El empaquetado de chips de IA está pasando de silicio y materiales orgánicos a vidrio, cerámica y PCB de clase M8/M9, pero los nuevos materiales son en general duros y frágiles, y difíciles de procesar.Autor y fuente del artículo: Informe de investigación de Huatai Securities
Los chips de IA se están haciendo cada vez más grandes, y los materiales de empaquetado y los equipos de procesamiento están siendo llevados juntos al primer plano.
El 8 de junio, Yang Yunxiao y otros del equipo de maquinaria de Huatai Securities escribieron en su informe de investigación: “La creciente demanda de chips de computación de IA y la escasez de suministro de materiales de empaquetado tradicionales están acelerando la transición hacia nuevos materiales para empaquetado avanzado, como vidrio, cerámica y PCB de nivel M8/M9.”
La clave está en la segunda parte: el vidrio, la cerámica y los PCB de clase M8/M9 son difíciles de procesar. La perforación mecánica tradicional容易产生崩边和裂纹; la grabado húmedo tiene eficiencia y control de morfología limitados; el láser común容易 causar daños térmicos. El valor del láser ultrarrápido radica aquí.
La perforación mecánica tradicional, la grabación húmeda y el procesamiento láser convencional producen resultados deficientes, mientras que el láser de ultrafast, gracias a su característica de procesamiento en frío, se convierte en la solución para el procesamiento preciso.
El marco de cálculo de la institución incluye capas intermedias de vidrio, sustratos de vidrio, materiales M9 y sustratos para módulos ópticos como aplicaciones potenciales, estimando un mercado a largo plazo superior a los 100.000 millones de yuanes. Sin embargo, este mercado no se materializará de forma lineal, sino que dependerá de si las tecnologías CoPoS, CoWoP, sustratos de vidrio y PCB M9 logran entrar en una fase de producción en masa.
Cuanto mayor sea el chip de IA, antes se enfrentará el material de empaquetado a un cuello de botella.
La presión sobre el empaquetamiento avanzado proviene primero del propio chip.
Durante la iteración de los productos de NVIDIA, la cantidad de chips dentro del paquete y la configuración de HBM continúan aumentando. Los datos muestran que el GP100 tiene 4 HBM, una capacidad de 16 GB y 5 chips integrados; el GB100 ya cuenta con 8 HBM, una capacidad de 192 GB y 10 chips integrados.
El chip se vuelve más grande, el área de empaquetado aumenta, lo que dificulta la disipación de calor, la deformación y la transmisión de señales.
Las rutas principales actuales de CoWoS se dividen en tres categorías: S, R y L. CoWoS-S ofrece el mejor rendimiento pero el costo más alto, con un límite de tamaño de empaquetado de aproximadamente 2700 mm²; CoWoS-R tiene un costo más bajo, pero presenta dificultades para controlar la distorsión en empaquetados de gran tamaño; CoWoS-L equilibra costo y rendimiento, pero aún presenta limitaciones en cuanto al tamaño máximo, capacidad de disipación térmica y confiabilidad.
El próximo paso en la ruta depende principalmente de CoPoS y CoWoP.
CoPoS significa "cuadrar el círculo". Transforma los portadores encapsulados desde obleas circulares en paneles cuadrados para aumentar la utilización del área y reemplaza el silicio o el intermediario orgánico con vidrio.
CoWoP es más directo: omite el sustrato ABF y une directamente la interfaz de silicio al PCB. Esto acorta la ruta de interconexión, pero exige mayores requisitos al PCB, como pistas y espacios más pequeños, relleno sin vacíos de los vias, y materiales de bajo coeficiente de expansión térmica, entre otros.
Según TrendForce y China Television News, TSMC planea implementar una línea de producción a gran escala de CoPoS en su planta de Chiayi, con la línea de prueba iniciando la entrega de equipos en febrero de 2026; en la reunión anual de accionistas de TSMC del 4 de junio, el presidente y CEO, C.C. Wei, mencionó que ya se ha construido una línea de prueba de CoPoS y sustratos de vidrio, y se estima que en 2 a 3 años se entrará en una fase de producción a gran escala. Según IT Home, NVIDIA tiene como objetivo lograr la producción a gran escala de CoWoP en Rubin Ultra.
La escasez de materiales también está impulsando al sector hacia adelante.
Sustratos ABF de alto rendimiento para CoWoS, cuyos materiales principales incluyen película ABF y tela de vidrio especial T-Glass de baja constante dieléctrica. T-Glass “prácticamente está suministrada por Nittobo de Japón, y actualmente su capacidad productiva está completamente saturada”.
Al mismo tiempo, la próxima generación de GPU Rubin de NVIDIA requiere sustratos ABF de alto nivel para el empaquetado, así como una adquisición anticipada, lo que agrava aún más la escasez de suministro.
Esta es una de las razones por las que los materiales a base de vidrio han sido reinsertados en el primer plano.
Vidrio, cerámica y M9 no son materiales de la misma capa y no se pueden sustituir entre sí de forma sencilla.
El mercado tiende a comparar el vidrio, la cerámica y los materiales M9 juntos, pero no compiten completamente en el mismo nivel.
Huatai Securities lo explica directamente: "Los sustratos de vidrio se utilizan principalmente en capas intermedias y sustratos para empaquetado avanzado, y no entran en conflicto con materiales como cerámica/M9 utilizados en aplicaciones de PCB."
La estructura tradicional de CoWoS, de arriba a abajo, es: chip, interfaz, sustrato y capa PCB. El vidrio se utiliza principalmente en la interfaz y el sustrato. Los materiales cerámicos y M9 se emplean más en materiales relacionados con la PCB o en escenarios de disipación de calor de alta potencia.
La ventaja del vidrio radica en su estabilidad dimensional, superficie plana, baja pérdida a alta frecuencia y la capacidad de realizar vias de vidrio (TGV). Los datos muestran que el coeficiente dieléctrico del vidrio oscila entre 3.5 y 10, su coeficiente de expansión térmica (CTE) es ajustable entre 2.7 y 12.4 ppm, y la planitud superficial puede lograrse por debajo de 4 nm.
La dirección de actualización de la PCB es M8, M9 e incluso M10.
Cuanto mayor sea el número, menor será la pérdida de señal, más rápida será la velocidad y mayor será la estabilidad. El núcleo de las PCB de clase M8/M9 consiste en una constante dieléctrica Dk más baja, una pérdida dieléctrica Df más baja, así como un sistema de fibra de vidrio de módulo alto y baja expansión y láminas de cobre de perfil ultra bajo.
La dificultad de M9 radica en que los materiales son más duros. Introduce tela de cuarzo Q-glass como material de refuerzo. La fibra de cuarzo de alta pureza tiene una dureza Mohs superior a 7, por encima de los 5 a 6 de la fibra de vidrio E-glass tradicional.
The ceramic focuses on heat dissipation and thermal expansion matching.
Los datos muestran que el coeficiente de conductividad térmica del material ABF es de 0.8 a 1.2 W/mK, mientras que el de los sustratos cerámicos puede alcanzar 200 W/mK. El coeficiente de conductividad térmica del nitruro de aluminio es de 170 a 230 W/mK, el del nitruro de silicio es de 60 a 90 W/mK, y el carburo de silicio sinterizado es de aproximadamente 100 a 250 W/mK.
Esto explica por qué tres tipos de materiales podrían estar siendo atendidos simultáneamente: el vidrio aborda los interposers y sustratos, M8/M9 aborda la interconexión de alta velocidad y la cerámica aborda la disipación de calor de alta potencia.
Por qué "bisturí": el láser ultrarrápido minimiza el daño térmico
Lo esencial del láser ultrarrápido no es "mayor potencia", sino "tiempo más corto".
Huatai Securities define: "Los láseres ultrarrápidos suelen referirse a láseres con duración de pulso en el rango de picosegundos (10−12 s) a femtosegundos (10−15 s)".
En tan poco tiempo, la energía llega rápido y se va rápido. El material no tiene tiempo para disipar el calor, y la eliminación ya se ha completado. Este mecanismo se denomina "ablación fría".
Esto es diferente al láser de pulso largo tradicional.
Los láseres tradicionales更像是“quemar” el material. Tienen una zona afectada térmicamente grande, lo que facilita la aparición de astillamientos, microgrietas, fusión y carbonización.
Los láseres ultrarrápidos actúan más como una “exfoliación” del material. A través de efectos no lineales como la absorción multiphotónica, actúan directamente sobre el nivel electrónico de la superficie del material, reduciendo la difusión térmica.
El informe expresa esto como: "El láser ultrarrápido no es una simple actualización de parámetros del láser tradicional, sino una transformación fundamental del mecanismo de procesamiento".
En el procesamiento real, esta diferencia se traduce en tres resultados: una zona afectada térmicamente más pequeña, una conicidad de la pared del orificio ajustable y una mayor flexibilidad en la forma procesada.
Los analistas señalan que el perforado láser puede procesar microagujeros de cualquier forma, algo que es difícil de lograr con el perforado mecánico.
Los tres procesos que mejor reflejan la demanda: TGV, microorificios M9 y grabado cerámico
La primera es la placa de vidrio TGV.
Los procesos clave de la placa de soporte de vidrio incluyen seis pasos: modificación láser TGV, grabado de vías, inspección óptica AOI, deposición de capa semilla, electroplacación de relleno de vías y pulido.
其中，“TGV laser modification is the first and most critical process”.
La razón es sencilla: el vidrio carece de capacidad de deformación plástica. Energías excesivas o inhomogéneas pueden generar fácilmente microgrietas, concentración de tensiones térmicas o defectos internos. Cuando el diámetro del agujero es inferior a 30 micrómetros, el control de la zona afectada térmicamente se vuelve más estricto.
Los láseres ultrarrápidos con pulsos ultracortos pueden lograr modificaciones no térmicas dentro del vidrio, reduciendo los problemas de grietas por esfuerzo térmico y astillado.
La segunda es el procesamiento de microagujeros en PCB de clase M9.
M9 está diseñado para entornos de transmisión ultrarrápidos superiores a 1.6 Tbps. Para reducir la pérdida de señal, incorpora fibra de cuarzo de alta pureza, pero esto aumenta la dificultad de procesamiento.
Los datos muestran que la vida útil de las brocas mecánicas tradicionales disminuye drásticamente hasta 1/5 de la de los materiales tradicionales, y también se degradan la precisión del diámetro del agujero y la ubicación.
El problema del láser CO₂ es que la zona afectada térmicamente es demasiado grande, lo que puede provocar carbonización de la resina y rotura de las fibras de vidrio. El láser UV de nanosegundos tiene una eficiencia baja en la eliminación de fibra de vidrio de cuarzo de alta dureza y la calidad de las paredes del agujero tampoco es ideal.
El valor del láser ultrarrápido radica en su capacidad para eliminar con precisión la fibra de vidrio de alta dureza, sin carbonizar la resina ni causar cortocircuitos en las capas de cobre.
La tercera es el procesamiento fino de sustratos de cerámica.
Los materiales cerámicos como el nitruro de aluminio, el nitruro de silicio y el carburo de silicio tienen alta dureza y excelente conductividad térmica. Los datos muestran que la dureza Mohs de estos materiales puede alcanzar de 7 a 9, y su coeficiente de conductividad térmica puede superar los 200 W/mK.
La perforación mecánica provoca desgaste rápido de la broca, paredes de agujero rugosas y bordes severamente astillados. La energía del láser común se disipa rápidamente, formando en cambio una zona afectada térmicamente y microfisuras.
Los láseres ultrarrápidos pueden mejorar este problema, pero tampoco tienen límites.
Los analistas también advierten que, en el procesamiento de alto rendimiento, el efecto de acumulación térmica de los pulsos de alta frecuencia aún puede inducir microfisuras, lo que requiere un control adecuado de la frecuencia de repetición y la densidad de energía. La industria sigue explorando soluciones compuestas, como láseres ultrarrápidos de alta energía, perforación mecánica previa seguida de ajuste con láser ultrarrápido, láser asistido por campo magnético y láser asistido por baja temperatura.
¿De qué supuestos proviene el espacio de miles de millones?
El mercado de equipos láser de ultraalta velocidad proviene principalmente de cuatro aplicaciones potenciales: capas de vidrio CoPoS, sustratos de vidrio ABF, materiales M9 y sustratos para módulos ópticos.
En el cálculo, el precio unitario del equipo se estima en 6 millones de yuanes. Bajo distintas tasas de penetración, los respectivos espacios de mercado existentes son:
- 10% de penetración: aproximadamente 10.300 millones de yuanes;
- 30% de penetración: aproximadamente 31.000 millones de yuanes;
- 50% de penetración: aproximadamente 51.600 millones de yuanes;
- Tasa de penetración del 80%: aproximadamente 82.600 millones de yuanes;
- 100% de penetración: aproximadamente 103.3 mil millones de yuanes.
En esto, el material M9 contribuye en mayor medida. Bajo la suposición de una tasa de penetración del 100%, el material M9 corresponde a una demanda de 11.574 equipos; la placa de sustrato de vidrio ABF corresponde a 3.704 equipos; la capa intermedia de vidrio CoPoS corresponde a 1.757 equipos; y las placas de sustrato para módulos ópticos corresponden a 174 equipos.
Este cálculo tiene dos supuestos implícitos.
En primer lugar, el empaquetamiento avanzado realmente se está expandiendo desde CoWoS hacia CoPoS y CoWoP. TSMC ha planificado líneas de producción en masa para CoPoS y ya ha construido líneas de prueba para CoPoS y sustratos de vidrio, con una estimación de que entrarán en producción masiva a mayor escala en 2 a 3 años.
En segundo lugar, los materiales como sustratos de vidrio, PCB M9 y cerámica no son caminos de laboratorio, sino que pueden entrar en fabricación a gran escala. Los pedidos de equipos provienen finalmente de líneas de producción masiva, no de narrativas tecnológicas.
LPKF se mantiene en el segmento premium; los fabricantes nacionales persiguen soluciones integrales
El panorama global de los equipos de láser ultrarrápido muestra que los líderes extranjeros ocupan una posición de ventaja en el mercado de alta gama, mientras que los fabricantes nacionales aceleran su追赶.
La ventaja de LPKF Alemania radica en el proceso LIDE de grabado láser inducido por profundidad. Este proceso se utiliza para el procesamiento de sustratos de vidrio, permitiendo un grabado sin grietas, con alta relación aspecto y bajo daño térmico. Su Vitrion S 5000 está orientado a la microfabricación de vidrio delgado y a los vias TGV, con una relación aspecto máxima de hasta 1:50.
La ruta de los fabricantes nacionales es más dispersa y más cercana a la validación del proceso aguas abajo.
Hansheng CNC, enfocada en equipos especializados para PCB, ha lanzado equipos de perforación láser de ultraalta velocidad. Su máquina de perforación láser para vidrio logra diámetros de vías de hasta 10 µm y una relación profundidad-diámetro de hasta 50:1 en materiales principales.
Hans Laser posee tecnologías de fuentes de luz como ultravioleta de picosegundo e infrarroja de picosegundo, con productos que cubren el microprocesamiento de materiales frágiles como vidrio, zafiro y cerámica, y son compatibles con procesos avanzados como mSAP y TGV.
Diode Laser se centra en TGV de vidrio. Su equipo láser de microperforación a nivel de oblea puede soportar diferentes tipos de vidrio, con un diámetro mínimo de agujero ≤5 µm y una relación de aspecto de hasta 1:100.
Inno Laser cuenta con una gama de productos que abarca desde nanosegundos hasta femtosegundos, desde infrarrojo hasta ultravioleta profundo; las ventas de sus láseres han superado las 22.000 unidades, y el equipo de perforación ultra rápida para PCB ya ha obtenido su primer pedido.
La máquina de perforación láser para vidrio de Lianying Laser tiene una precisión de repetición de ±1 µm, puede procesar vidrio de hasta 20 mm de espesor, y el equipo de perforación TGV para vidrio se encuentra en fase de validación por parte del cliente.
DeLong Laser se especializa en equipos de microprocesamiento láser de precisión y láseres láser principales, con láseres sólidos de picosegundo y femtosegundo desarrollados internamente, cubriendo escenarios como TGV, corte de obleas, y procesamiento de cerámica y vidrio.
Haimax se centra en "láser + automatización", desarrollando procesos como grabado láser e inducción láser, con operaciones que abarcan baterías de iones de litio, energía fotovoltaica, electrónica de consumo y semiconductores.
El enfoque de la competencia ya no es solo los parámetros de un solo equipo. Los materiales de empaquetado avanzado son complejos, con una ventana de proceso estrecha, y los clientes aguas abajo requieren soluciones completas que incluyan fuentes de luz, control de movimiento, parámetros de proceso, inspección y automatización. La oportunidad para los fabricantes nacionales también proviene de la entrega localizada y la capacidad de respuesta técnica.
El riesgo está en el ritmo de producción, no en el concepto en sí
La lógica del láser ultrarrápido es clara: cuanto más duro sea el material, más pequeño sea el agujero y menos aceptable sea el daño térmico, mayor será el valor del láser ultrarrápido.
Sin embargo, el aumento del volumen del dispositivo aún conlleva tres tipos de riesgos.
En primer lugar, el desarrollo de las tecnologías de empaquetamiento avanzado no cumple con las expectativas. Si las rutas como CoPoS, CoWoP y sustratos de vidrio avanzan más lentamente de lo previsto, la demanda de equipos relacionados también se retrasará.
En segundo lugar, la inversión en capacidad de cómputo de IA no cumplió con las expectativas. El impulso fundamental para la actualización de los materiales de empaquetado proviene de la demanda de chips de IA de alto rendimiento; si el gasto de capital aguas abajo se desacelera, los pedidos de equipos se verán afectados.
Tercero, el riesgo de fricciones comerciales internacionales. Los materiales y equipos de empaquetado avanzado dependen de la cadena de suministro global; las restricciones comerciales podrían afectar la verificación, la entrega y el ritmo de expansión de los clientes.
Para el mercado, el láser ultrarrápido no es simplemente una historia de "equipo láser", sino una herramienta precisa que debe incorporarse en el proceso de fabricación tras el cambio a materiales de empaquetado avanzados.