Das durch KI populär gemachte "Glas": Das unsichtbare Fundament fortschrittlicher Verpackungen, dessen industrieller Wert neu bewertet werden muss

In den letzten Tagen hat sich auf dem chinesischen A-Aktienmarkt plötzlich ein scheinbar traditioneller Sektor von den Investoren in den Fokus gerückt - Glassubstrate.

Die Aktienkurse mehrerer verwandter Unternehmen sind kurzfristig stark gestiegen, und die Beliebtheit des Sektors nähert sich jener der beliebten Konzepte wie Künstliche-Intelligenz-Rechenleistung und fortschrittliche Verpackungstechnologie.

Der Grund dafür liegt hauptsächlich in der Katalyse durch Tech-Riesen.

TSMC hat auf diesem Jahres Technologieforum Glassubstrate als wichtige Richtung für die nächste Stufe der CoWoS-fortgeschrittenen Verpackungstechnologie genannt. Intel hat ebenfalls mehrfach öffentlich gemacht, dass Glassubstrate ein wichtiger Entwicklungspfad für die nächste Generation der Verpackungstechnologie sind.

Warum investieren Chip-Riesen wie TSMC und Intel kontinuierlich in eine dünne Glasscheibe?

Die Antwort verbirgt sich in den Entwicklungsschwierigkeiten von High-End-KI-Chips.

Mit der stetigen Zunahme der Parameter von KI-Modellen steigt die Anforderung an die Rechenleistung der Chips stetig, und die Anzahl der gestapelten HBM-Speichermodule nimmt zu. Dadurch wird die Anpassungskapazität der traditionellen organischen Verpackungssubstrate allmählich begrenzt.

Glassubstrate können aufgrund ihrer hohen Ebenheit, geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ausgezeichneten Isolationseigenschaften diese Probleme erheblich lindern und werden von der Branche als wichtiger Entwicklungspfad für fortgeschrittene Verpackungsmaterialien angesehen.

01

Es besteht Konsens über die langfristige Entwicklungstrend,

aber es befindet sich derzeit noch in der Anfangsphase der Industrialisierung

Aus der Perspektive des Industriecycle ist die aktuelle Aufmerksamkeit auf Glassubstrate im Wesentlichen das Ergebnis der Überlagerung des langfristigen Industriestrends und der kurzfristigen Katalyse durch die Aktionen von Riesenunternehmen.

Es ist kein aus dem Nichts entstandenes Konzept, aber auch kein reifer Sektor, der bereits in die Phase der Umsetzung von Gewinnen eingetreten ist. Die Unterscheidung zwischen langfristigem Wachstumsraum und kurzfristiger Entwicklungsphase ist der Schlüssel zum Verständnis dieses Sektors.

Langfristig gesehen wird die Substitution von traditionellen organischen Substraten durch Glassubstrate von der Branche allgemein als wichtiger Entwicklungspfad für fortgeschrittene Verpackungstechnologien angesehen und ist ein Industriewachstumspfad mit einem Potenzial von zehn Jahren.

Wenn man sich die Entwicklung der Verpackungstechnologie anschaut, hat man in den letzten Jahrzehnten hauptsächlich organische Substrate für die Chipverpackung verwendet, die die Verpackungsanforderungen von traditionellen Chips grundsätzlich erfüllen konnten. Mit dem Beginn der KI-Ära haben sich jedoch die Anforderungen an die Leistung der Chips grundlegend verändert.

Aktuelle High-End-KI-Chips stapeln in der Regel mehrere HBM-Speichermodule, was eine stetige Erhöhung der Interkonnektivitätsgeschwindigkeit zwischen Chip und Speicher erfordert, und die Verpackungsgröße wird ebenfalls immer größer.

In diesem Zusammenhang werden die Schwächen der organischen Substrate allmählich sichtbar: Erstens stimmt der Wärmeausdehnungskoeffizient nicht gut mit dem von Siliziumchips überein, was bei Temperaturänderungen zu Verformungen führen kann. Zweitens ist die Oberflächenplanheit begrenzt, und die Höhenunterschiede bei großen Verpackungen können die Bondgenauigkeit zwischen Chip und HBM beeinträchtigen.

Glassubstrate können diese Probleme theoretisch erheblich verbessern.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glas ist dem von Silizium ähnlich, was das Risiko von Verformungen verringert. Die Oberflächenplanheit von Glas kann auf sub-Mikrometer-Ebene erreicht werden, was es besser für großformatige und hochpräzise Verpackungen geeignet macht. Darüber hinaus hat Glas eine gute Isolationseigenschaft und einen geringen Hochfrequenzverlust, was eine schnellere Signalübertragung ermöglicht.

Wichtiger noch ist, dass Glas durch die TGV (Through-Glass Via)-Technologie vertikale Interkonnektivität erreichen kann, was den Signalübertragungsweg zwischen Chip und Substrat verkürzt und die Interkonnektivitätsleistung weiter verbessert.

Die Überleitung von organischen Substraten zu Glassubstraten ist daher keine einfache Materialersetzung, sondern eine grundlegende Erforschung der fortgeschrittenen Verpackungstechnologie und eine objektive Notwendigkeit, wenn die KI-Rechenleistung einen bestimmten Punkt erreicht hat.

Aber in Bezug auf den kurzfristigen Industrialisierungsfortschritt befindet sich das Glassubstrat insgesamt noch in der Anfangsphase des Übergangs von der technischen Validierung zur kleinen Serienproduktion. Es ist noch ein langer Weg bis zur Massenproduktion und der Durchdringung des gesamten Sektors.

Nach den öffentlichen Plänen der weltweit führenden Hersteller konzentrieren sich die Massenproduktionszeitpunkte hauptsächlich auf das Jahr 2027 und später.

Intel plant, die Massenproduktion zwischen 2026 und 2030 schrittweise voranzutreiben und befindet sich derzeit noch in der Phase der Fabrikationslinie-Bau und der Zuverlässigkeitsvalidierung. TSMCs CoPoS-Verpackungstechnologie hat derzeit nur eine Pilotfabrikationslinie.

Die chinesischen Hersteller sind insgesamt etwas hinterher.

Die meisten Unternehmen befinden sich noch in der Phase der Forschung und Entwicklung und des Probenversands. Nur wenige Unternehmen haben eine kleine Serienlieferung erreicht, aber die Gesamtmenge ist begrenzt, und der Beitrag zur Gesamtumsatz und -gewinn ist relativ gering.

Mit anderen Worten, die aktuelle Marktleistung der chinesischen A-Aktien-Unternehmen in diesem Bereich wird eher durch die Erwartungen unter dem Industriestrom katalysiert als durch die Gewinne.

Der Grund, warum es jetzt im Mittelpunkt des Marktes steht, liegt vor allem in den intensiven Aktionen der Industrieriesen, die diesen langfristigen Industriestrom in die Öffentlichkeit gebracht haben. Von der Bestätigung der Technologie bis zur Umsetzung der Fabrikationslinienpläne werden die relevanten Signale immer deutlicher, was den Markt dazu veranlasst, sich frühzeitig mit dem langfristigen Wachstumsraum zu befassen.

02

Eine dünne Glasscheibe

birgt mehrere technische Barrieren

Viele Menschen denken, dass Glassubstrate keine hohe technische Komplexität haben, dass es einfach darum geht, Glas dünner zu machen. Das stimmt aber nicht.

Glassubstrate für High-End-Verpackungen gehören zu Produkten mit hoher Technologie, hohen Barrieren und hohem Mehrwert, und es gibt in jeder Stufe der Wertschöpfungskette gewisse technische Barrieren.

Wir beginnen mit der gesamten Struktur der Wertschöpfungskette.

Die Oberschicht der Glassubstrat-Wertschöpfungskette besteht aus Rohstoffen und Geräten, die Mittelschicht aus der Herstellung und Verarbeitung von Glassubstraten, und die Unterschicht aus Verpackungs- und Testfabriken sowie Waferfabriken. Die Endanwendung liegt in Bereichen wie KI-Chips und HBM.

Die Rohstoffe in der Oberschicht umfassen hauptsächlich Grundchemikalien wie Quarzsand, Soda und Kalkstein sowie einige spezielle Additive, die zur Anpassung der Eigenschaften des Glases verwendet werden.

Die Kernbarrieren in der Oberschicht konzentrieren sich mehr auf die Geräte.

Die Herstellung von Glassubstraten erfordert eine Reihe von Präzisionsgeräten wie Schmelzöfen, Zinnbädern, Glühöfen, Polierern und Schneidern. Viele dieser Geräte werden seit langem von ausländischen Herstellern geliefert.

Beispielsweise sind die technischen Schwierigkeiten bei High-End-Poliergeräten und TGV-Bohrgeräten relativ hoch, und die ausländischen Hersteller haben derzeit den Hauptmarktanteil. Die Barrieren auf Geräteebene sind einer der wichtigen Faktoren, die chinesischen Herstellern den Zugang zu diesem Bereich erschweren.

Die Herstellung von Glassubstraten in der Mittelschicht ist der Kern der gesamten Wertschöpfungskette und hat relativ hohe technische Barrieren.

Der Herstellungsprozess von Glassubstraten ist relativ komplex und umfasst ungefähr ein Dutzend Verfahrensschritte wie die Zubereitung der Rohstoffe, das Schmelzen, das Formen, das Glühen, das Polieren, das Schneiden und das Testen. Jeder Schritt hat strenge Genauigkeitsanforderungen.

Es gibt auch eine besondere technische Herausforderung bei Glassubstraten für Verpackungen, nämlich die TGV (Through-Glass Via)-Technologie.

Einfach ausgedrückt, werden in Glas eine große Anzahl von Mikrolöchern mit einem Durchmesser von nur einigen Mikrometern bearbeitet, und dann werden die Löcher mit Metall gefüllt, um eine vertikale elektrische Signalinterkonnektivität zwischen den oberen und unteren Schichten des Glases zu erreichen.

Obwohl das Prinzip dieser Technologie einfach erscheint, ist die praktische Umsetzung sehr schwierig. Die TGV-Technologie ist einer der Kernkompetenzen von High-End-Glassubstraten und auch die Richtung, in der die chinesischen Hersteller derzeit intensiv forschen.

Derzeit wird der Weltmarkt für High-End-Glassubstrate für Verpackungen hauptsächlich von drei ausländischen Herstellern dominiert - Corning aus den USA, AGC (Asahi Glass) aus Japan und Schott aus Deutschland.

Die drei Hersteller zusammen haben den Großteil des Weltmarktes für High-End-Glassubstrate. Corning hat einen hohen Marktanteil im Bereich der TGV-Glassubstrate.

Die chinesischen Hersteller haben relativ spät begonnen, haben aber in den letzten Jahren allmählich technische Durchbrüche erzielt. Viele Unternehmen haben begonnen, in den Sektor der Verpackungsglassubstrate einzusteigen.

Beispielsweise haben einige chinesische Marktführer in der Anzeigeglasbranche in den Bereich der Anzeigeglassubstrate bereits lokale Durchbrüche erzielt und erweitern sich jetzt auf die Verpackungsglassubstrate. Die relevanten Produkte befinden sich bereits in der Phase des Probenversands und der Validierung. Andere Unternehmen haben langjährige Erfahrungen in den Bereichen Ultra-Dünnglas und TGV-Technologie und setzen die technische Umsetzung von Verpackungsglassubstraten auf der Grundlage ihrer eigenen Forschungs- und Entwicklungskapazitäten voran.

03

Industriebeobachtung: Beachten Sie den Rhythmus der Industriewandel

und verfolgen Sie drei Kernaspekte

Nachdem man die Industrie-Logik und die Wettbewerbssituation verstanden hat, kann man den Sektor der Glassubstrate anhand dreier Kernaspekte verstehen.

Es ist kein reifer Sektor, in dem man sofort Gewinne erzielen kann, sondern eher ein Produkt mit einer klaren Industriestrategie und einer frühzeitigen Beobachtung der Erwartungen. Die Kernpunkte konzentrieren sich auf den langfristigen Bedarf, das Potenzial für die heimische Substitution und die Katalyse durch technische Durchbrüche.

Der erste Aspekt ist der langfristige Bedarf, der durch die Entwicklung der KI-Rechenleistung entsteht.

Die Erhöhung der Rechenleistung hängt einerseits von der Prozessverbesserung der Chips selbst ab, andererseits erfordert es auch die Zusammenarbeit mit fortgeschrittenen Verpackungstechnologien, um eine höhere Interkonnektivitätsgeschwindigkeit und eine größere Bandbreite durch die heterogene Integration mehrerer Chips zu erreichen.

Je weiter die fortgeschrittenen Verpackungstechnologien entwickelt werden, desto höher sind die Anforderungen an die Leistung der Substratmaterialien, und desto ausgeprägter sind die Anpassungsvorteile von Glassubstraten. Von CoWoS zu SoIC, von 2,5D-Verpackung zu 3D-Verpackung, erfordert jede Generation der Verpackungstechnologieverbesserung höhere Anforderungen an die Planheit, Wärmestabilität und Hochfrequenzleistung der Substrate.

In Zukunft wird mit der kontinuierlichen Expansion der CoWoS-Kapazität und der zunehmenden Penetration von HBM der Bedarf an Glassubstraten voraussichtlich schnell steigen.

Der zweite Aspekt ist das potenzielle Gewinnpotenzial, das durch die heimische Substitution entsteht.

Wie bereits erwähnt, wird der High-End-Glassubstratmarkt derzeit von ausländischen Herstellern dominiert, und der Anteil der lokalen Hersteller ist relativ gering. Aber derzeit legt die chinesische Wertschöpfungskette mehr Wert auf die Eigenständigkeit und Kontrollierbarkeit der Lieferkette und ist bereit, den lokalen Glassubstratherstellern mehr Chancen zur Validierung und Einführung zu geben.

Der dritte Aspekt ist die Änderung der Erwartungen, die durch technische Durchbrüche entsteht.

Für Sektoren in der Anfangsphase der Industrieentwicklung ist der technische Fortschritt oft ein wichtiger Faktor, der die Markt-Erwartungen beeinflusst. Beispielsweise kann die Verbesserung der Ausbeute der TGV-Technologie, die Massenproduktion von großformatigen Glassubstraten und der Eintritt chinesischer Hersteller in die Lieferkette von Top-Kunden jede wichtige Entwicklung die Markt-Erwartungen an die Branche verändern.

Von der Perspektive der Industriebeobachtung gibt es einige Richtungen, die weiterhin beobachtet werden sollten:

Erstens die Hersteller von Glassubstraten in der Mittelschicht, die über eine Kerntechnologie verfügen. Diese Unternehmen sind die Kernakteure der Industrieentwicklung und könnten frühzeitig von der Nachfragezunahme und dem Prozess der heimischen Substitution profitieren, wenn der Sektor in die Phase der Massenproduktion eintritt.

Zweitens die Hersteller von Schlüsselgeräten und Materialien in der Oberschicht. Die Kapazitätserweiterung der Glassubstratbranche wird die Nachfrage nach Geräten und Materialien in der Oberschicht anregen. Insbesondere in Bereichen mit hohen technischen Barrieren und großem Potenzial für die heimische Substitution ist der Geschäftsausbau der relevanten Hersteller worth zu verfolgen.

Drittens die Hersteller von Verarbeitungstechnologien für Glas, die über die Fähigkeit zur Glasverarbeitung verfügen. Die fertigen Glassubstrate müssen mehrere Verarbeitungsschritte durchlaufen, bevor sie an die Unterschicht geliefert werden können. Obwohl die technischen Barrieren in diesen Bereichen nicht so hoch wie bei der Substratherstellung sind, sind sie dennoch ein wichtiger Bestandteil der Wertschöpfungskette, und die Betriebssituation der Top-Unternehmen ist ebenfalls worth zu beobachten.

Natürlich gibt es auch viele Unsicherheiten bei der Entwicklung der Glassubstratbranche, einschließlich des Risikos, dass der Massenproduktionsfortschritt hinter den Erwartungen zurückbleibt, die Nachfrage nach KI-Rechenleistung in der Unterschicht langsamer wächst als erwartet und die technischen Durchbrüche der chinesischen Hersteller langsamer als erwartet erfolgen. Darüber hinaus