AI 芯片封裝正從矽、有機材料轉向玻璃、陶瓷、M8/M9 級 PCB，但新材料普遍又硬又脆，難以加工。

文章作者、來源：華泰證券研報

AI 芯片越做越大，封裝材料和加工設備正一同被推到台前。

On June 8, Yang Yunxiao and others from Huatai Securities’ Mechanical Equipment team wrote in their research report: “The rapid growth in demand for AI computing chips and the shortage of existing packaging materials are accelerating the shift toward new packaging materials such as glass, ceramics, and M8/M9-grade PCBs.”

關鍵在後半段：玻璃、陶瓷、M8/M9 級 PCB 都不好加工。傳統機械鑽孔容易崩邊、裂紋；濕法蝕刻效率和形貌控制有限；普通雷射又容易帶來熱損傷。超快雷射的價值，就落在這裡。

Traditional mechanical drilling, wet etching, and conventional laser processing yield poor results, while ultrafast lasers, with their cold processing characteristics, have become the solution for precision machining.

該機構的測算框架將玻璃中介層、玻璃載板、M9 材料、光模塊類載板均納入潛在應用，預估遠期市場空間超過千億元。但此市場空間並非線性實現，取決於 CoPoS、CoWoP、玻璃基板、M9 PCB 等路線能否進入量產節奏。

AI 芯片越大，封裝材料越先碰到瓶頸

先進封裝的壓力，首先來自晶片本身。

在英偉達產品的迭代過程中，封裝內的晶片數量和 HBM 配置持續上升。數據顯示，GP100 擁有 4 顆 HBM、16GB 容量，集成晶片數為 5 顆；GB100 則已達到 8 顆 HBM、192GB 容量，集成晶片數為 10 顆。

晶片變大，封裝面積變大，散熱、翹曲和訊號傳輸都會變得更困難。

目前主流的 CoWoS 路線分為 S、R、L 三類。CoWoS-S 性能最優但成本最高，封裝尺寸上限約為 2700 平方毫米；CoWoS-R 成本較低，但大尺寸封裝的翹曲問題難以控制；CoWoS-L 在成本與性能之間取得折中，但尺寸上限、散熱能力與可靠性仍有限。

下一步的走勢主要觀察 CoPoS 和 CoWoP。

CoPoS 是「化圓為方」。它將封裝載體從圓形晶圓切割為方形面板，以提高面積利用率，並以玻璃替代矽或有機中介層。

CoWoP 則更直接：省去 ABF 載板，將矽中介層直接綁定到 PCB 上。這樣能縮短互連路徑，但對 PCB 提出更高要求，包括更小線寬線距、無空隙填孔、低熱膨脹材料等。

根據 TrendForce、中視新聞網，台積電規劃在嘉義廠區設立 CoPoS 量產產線，試產線將於 2026 年 2 月啟動設備交付；6 月 4 日台積電股東常會上，董事長暨總裁魏哲家提及，目前已建成 CoPoS 與玻璃載板試產線，預估 2 至 3 年進入較大規模量產階段。據 IT 家，英偉達目標在 Rubin Ultra 上實現 CoWoP 量產。

材料短缺也在推動行業向前發展。

用於 CoWoS 的高性能 ABF 載板，核心材料包括 ABF 膜和 T-Glass 特種低介電玻璃布。T-Glass「幾乎完全由日本日東紡供貨，目前產能已完全滿載」。

同時，英偉達下一代 Rubin 高端 GPU 需要高階 ABF 載板配套封裝，並進行超前備貨，這進一步放大供應緊張。

這就是玻璃基材料被重新推到前台的原因之一。

玻璃、陶瓷、M9 不是同一層材料，不能簡單互相替代

市場容易將玻璃、陶瓷、M9 材料放在一起比較，但它們並不在同一層次競爭。

Huatai Securities wrote directly: "Glass substrate is primarily used in the intermediate layer and substrate fields of advanced packaging, and does not conflict with ceramic materials / M9 etc. used in PCB applications."

傳統 CoWoS 結構自上而下為晶片、中介層、載板、PCB 層。玻璃主要用於中介層和載板。陶瓷基與 M9 材料更多用於 PCB 相關材料或高功率散熱場景。

玻璃的優勢在於尺寸穩定、表面平整、高頻損耗低，且可製作 TGV 玻璃通孔。數據顯示，玻璃的介電係數為 3.5 至 10，CTE 為 2.7 至 12.4 ppm 可調，表面平整度可達小於 4 nm。

PCB 的升級方向為 M8、M9，甚至 M10。

數字越大，代表訊號傳輸損耗越低、速度越快、穩定性越高。M8/M9 級 PCB 的核心，是更低介電常數 Dk、更低介電損耗 Df，以及高模量低膨脹玻纖體系和超低輪廓銅箔。

M9 的難點在於材料更硬。它採用石英布 Q-glass 作為增強材料。高純石英玻纖的莫氏硬度超過 7，高於傳統 E-glass 玻纖的 5 至 6 級。

Ceramic focuses on heat dissipation and thermal expansion matching.

數據顯示，ABF 材料的導熱係數為 0.8 至 1.2 W/mK，而陶瓷基板的導熱係數可達 200 W/mK。氮化鋁的導熱係數為 170 至 230 W/mK，氮化矽為 60 至 90 W/mK，燒結碳化矽約為 100 至 250 W/mK。

這解釋了為何三類材料可能同時受到關注：玻璃解決中介層和載板，M8/M9 解決高速互連，陶瓷解決高功耗散熱。

為何是「手術刀」：超快激光將熱損傷降至最低

The key point of ultrafast lasers is not “higher power,” but “shorter time.”

華泰證券定義為：“超快激光通常指脈衝持續時間在皮秒（10−12 s）至飛秒（10−15 s）量級的激光”。

在這麼短的時間內，能量來得快、走得也快。材料還來不及將熱擴散出去，去除已經完成。這種機制被稱為「冷燒蝕」。

這與傳統長脈衝激光不同。

傳統激光更像「燒掉」材料。熱影響區大，容易造成崩邊、微裂紋、熔融和碳化。

超快激光更像「剝離」材料。它通過多光子吸收等非線性效應，直接作用在材料表面電子層面，降低熱擴散。

報告對此的表述是：“超快激光並非對傳統激光的簡單參數升級，而是加工機理的根本變革”。

In actual processing, this difference translates to three outcomes: smaller heat-affected zone, adjustable hole wall taper, and more flexible processing shapes.

分析師提到，雷射鑽孔可加工任意形狀的微孔，這一點是機械鑽孔難以做到的。

三道工序最能體現需求：TGV、M9 微孔、陶瓷刻蝕

第一道是玻璃載板 TGV。

Glass substrate key processes include six steps: TGV laser modification, via etching, AOI optical inspection, seed layer deposition, electroplating fill, and polishing.

其中，“TGV laser modification is the first and most critical process”.

原因很簡單：玻璃缺乏塑性變形能力。能量過高或不均勻，就容易產生微裂痕、熱應力集中或內部缺陷。孔徑小於30微米時，對熱影響區的控制更加嚴格。

超短脈衝超快激光可在玻璃內部實現非熱改性，降低熱應力裂紋和崩邊問題。

第二道是 M9 級 PCB 微孔加工。

M9 面向 1.6Tbps 以上超高速傳輸環境。為降低信號損耗，它引入高純石英玻纖，但這也增加了加工難度。

數據顯示，傳統機械鑽針的壽命會驟降至傳統材料的 1/5，孔徑精度和位置度也會惡化。

CO₂ 激光的問題是熱影響區過大，可能導致樹脂碳化、玻纖撕裂。納秒 UV 激光對高硬石英玻纖的蝕除效率低，孔壁質量也不理想。

The value of ultrafast lasers lies in their ability to precisely remove high-hardness fiberglass without carbonizing the resin or short-circuiting the copper layers.

The third is precision processing of ceramic substrates.

氮化鋁、氮化矽、碳化矽等陶瓷材料硬度高、導熱強。數據顯示，這類材料莫氏硬度可達7至9，導熱係數可達200 W/mK 以上。

機械鑽孔會導致鑽針快速磨損、孔壁粗糙、邊緣嚴重崩裂。普通雷射的能量會迅速擴散，反而形成熱影響區和微裂紋。

超快激光可以改善這一問題，但也不是沒有邊界。

分析師也提醒，在高通量加工中，高頻脈衝的熱累積效應仍可能誘發微裂紋，需合理控制重複頻率與能量密度。行業仍在探索高能量超快激光、機械預鑽孔加超快激光修整、磁場輔助激光、低溫輔助激光等複合方案。

千億空間來自哪些假設？

超快激光設備的市場空間主要來自四類潛在應用：CoPoS 玻璃中介層、ABF 玻璃載板、M9 材料、光模組類載板。

在計算中，設備單價按 600 萬元計。不同滲透率下，對應存量市場空間分別為：

• 10% 滲透率：約 103 億元；
• 30% 滲透率：約 310 億元；
• 50% 滲透率：約 516 億元；
• 80% 滲透率：約 826 億元；
• 100% 渗透率：約 1033 億元。

在這當中，M9 材料貢獻最大。在 100% 滲透率假設下，M9 材料對應設備需求 11574 台；ABF 玻璃載板對應 3704 台；CoPoS 玻璃中介層對應 1757 台；光模組類載板對應 174 台。

這組测算有兩個隱含前提。

第一，先進封裝確實從 CoWoS 向 CoPoS、CoWoP 擴展。台積電已規劃 CoPoS 量產產線，並已建成 CoPoS 與玻璃載板試產線，預估 2-3 年進入較大規模量產階段。

第二，玻璃基板、M9 PCB、陶瓷等材料並非實驗室路線，而是能夠進入規模製造。設備訂單最終來自量產線，而非技術敘事。

LPKF 守住高端，國產廠商追的是整套解決方案

全球超快激光設備格局，目前海外龍頭在高端市場佔據先發位置，國內廠商加速追趕。

德國 LPKF 的優勢在於 LIDE 激光誘導深度蝕刻工藝。該工藝用於玻璃基板加工，可實現無裂紋、高深寬比、低熱損傷加工。其 Vitrion S 5000 專為薄玻璃微加工和 TGV 通孔設計，最高寬高比可達 1:50。

國內廠商的路徑更分散，也更貼近下游工藝驗證。

Genius CNC，專注於 PCB 專用設備，已推出超快激光鑽孔設備。其玻璃激光鑽孔機的通孔直徑最小可達 10µm，主流材料的深徑比可達 50:1。

大族激光具備皮秒紫外、皮秒紅外等光源技術，產品涵蓋玻璃、藍寶石、陶瓷等脆性材料的微加工，並適用於 mSAP、TGV 等高端工藝。

帝爾激光專注於玻璃 TGV。其晶圓級 TGV 激光微孔設備可支援不同玻璃材質，最小孔徑≤5µm，徑深比高達 1:100。

Inno Laser 擁有從納秒到飛秒、從紅外到深紫外的產品佈局，激光器銷量突破 2.2 萬台，PCB 超快鑽孔設備已實現首單訂單。

聯贏激光的玻璃激光打孔機重複定位精度為 ±1µm，可加工 20mm 厚玻璃，玻璃 TGV 打孔設備目前處於客戶驗證階段。

德龍激光主營精密激光微加工設備和核心激光器，自研皮秒、飛秒固體激光器，覆蓋 TGV、晶圓切割、陶瓷和玻璃加工等場景。

海目星以「激光＋自動化」為核心，布局激光蝕刻、激光誘導等工藝，業務覆蓋鋰電、光伏、消費電子、半導體等領域。

競爭的重點，已不再只是單台設備的參數。先進封裝材料複雜，製程窗口狹窄，下游更需要光源、運動控制、工藝參數、檢測和自動化的整套方案。國內廠商的機會，也來自本地化交付和工程響應能力。

風險在於量產節奏，不在概念本身

The logic behind ultrafast lasers is clear: the harder the material, the smaller the hole, and the less thermal damage that is acceptable, the more valuable ultrafast lasers become.

但設備放量仍有三類風險。

第一，先進封裝技術發展不及預期。若 CoPoS、CoWoP、玻璃基板等路線推進慢於預期，相關設備需求也會後移。

第二，AI 算力投資不及預期。封裝材料升級的根本驅動來自高端 AI 芯片需求，若下游資本開支放緩，設備訂單會受影響。

第三，國際貿易摩擦風險。先進封裝材料和設備依賴全球供應鏈，貿易限制可能影響驗證、交付和客戶擴產節奏。

對市場而言，超快激光並非單純的「激光設備」故事，而是先進封裝材料切換後，製造環節必須補上的一把精密刀。