CoWoS的瓶頸,玻璃基板的窗口

CoWoS的瓶頸——矽中介層的"三座大山"正在把先進封裝推向一塊玻璃。

過去五年,台積電的CoWoS(2.5D封裝的代表技術)成了AI晶片的"標配"。輝達A100、H100、B200,AMD的MI300系列,幾乎每一顆高性能AI晶片都離不開它。供不應求,台積電不斷擴產,仍滿足不了客戶需求。

但CoWoS有一個隱藏天花板——它用的矽中介層,性能雖好,但貴、尺寸受限、容易翹曲。這三座山,在大算力晶片時代越來越沉重。

一、2.5D封裝是什麼?

要理解玻璃基板的價值,得先明白AI晶片封裝的特殊需求。

2.5D封裝,就是把多個晶片(GPU和HBM記憶體)並排放在一個"中介層"上,中介層裡有密密麻麻的線路,把這些晶片高速連接起來。CoWoS是台積電實現的2.5D封裝技術,也是目前最主流的方案。

為什麼AI晶片需要這個?因為傳統PCB電路板線寬太粗(幾十微米級),訊號跑不遠、跑不快。一塊GPU需要同時連接4到8塊HBM,頻寬需求達每秒幾TB,只有矽中介層的超細線路才能接得住。

所以,CoWoS成了過去五年AI晶片封裝的"隱形冠軍"。

但這個冠軍的王座並不穩固。CoWoS的誕生本身就是一種"救火"——2008年晶片做大後基板和晶片熱應力不匹配,台積電用矽片做了一層中介層強行轉接,自此開創了2.5D封裝時代。

而現在,這層矽材料也開始拖後腿了。

二、CoWoS的"三座大山":成本、尺寸、翹曲

第一座山:貴,是真的貴。

矽中介層是一塊單獨的矽片,裡面刻滿微米級線路。矽片本身就貴,12英吋矽中介層單片成本超100美元,佔封裝成本一半以上。加上微凸塊、底部填充、封裝基板等,整套CoWoS封裝成本佔晶片總成本的20%到30%。

對H100這種單價數萬美元的晶片,似乎還扛得住。但如果用到中低端晶片,根本用不起。 而且晶片越做越大,通路越來越多,矽中介層只會越來越貴。

第二座山:做不大。

台積電最先進的CoWoS-L方案最多做到5.5倍光罩尺寸,極限面積約4719平方毫米。5.5倍光罩比巴掌還大,但以輝達B200為例,其封裝面積已達單片矽中介層可承載極限的3到4倍。

下一代Rubin GPU的晶片尺寸更大。矽中介層已經"站不下"了,只能局部矽橋加有機基板"打補丁",本質已經說明:矽中介層真的做不大了。

第三座山:翹曲——熱脹冷縮惹的禍。

矽中介層的熱膨脹係數(CTE)與矽晶片完美匹配(約2.6-3 ppm/°C),但它下方的有機封裝基板CTE卻大很多(約13-20 ppm/°C)。

想像一塊金屬和一塊塑料粘在一起,加熱後金屬幾乎不動,塑料膨脹明顯——兩者之間的應力會把整個結構掰彎。晶片封裝也是同樣的道理。晶片越大,翹曲越嚴重,良率驟降。

CoWoS-L用局部矽橋加有機基板來降低翹曲,但這種"補丁"解決的是局部,不是根本。

三座山壓下來,業界開始尋找新材料。玻璃基板,就是最被看好的替代者。

三、玻璃基板如何破局?

玻璃基板,在矽中介層力所不及的地方,接過接力棒。

為什麼玻璃比矽更適合做中介層?三點:

第一,玻璃可調CTE,翹曲不是問題。

有機基板CTE 13-20 ppm/°C,矽晶片CTE約2.6 ppm/°C,兩者差了5倍以上。玻璃的可調範圍極寬,典型低CTE玻璃可精確控制到3-5 ppm/°C,與矽幾乎一致。

所以玻璃基板與晶片結合時,溫差幾乎不產生熱應力。大尺寸封裝下,玻璃基板可將翹曲降低80%以上。焊點不易脫落,封裝壽命和穩定性都會顯著提升。

第二,尺寸不受限。

玻璃基板用面板級工藝,做到500×500mm以上。英特爾在NEPCCON Japan上展示的玻璃基板方案,封裝面積已達78mm×77mm,約6006平方毫米,超過矽中介層能做到的最大面積。10層RDL加雙層玻璃加10層堆疊層,承載能力直接翻倍。這對於輝達Rubin等級的大晶片至關重要。

第三,線寬更細,能塞更多線路。

玻璃基板的線寬線距可做到2-5μm。有機基板目前能做的線寬線距一般在10/10μm以上。互連密度更高,在同樣面積下能塞進更多連線。

更關鍵的是訊號損耗。玻璃是絕緣體,介電損耗(Df)可低至0.001-0.003,有機基板的Df約0.01-0.02——玻璃的損耗是有機基板的幾分之一到十分之一。訊號傳得更快、更乾淨。這對於1.6T、3.2T等超高速互聯至關重要。

四、替代、互補、還是共存?

玻璃基板是要完全替代矽中介層嗎?

答案更準確說是——在矽中介層做不好的地方,玻璃是更優的選擇。

矽中介層(台積電CoWoS),技術成熟、互連密度高、已大規模量產,短期仍是2.5D封裝的主力,但尺寸和翹曲問題讓它"到頂了"。

玻璃中介層(英特爾/台積電CoPoS/三星),成本更低、尺寸不受限、無翹曲、低訊號損耗。2026年小批次出貨,2028年滲透加速,是矽中介層在2.5D封裝裡的"接棒者"。

有機基板(傳統封裝),成本低、供應鏈成熟,但高端市場將逐步被玻璃替代,退守中低端。

玻璃基板+矽橋混合方案(英特爾EMIB+玻璃),兼具玻璃的大尺寸優勢和矽橋的超高密度互連,是英特爾的旗艦選擇——不是非此即彼,而是"該用玻璃的地方用玻璃,該用矽的地方用矽"。

國內券商將2026年定義為半導體玻璃基板商業化驗證元年,2028年前後才是大規模滲透的真正時間節點。一場從矽到玻璃的材料升級正在穩步推進。

五、巨頭們都在搶什麼?

玻璃基板的產業化拐點,2026年就已經到了。各方的動作可以濃縮成一句話:英特爾跑得早,台積電在追,三星在測,國內在跟。

英特爾跑得最早。 2026年1月CES上,英特爾發佈了搭載玻璃芯基板的商用CPU: Xeon 6+ Clearwater Forest處理器。產業鏈很多資訊顯示該產品已進入出貨階段,英特爾是進度最快的玩家。

台積電追得很快。 2026年6月,台積電明確表態,CoPoS(台積電版玻璃基板封裝技術)試產線已於2月交付裝置、6月完成建設,計畫2028至2029年產量大幅提升,目標很明確——替代既有的CoWoS,拿下下一代先進封裝的主導權。

三星在悄悄佈局。 三星電機聯合日本住友化學成立合資企業開發玻璃芯材料,同時積極測試將玻璃基板應用於下一代HBM4記憶體封裝,如果跑通,AI晶片的記憶體頻寬將再上一個台階。計畫2026年下半年建立量產試生產線,2027年後啟動批次生產。

國內的差距仍在。 京東方與康寧簽了三年備忘錄,沃格光電在推進送樣驗證,但整體尚處於"送樣驗證"到"小批次"之間的階段,距離英特爾的量產出貨狀態還有一段路。

玻璃基板的門檻更多在材料和工藝裝置端——誰能掌控TGV(玻璃通孔)裝置和低CTE玻璃配方,誰就掌握了上游話語權。國內廠商目前卡在"送樣驗證"階段,短期看京東方和沃格光電的進展是最重要的風向標。

最後

CoWoS不是不好,而是矽中介層的三座山在大算力晶片時代越來越沉重。

2.5D封裝離不開中介層。而玻璃,正在接過矽的接力棒。TGV裝置、電鍍加入劑、玻璃基板製造、先進封裝服務——每個環節都藏著值得關注的"賣鏟人"。

技術路線的演進往往不是一夜之間,但一旦材料基礎發生變化,整個產業鏈都會被重構。 (矽基部面)