玻璃基板大火，能定义下一代micro LED吗

    近日，受到英伟达 GB200采用的先进封装工艺或将使用玻璃基板消息的影响，玻璃基板行业一片“火爆”。相关行业企业股价持续升高。其中，不乏近20家涉及LED直显相关企业亦做出“积极研发、布局”的表态。

    玻璃基板到底是什么？

    玻璃基板并不是罕见的新技术。液晶显示屏的核心之一就是AM TFT 玻璃基板。OLED显示中刚性显示产品也采用玻璃基板，柔性OLED产品则采用树脂材料替代了玻璃产品。LCD和OLED被称为“半导体”显示的原因，也在于需要光刻机技术和工艺，在玻璃或者树脂基材料上形成TFT主动驱动电路和晶体管结构。

    某种角度看，我国作为全球占比7成LCD产能和一半OLED产能的显示大国，已经天然的是玻璃基板“大国、强国”。

    2020年前后开始，英特尔首先提出下一代CPU或者半导体存储芯片的集成度更高、封装连接线更密集，可能超过传统PCB板产品的技术极限。进而提出探索以玻璃基板为基础的半导体封装结构和工艺的可行性。近期，英伟达 GB200或将成为第一款采用玻璃基板封装的超大规模、标志性集成电路产品，尤其是加之AI产业对英伟达算力新品需求的东风，让玻璃基板概念迅速升温。

    为什么更高密度的集成封装选择玻璃基板呢？因为半导体级别的玻璃产品，在高导热率、低热膨胀系数、耐低温、耐冲击、高电气连接密度、高平整度、可满足复杂布线和低成本等特性上具有极高的工程可行性。一方面，PCB传统基板，在更高的连接密度上力有不足，且成本持续增加；另一方面半导体单晶硅等材料虽然各种物理电气性能更佳，但是单位面积的材料成本、加工工艺成本都更高。

    而玻璃基板却恰好，关键性能较PCB基板提升一个量级以上，并在核心材料上成本比硅基材料低廉，在关键工艺上拥有LCD显示产业积累的大量覆膜、蚀刻、光刻技术的实践经验，可以说是“性能、成本和技术成熟性”三个维度的“最优组合”。

    这样，在集成电路连接密度日益提升、规模日益扩大、片上系统大板需求日益增强的背景下，玻璃基板概念从“半导体显示、平板显示稀松平常”的技术，一跃成为IC产业上、特别是高端IC产业“欣欣向往”的新一代封装技术选择之一。

    玻璃基板用来做什么？

    无论是LCD、OLED、micro LED还是IC或者英伟达GB200中，玻璃基板的作用都是相似的，即“连接载体”：

    首先，玻璃基板是一种承载体。这主要要求其具有一定的坚固程度、柔韧性、热胀冷缩系数尽可能小（尤其是CPU封装，涉及到发热后的膨胀稳定性等问题）。这方面的另一个需求是“厚度”。在更薄的尺度上，玻璃基板的特性要好于PCB板更多，更有利于轻量化载体基板设计，以至于多层基板设计。

    第二，玻璃基板提供电路连接。包括电源、输入输出等信号连接。这种连接，可以采用PCB板相似的印刷铜电路实现，也可以采用光刻工艺为主的类TFT结构实现。其中，TFT结构在理论上线宽可以达到极小的水平，甚至媲美单晶硅基板的cmos电路结构。

    在玻璃基板连接电路的制作过程中，TFT类涉及到材料掺杂、光刻等典型半导体工艺，需要使用光刻机等半导体设备；在覆铜电路中，制作工艺与PCB板电路几乎一致，同时也可以结合光刻或者蚀刻工艺实现更低的线宽。覆铜和TFT两类甚至可以混合使用。

    此外，在双面连接电路上，玻璃基板可以采用“边缘连接”的方案，例如大多数LCD或者OLED显示面板；也可以采用“穿孔”方案，实现更高密度的上下双面连接设计。后者目前是比较新兴的技术，但是实现上并没有绝对性难题。当然，结合晶体管开关电路等设计，玻璃基板也可以做成单纯单面连接载体。

    虽然在LCD、OLED、micro LED、IC或者英伟达GB200中，玻璃基板的作用都是连接载体，但是其也具有不同的具体参数需求：就像自行车、高铁都是交通工具，但截然不同一样。这些差别主要体现在连接密度、连接对电压和电流的需求、热稳定性需求等方面的差异。同时，不同的应用中，玻璃基板的材料组成，分层结构等也可以有所差别。甚至，即便都是液晶LCD显示，也会有非晶硅TFT、低温多晶硅TFT、高温多晶硅TFT、金属氧化物TFT等不同材料和工艺上的差异。

    玻璃基板赢得与PCB的竞争需要几步

    目前玻璃基板处于概念技术状态。其主要竞争对手是传统的PCB基板。但是，行业内对玻璃基板的必须性有一致性认识。尤其是在micro LED行业更是如此。

    例如，三星推出的THE WALL家庭巨幕，就采用了与LCD和OLED显示一致的AM TFT玻璃基板产品。2024年初前后，洲明和威创也展示了基于AM TFT的新一代玻璃基板micro LED产品，其在超薄、节能、轻巧甚至柔性上，实现了“产品形态的颠覆”。

    但是，AM TFT的micro LED产品价格比较昂贵，暂时无法成为主流产品。为此，2023年10月，雷曼光电联合沃格光电推出雷曼PM驱动玻璃基Micro LED显示产品。这是全球首个PM 玻璃基产品。沃格光电TGV玻璃基板结合雷曼光电独有的新型COB封装专利技术，整屏极其轻薄、平整度极高、功耗非常低、散热很快、色彩还原度超高，重要的是其还极具性价比。

    由以上案例可见，玻璃基板超越PCB需要两个条件：第一，做PCB做不了，但是需要新技术继续去做的事情。例如，CPU上更为密集的大规模集成电路连接、或者透明显示基板、再或者P0.5以下，PCB基板难以实现经济性的高精密LED直线基板、以及适配micro LED晶体连接需求，PCB基板无法实现的极小线宽等。

    第二则是成本！即PCB基板能做，玻璃基板也能做的领域，玻璃基板的全流程成本未来可能会更低。例如，车载显示、IT显示等中等尺寸显示上，PCB板的高精细化带来的成本提升，超过了玻璃基板产品的现有成本。在成本方面，PCB拥有成熟和规模优势，玻璃基在micro LED、IC等封装上，才刚刚起步，未来成本应当会持续下降。

    业内预计，随着高精细连接载体需求量增加、玻璃基板技术成熟和成本下降，未来其市场需求会逐步扩大。在micro LED上，玻璃基板的应用则主要有以下几类：第一是AM TFT micro LED显示、第二是PM TGV micro LED显示——这两大类显示终端，都可以匹配COB芯片级封装以及MIP集成基板等应用。除此之外，玻璃基板还以作为MIP封装用基板，以及micro LED驱动IC用封装基板存在。

    “只要成本能够更友好，micro LED可能全面拥抱玻璃基板！”业内人士指出，玻璃基板的技术特性无疑是更好的，同时制造工艺和过程也更为低碳环保，只要成本允许，玻璃基板在各个环节对PCB基板的替代效应就会爆发。

    目前，国内LED市场明确涉及玻璃基板产品研发创新的企业众多，包括三安光电、TCL华星、京东方、深天马、维信诺、沃格光电、雷曼光电、洲明科技、艾比森、隆利科技、国星光电、鸿利智汇……等等显示产业和材料的龙头企业。可以说，我国产业界在玻璃基板材料、产能、技术、工艺、终端应用等方面的储备和准备是丰富、多元的，数量和质量都占据一定优势的。