「摩爾定律」正逐漸走向盡頭。
為了在有限的空間內塞入更多電晶體，晶片製造商從 2D 平面轉向 3D 堆疊，而這場競賽的決勝點，已從晶片製造本身轉移到了「先進封裝」。在這場技術變革中，一項被視為「遊戲規則改變者」的技術正在崛起，那就是玻璃基板（Glass Substrate）。各大廠亦有相應布局，預計在 2026 至 2030 年間實現量產。究竟玻璃基板是什麼？為何它能成為 AI 時代的救世主？本文將帶您深入解析。
目錄
打破封裝極限：從有機載板到玻璃基板的技術演進
晶片基板是半導體封裝製程中不可或缺的「地基」，用來固定切割好的裸晶（Die）並連接外部電路；基板上能承載的晶片越多，整體的電晶體數量與效能就越強大。回顧過去半導體發展史，基板材料經歷了兩次重大變革：從 1970 年代的引線框架（Lead Frame），到 1990 年代由陶瓷基板取而代之，再到如今最普及的有機材料基板。
1. 引線框架 (Lead Frame)：這是最傳統、也是成本最低的封裝技術。它是一層薄薄的金屬框架（通常是銅或鐵鎳合金），上面有像「梳子」一樣的引腳。
- 運作方式： 晶片放在框架中央，透過金屬線（Wire Bonding）將晶片上的訊號連到框架的引腳上。
- 優點： 成本極低、導電性與導熱性良好、製程成熟。
- 缺點： 體積較大，無法應對高密度、多接點的先進運算晶片。
- 應用： 常見於電源管理 IC、汽車電子、傳統家電晶片。
2. 陶瓷基板 (Ceramic Substrate)：如氧化鋁或氮化鋁，以其卓越的熱穩定性和絕緣性著稱。
- 特性： 陶瓷非常耐高溫，且其熱膨脹係數（CTE）與晶片非常接近，能防止在冷熱交替時因膨脹不均導致晶片損壞。
- 優點： 耐熱極佳、絕緣性好、在高溫高壓環境下物理穩定性極高。
- 缺點： 價格昂貴、質地脆易碎、製造過程相對複雜。
- 應用： 大功率 LED、航太電子、電動車功率模組（IGBT）、高頻通訊。
3. 有機材料基板 (Organic Substrate / IC Substrate)：這是目前主流智慧型手機與電腦晶片最常用的基板，最著名的代表就是 BT 基板與 ABF 基板。
- 組成： 由環氧樹脂（Epoxy）與玻璃纖維等有機材料複合而成。
- 優點：
- 可佈線密度高： 可以在極小的面積內拉出密密麻麻的線路。
- 輕薄： 適合行動裝置。
- 缺點： 散熱性不如陶瓷，且容易受熱變形（翹曲問題）。
- 應用： 手機處理器、顯示卡 GPU、電腦 CPU（ABF 基板是目前的關鍵戰略物資）。
4.玻璃基板 (Glass Substrate)：這是封裝領域的明日之星，正積極研發的下一代技術。
- 為何需要它： 當 AI 晶片變得越來越大、傳輸速度要求越來越快時，傳統的有機基板會因為受熱不均而變形。
- 優點：
- 平整度極高： 能刻劃出比有機基板更精細的線路。
- 熱穩定性強： 不容易變形。
- 整合度： 允許將多個晶片更緊密地封裝在一起。
- 缺點： 技術門檻極高、目前成本昂貴。
- 應用： 未來的高階 AI 運算晶片、伺服器處理器。
現今，隨著 AI 與高效能運算的需求爆發，目前主流的有機基板（由類似 PCB 材料與玻璃纖維層壓而成）逐漸顯露疲態。雖然有機基板具備加工難度低與高速傳輸的優勢，但它與晶片的熱膨脹係數（CTE）差異過大的原因成為致命傷。在高溫運作下，兩者會因膨脹程度不同，容易導致連接斷裂。因此，晶片為了避免過熱燒毀，必須透過「熱節流」強行降速，導致無法長時間維持峰值效能。此外，有機材料在尺寸擴大時容易翹曲，嚴重限制了電晶體的容納密度，因此有了新技術「玻璃基板（Glass Substrate）」來解決現有問題。
玻璃基板是什麼？
簡單來說，「玻璃基板（Glass Substrate）」是一種用於晶片封裝的新型核心載板材料，旨在以特殊的玻璃材質取代傳統的有機樹脂，如:ABF 熱固性環氧樹脂基板。
在晶片封裝的過程中，基板扮演著「地基」的角色，用來固定晶圓切下來的裸晶（Die），並負責連接晶片與外部電路。傳統上，我們經歷了引線框架、陶瓷基板，到目前最主流的有機材料基板。而玻璃基板則是利用玻璃優異的物理特性，透過玻璃通孔（TGV, Through-Glass Via）技術，讓基板能支援更精細的電路佈線，是實現下一代高密度封裝的關鍵技術。
玻璃基板與有機載板的差異
下表詳細比較了新一代玻璃基板與現行主流有機載板（如 ABF）在物理特性、效能表現及商業化程度上的區別：
| 玻璃基板 (Glass Substrate) | 有機載板 (Organic Substrate / ABF) | |
| 主要材質 | 特殊玻璃材質。 | 有機樹脂（如 ABF）、玻璃編織層壓板。 |
| 平坦度 | 極高。超平整特性有利於微影聚焦與精密蝕刻，圖案變形機率降低 50%。 | 較低。表面較粗糙，且容易在加工過程中產生翹曲。 |
| 互連密度 | 極高（提升 10 倍）。TGV 間距可小於 100 微米，同面積下能多放置 50% 的晶片。 | 受限。受限於材料物理特性，開孔數量與佈線密度遠低於玻璃。 |
| 熱穩定性 (CTE) | 優異。熱膨脹係數（CTE）與矽晶片接近，耐溫達 700°C 以上，高溫下不易變形。 | 較差。與晶片 CTE 差異過大，高溫下易膨脹、翹曲，導致連接斷開。 |
| 訊號與功耗 | 低損耗、高速度。低介電常數，訊號衰減低；厚度可減少一半，功耗更低。 | 高頻損耗較大。需透過熱節流控制溫度，限制了晶片維持最高效能的時間。 |
| 尺寸能力 | 可做超大面積。支援如 120×120 mm 的大尺寸核心，滿足 AI 超大模組需求。 | 尺寸受限。在有限尺寸下難以容納更多電晶體，且大尺寸易變形。 |
| 技術成熟度與成本 | 發展中，成本較高。面臨 TGV 鑽孔、金屬附著力等挑戰，預計 2026-2030 量產。 | 成熟，成本較低。加工難度小，是目前的產業標準與市場主流。 |
為何會成為新的關注技術？
玻璃基板之所以迅速成為半導體產業的關注焦點，主要源於現有技術面臨的物理瓶頸以及 AI 世代對於極致效能的渴望。隨著電晶體微縮逐漸逼近物理極限，摩爾定律的推進腳步放緩，產業界因而轉向 Chiplet（小晶片）與 3D 封裝技術來尋求突破。然而，面對 AI 訓練與推論所需的龐大算力，晶片尺寸與功耗急劇增加，傳統基板在承載這類超大面積封裝時，往往難以克服高溫翹曲與訊號傳輸的挑戰。此時，玻璃基板憑藉著優異的結構支撐性與訊號傳輸能力，正好能完美應對這些難題，成為支撐先進封裝技術、延續晶片效能成長的重要關鍵。
玻璃基板所帶來的優勢
相較於傳統材料，玻璃基板展現了壓倒性的物理與電性優勢，主要體現在以下幾點：
- 極致的平坦度與互連密度： 玻璃擁有無與倫比的超高平坦度，極大改善了光刻製程的聚焦深度，使其能進行更精密的蝕刻。這讓玻璃通孔（TGV）的間距能縮小至 100 微米以內，直接將互連密度提升 10 倍；在相同面積下，玻璃基板能多容納 50% 的晶片（Die），顯著增加了封裝內的電晶體數量。
- 優異的熱穩定性與可靠度： 玻璃耐溫可達 700°C 以上，且熱膨脹係數（CTE）與矽晶片極為接近。這解決了傳統有機材料易膨脹翹曲的問題，將高溫下的圖案變形機率降低 50%，大幅減少晶片斷裂風險，確保連接的可靠性。
- 高速傳輸與峰值效能維持： 受益於低介電損耗與優異的散熱特性，玻璃基板不僅訊號傳輸更快、功耗更低，更能讓晶片在更長時間內維持峰值效能，避免因過熱而被迫降速（熱節流）。
- 更輕薄與大尺寸封裝潛力： 玻璃基板的厚度可減少約一半，有利於設備的輕薄化。同時，業界正開發如 120×120 mm 的超大尺寸玻璃核心，突破了有機載板的尺寸上限，完美契合 AI 超大模組的封裝需求。
玻璃基板的應用場合
基於上述優勢，玻璃基板將主要應用於對「效能」與「整合度」要求極高的領域：
- AI 加速器與 HPC（高效能運算）： 這是最迫切的需求端。透過大面積 Chiplet 拼接與 HBM（高頻寬記憶體）堆疊，滿足大模型訓練的算力需求。
- CPO（共同封裝光學）與光電整合： 玻璃是透明的，非常適合內嵌光波導，這對於資料中心追求低延遲的光互連以及未來的 6G 通訊至關重要。
- 先進 3D 封裝平台： 作為 Fan-out 或 RDL 的大尺寸核心載板，承載複雜的多晶片模組。
- 高階消費電子： 雖然目前成本較高，但中長期來看，高階筆電、平板或手機若有輕薄化與極致散熱需求，也將評估導入。
玻璃基板未來所面臨的挑戰
儘管玻璃基板展現了令人期待的應用前景，但要從實驗室邁向大規模量產，仍需跨越多重技術與產業門檻。首當其衝的是玻璃本身的材料特性，其易碎本質使得生產與搬運過程極具挑戰，如何降低破損率並維持產線良率，是製造端必須解決的難題。
此外，核心的玻璃通孔（TGV）技術也面臨高度複雜性，不僅要在玻璃上精準鑽出微小孔洞並均勻填充金屬導電層，還需克服金屬與玻璃介面附著力較差的問題，確保連接的穩固與可靠。
在檢測環節方面，由於現有的傳統檢測設備多是針對不透明材料設計，玻璃的高透明度與獨特反射特性容易導致訊號失真或遺失，這迫使產業界必須開發全新的光學檢測與量測技術以確保精度。
最後，供應鏈的整合與成本控制也是一大阻礙，相較於已相當成熟的有機載板生態系，玻璃基板從材料、設備到封裝廠的協作模式仍處於磨合期，導致初期製造成本居高不下，這些都是未來幾年產業必須共同攻克的艱鉅挑戰。
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