玻璃基板生产工艺、技术壁垒与产业链梳理

玻璃基板产业链包括生产、原料、设备、技术、封装、检测、应用等环节。

1、关键工艺

（1）玻璃基板生产关键工艺：TGV 玻璃成孔

TGV（Through Glass Via，玻璃通孔）能够在玻璃基板上形成微小的导电通孔，从而实现芯片间的高效连接。TGV 是生产用于先进封装玻璃基板的关键工艺。TGV 主要流程可分为玻璃成孔、孔内金属填充两大环节。 TGV 玻璃成孔环节中激光诱导湿法刻蚀技术具备大规模应用前景。TGV 主流成孔方法包括喷砂法、光敏玻璃法、等离子刻蚀法、激光烧蚀和激光诱导湿法刻蚀法等。其中，激光诱导湿法刻蚀法利用脉冲激光诱导玻璃产生连续的变性区，相比未变性区域的玻璃，变性玻在氢氟酸刻蚀速率较快，基于这一特性可以在玻璃制作通孔/盲孔。激光诱导湿法刻蚀技术具有快速高效成孔、工艺简单、侧壁光滑、高精度成孔等显著优点，被广泛应用于各种玻璃材料的三维微流道加工，其成本相对较低，有大规模应用的前景。

（2）玻璃基板生产关键工艺：TGV 孔内金属填充

对通孔进行高质量的金属填充技术难度大。与 TSV（硅通孔）不同，TGV 孔径较大，且多为通孔，电镀时间长、成本高；另一方面，与硅材料不同，由于玻璃表面平滑，与常用金属（如Cu）的黏附性较差，容易造成玻璃衬底与金属层之间的分层现象，导致金属层卷曲甚至脱落等现象。在对 TGV 通孔进行电镀填充时，通常需要先沉积金属粘附层如钛(Ti)、铬(Cr)等种子层Cu，后进行电镀。目前在开发采用化镀 Cu 种子层的低成本 TGV 填充方案，然后再通过半加成法（SAP）在胶图形上电镀出Cu 线路。由于玻璃与金属 Cu 之间热膨胀系数不同，化学结构存在明显差异，并且玻璃具有非常光滑的表面，导致玻璃与化镀 Cu 之间的黏附力差，需要特殊的处理来提高结合力。例如美国安美特公司报道了金属氧化物粘附增强方法，通过把玻璃基板浸入化学药液，覆盖纳米厚度的金属氧化物粘附促进剂形成黏附层提高化镀 Cu 层的黏附力。

2、玻璃基板行业壁垒高，技术难度大

玻璃基板是液晶面板上游核心部件，在液晶面板中成本占比约 15.2%。玻璃基板是液晶面板产业的上游，也是我国整个面板产业中链中发展相对滞后的环节。我国目前本土企业只有极少数能够具备自主研发的能力。一块液晶面板通常要用两块玻璃基板，分别供作底层玻璃基板及彩色滤光片的底板使用，在上、下两层玻璃两侧会贴有 TFT 薄膜晶体管和彩色滤光片。玻璃基板对于整个液晶面板行业的地位就像晶圆对半导体行业的地位，是整个面板产业中的重要元件。

液晶玻璃基板的原材料决定了玻璃基板的理化性质。按化学成分划分，玻璃基板通常分为有碱玻璃及无碱玻璃两类。有碱玻璃包括钠玻璃及中性硅酸硼玻璃两种，碱金属含量高于 1%，主要应用于TN 及STNLCD 上；无碱玻璃以无碱硅酸铝玻璃为主，其碱金属总含量在 1%以下，主要用于TFT-LCD 上。液晶基板玻璃的主要原料包括：石英粉，碳酸锶，碳酸钡，硼酸，硼酐，氧化铝，碳酸钙，硝酸钡，氧化镁，氧化锡，氧化锌等。它们是玻璃的形成物，玻璃的调整物和中间体成份，构成了玻璃的主体，决定了该种玻璃的物理和化学性质。 玻璃基板的当前制造工艺主要有浮法、流孔下引法和溢流熔融法三种，目前全球的主流工艺是溢流熔融法。 浮法：浮法制造工艺是应用最广泛、历史最悠久的平板玻璃制造工艺。熔融玻璃从池窑中连续流入并漂浮在相对密度大的锡液表面上，在重力和表面张力的作用下，玻璃液在锡液面上铺开、摊平、形成上下表面平整、硬化，经冷却后被引上过渡辊台，形成平整的玻璃。优势：制备的玻璃表面平整度极高，适合用于高精度显示设备；具有良好的光学均匀性和高透明度；适合大规模生产，成本相对较低。劣势：对于超薄玻璃，厚度均匀性控制难度较大；需要高温熔窑和锡槽等设备，投资成本较高。

流孔下拉法：流孔下拉法是将熔融玻璃液导入由铂合金制程的流孔漏板槽中，在重力的作用下玻璃溶液流出，再通过滚轮碾压、冷却室固化成型。其中温度和流孔开孔大小共同决定玻璃的产量，而流孔开孔大小和下拉速度则共同决定玻璃的厚度，温度分布决定玻璃的平整度。优势：制备的玻璃具有较高的机械强度和耐高温性能；适合生产超薄玻璃，厚度均匀性高。劣势：拉制速度较浮法工艺慢，生产效率较低；需要高精度的拉制设备，技术要求高。 溢流熔融法：溢流熔融法是将熔融玻璃液导入导管，玻璃液到达容积上限后，从导管两侧沿管壁向下溢流而出，类似瀑布一样在下方汇流后形成片状基板。溢流熔融技术可以产出具有双原始玻璃表面的超薄玻璃基材，相较于浮式法及流孔下拉法，可免除研磨或抛光等后加工制作过程，现已成为TFT-LCD 基板玻璃制造工艺的主流。优势：制备的玻璃具有较高的机械强度和耐高温性能；适合生产超薄玻璃，厚度均匀性高。劣势：拉制速度较浮法工艺慢，生产效率较低；需要高精度的拉制设备，技术要求高。

高代线技术难度大，行业壁垒高。目前大尺寸化和轻薄化是玻璃基板未来的主要发展趋势。大尺寸化方面，LCD 面板的世代越高，玻璃基板的尺寸越大，对应的产能面积越大，技术水平要求越高。由于电视面板的大尺寸化趋势持续进行，导致玻璃基板的尺寸要求也不断提高；轻薄化方面，玻璃基板的厚度是影响面板厚度至关重要的因素，一般来说，玻璃基板的厚度在 0.1mm 到 0.7mm 之间，而8.5 代线玻璃基板产品厚度已经进入 0.5mm 及以下的水平，轻薄化成为玻璃基板的确定趋势。由于面板需要承受一定特殊的环境，所以要求玻璃基板需要具备一定的特性，这也导致玻璃基板行业高世代产线存在一定的壁垒：配方壁垒：玻璃基板原材料配方配比关系到基板玻璃成品的良率，配方决定了玻璃的质量。成型技术壁垒：目前基板玻璃主流工艺是溢流熔融法，该工艺需要准确调整温度、流速等多个参数，掌握难度大。设备壁垒：通常来说，生产设备基本都是玻璃厂商自主研发生产，新进入者很难在市场上买到现成设备。

3、产业链分析

1、玻璃基板的产业链

玻璃基板产业链包括生产、原料、设备、技术、封装、检测、应用等环节。上游为生产、原料、设备环节，中游为技术、封装检测环节，下游为应用环节。

玻璃基板产业链上游为生产、原料、设备环节。玻璃基板制造需硅砂、纯碱、石灰石、硼酸、氧化铝等原料；玻璃基板生产工艺包括高温熔融、均化处理、成型、加工、清洗检验和包装等环节；玻璃通孔设备包括钻孔、电镀、溅射、显影设备。 玻璃基板因独特的物理化学属性，在电子元件材料应用领域展现出巨大潜力。玻璃基板有望在需要高算力和低延迟的场景中大展身手，如自动驾驶汽车的实时数据处理。其耐高温的特性也使它适合应用于工业物联网、边缘计算等对温度耐受性有严格要求的领域。然而，玻璃材质在机械性能和抗冲击性上具局限性，故在车载等高要求环境中的应用仍受限。

2、产业链受益环节分析

（1）原料：含氧化铝的高铝玻璃有望受益

玻璃基板产业链上游原料、生产、设备环节有望受益。随着玻璃通孔技术的成熟以及玻璃基板应用领域的突破，玻璃基板需求将迎来大幅增长，上游原料、生产、设备环节有望受益，从而推动对国内相关生产和设备厂商的需求。 玻璃基板原料氧化铝需求有望迎来增长。玻璃基板制造需硅砂、纯碱、石灰石、硼酸、氧化铝等原料。近五年来，中国氧化铝产量保持稳步增长趋势，2023 年增至 8244.10 万吨。作为玻璃基板原料之一，氧化铝需求有望迎来增长，预计 2024 年中国氧化铝产量仍将保持增长。 东旭光电自主研发 Panda 高铝玻璃，有望在原料环节有所突破。按生产配方差异，玻璃基板分为纳钙玻璃、高铝玻璃两类。纳钙玻璃通过在二氧化硅基质中加入氧化钙和氧化钠等成分制成，配方相对简单，技术门槛不高。高铝玻璃是在基础玻璃成分中加入氧化铝，这种添加不仅显著提升玻璃材料的强度，还降低了强化处理的难度，高铝玻璃具有高配方壁垒和复杂的制造工艺，全球仅康宁等少数企业掌握这一技术。东旭光电子公司旭虹光电自主研发的 Panda 高铝玻璃是中国第一款光热发电领域的高附力值玻璃，也是全球范围内首次采用高铝玻璃用于光热项目。

（2）生产：国内玻璃基板生产厂商有望在高世代领域占一席之地

玻璃基板生产环节：高温熔融：将混合的原料放入 1500℃以上的高温熔窑中熔融一定时间，确保原料充分熔化并反应，各种杂质和气泡也逐渐被排出。均化处理：加入均化剂并搅拌，使玻璃液的化学成分更加均匀，提高玻璃基板质量。成型：一、浮法，玻璃液浇在液态锡流上，让其逐渐冷却凝固；二、卷板法，玻璃液倒在金属带上，通过传送带运动使其逐渐冷却固化。加工：将大尺寸基板切割成所需尺寸，并打磨边角，提高产品平整度和光洁度。清洗检验：去除基板表面杂质和污染物，同时进行各项物理性能检测，确保产品符合质量要求。包装和贴膜：将基板进行适当包装和保护，防止在运输和使用过程中受损坏。 国内玻璃基板生产厂商有望在高世代领域占一席之地。国内基板玻璃厂商主要集中在G4.5-G6 生产线上。在最先进的 8.5 代线玻璃基板领域，随着玻璃基板需求增长，国内企业正加速弥补高世代领域的差距，彩虹集团、东旭光电有望在未来占得一席之地，玻璃基板国产化将提速，市场空间巨大。目前东旭光电液晶玻璃基板全面覆盖了 G5、G6 和 G8.5 代 TFT-LCD 液晶玻璃基板产品，生产的G5、G6、G8.5 代液晶玻璃基板产品能为不同尺寸需求的下游面板客户包括京东方、龙腾光电等国内知名高端制造企业提供高品质玻璃基板产品。

（3）设备：

1）钻孔设备技术有望升级

钻孔是 TGV 的核心步骤，由钻孔设备完成，当前研究较多的方法是激光诱导深度刻蚀（LIDE）。该法仅需两步，第一步，根据设计图形对加工玻璃进行选择性激光改性。在 LIDE 中，单次激光脉冲足以产生对全厚度的改性效果，超高的效率适用于大批量生产需求。第二步，改性区域通过湿化学蚀刻法，其被蚀刻速度远远高于未被改性过的材料。与传统钻微孔工艺相比，LIDE 制作的玻璃通孔无微裂隙、无碎屑、无热应力残存，且品质、精度和一致性都很高。 随着国内玻璃基板生产企业需求增长，国内部分企业开始研发 LIDE 技术，有望实现钻孔设备技术突破。IC 封装基板行业投资延续，目前主要钻孔设备依旧以进口为主，但进口设备存在订购周期长、售后服务差等问题，国内封装基板企业亟待寻求国产化替代。国内已有部分企业开始研发LIDE 技术，如大族显视与半导体研发出激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP)，验证解决了在深径比(基板厚度/孔径)大的基材上加工微孔的问题，在高精度微孔的高效率加工领域优势突出。此项应用设备已通过客户验证并稳定量产。

2）显影设备中 LDI 设备需求持续增长

显影曝光工序指将设计的电路线路图形转移到 PCB 基板上，需显影设备完成，在钻孔之后进行。根据曝光时是否使用底片，曝光技术可分为激光直接成像技术（LDI）和传统菲林曝光技术。相对于使用菲林材料的传统曝光工序，激光直接成像技术使用了全数字生产模式，省去了传统曝光技术中多道工序流程，并避免了传统曝光中菲林材料造成的质量问题。 玻璃基板的高密度布线需要显影。相对于有机衬底而言，玻璃表面的粗糙度小，所以在玻璃上可以进行高密度布线。重布线层（RDL）技术独特的薄膜工艺能在玻璃基板上形成电路，从而提供芯片和封装互连器的低损耗输出端。其中需要进行高精度的曝光、显影。 随着电子信息产业快速发展及玻璃基板需求推动，全球 PCB 产能持续向中国地区转移，对LDI 设备的需求持续增长。尤其在半导体和平板显示领域，LDI 设备已成为生产线上的关键设备，国内LDI 设备产量大幅增长。2023 年中国激光直接成像（LDI）设备产量 235 台，市场需求量 447 台；预计2024 年中国激光直接成像（LDI）设备产量约 300 台，市场需求量约 500 台。目前。国内主要LDI 设备生产企业有合肥芯碁微、江苏影速、天津芯硕、中山新诺、大族激光等。

3）玻璃基板技术成熟给电镀设备升级带来巨大商机

显影之后为电镀，TGV 深孔电镀填充需电镀设备完成，填充方式一般为蝶形填充。目前，垂直TGV 通孔的电镀填充方式一般为蝶形填充，与 TSV 硅基半导体工艺自下而上的盲孔电镀填充相比，在流体力学与质量传输方面存在明显差异。盲孔填充时，镀液在孔内很难流动；而在通孔内部，镀液可以流动从而加强内部的传质。且通孔与盲孔的几何形状不同，没有盲孔底部，不会产生自下而上的填充方式。TGV通孔与盲孔在几何形状、流场、质量传输等方面的差异，导致用于盲孔填充的电镀配方及工艺无法直接用于 TGV 通孔。 玻璃基板技术的不断成熟，给电镀设备升级带来巨大商机，国内相关企业纷纷发力。例如，佛智芯针对不同玻璃及客户要求，已开发多套表面处理及其金属化电镀适配方案，电镀金属化方案/铜浆塞孔工艺深径比＜20:1，金属化结合强度可达 8.26N/cm 以上。盛美上海推出用于 FOPLP 的Ultra ECP ap-p 面板级电镀设备，可加工尺寸高达 515×510 毫米的面板，同时具 600x600 毫米版本可供选择。该设备兼容有机基板和玻璃基板，可用于硅通孔填充、铜柱、镍和锡银电镀、焊料凸块及采用铜、镍、锡银和金电镀层的高密度扇出型产品。

（4）应用：MEMS、消费电子市场将从中获益

玻璃基板下游 MEMS 市场也将从中获益，预计 2029 年市场规模达 251.9 亿美元。MEMS 晶圆级封装会用到玻璃晶圆，因为玻璃晶圆制造具一系列独特优势，如今玻璃晶圆越来越多作为MEMS 的技术组成，并作为其他电子产品中硅晶圆的替代衬底。MEMS 传感器即使在恶劣环境中，也具高可靠性和长时间运行的完美表现，玻璃晶圆为这些敏感元件提供了强大保护，防止其被侵蚀或损坏。据Mordor Intelligence预测，全球 MEMS 市场规模 2024 年达 168.1 亿美元，2029 年将达 251.9 亿美元，预测期内复合年增长率为 8.43%。 玻璃基板正成为消费电子市场的有力推动者。在 MEMS 医疗应用中，玻璃晶圆促进了医疗器械行业中的MEMS 气密外壳封装技术的发展。在消费电子产品中，玻璃晶圆通常作为载体。在使用半导体制造的电子器件市场中，玻璃晶圆由于优异的热稳定性和耐化学性，经常被用作衬底材料。在物联网设备领域，玻璃晶圆已被用于 MEMS 和传感器。其他应用包括 LCD 显示器、触控板，太阳能电池和电致发光显示器等。