中國粉體網訊 玻璃基板是一種表面極其平整的薄玻璃片,是平板顯示產業以及半導體封裝等領域的關鍵基礎材料。按化學成分可分為硼硅酸鹽玻璃基板,因低熱膨脹系數適用于高精度顯示設備;鋁硅酸鹽玻璃基板,具有良好的化學穩定性和機械強度。另外還有硅基玻璃基板、鋅硼玻璃基板、草酸鉀玻璃基板、鈉硅玻璃基板等。
玻璃基板產業鏈包括生產原料、設備、技術、封裝、檢測、應用等環節。上游為生產原料、設備環節,中游為技術、封裝、檢測環節,下游為應用環節。
玻璃基板產業鏈及各環節相關企業 來源:東興證券研究所
上游:生產原料、設備
玻璃基板制造需硅砂、純堿、石灰石、硼酸、氧化鋁等原料。
硅砂:硅砂,又名二氧化硅或石英砂,是以石英為主要礦物成分、粒徑在0.020mm-3.350mm的耐火顆粒物,根據開采和加工方法的不同分為人工硅砂及水洗砂、擦洗砂、精選(浮選)砂等天然硅砂。
純堿:化學式為Na2CO3,俗名蘇打、堿灰、碳酸二鈉鹽、蘇打灰,通常情況下為白色粉末,為強電解質,密度為2.532g/cm3,熔點為851°C,易溶于水和甘油,微溶于無水乙醇,具有鹽的通性,屬于無機鹽。
石灰石:主要成分碳酸鈣(CaCO3),理論上由氧化鈣(CaO,56.04%)和二氧化碳(CO2,43.96%)組成。一般為淺灰、深灰色,含雜質多時顏色發生變化,密度2.930g/cm³,熔點825℃,性脆、硬度小、無臭、無味。
硼酸:硼酸,是一種無機化合物,化學式為H3BO3,為白色結晶性粉末,有滑膩手感,無氣味,微溶于冷水,易溶于熱水、甘油和乙醇。是一種弱一元酸,酸性強于碳酸。
氧化鋁:氧化鋁又稱礬土、剛玉,是典型的兩性氧化物,分子式為AI2O3,相對分子質量為101.96。它為白色粉末,密度為3.9~4.0g/cm3,熔點為2050℃,沸點為2980℃。
玻璃通孔(TGV)設備包括鉆孔、電鍍設備等
TGV的加工工藝難點主要在TGV開孔和高質量填充,因此激光開孔設備和電鍍設備是TGV工藝較為核心的設備。
國外激光開孔設備廠商 來源:廣發證券發展研究中心
國內的TGV激光設備廠商包括帝爾激光、大族激光、德龍激光等。
帝爾激光是行業內少數能夠提供全方位高效太陽能電池激光加工綜合解決方案的企業。除了光伏組件端的激光設備外,公司正在豐富產品版圖,積極開拓消費電子、集成電路等領域的激光加工設備應用。
大族激光是激光基礎器件、整機設備到工藝解決方案主要供應商,擁有多年對玻璃的超快激光精密加工經驗。
德龍激光是高端工業應用精密激光加工設備及其核心器件激光器生產商,專注于激光精細微加工領域。
激光開孔設備 來源:JET Microtech
銅電鍍是TGV填孔的關鍵步驟,TGV電鍍與TSV電鍍類似,都屬于前道電鍍設備,目前全球前道電鍍設備基本被美國泛林公司壟斷,國內的主要電鍍設備供應商為盛美上海。
深孔加工工藝的電鍍設備 來源:盛美上海
中游:技術、封裝、檢測
玻璃基板生產工藝包括高溫熔融、均化處理、成型、加工、清洗檢驗和包裝等環節。
高溫熔融:將硅砂、純堿、石灰石等原料按配方投入窯爐,在1500℃-1600℃高溫下熔化為均勻玻璃液,需精準控溫保證成分均勻,是奠定玻璃基礎性能的關鍵。
均化處理:采用攪拌、澄清等手段,消除玻璃液內氣泡、條紋等缺陷,提升均勻度與純凈度,常用鉑金攪拌棒、超聲波澄清技術,保障后續成型質量。
成型:主流有溢流下拉法(玻璃液從溢流槽溢出,自然下拉成板,適合超薄基板,如OLED用)、浮法(玻璃液漂浮在錫液表面攤平,用于大尺寸LCD基板)、狹縫下拉法(通過狹縫模具控制厚度,精度高),決定基板尺寸、厚度與表面平整度。
溢流下拉法成型工藝流程圖 來源:《液晶玻璃基板溢流下拉法成型區析晶分析與對策》(姚文龍等)
浮法玻璃生產工藝流程 來源:《浮法玻璃生產工藝流程及改進措施》(高巖英)
狹縫下拉法生產示意圖 來源:《柔性玻璃狹縫下拉法成形工藝模擬研究》(吳建磊)
加工:包含切割(激光或金剛石刀具切出目標尺寸)、研磨拋光(改善表面粗糙度,達到納米級精度,滿足顯示需求)、強化(化學鋼化或物理鋼化,提升機械強度,抗沖擊、劃傷),細化基板性能。
清洗檢驗:多步清洗(去離子水、化學試劑、超聲清洗)去除雜質,結合光學檢測(檢查表面缺陷、厚度均勻性)、理化測試(測化學穩定性、熱性能等),篩選合格產品。
包裝:潔凈環境下,用防靜電、防潮包裝材料封裝,做好防護,便于倉儲、運輸,避免二次污染與損壞,保障交付質量。
在玻璃基板產業鏈中,封裝與檢測環節對保障玻璃基板質量、拓展其應用起著關鍵作用封裝環節
半導體封裝領域:作為封裝基板,需要與芯片、引腳等進行連接和封裝。常見的封裝方式有倒裝芯片封裝,將芯片的有源面直接與玻璃基板上的金屬焊盤進行連接,實現芯片與基板之間的電氣連接;還有扇出型封裝,將芯片周圍的線路重新布線到玻璃基板上,實現更小的封裝尺寸和更高的集成度。
顯示領域:玻璃基板與液晶材料、偏光片、彩色濾光片等進行組裝,形成完整的顯示模組。在這個過程中,需要進行精密的對位和貼合,確保各個部件之間的位置精度和連接可靠性。
檢測環節:會借助多種專業設備與測試手段保障質量,通過光學顯微鏡、電子顯微鏡等設備開展外觀檢測,檢查表面是否有劃傷、裂紋、氣泡、雜質等缺陷,確保表面質量合規;利用激光干涉儀、光學輪廓儀等精密儀器進行尺寸檢測,把控厚度、平面度、翹曲度等尺寸參數,滿足生產對精度的要求;針對半導體封裝和顯示領域應用的基板,檢測絕緣電阻、介電常數等電學性能,保障電氣性能適配設備運行;還通過高溫老化、濕熱試驗、機械振動等可靠性測試,評估不同環境下的性能穩定性與使用壽命,確保實際應用可靠。
下游:應用
玻璃基板產業鏈下游涵蓋眾多關鍵應用領域,在顯示和半導體領域表現尤為突出。
顯示領域:玻璃基板是液晶顯示(LCD)與有機發光二極管(OLED)顯示器的重要組成部分。在電視、智能手機、平板電腦、筆記本電腦等各類電子產品的顯示屏中,玻璃基板發揮著支撐與保護作用,保障顯示效果的清晰和穩定。
玻璃基P0.9超薄HDR Micro LED顯示屏來源:京東方
玻璃基LED背光雙面電路板 來源:百柔新材料
半導體領域:玻璃基板正憑借自身優勢,在先進封裝環節嶄露頭角。現代高性能芯片在運行時會產生大量熱量,傳統有機材料基板與晶片的熱膨脹系數差異較大,在高溫環境下易出現變形或斷裂等問題,影響芯片性能和使用壽命。而玻璃基板具有熱穩定性和機械穩定性強、平整度高、布線密度高、介電損耗低等優勢。例如,在2.5D/3D封裝中,玻璃基板可通過TGV技術實現更密集的電氣互聯,在有限空間內支持更多信號傳輸,有效降低互連之間的電容,實現更快的信號傳輸,提高整體性能,滿足人工智能、6G通信、高性能存儲與大模型高性能計算等對高效能比的需求。
玻璃基高精密多層布線技術 來源:沃格光電
此外,玻璃基板在其他領域也有廣泛應用。在光學器件方面,如光學鏡頭、激光系統以及傳感器等,高質量的光學玻璃基板能夠提供優異的光學性能,確保光學成像的精確性,通過特殊涂層技術還可實現抗反射、抗紫外線等功能,提升光學器件的綜合性能。太陽能技術領域,太陽能電池板常使用強化玻璃基板作為覆蓋層,這不僅能提高電池的光電轉換效率,還能增強電池的耐久性和抗風能力,助力綠色能源產業發展。在汽車工業中,隨著智能汽車技術的進步,玻璃基板應用于車載顯示屏、HUD(抬頭顯示)系統等,其優異的光學性能和耐高溫特性,保障了駕駛過程中顯示的清晰度和安全性。智能家居設備與醫療設備中的觸控屏、顯示屏及其他電子元件,也逐漸采用高性能玻璃基板,以獲得穩定的支撐及優良的耐用性。
柔性太陽能電池板 來源:美能光伏
參考來源:
各企業官網
廣發證券《半導體設備系列研究之二十八 玻璃基板從零到一,TGV為關鍵工藝》
東興證券《玻璃基板行業五問五答——新技術前瞻專題系列(二)》
高巖英.浮法玻璃生產工藝流程及改進措施
姚文龍.液晶玻璃基板溢流下拉法成型區析晶分析與對策
劉丹.玻璃通孔成型工藝及應用的研究進展
陳力.玻璃通孔技術研究進展
吳建磊.柔性玻璃狹縫下拉法成形工藝模擬研究
(中國粉體網編輯整理/月明)
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