玻璃中介層 (Glass Interposer)
1. 3 秒看懂
玻璃中介層是用玻璃代替矽作為基材的晶片互連中介板，通過玻璃通孔（TGV）與精細重佈線層（RDL），在 2.5D/3D 封裝中把 GPU、HBM、ASIC 等芯粒以超低損耗、超高密度的方式連線起來。它解決 AI 晶片大尺寸互連時矽中介層高頻衰減嚴重、大面積翹曲且成本居高不下的痛點，並具備面板級製造的潛在成本優勢。
2. 3 分鐘產業解釋
AI 訓練/推論晶片正走向“萬億電晶體”規模的異構整合，將邏輯芯粒與多個 HBM 堆疊封裝在同一塊基板上。當前主流方案是矽中介層（Si interposer），配合 TSV 和微凸點實現高密度互連。但矽作為半導體材料，高頻下介電損耗和串擾較大，且製造 2000 mm² 以上的矽中介層成品率偏低、成本極高。
玻璃材料的介電常數（Dk）和損耗因子（Df）遠低於矽，配合光滑表面可以製作線寬線距小於 1 μm 的 RDL，支援太位元每秒資料傳輸。更重要的是，玻璃可相容大尺寸面板級工藝，使得一塊麵板可產出數十甚至上百個中介層，稀釋單位成本。據英特爾 2023 年 9 月公開演示，玻璃基板（含中介層功能）可將系統級功耗降低 50%以上，支援更大的芯粒面積。
產業鏈分工上，康寧、肖特、AGC 等供應高純度玻璃基板，Absolics（SKC 旗下）、英特爾等主導 TGV 與 RDL 工藝，下游對接 GPU/ASIC 設計企業和封測廠，最終整合在資料中心、邊緣計算等場景。不過直到 2024 年，玻璃中介層仍處於樣品認證和早期量產爬坡階段，主要產能送樣評估，距離在輝達 H100/B200 等主流產品中大批次替代矽中介層仍有數年時間。
3. 技術原理
玻璃中介層的核心結構分為三部分：高純度玻璃基底、玻璃通孔（TGV）陣列、單層或多層 RDL。
玻璃基底：選用低鹼或無鹼硼矽酸鹽玻璃，通過調整 B₂O₃、Al₂O₃ 等組分可實現熱膨脹係數（CTE）在 3～8 ppm/°C 之間可調，使之與矽晶片（約 3.2 ppm/°C）和有機基板（約 12–18 ppm/°C）良好匹配，減少焊接疲勞和翹曲。平整度 Ra 可達奈米級，遠優於有機基板，是亞微米佈線的前提。
TGV 形成：業界主流路線為雷射誘導深腐蝕法。先用改性雷射在玻璃內部形成奈米級缺陷陣，再置於 50–90°C 的稀氫氟酸（HF）中選擇性腐蝕，形成直通孔。與 TSV 的博世深反應離子刻蝕（DRIE）不同，TGV 無需昂貴真空裝置，且可一次性加工整塊面板。典型孔徑 30–50 μm，深寬比 1:6 至 1:15，側壁粗糙度 Sa＜100 nm，有利於後續銅填充形成低電阻、低應力互連。
金屬化與 RDL：TGV 通過濺射鈦/銅種子層，再電鍍銅填充，經退火消除應力。表面通過半加成法（semi-additive process）製作線寬/線距可達 0.8/0.8 μm 甚至更細的 RDL，實現數百至數千個 I/O 扇出。玻璃的低電導率與極低 Df（約 0.003–0.005 @28 GHz）消除了矽中介層中的襯底損耗和渦流，訊號眼圖張開度更大，抖動更低。
熱管理：玻璃熱導率僅約 1 W/m·K，遠低於矽的 150 W/m·K，因此必須通過額外的散熱通道（如晶片背面直接冷卻、微流體或高導熱封裝蓋）將熱量匯出。這使設計方必須同時評估中介層材料和系統級散熱方案。
4. 關鍵引數
技術引數體現玻璃中介層效能邊界，以下為典型公開資料及其來源：
| 引數 | 典型值（玻璃中介層） | 對比矽中介層 | 來源/備註 |
|---|---|---|---|
| 介電常數 Dk (1–10 GHz) | 4.5–5.3 | 11.7 | 肖特 MEMpax® 玻璃技術資料 (2023)；Absolics 資料表 (2024) |
| 損耗因子 Df (28 GHz) | 0.003–0.005 | 0.015–0.020 | Absolics 白皮書 (2023)；Intel Glass Substrate Webcast (2023.9) |
| TGV 直徑 | 30–50 μm | 10–30 μm（TSV） | Absolics 量產規格；Georgia Tech ECTC 2024 論文 |
| 深寬比 (AR) | 1:10–1:15 | 1:10–1:20 | LPKF 雷射引數；矽 TSV 可更高但成本飆升 |
| 最小 RDL L/S | ≤1.0/1.0 μm | ≤1.5/1.5 μm（量產） | 康寧玻璃基板演示；台積電 CoWoS 公開資料 |
| CTE (ppm/°C) | 3.2–8（可調） | 2.8–3.5（矽固定） | 肖特、康寧成分可調；矽為單質不可調 |
| 基板厚度 | 100–500 μm | 100–800 μm | 面板工藝可薄至 100 μm 以下，但翹曲控制是關鍵 |
| 面板/晶圓尺寸 | 510 mm × 515 mm（Absolics） | 300 mm 晶圓 | Absolics 2024 年量產線規格；矽中介層受限於晶圓尺寸 |
| 翹曲 (因工藝) | 面板級＜10 mm（全板） | 300 mm 晶圓可＜2 mm | 公開報告未見統一標準，產業界一般要求＜5 mm |
| 訊號速率 | 112 Gbps PAM4 已驗證 | 112 Gbps 可行但損耗大 | Intel 2023 演示眼圖；學術界已展示 >200 Gbps 潛力 |
注：部分資料為供應商或研究機構在特定條件下取得，量產中良率、一致性、成本可能顯著偏離。
5. 技術路線
當前產業界圍繞玻璃在封裝中的角色有兩種路徑，並在互有滲透：
路徑一：玻璃中介層（Glass Interposer） 代表公司為 Absolics（SKC 美洲子公司）。該路線沿用 2.5D 中介層架構，將芯粒通過微凸點堆疊在玻璃中介層上，中介層內採用 TGV + RDL 實現晶片間互連再連線到有機基板。主要優勢是玻璃優良電效能和大面板規模經濟。Absolics 早在 2021 年即啟動試產，2023 年在美國喬治亞州建設全球首條量產線，獲美國 CHIPS 法案撥款 7500 萬美元（2024.5），規劃年產能 10 萬塊面板（約可對應數百萬顆晶片）。
路徑二：玻璃芯基板（Glass Core Substrate） 英特爾引領此路線，將玻璃作為封裝基板的核心層，取代傳統有機芯板中的玻纖增強樹脂。英特爾在 2023 年 9 月首次公開展示玻璃基板，並明確這是面向 2026 年後的競爭焦點，目標是實現“萬億電晶體級封裝”，支援至 10 個大芯粒整合。該玻璃基板也整合 TGV 和細間距佈線，兼具中介層互連功能，但更強調取代有機基板的機械和熱效能。英特爾演示了更大面積、更佳平面度以及光學互連潛力，並已生產出測試晶片，計劃 2026–2030 年間逐步匯入量產（Intel, Sep 2023; Intel Foundry Direct Connect 2024）。
其他玩家
- 三星電機 2024 年初宣佈開發玻璃中介層，利用三星在面板和半導體領域的協同，目標 2025 年送樣，預計首先用於三星邏輯晶片與 HBM 的整合。
- 大日本印刷 (DNP) 自 2022 年起將玻璃芯技術用於先進 IC 載板，聚焦 TGV 電鍍和細線路工藝，合作伙伴包括一家大型邏輯廠。
- 台積電 至 2024 年尚未公開玻璃中介層具體時間表，其 CoWoS 平台仍然基於矽中介層，但內部在關注玻璃材料，不排除未來整合。
學術與標準：Georgia Tech、Fraunhofer IZM 等在 ECTC 2023–2024 上發表多篇論文，探討 TGV 填充缺陷、應力及訊號完整性，為量產鋪平道路。標準化方面，JEDEC 尚未釋出專門針對 TGV 的可靠性測試規範，目前沿用 TSV 相關方法並作修改。
6. 上游
玻璃基板原材 康寧、肖特、AGC（旭硝子）是主要高純度玻璃供應商。康寧為英特爾玻璃基板提供第一批次產級基板，具有極高表面質量與厚薄均勻性（康寧投資者日，2023）。肖特 MEMpax® 系列硼矽酸鹽玻璃在半導體封裝中積累了多年資料，可提供 300 mm 晶圓級和麵板級基板，CTE 可定製（肖特，2022 對外技術檔案）。AGC 在顯示器玻璃領域產能龐大，也在切入封裝應用。
TGV 裝置 雷射與刻蝕裝置是關鍵。德國 LPKF Laser & Electronics 是領先的雷射改性系統供應商，其 Vitrion 系列可對玻璃進行高速改性，結合後續溼法刻蝕實現大面積 TGV 加工。據 LPKF 2024 年 Q1 電話會議，公司已向多家客戶交付樣品線裝置，並預期在中介層和玻璃芯基板兩領域獲得訂單。此外，以色列 Orbotech（KLA 旗下）、日本 Via Mechanics 等也在開發 TGV 鑽孔技術。溼法刻蝕裝置則由科林研發半導體（Lam Research）、斯庫林等提供。
金屬化與 RDL TGV 填充需要種子層濺射與電鍍銅。應用材料（AMAT）、Lam Research 的 PVD 裝置可處理大面積面板。電鍍液方面，陶氏、東京應化工等化工廠商提供專用新增劑，確保孔洞無空洞。RDL 半加成製程使用幹膜光刻膠和先進曝光機（例如尼康、佳能以及掩膜投影曝光系統），面板級對準精度要求 ±1–5 μm 以內。
檢測與量測 玻璃透明性對光學檢測提出挑戰，KLA、Onto Innovation 等開發了針對 TGV 的專用 X 射線或紅外測量模組，以檢測通孔缺陷和銅填充空洞。面板翹曲檢測亦依賴雷射干涉儀與 3D 輪廓儀。
產能與供給 截至 2024 年上半年，除 Absolics 正在建設的面板量產線，多數裝置仍處於研發或中試階段。公開資料未見完整上游產能資料，但 LPKF 曾透露 2025 年 TGV 裝置年產量或達到數十臺級，可支撐約數百萬片中介層面板需求（LPKF, 2023 年度報告）。
7. 下游
玻璃中介層直接服務於需要大尺寸、高頻寬、高能效異構整合的晶片。主要下游場景：
AI 訓練/推論加速器 輝達 A100/H100 已使用 CoWoS-S（矽中介層）整合 6 顆 HBM。隨著下一代產品增加 HBM 堆疊數到 8‑12 顆，中介層面積將遠超 2 個光罩尺寸（＞1700 mm²），玻璃中介層潛在效能與成本優勢凸顯。截至 2024 年，輝達尚未公開採用玻璃中介層，但供應鏈訊息暗示正與 Absolics 等評估。
HBM 與記憶體牆突破 HBM3e、HBM4 需要更寬的介面和更短物理距離，玻璃中介層的低損耗有利於維持訊號完整性，降低功耗。SK 海力士、三星、美光等儲存廠商參與封裝協同設計，推動中介層規格制定。
ASIC 與超大規模廠 Google TPU、亞馬遜 Trainium、微軟 Maia 等自研晶片重視系統能效和大尺寸 interposer。鑑於超大規模雲端商對成本和電力敏感，一旦玻璃中介層可靠性驗證通過，可能成為較早大規模採用的群體。
網路晶片與光電封裝 博通、邁絡思等交換器晶片速率邁向 51.2 Tbps 以上，需要大尺寸封裝整合多個 I/O 芯粒，玻璃中介層低損耗可支援 112 Gbps 以上 SerDes 信令。此外，玻璃的透光性適合矽光共封裝（CPO），未來可在同一中介層上同時整合電子晶片和光引擎。英特爾已公開演示玻璃基板上整合光波導的可能性（Intel Labs, 2023）。
封測代工廠 日月光（ASE）、安靠（Amkor）等 OSAT 企業均有能力提供矽中介層封裝，他們也在積極評估玻璃中介層路線，保持與客戶的早期專案合作。2024 年，日月光透露其先進封裝研發路線中包含玻璃中介層選項，但未有公開時間表。
封裝服務市場參考 由於玻璃中介層仍處早期，下游設計啟動（design-in）大部分系“風險評估”階段。據 Yole 統計，2023 年全球先進封裝中介層（含矽和有機 RDL）服務市場約 12 億美元，其中矽中介層佔主流，玻璃中介層營收可忽略不計。但該機構認為隨著 chiplet 成為常態，2029 年前中介層需求年複合增長率超過 15%，玻璃有望拿到一定份額（Yole, Advanced Packaging Market Monitor, 2024 Q1）。
8. 受益公司
以下企業由於技術版面配置或材料供應在當前產業鏈中處於有利觀察位置，但不構成任何形式的交易建議。
Absolics (SKC 全資子公司) 全球首家且進度最快的玻璃中介層量產企業。喬治亞州面板級產線預計 2024 年投產，初期月產能約 7 千塊面板（約合數百萬顆晶片）。2024 年 5 月獲美國 CHIPS 法案 7500 萬美元直接資助及數億美元稅收抵免，客戶包括多數美系 AI 晶片大廠。
英特爾 將玻璃基板作為 IDM 2.0 戰略的關鍵組成部分，計劃 2026 年後量產，同時也可能對外提供代工服務。英特爾玻璃基板實驗室已展示 112 Gbps 訊號傳輸、光學互連等。其龐大的內部晶片需求和代工產能可加速工藝成熟。
康寧 (Corning) 高純度玻璃基材龍頭，與英特爾深度繫結。康寧精密玻璃具備大尺寸、超高平整度優勢，已建立專用供應線。2023 年投資者日會議上，公司強調半導體玻璃封裝業務是增長最快板塊之一，計劃未來數年投資逾 10 億美元擴產（Corning, Investor Day, 2023 年 9 月）。
肖特 (SCHOTT) 特種玻璃起家，提供 MEMpax®、D 263® T 等系列，擁有 TGV 晶圓級樣品及小批次供應，在歐洲和中國均有封裝客戶合作，主攻中頻毫米波和高可靠性場景。肖特未公開細分營收，但稱 2022 年半導體相關玻璃業務實現雙位數增長。
三星電機 伴隨三星電子的先進封裝路徑，強調玻璃中介層開發，結合集團晶圓製造與基板技術。若三星 HBM 和邏輯間採用，可提供大規模需求腹地。
大日本印刷 (DNP) 依託在 TFT 掩模和基板方面的玻璃微加工技術積累，切入玻璃芯載板領域。2023 年展示高深寬比 TGV 和細線路，目標服務於超大規模客戶。
裝置與檢測廠商 LPKF (雷射系統)、KLA/Onto Innovation (檢測)、AMAT/Lam (薄膜與電鍍) 將受益於下游資本支出，但其業績彈性取決於玻璃中介層量產爬坡節奏。
9. 市場規模
現有市場參照 據 Yole Group 2024 年一季度釋出的《Advanced Packaging Market Monitor》，2023 年全球中介層（interposer）市場營收約 12 億美元，涵蓋矽中介層（含 TSV）、扇出型 RDL 中介層等，其中矽中介層貢獻了絕大部分。同期，專用 2.5D/3D 封裝市場（含中介層、微凸點、組裝）約為 90 億美元。玻璃中介層因幾乎無獨立出貨，未被單獨統計。
前瞻預測 由於缺乏批量出貨，公開分析機構並未給出玻璃中介層獨立市場規模預測。但與之強相關的玻璃基板（glass core substrate）市場已被列入多個報告。Prismark Partners 在 2024 年一份關於 IC 載板的報告中指出，用於先進封裝的玻璃芯基板（兼有部分 interposer 功能）可能在 2028 年達到 5–10 億美元出貨規模，2032 年進一步上升至 30 億美元以上（來源：Prismark Partners, July 2024, 注：此為玻璃芯基板口徑，包含 intel 路線等）。中商產業研究院等國內機構引用顯示，全球 TGV 玻璃中介層市場 2025 年可能突破 3 億美元，但公開報告原文及方法不可得，此處僅作為產業界樂觀預期呈現。
相關投資金額 英特爾在 2023 年表示未來十年將在先進封裝（含玻璃基板）投資數十億美元；ABSolics 獲約 2.4 億美元公共與私人資金建設首座工廠。這些投資規模暗示市場預期長期規模可達數十億美元量級。
10. 玩家對比
| 玩家 | 主要路線 | 代表尺寸/能力 | 公開量產進度 | 合作/客戶生態 | 備註 |
|---|---|---|---|---|---|
| Absolics | 玻璃中介層 | 510×515 mm 面板，TGV 30–50 μm，L/S ≤0.8 μm | 2024 年量產線安裝，2025 年有望出貨 | 多家美系 AI 及晶片設計廠商評估中，獲 CHIPS 資助 | SKC 旗下，去風險美資背景 |
| 英特爾 | 玻璃芯基板 + 中介層 | 基板面積可達傳統有機基板 2 倍以上，支援 10+ 芯粒 | 樣品階段，目標 2026 年量產 | 內部自用為主，或對代工客戶開放 | 強調光學與電學整合 |
| 三星電機 | 玻璃中介層 / 玻璃基板 | 未公佈具體面板尺寸，計劃 2025 年送樣 | 開發階段 | 三星內部晶片（HBM、邏輯），未來或支援外部客戶 | 與三星電子協同 |
| 大日本印刷 | 玻璃芯載板（TGV） | 510×407 mm 面板級別，孔徑 30 μm，深寬比 1:10 | 樣品陸續送樣，計劃 2027 年量產 | 邏輯大廠、OSAT | 原為掩模版與印刷技術積累 |
| 肖特 | 玻璃基板及晶圓 | 200/300 mm 晶圓，面板可定製，CTE 可調 | 小批次供應 | 歐洲、北美客戶，用作中介層評估平台 | 材料端主導 |
| 康寧 | 玻璃基板、TGV 預加工 | 大尺寸面板，Ra < 1 nm | 已向英特爾供貨樣品，量產線在建 | 英特爾獨家深度合作 | 資本投入大 |
注：各廠商資料來自各自新聞稿、投資者演示及行業會議，未包含所有技術細節。量產時間可能受良率、客戶驗證影響而調整。
11. 風險
技術與良率風險 TGV 在全面板上實現百萬級通孔零缺陷極難。殘餘應力造成銅填充開裂、CTE 失配導致熱迴圈失效是主要挑戰。公開資料顯示，Absolics 初期良率僅可支撐特定低密度設計，用於高階 GPU 可能仍達不到批次要求。
成本與規模風險 面板級工藝理論上比矽晶圓便宜，但折舊、化學品和檢測等固定成本高，在當前低產量下與矽中介層無價格優勢。若需求增長不及預期，初期產能投入將成為沉沒成本。
熱與機械可靠性 如前所述，玻璃導熱差，需要更昂貴的主動冷卻方案，增加系統總成本。資料中心客戶對 cooling 要求苛刻，若玻璃方案不能證明 TCO 有競爭力，則難以替代。
設計生態系統薄弱 主流 EDA 工具、IP 和設計規則的玻璃中介層支援遠不及矽成熟，晶片設計企業跨入玻璃方案需大量協同設計工作，拖慢匯入速度。
競爭替代威脅 混合鍵合（hybrid bonding）、高密度有機 RDL 中介層（如台積電 InFO_oS、Amkor S-SWIFT）在演進，可能在某些場景繞過玻璃方案。台積電 CoWoS 的矽中介層也在通過面板級封裝延展尺寸，部分抵消玻璃優勢。
地緣政治與供應鏈 高純度玻璃基板產能集中在美、歐、日，可能受貿易限制。美國 CHIPS 法案對受補助企業有投資與客戶限制，可能影響國內開發者獲取技術。
12. 誤讀糾偏
“玻璃中介層將很快全面取代矽中介層” 誤。截至 2024 年，矽中介層仍是唯一大規模量產的方案，已用於數百萬顆 AI 晶片。玻璃中介層量產進度落後至少 2–3 年，且初期僅能滲透對高頻損耗敏感、願意接受新材料風險的市場。二者將長期共存，玻璃不會全面替代矽。
“面板級生產直接等於低成本” 不準確。面板良率、檢測難度遠高於晶圓，折舊和工程成本極高。只有當出貨量達到每年億顆級規模，面板成本優勢才會顯現。向高良率爬坡的過程可能長達數十分個季度。
“玻璃中介層就是封裝基板” 概念混淆。封裝基板（IC substrate）是連線晶片到主機板的載板，中介層位於晶片和基板之間，負責亞微米級高密度互連。部分廠商（如英特爾）開發玻璃芯基板，兼具二者功能，但並非所有玻璃中介層都可以替代基板，應區別看待。
“所有玻璃都可以用於中介層” 錯。需要超低鹼金屬含量、高均勻性、雷射可加工、CTE 定製等特種玻璃，如無鹼硼矽酸鹽玻璃，成本數倍於普通顯示玻璃。肖特、康寧等具有相關技術壁壘。
“TGV 就是 TSV 直接放大” 不是。TGV 的微加工原理（雷射誘導刻蝕）完全不同於深反應離子刻蝕，其工藝視窗、應力控制和填充策略需要專門研發，不能簡單復刻 TSV 經驗。
13. 最新事件
- 2024 年 5 月：美國商務部宣佈向 Absolics 提供高達 7500 萬美元的直接資助，用於喬治亞州科布縣玻璃中介層面板工廠，支援約 1200 個工作崗位。新聞稿指出該專案對本土先進封裝供應鏈安全重要（美國商務部，2024 年 5 月）。
- 2024 年 3 月：英特爾在其 Intel Foundry Direct Connect 大會上更新玻璃基板進展，展示了已實現高良率的測試晶片，並重申 2026 年將開始採用玻璃基板交付產品。此外，還揭露了玻璃基板上整合波導的原型。
- 2024 年 Q1：三星電機在業績說明會上表示，半導體封裝用玻璃中介層處於“可行性研究”