苹果入场!激光企业谁能分羹?
近期有消息称,消费电子巨头苹果正加速推进自研AI硬件的布局,并已开始测试先进的玻璃基板,用于代号为“Baltra”的AI服务器芯片。据了解,该芯片预计采用台积电3纳米N3E工艺,并采用芯粒架构组合,为了增强整个供应链掌控,采取类似“孤岛式”的封闭研发策略,苹果直接向三星电机评估采购玻璃基板。
目前,三星集团在玻璃基板领域的布局分为两层:2024年,三星电机正式进军玻璃基板市场,目前正在世宗工厂试产线上生产玻璃封装基板原型,计划于2027年与一家合资企业合作实现全面量产;2025年11月,三星电机与日本住友化学成立合资公司,专门生产核心的玻璃芯材料;
下游方面,三星电子正积极测试将玻璃基板应用于下一代HBM4内存的封装,试图通过玻璃中介层优化散热性能,目标2028年导入先进封装工艺。
为什么苹果的Baltra芯片想要采用玻璃基板?
在AI算力与高频通信需求爆发的背景下,对算力、数据处理的速度要求也呈指数级增长,也就意味着AI服务器芯片性能要有所提高。而高性能的AI服务器芯片本身运行功耗高、发热量大,尤其是苹果方面还采用了3nm制程、芯粒封装设计,这对基板的的稳定性、散热性和信号传输要求极高。
在当下AI训练集群应用中,传统有机转接板信号传输损耗大,且受热后热膨胀系数大,CTE与硅芯片材质匹配度差,大尺寸芯粒封装易翘曲、分层甚至短路;而硅基TSV转接板又面临在高频信号传输方面因硅衬底损耗而导致芯片性能下降、工艺复杂和材料成本高等难题。上述两者都难以满足Baltra芯片对高速算力、高带宽互联的需求。
目前,业内共识是采用在平整度、热稳定性、绝缘性能及互连密度方面有着更显著优势的玻璃基板去替代传统主流的有机基板、硅基板,使其成为下一代先进封装的核心载体,以此去达到AI服务器芯片的性能要求。
在苹果下场前,英特尔、Absolics和台积电等巨头就已经有所布局。相关机构预测,到2030年,玻璃基板将有望逐渐在高端HPC市场替代有机基板,成为万亿晶体管集成的标准配置。
玻璃基板虽好,但是工艺难题也很明显。玻璃基板封装的核心技术为TGV,即穿过玻璃基板的垂直电气互连,该工艺面临的三大挑战就是如何实现高精度成孔、高质量金属填充与高密度布线。然而,玻璃材料本身的脆性特质,导致其在实际加工中,尤其是高精度成孔工序难度较大,让规模化量产陷入“良率低、成本高、可靠性差”的困境。
基于此,激光加工技术凭借无接触、加工精度高、热影响区小等优势,已成为当前TGV玻璃基板通孔加工的主流技术路径,也是推动玻璃基板替代传统基板的关键支撑。目前行业内采用激光加工方案主要有激光烧蚀法和激光诱导刻蚀法。
随着TGV玻璃基板需求的加速释放,全球范围内已有多家激光设备厂商布局相关领域,推出不同的专用设备及专用光源解决方案,形成了多维度的竞争格局。
帝尔激光自2019年开始开展TGV激光微孔技术研发,先后通过国内外多家不同领域头部客户的中试验证,已经完成多批次晶圆级和面板级设备交付。目前,帝尔激光可以提供“激光改质+化学蚀刻+AOI检测”一站式解决方案,实现对不同材质和尺寸的玻璃基板进行形貌可控的微孔或微槽加工。在深孔特性方面,最大深径比≥100:1、最小孔径≤5μm,加工精度、效率和良率等指标处于国际领先水平,已经获得国内外市场的高度认可。在今年一月初,帝尔激光披露其应用于玻璃基板半导体封装的面板级激光微孔设备出口订单顺利发货。
专注于高可靠性固体激光技术的安徽华创鸿度激光此前推出了基于“专用定制激光光源+自主可控刻蚀工艺”的完整解决方案。在激光光源方面,其定制开发的TGV专用超快激光器具备飞秒级短脉宽、优越光束质量(M2<1.1)与高脉冲稳定性(<1%);在刻蚀工艺方面,华创鸿度掌握全流程自主可控技术,可根据玻璃成分灵活调配专用刻蚀药液。通过精准调控浓度、温度与处理时间等参数,实现高深径比(>20:1)、低粗糙度(可控至1nm以下)的高质量孔道制备。目前,华创鸿度的TGV专用解决方案,已在康宁、肖特、彩虹、凯盛等国内外材料企业的多款玻璃基板材料上完成过试样应用与工艺验证。
华工激光自主开发了激光诱导微孔深度蚀刻技术(LIMHDE)。该技术联合知名学府和国家级材料实验室共同开发,相比传统的玻璃穿孔技术,该技术拥有更好的穿孔质量、更小的加工半径和更深的加工深度。其采用了最新一代超短脉冲激光技术,并针对玻璃、石英等不同类型的材料定制化开发了诱导微孔激光头,最小可以做到5μm孔径,径深比可达1:100。目前该技术已经应用于玻璃基板加工领域,同时在多家客户现场进行工艺测试。
德国LPKF乐普科是目前主流的超快激光改性+湿法刻蚀加工TGV技术的发明者者,其Vitrion 5000系列设备可处理510×515mm量级的玻璃基板,在此尺寸下保持±5 μm的位置精度,每秒可加工5000个通孔,最小孔径可达5 μm。据悉,该设备已交付韩国三星电机,用于半导体玻璃基板中试线。
除上述企业外,通快、大族半导体、德龙激光、华日激光、圭华智能、钛昇科技、莱普科技、利元亨、韵腾激光、WOP、EKSPLA等企业也都在TGV基板激光加工技术领域有所布局。
从行业整体发展来看,苹果开始测试玻璃基板,不仅是对该路线的认可,更将从需求端、技术端、产业端三个维度,进一步推动玻璃基板的商业化进程,激光技术作为当前TGV基板加工的核心工艺,也将从中受益。
需求端来看,随着AI服务器、高端HPC、6G通信等领域的需求爆发,TGV玻璃基板的应用场景将持续拓宽,进一步放大激光设备的市场需求,相关机构预测,到2030年后端工艺设备市场规模将增长至300亿美元,其中TGV激光加工设备将占据重要份额。
技术端来看,终端客户对封装性能的严苛要求,将倒逼激光设备商在高精度、高效率、高良率等方面持续创新。一方面,激光诱导刻蚀技术将进一步优化,相关专用方案将加速成熟,加工效率与产品良率将持续提升;另一方面,激光加工与玻璃材料改性、金属化填充等工艺的协同优化将成为重点,推动TGV基板整体工艺成本下降,为其替代传统基板提供支撑。
产业端来看,当前TGV激光加工设备市场呈现“技术多元化、区域化竞争”的特征。国际企业在先进光源、光学系统集成方面有领先优势,主要占据高端市场,而国内企业也正加速向中高端市场突破,且已在部分技术参数上达到国际一流水平。随着玻璃基板量产时间节点渐近,具备技术实力、量产能力及成本优势的厂商将脱颖而出,行业发展速度有望加快。
总体而言,玻璃基板替代传统基板已是行业发展的必然趋势,苹果的下场,也在一定程度上吹响了“冲锋号角”。未来1-2年,随着激光加工等工艺技术的持续成熟、综合加工成本的下降,以及更多企业的入局,玻璃基板将逐步在多领域实现广泛应用。
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