电子设备行业专题研究：玻璃通孔（TGV）为硅通孔（TSV）有效补充，AI+Chiplet趋势下大有可为

/ 电子设备行业专题研究 玻璃通孔(TGV)为硅通孔(TSV)有效补充，AI+Chiplet趋势下大有可为 / 2023年09月18日 【投资要点】 先进封装延续摩尔定律，TSV日渐触及瓶颈，TGV有望填补不足。随着摩尔定律接近尽头，2.5D/3D先进封装应运而生，其中转接板发挥着重要作用。目前，硅转接板及硅通孔TSV已相对比较成熟，在实际生产中广泛应用。然而硅是半导体材料，高频电学性能差，影响芯片性能。玻璃材料介电性能优良，热膨胀系数与硅接近，可规避上述问题。且TGV无需制作绝缘层，降低了工艺复杂度和加工成本。因此TGV及相关技术有望填补TSV技术的不足，在2.5D/3D封装、射频、微机电系统等领域有广泛应用前景。 TSV在AI芯片封装一骑绝尘，需求高增为TGV打开成长空间。目前英伟达H100、AMDMI300、壁仞科技BR100等新一代AI芯片均采取以TSV为核心CoWoS封装。国内沃格光电则大力推进TGV技术在高算力服务器领域的应用。由于TGV对TSV存在一定优势，TGV有望在部分场景下替代TSV，进而成为AI时代先进封装核心演进方向之一，叠加大模型推动之下加速计算芯片需求高增，TGV远期成长空间广阔。 玻璃芯载板长期潜力巨大，假以时日或与ABF分庭抗礼。除玻璃转接板外，TGV另一重要应用为玻璃芯载板。AI+Chiplet风潮之下产业转向大尺寸封装及小芯片设计，封装材料要求与日俱增。主流ABF载板尚有一定缺陷，其粗糙表面会对精细电路性能产生负面影响。可能作为替代的玻璃芯载板表面更光滑且厚度更小，使芯片性能提高、功耗下降。目前已有玻璃芯载板+TGV产品问世，为AI相关等芯片封装提供高性能/低功耗/小外形尺寸的差异化优势。尽管大规模商业化尚需时日，但其有望成为载板行业的规则改变者，未来或与ABF并驾齐驱。 多领域潜力释放+传统工艺替代升级，TGV未来可期。除逻辑芯片外，TGV及玻璃基板在LED、微机电系统、封装天线、集成无源器件等领域也有不同程度应用进展。LED方面，玻璃基材料及TGV技术充分契合MIP封装，随着MicroLED渗透提速，市场潜力巨大；MEMS领域，TGV技术早在多年前已导入设计制造环节，国际大厂均有玻璃基产品推出；封装天线方面，TGV+FOWLP有望为天线封装开辟新路径，无线通信及汽车雷达需求可期，此外集成无源器件中TGV也有广泛应用。 【配置建议】 建议关注TGV工艺及产品供应商沃格光电、赛微电子、蓝特光学等。建议关注TGV工艺流程中激光诱导刻蚀设备供应商帝尔激光、大族激光及镀铜设备供应商盛美上海。 挖掘价值投资成长 强于大市（维持） 东方财富证券研究所 证券分析师：邹杰 证书编号：S1160523010001 联系人：刘琦 电话：021-23586475 相对指数表现 8.95% 3.76% -1.42% -6.60% -11.79% -16.97% 9/1811/181/183/185/187/18 电子设备沪深300 相关研究 《汽车电子系列报告之二：高阶辅助驾驶走向标配，自动驾驶域前景广阔》 2023.09.08 《PCB板块半年度跟踪：看好多领域需求变化驱动，行业蓄力向上》 2023.08.14 《汽车电子系列报告之一：智能化接棒电动化，长期增长空间开启》 2023.07.07 《PCB板块一季报情况梳理：一季度无明显复苏迹象，新需求叠加成本管控或成破局关键》 2023.05.25 《华为MateX3发布，全新铰链结构助力极致轻薄》 2023.03.24 行业研究 电子设备 证券研究报告 2017 【风险提示】 受消费市场影响，下游需求不及预期； 关键性技术难度大，研发不及预期； TGV产能供给不及预期。 正文目录 1.1摩尔定律日渐放缓，先进封装另辟蹊径5 1.2TGV是对TSV的升级7 1.3TGV工艺流程：成孔/填孔为两大核心环节，技术难度较高7 1.3.1TGV成孔技术：方法众多，各有优劣7 1.3.2TGV填孔技术：金属填充或电镀薄层8 1.4TGV核心设备及特点9 1.4.1激光诱导刻蚀设备9 1.4.2电镀设备及电镀液10 2.多领域潜力释放+传统工艺替代升级，TGV未来可期11 2.1市场潜力静待释放，竞争格局高度集中11 2.2逻辑芯片：CoWoS一骑绝尘，核心转接板是替代潜力所在12 2.3LED：MIP契合MicroLED发展趋势，玻璃基板充分受益13 2.4MEMS：TGV及玻璃基应用日趋成熟，需求扩张更添成长动力15 2.5封装与集成天线：技术路径日趋完备，实际应用有望提速17 2.5.1封装天线17 2.5.2太赫兹天线19 2.6集成无源器件：玻璃材质性能优势突出20 2.7玻璃载板：载板材质升级新方向，未来或与ABF并驾齐驱22 3.相关标的25 3.1沃格光电25 3.2赛微电子26 3.3蓝特光学26 4.风险提示27 图表目录 图表1：摩尔定律随制程工艺提升趋于失效5 图表2：建设不同工艺节点晶圆厂的资本支出情况5 图表3：“深度摩尔”和“超越摩尔”涉及的芯片类型5 图表4：先进封装两大类型6 图表5：TSV工艺示意图6 图表6：TGV工艺示意图7 图表7：不同TGV成孔技术的优缺点8 图表8：激光诱导刻蚀制作TGV流程图8 图表9：激光诱导刻蚀制作的TGV平面与截面图8 图表10：TGV金属实孔填充工艺流程9 图表11：TGV实孔填充电镀9 图表12：TGV孔内电镀薄层9 图表13：4JET公司的激光诱导刻蚀机器解决方案10 图表14：国内外公司TGV设备参数对比10 图表15：上海新阳芯片级铜互联电镀液示意图10 图表16：深圳创智芯联TSV镀铜药剂效果图10 图表17：先进封装市场规模（亿美元）11 图表18：先进封装在整体封装市场的占比11 图表19：台积电CoWoS封装示意图12 图表20：赛灵思FPGA迭代路线图12 图表21：英伟达GP100CoWoS封装示意图12 图表22：英伟达H100CoWoS封装示意图13 2017 图表23：AMDMI300CoWoS封装示意图13 图表24：MIP封装流程14 图表25：SMD/COB封装流程14 图表26：不同显示封装工艺对比14 图表27：LED封装中的TSV14 图表28：通格微公司的玻璃基MIP封装载板产品14 图表29：MicroLED屏幕出货量（万片）15 图表31：MicroLED屏幕市场规模（亿美元）15 图表32：MEMS产品类型16 图表33：2021年全球MEMS行业市场结构16 图表34：在玻璃基板上用磁辅助组装实现MEMS封装16 图表35：Menlo公司玻璃基MEMS开关产品17 图表36：群创光电MEMS制程升级为玻璃基材17 图表37：全球MEMS市场规模（亿美元）17 图表38：全球MEMS出货量（亿颗）17 图表39：三星5G手机中的AiP18 图表40：英特尔5G车联网中的AiP18 图表41：FOWLP封装工艺流程18 图表42：FOWLP工艺的应用场景18 图表43：厦门云天半导体的eGFO封装工艺流程19 图表44：5G毫米波集成天线封装流程19 图表45：毫米波设备出货量预测（百万件）19 图表46：5G封装市场规模预测（亿美元）19 图表47：太赫兹频谱位置20 图表48：基于TGV工艺的高能太赫兹天线加工步骤20 图表49：基于TGV工艺的高能太赫兹天线实物20 图表50：薄膜IPD应用分类21 图表51：IPD终端应用21 图表52：玻璃基板与晶圆上制作的IPD对比21 图表53：云天半导体的IPD产品示意图21 图表54：全球集成无源器件市场规模（亿美元）22 图表55：北美集成无源器件市场规模（亿美元）22 图表56：ABF载板示意图22 图表57：玻璃/硅/有机材料载板性能参数对比22 图表58：DNP玻璃芯载板示意图23 图表59：DNP玻璃芯载板中TGV的X射线图像23 图表60：DNP玻璃芯载板横截面23 图表61：英特尔基于玻璃材质的共同封装光学元件技术24 图表62：玻璃载板对封装工艺的升级24 图表63：IC封装载板市场规模（亿美元）25 图表64：玻璃载板市场规模（亿美元）25 图表65：沃格光电掌握的TGV核心技术25 图表66：瑞典SilexMicrosystems的TGV产品26 图表67：蓝特光学的深加工玻璃晶圆产品26 图表68：蓝特光学的通孔晶圆（TGV）产品26 图表69：TGV相关工艺建议关注公司（截至2023年08月16日）27 2017 1.先进封装方兴未艾，玻璃通孔工艺（TGV）蓄势待发 1.1摩尔定律日渐放缓，先进封装另辟蹊径 技术及成本因素推动芯片产业迈入后摩尔时代。从1987年的1μm到2015年的14nm制程，芯片制程迭代一直遵循摩尔定律，即芯片上容纳的晶体管数目每18到24个月增加一倍。但2015年后，芯片制程发展进入瓶颈期，7nm、5nm制程的芯片量产进度均落后于预期。一方面，芯片制程工艺已接近物理尺寸的极限1nm，量子隧穿效应对晶体管功能造成很大削弱，另一方面，建设新一代制程晶圆厂的成本水涨船高，据DIGITIMESResearch，月产5万片的5nm晶圆厂投资高达140亿美元。且全球领先的晶圆代工厂台积电3nm制程芯片量产遇阻，2nm制程芯片量产推迟至2024年后，芯片产业迈入了后摩尔时代。 图表1：摩尔定律随制程工艺提升趋于失效图表2：建设不同工艺节点晶圆厂的资本支出情况 资料来源：AMD，转引自3dcenter网站，东方财富证券研究所资料来源：DIGITIMESResearch，东方财富证券研究所 先进封装已经成为后摩尔时代集成电路技术发展的一条重要路径。后摩尔时代，芯片的发展逐渐演化出了不同的技术方向。其中“MoreMoore”（深度摩尔）方向是研发新方法沿着摩尔定律的道路继续向前推进，不断缩小芯片制程。另一方向则是“MorethanMoore”（超越摩尔），发展摩尔定律演进过程中未开拓的技术方向，先进封装便是其中之一，其可以实现更高的I/O密度、更快的信号传输速度和更好的电热性能，从而提高芯片的性能和功能。并且，先进封装技术还可以降低芯片的功耗和体积，提升芯片的可靠性和生产效率。 图表3：“深度摩尔”和“超越摩尔”涉及的芯片类型 资料来源：《MorethanMoore:CreatingHighValueMicro/NanoelectronicsSystems》（2009，GuoQiZhang,AlfredvanRoosmalen）东方财富证券研究所 2017 先进封装分两大类型：XY平面延伸及Z轴垂直堆叠。先进封装的定义是采用了先进的设计思路和先进的集成工艺，对芯片进行封装级重构，并且能有效提系统高功能密度的封装。先进封装具有如下特点：①不采用传统的封装工艺，比如无需BondingWire（半导体键合引线）；②封装集成度高，封装体积小； ③内部互联短，系统性能得到提升；④单位体积内集成更多功能单元，有效提升系统功能密度。目前先进封装分为两大类：①基于XY平面延伸的先进封装技术，主要通过RDL（ReDistributionLayer，重布线层工艺）进行信号的延伸和互连；②基于Z轴延伸的先进封装技术，主要是通过TSV（ThroughSiliconVia，硅通孔）进行信号延伸和互连。 图表4：先进封装两大类型 资料来源：先艺电子官网，东方财富证券研究所 TSV技术实现Z轴电气延伸和互连。通过TSV技术，可以将多个芯片进行垂直堆叠并互连。按照集成类型的不同分为2.5DTSV和3DTSV，2.5DTSV指的是位于硅转接板（SiliconInteposer）上的TSV，3DTSV是指贯穿芯片体之中，连接上下层芯片的TSV。在3DTSV中，芯片相互靠近，所以延迟会更少，且互连长度缩短，能减少相关寄生效应，使器件以更高的频率运行，从而转化为性能改进，并更大程度的降低成本。TSV的尺寸范围比较大，大超过100u