玻璃基板大火，能定義下一代micro LED嗎

    近日，受到英偉達 GB200采用的先進封裝工藝或?qū)⑹褂貌ＡЩ�板消息的影響，玻璃基板行業(yè)一片“火爆”。相關(guān)行業(yè)企業(yè)股價持續(xù)升高。其中，不乏近20家涉及LED直顯相關(guān)企業(yè)亦做出“積極研發(fā)、布局”的表態(tài)。

    玻璃基板到底是什么？

    玻璃基板并不是罕見的新技術(shù)。液晶顯示屏的核心之一就是AM TFT 玻璃基板。OLED顯示中剛性顯示產(chǎn)品也采用玻璃基板，柔性O(shè)LED產(chǎn)品則采用樹脂材料替代了玻璃產(chǎn)品。LCD和OLED被稱為“半導(dǎo)體”顯示的原因，也在于需要光刻機技術(shù)和工藝，在玻璃或者樹脂基材料上形成TFT主動驅(qū)動電路和晶體管結(jié)構(gòu)。

    某種角度看，我國作為全球占比7成LCD產(chǎn)能和一半OLED產(chǎn)能的顯示大國，已經(jīng)天然的是玻璃基板“大國、強國”。

    2020年前后開始，英特爾首先提出下一代CPU或者半導(dǎo)體存儲芯片的集成度更高、封裝連接線更密集，可能超過傳統(tǒng)PCB板產(chǎn)品的技術(shù)極限。進而提出探索以玻璃基板為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)和工藝的可行性。近期，英偉達 GB200或?qū)⒊蔀榈谝豢畈捎貌ＡЩ�板封裝的超大規(guī)模、標(biāo)志性集成電路產(chǎn)品，尤其是加之AI產(chǎn)業(yè)對英偉達算力新品需求的東風(fēng)，讓玻璃基板概念迅速升溫。

    為什么更高密度的集成封裝選擇玻璃基板呢？因為半導(dǎo)體級別的玻璃產(chǎn)品，在高導(dǎo)熱率、低熱膨脹系數(shù)、耐低溫、耐沖擊、高電氣連接密度、高平整度、可滿足復(fù)雜布線和低成本等特性上具有極高的工程可行性。一方面，PCB傳統(tǒng)基板，在更高的連接密度上力有不足，且成本持續(xù)增加；另一方面半導(dǎo)體單晶硅等材料雖然各種物理電氣性能更佳，但是單位面積的材料成本、加工工藝成本都更高。

    而玻璃基板卻恰好，關(guān)鍵性能較PCB基板提升一個量級以上，并在核心材料上成本比硅基材料低廉，在關(guān)鍵工藝上擁有LCD顯示產(chǎn)業(yè)積累的大量覆膜、蝕刻、光刻技術(shù)的實踐經(jīng)驗，可以說是“性能、成本和技術(shù)成熟性”三個維度的“最優(yōu)組合”。

    這樣，在集成電路連接密度日益提升、規(guī)模日益擴大、片上系統(tǒng)大板需求日益增強的背景下，玻璃基板概念從“半導(dǎo)體顯示、平板顯示稀松平�！钡募夹g(shù)，一躍成為IC產(chǎn)業(yè)上、特別是高端IC產(chǎn)業(yè)“欣欣向往”的新一代封裝技術(shù)選擇之一。

    玻璃基板用來做什么？

    無論是LCD、OLED、micro LED還是IC或者英偉達GB200中，玻璃基板的作用都是相似的，即“連接載體”：

    首先，玻璃基板是一種承載體。這主要要求其具有一定的堅固程度、柔韌性、熱脹冷縮系數(shù)盡可能�。ㄓ绕涫荂PU封裝，涉及到發(fā)熱后的膨脹穩(wěn)定性等問題）。這方面的另一個需求是“厚度”。在更薄的尺度上，玻璃基板的特性要好于PCB板更多，更有利于輕量化載體基板設(shè)計，以至于多層基板設(shè)計。

    第二，玻璃基板提供電路連接。包括電源、輸入輸出等信號連接。這種連接，可以采用PCB板相似的印刷銅電路實現(xiàn)，也可以采用光刻工藝為主的類TFT結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。其中，TFT結(jié)構(gòu)在理論上線寬可以達到極小的水平，甚至媲美單晶硅基板的cmos電路結(jié)構(gòu)。

    在玻璃基板連接電路的制作過程中，TFT類涉及到材料摻雜、光刻等典型半導(dǎo)體工藝，需要使用光刻機等半導(dǎo)體設(shè)備；在覆銅電路中，制作工藝與PCB板電路幾乎一致，同時也可以結(jié)合光刻或者蝕刻工藝實現(xiàn)更低的線寬。覆銅和TFT兩類甚至可以混合使用。

    此外，在雙面連接電路上，玻璃基板可以采用“邊緣連接”的方案，例如大多數(shù)LCD或者OLED顯示面板；也可以采用“穿孔”方案，實現(xiàn)更高密度的上下雙面連接設(shè)計。后者目前是比較新興的技術(shù)，但是實現(xiàn)上并沒有絕對性難題。當(dāng)然，結(jié)合晶體管開關(guān)電路等設(shè)計，玻璃基板也可以做成單純單面連接載體。

    雖然在LCD、OLED、micro LED、IC或者英偉達GB200中，玻璃基板的作用都是連接載體，但是其也具有不同的具體參數(shù)需求：就像自行車、高鐵都是交通工具，但截然不同一樣。這些差別主要體現(xiàn)在連接密度、連接對電壓和電流的需求、熱穩(wěn)定性需求等方面的差異。同時，不同的應(yīng)用中，玻璃基板的材料組成，分層結(jié)構(gòu)等也可以有所差別。甚至，即便都是液晶LCD顯示，也會有非晶硅TFT、低溫多晶硅TFT、高溫多晶硅TFT、金屬氧化物TFT等不同材料和工藝上的差異。

    玻璃基板贏得與PCB的競爭需要幾步

    目前玻璃基板處于概念技術(shù)狀態(tài)。其主要競爭對手是傳統(tǒng)的PCB基板。但是，行業(yè)內(nèi)對玻璃基板的必須性有一致性認(rèn)識。尤其是在micro LED行業(yè)更是如此。

    例如，三星推出的THE WALL家庭巨幕，就采用了與LCD和OLED顯示一致的AM TFT玻璃基板產(chǎn)品。2024年初前后，洲明和威創(chuàng)也展示了基于AM TFT的新一代玻璃基板micro LED產(chǎn)品，其在超薄、節(jié)能、輕巧甚至柔性上，實現(xiàn)了“產(chǎn)品形態(tài)的顛覆”。

    但是，AM TFT的micro LED產(chǎn)品價格比較昂貴，暫時無法成為主流產(chǎn)品。為此，2023年10月，雷曼光電聯(lián)合沃格光電推出雷曼PM驅(qū)動玻璃基Micro LED顯示產(chǎn)品。這是全球首個PM 玻璃基產(chǎn)品。沃格光電TGV玻璃基板結(jié)合雷曼光電獨有的新型COB封裝專利技術(shù)，整屏極其輕薄、平整度極高、功耗非常低、散熱很快、色彩還原度超高，重要的是其還極具性價比。

    由以上案例可見，玻璃基板超越PCB需要兩個條件：第一，做PCB做不了，但是需要新技術(shù)繼續(xù)去做的事情。例如，CPU上更為密集的大規(guī)模集成電路連接、或者透明顯示基板、再或者P0.5以下，PCB基板難以實現(xiàn)經(jīng)濟性的高精密LED直線基板、以及適配micro LED晶體連接需求，PCB基板無法實現(xiàn)的極小線寬等。

    第二則是成本！即PCB基板能做，玻璃基板也能做的領(lǐng)域，玻璃基板的全流程成本未來可能會更低。例如，車載顯示、IT顯示等中等尺寸顯示上，PCB板的高精細化帶來的成本提升，超過了玻璃基板產(chǎn)品的現(xiàn)有成本。在成本方面，PCB擁有成熟和規(guī)模優(yōu)勢，玻璃基在micro LED、IC等封裝上，才剛剛起步，未來成本應(yīng)當(dāng)會持續(xù)下降。

    業(yè)內(nèi)預(yù)計，隨著高精細連接載體需求量增加、玻璃基板技術(shù)成熟和成本下降，未來其市場需求會逐步擴大。在micro LED上，玻璃基板的應(yīng)用則主要有以下幾類：第一是AM TFT micro LED顯示、第二是PM TGV micro LED顯示——這兩大類顯示終端，都可以匹配COB芯片級封裝以及MIP集成基板等應(yīng)用。除此之外，玻璃基板還以作為MIP封裝用基板，以及micro LED驅(qū)動IC用封裝基板存在。

    “只要成本能夠更友好，micro LED可能全面擁抱玻璃基板！”業(yè)內(nèi)人士指出，玻璃基板的技術(shù)特性無疑是更好的，同時制造工藝和過程也更為低碳環(huán)保，只要成本允許，玻璃基板在各個環(huán)節(jié)對PCB基板的替代效應(yīng)就會爆發(fā)。

    目前，國內(nèi)LED市場明確涉及玻璃基板產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新的企業(yè)眾多，包括三安光電、TCL華星、京東方、深天馬、維信諾、沃格光電、雷曼光電、洲明科技、艾比森、隆利科技、國星光電、鴻利智匯……等等顯示產(chǎn)業(yè)和材料的龍頭企業(yè)�？梢哉f，我國產(chǎn)業(yè)界在玻璃基板材料、產(chǎn)能、技術(shù)、工藝、終端應(yīng)用等方面的儲備和準(zhǔn)備是豐富、多元的，數(shù)量和質(zhì)量都占據(jù)一定優(yōu)勢的。