玻璃材料跃升半导体封装核心:AI 与 HPC 时代的新关键

随着人工智慧(AI)与高效能运算(HPC)应用持续推进,半导体产业正迎来一场深刻的技术转型。过去常被视为消费性耗材的玻璃,如今正逐步跃升为先进封装技术的核心材料。国际研究机构 IDTechEx 在最新市场报告《半导体中的玻璃 2026-2036》中,深入探讨了玻璃在晶片封装、讯号传输及光子引导上的潜力,揭示其未来在半导体领域的广阔前景。

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AI 与 HPC 系统对频宽与功率密度的需求不断攀升,成为推动玻璃材料崛起的主要动力。训练加速器需要数千个高速 I/O 凸块,以及能承载数百安培电流的低杂讯供电网路。传统有机基层板虽具成本优势,但在平坦度与导通孔密度上逐渐显现瓶颈;矽中介层则能提供更精细的布线,但受限于高昂价格与尺寸限制。

玻璃恰好补足了这两者之间的缺口。它拥有低热膨胀系数(CTE)与极低的损耗角正切,使其在高速讯号传输方面展现优势。同时,来自 LCD 产业的大面板制程技术,也为玻璃基板带来更大尺寸与成本下降的潜力,推动其快速从实验性质走向商业化。

玻璃的应用并不仅限于运算封装,其低介电损耗与光学透明度,让它在高频通讯与光子整合领域同样展现潜力。在 Ka 频段以上,玻璃微带线的插入损耗仅为有机线路的一半,成为 5G/6G 通讯的理想选择。

另一方面,矽光子整合与共封装光学(Co-packaged optics, CPO)也为玻璃材料带来新契机。工程玻璃可同时承载电气再分布层与低损耗光波导,简化制程并降低成本。结合穿透玻璃导孔(TGV)技术,单一玻璃核心即可支援电子与光子讯号的融合,进一步拓展应用范畴。

目前,许多半导体与材料大厂已经投入玻璃基板技术的研发,并在试产线与探索性工厂中进行验证。同时,大尺寸玻璃面板加工与低热膨胀系数材料的开发,也在持续推进。台湾地区的 PCB 厂与设备厂商同样受惠于这波新趋势,并积极研发支援大尺寸基板的先进制程设备,推动生态系统逐步成熟。

玻璃要真正迈向大规模量产,不仅依赖原材料,更仰赖完整生态系统的建立。雷射钻孔、铜填充、面板处理及设计自动化工具的成熟度,将直接影响良率与成本竞争力。此外,玻璃仍需面对来自矽与改良型有机材料的挑战,例如晶圆代工厂正在推动的混合再分布技术,以及新一代 ABF 核心板的持续进化。

展望未来,玻璃基板市场有望迎来高速成长期。随着 AI、HPC、5G/6G 通讯与光子整合应用的扩张,对高效能、低损耗封装材料的需求将持续增加。短期内,玻璃会率先在高阶 HPC 与网路交换机中导入;中期则可望拓展至更广泛的高频通讯与光学模组;长期来看,玻璃甚至可能成为新一代异质整合与先进封装的标准材料之一。

虽然技术成熟度与供应链建设仍存在挑战,但业界已展现高度共识:玻璃将在下一个半导体十年中,扮演举足轻重的角色。

整体而言,玻璃材料正逐步走出传统角色,成为 AI 与 HPC 封装的潜力新星。凭借低介电损耗、热稳定性与大面板制程优势,玻璃不仅能支撑高速、高功率的晶片设计,还能推动高频通讯与光子整合的发展。虽然挑战仍在,但随着供应链完善与技术成熟,玻璃有望成为新世代半导体封装的关键基础。

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资料来源:从消费性市场走入半导体先进封装,玻璃华丽转身成基板材料当红炸子鸡


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