先进封装行业深度报告:先进封装持续演进,玻璃基板大有可为
AI 算力需求激增,玻璃基板成为海外龙头厂商主要布局方向。根据 IDC 预测,全球 AI 服务器的 市场规模将从 2022 年的 195 亿美元增长至 2026 年的 347 亿美元,CAGR 达 15%。在 AI 算力高 增、市场竞争日趋激烈的背景下,玻璃基板成为海内外龙头厂商提高芯片性能的主要技术革新方 向。以英特尔、三星、AMD、苹果为代表的龙头大厂纷纷布局玻璃基板及相关技术,玻璃基板有 望迎来广阔的增长空间。
玻璃基板有望凭借性能优势引领基板发展方向。基板(Substrate)是将电子元器件集成在一起的 物理支撑平台,通常由绝缘材料制成,起到保障电子元器件稳定性和可靠性的作用。当前,基板 多由金属、陶瓷和有机材料制成。未来,随着 TGV 等相关技术不断成熟,玻璃材料的脆性和导热 性得以改善,玻璃基板(Glass substrate)将凭借其高尺寸稳定性、各向同性的高透光性能和高 绝缘性能,成为引领基板发展的革新力量。
工业电子玻璃经表面处理后进行导电图形制造,可以制成玻璃基板。玻璃基板选用氧化钠成份低 的电子工业玻璃(如普通玻璃、光学玻璃、硼硅酸盐玻璃等)作为原材料,经表面处理后采用化 学法或物理法完成导电图形制造。化学法类似 PCB 的金属化过程,主要步骤为表面处理、玻璃敏 化、玻璃活化和化学镀铜等。物理法先对玻璃表面除进行油清洁,然后进行等离子体(粗化), 最后进行真空镀膜。
玻璃基板位于产业链中游,应用领域持续深化。玻璃基板上游原材料为硅砂、纯碱、石灰石、硼 酸和氧化铝等。它们是玻璃的形成物,构成了玻璃的主体,决定了该种玻璃的物理和化学性质。 随着制备技术的不断成熟,玻璃基板的性能优势逐步显现,其下游应用得以持续扩展和深化,具 体覆盖了面板、IC 封装、CMOS、MEMS 等领域。
玻璃基板是决定面板品质的核心组件。以应用最成熟的 TFT-LCD 为例,一张 TFT-LCD 液晶面板 通常需要用两张玻璃基板,分别作为底层玻璃基板和彩色滤光片底板使用。TFT-LCD 将液晶层夹 在彩色滤光片和镶嵌有电晶体的玻璃基板之间。背光模组中的光源发出光线后,在电场作用下, 液晶分子原有的旋转排列发生扭曲,使通过并照射在彩色滤光片上光的旋转幅度发生改变,从而 产生不同的颜色。玻璃基板是面板的核心组件,面板成品的分辨率、透光度、厚度、重量、可视 角度等指标都与所采用的玻璃基板质量密切相关。
玻璃基板可作为芯片载板,应用于先进封装中。从广义角度,芯片载板大致可分为中介层 (Interposer)、IC 载板(Substrate)、印制电路板(PCB)。玻璃材料可作为中介层、IC 载板、 印制电路板,在先进封装中充分发挥其性能优势。与其它基板材料相比,玻璃芯片载板有如下优 点:1)耐高温,可使图案失真减少 50%;2)具有超高平坦度,可提高光刻焦深;3)具备尺寸 稳定性;4) 可使通孔密度增加 10 倍;5)可灵活改进功率传输的设置和信号路由的设计;6)传 输速率高、损耗低;7)支持更高的温度下的先进集成供电。英特尔称,玻璃基板能够构建更高 性能的多芯片 SiP,使芯片上多放置 50%的裸片,有助于 Chiplet 的实现。
2 玻璃基板国产化进程正当时
玻璃基板行业增速稳健,市场主要由美日企业垄断。根据 MarketsandMarkets 预测,全球玻璃基 板市场预计将从 2023 年的 71 亿美元增长到 2028 年的 84 亿美元,CAGR 达 3.5%。美国康宁 (Corning)为玻璃基板行业绝对龙头,全球市场份额占比高达 48%;旭硝子(AGC)、电气硝 子(NEG)、东旭光电紧随其后,占比分别为 23%、17%、8%。玻璃基板行业的垄断在高世代 线尤为突出。在 8.5 代线玻璃基板市场,康宁以 29%的市场份额位列全球第一,旭硝子、电气硝 子分别以 24%、21%的市场份额分列二、三位。
玻璃基板国产替代加速,主要得益于:1)行业潜在产能缺口;2)我国厂商加码产线建设;3) 国产基板价格优势。当前,海外玻璃基板龙头厂商为调节自身利润,纷纷采取涨价、控制产能的 策略,供给不足造成的潜在产能缺口有望为我国厂商带来市场空间。以彩虹股份、沃格光电为代 表的我国玻璃基板厂商产能扩张加速,布局趋于高端,供应能力持续增强,市场竞争力显著提升。 受益国家相关产业政策支持,我国玻璃基板有望凭借自身成本优势抢占市场空间。
1)海外厂商经营策略调整带来行业潜在产能缺口。2024 年,受显示玻璃价格持续下滑、能源成 本上涨等因素影响,以康宁为代表的玻璃基板行业龙头为优化自身盈利能力,纷纷采取提价并控 制产能的策略。根据 Omdia 测算,当前全球玻璃基板仅仅维持在供略大于求的水平,一旦厂商发 生轻微事故或突发订单激增,玻璃基板供需情况或将于 2024 年 Q2 后趋紧,甚至于 Q3 首次出现 供不应求的局面。
2)我国玻璃基板厂商加码产线建设。我国龙头厂商京东方、TCL 科技、彩虹股份、东旭光电等 在用于显示领域的高世代玻璃基板产线均有规划,彩虹股份、东旭光电 G8.5+/G8.5代玻璃基板产 线已投产。彩虹股份 G8.5+玻璃基板产线产能达 580 万片/年,东旭光电 G8.5 代 TFT-LCD 液晶玻 璃基板产能达 540 万片/年。
3)国产玻璃基板具备一定价格优势。第一,国内厂商受相关产业政策补贴。国内对于面板产业 链的支持力度大,厂商可以获得一定的政府补助,因此国产玻璃基板价格会显著低于进口的玻璃 基板。第二,国内厂商运输成本低。Modor Intelligence 预测,2020-2025 年,以中国为代表的亚 太地区将成为玻璃基板规模最大、增速最快的市场。凭借先天地理位置优势,国内厂商就近配套 可以降低运输风险和成本。
3 多领域技术演进,释放玻璃基板需求空间
3.1 Mini/Micro LED 催生增量需求
显示技术持续演进,Mini/Micro LED 兴起。显示技术自 1950s 兴起,经历了彩色显像管、等离 子、液晶显示(LCD)、有机发光二极管(OLED)到 Mini/Micro LED 几轮技术变革。按光源分 类,显示技术可分为自发光(以 LED 为代表)和非自发光两种(以 LCD 为代表),LED、Mini LED 也可用于非自发光显示器,用作背光灯从后方照亮显示器像素。Grand View Research 报告 称,2022 年,LCD 市场份额占比达 35%,居主导地位;由于高操作可靠性、高适用性,OLED 市场份额逐步提升;Mini/Micro LED 技术作为新兴显示技术,尚处于起步阶段。
Mini LED 背光是 LCD 背光的主要类型之一。Mini LED 背光将传统 LCD 背光模组中的灯珠缩小 到 50-200 微米,可实现局部调光,带来亮度和对比度的飞跃。按驱动方式分类, Mini LED 背光 可分为被动矩阵式驱动(PM,Passive Matrix)和主动矩阵式驱动(AM,Active Matrix)。
Micro LED 是一种自发光技术,由微米级半导体发光单元阵列组成,是一种将电能转化为光能的 电致发光器件。Micro LED由基板、彩色滤光片、LED驱动器、无数用 RGB三种发光颜色的 LED 芯片组成的微米级像素单元等部分构成。与其他显示技术不同,Micro LED 采用高像素密度的二 维 Micro LED 阵列,每一个像素都能够寻址控制和独立驱动发光,具有自发光、高效率、低功耗、 高集成、高稳定性、全天候工作的优点,被认为是最有前途的下一代新型显示与发光器件之一。
Mini/Micro LED 渗透率逐步提高,可以归因于:1)Mini/Micro LED 性能优越;2)技术升级带 来降本空间;3)下游终端创新,市场覆盖范围扩大。与传统 LCD、OLED 相比,Mini/Micro LED 在亮度、对比度、响应时间、色域范围上均具备一定优势,是未来显示技术的发展方向。随着驱 动方案升级及巨量转移等技术难点取得突破,Mini/Micro LED 降本可期。此外,下游终端产品持 续创新,AR、VR、大屏显示、商用显示等产品将成为 Micro LED 的增量需求来源;Mini LED 背 光由于可以自主调节分区数,可实现低、中、高端市场的全覆盖。
1)Mini/Micro LED 性能优越。与传统 LCD、OLED 相比,Mini/Micro LED 可实现点间距 0.1- 1.0mm/<0.1mm,最大对比度 1000000:1,NTSC 色域 80%-110%/140%, 8-10 万小时寿命,纳 秒级反应时间,具有亮度高、对比度高、色域范围高、使用寿命长、响应时间快等优势,有望成 为未来显示领域的主流技术。
2)技术升级带来降本空间。Mini LED 背光降本可归结于玻璃基板的应用、AM 驱动方案的成熟。 TCL 科技称,PCB 基 Mini LED 背光的面板成本为相同规格 WOLED 面板的 9 成,而玻璃基 Mini LED 背光仅为 7 成。在中高分区采用 AM 驱动方案时,由于驱动芯片、基板等成本降低,AM 驱 动的 Mini LED 背光方案较 PM 恒流方案可节省 40%的成本。
Micro LED 技术突破是降本的重要 推力。当前对 Micro LED 的研究聚焦巨量转移等核心痛点,着力提高 Micro LED 性能、良率以达 降本目的。Omdia 预测,2027 年,10-14 英寸 Micro LED 显示面板的成本将骤降至目前水平的 25%。
3)下游终端创新,市场覆盖范围扩大。Mini LED 背光凭借其性能优势适用于高端显示器、4K/8K 大尺寸电视、笔电及平板等领域中。背光分区数量是决定产品性能的关键,Mini LED 背光可通过 自主调降分区数量,实现低、中、高端市场全覆盖。三星、LG、友达光电、群创光电等公司投入 大量资金研发 Micro LED,有力推动了 Micro LED 在显示屏、车灯、消费级电视、AR 眼镜等高端 产品的应用。
Mini/Micro LED 市场渗透率提升在即。行家说 Research 预测,到 2026 年,全球 Mini LED 背光 产品出货量将增至 4918 万台,2022-2026 年 CAGR 约为 30%;其中,TV 将成为拉动 Mini LED 背光产品出货量增长的主要力量。GGII 预测,2022 年全球 Micro LED 市场规模约 1 亿美元,到 2027 年全球 Micro LED 市场规模有望突破 100 亿美元,5 年 CAGR 高达 151%。
3.2 TGV 推动玻璃基板应用于先进封装
在摩尔定律放缓的时代,先进封装通过改变连接距离和连接方式,不断刷新芯片的性能。先进封 装包括 2.5D/3D 封装、扇出晶圆级封装和系统级封装,在提高芯片集成度、缩短芯片距离、加快 芯片间电气连接速度、性能优化的过程中扮演重要角色。其中,2.5D 封装将芯片并排放置在中介 层(Interposer)顶部,通过芯片的微凸块(uBump)和中介层中的布线实现互连;3D 封装则将 多个半导体芯片堆叠在一起创建三维结构,将集成提升至新高度。


