Glassubstrat, Roadmap
Vor zwei Jahren kündigte Intel mit großer Aufmerksamkeit an: Das Glas-Kernsubstrat (Glass Core Substrate, GCS) wird der Kern der nächsten Generation fortschrittlicher Gehäusetechnologien sein, und das Unternehmen plant, mehr als 1 Milliarde US-Dollar in die Förderung der Industrialisierung zu investieren.
Heute befindet sich diese Technologie bereits in der Phase der abschließenden Zertifizierung, aber echte kommerzielle Produkte sind noch nicht auf dem Markt. Mit der schrittweisen Veröffentlichung von Massenproduktionsplänen durch Samsung, SKC, TSMC und japanische Materialunternehmen hat sich der Wettbewerb um Glassubstrate von „Wer das Konzept zuerst vorschlägt“ zu „Wer die Lieferung zuerst realisieren kann“ entwickelt.
Aus den derzeit öffentlich zugänglichen Informationen werden die Jahre 2027 bis 2030 das entscheidende Zeitfenster für die Kommerzialisierung von Glassubstraten sein. Dies ist nicht nur eine Materialverbesserung, sondern hängt auch davon ab, ob die überdimensionalen Chiplets, HBM und Co-Packaged Optics (CPO) im KI-Zeitalter den Umfang der Gehäusetechnologie weiter ausweiten können.
Warum setzt die gesamte Branche auf Glas?
Glas soll nicht Silizium ersetzen, sondern die organischen Substrate, die heute in fortschrittlichen Gehäusetechnologien weit verbreitet sind.
In den letzten zehn Jahren haben GPU, CPU und HBM ständig die Chiplet-Architektur übernommen, wodurch sich die Gehäusefläche rasch vergrößert hat. Nehmen wir NVIDIA als Beispiel: Die Gehäusefläche von Blackwell beträgt etwa 2739 Quadratmillimeter, und die nächste Generation Rubin Ultra wird voraussichtlich 7470 Quadratmillimeter erreichen, was fast der Kombination aus Silizium und HBM von neun Maskenflächen entspricht. Eine so große Gehäusegröße hat bereits die physikalische Grenze organischer Substrate erreicht.
Aus den zuvor von Intel veröffentlichten Daten geht hervor, dass Glassubstrate eine etwa 10-fache Verbindungsdichte erreichen können, die Verzerrung der Muster um 50 % und die Verformung um etwa 50 % reduziert werden können. Ihr Wärmeausdehnungskoeffizient kann auf 3–10 ppm/°C eingestellt werden, was näher an dem Wert von 2,6 ppm/°C von Silizium selbst liegt. Das bedeutet, dass Glas nach Hunderten von Heiß-Kalt-Zyklen eine stabilere Maßgenauigkeit beibehalten und die Spannung zwischen Chiplet und HBM verringern kann.
Eine weitere wichtige Veränderung kommt von rechteckigen Platten. Herkömmliche runde 300-mm-Wafer erzeugen bei der Herstellung übergroßer Gehäuse erhebliche Abfälle an den Rändern, während die Ausnutzungsrate rechteckiger 510×515-mm-Glasplatten über 75 % liegen kann, was die Materialkosten für großformatige Gehäuse erheblich senkt. Daher sind Glassubstrate und Panel-Level-Packaging (PLP) tatsächlich zwei eng verbundene Technologiepfade.
Auf der ECTC 2025 Konferenz haben mehrere Studien das Potenzial von Glas für Hochgeschwindigkeitsverbindungen weiter bestätigt. Die Forscher haben durchgehende Glaslöcher (TGV) mit einem Durchmesser von 6 Mikrometern und einem Aspektverhältnis von über 15:1 vorgestellt, und das Georgia Institute of Technology hat gestapelte Glasbauteile mit einer Arbeitsfrequenz von 220 GHz und einem Einfügungsverlust von nur 0,3 dB realisiert, was eine experimentelle Grundlage für zukünftige optoelektronische hybride Gehäusetechnologien liefert.
Für Glassubstrate ist das größte Problem jedoch nicht die Leistung, sondern die Herstellung. Mit anderen Worten: Der größte Feind von Glas war noch nie die elektrische Leistung, sondern die Ausbeute.
Im Vergleich zu flexiblen organischen Materialien ist Glas von Natur aus spröde und neigt sehr leicht zu Randrissen und Mikrorissen beim Bohren, Schneiden und Transportieren. Die MIT Technology Review enthüllte im März dieses Jahres, dass in der frühen Prototypphase von Absolicals Hunderte von Platten innerhalb weniger Tage aufgrund von Glasbruch ausfielen, und die Herstellungsstabilität wurde zu einer Zeit die größte Herausforderung für das gesamte Projekt.
Im letzten Jahr hat die Industriekette bereits viele Durchbrüche erzielt. Durch das Randbeschichtungsverfahren wurde die Spannung am Glasrand von 95 MPa auf 49 MPa gesenkt; Niedrigtemperatur-Dielektrikumsmaterialien können unter 180 °C ausgehärtet werden, wodurch die Wärmespannung während des Gehäuseprozesses verringert wird; Neue Schneidverfahren haben die Wahrscheinlichkeit von Glasbruch weiter verringert.
Aber die wirklich schwierigen Herstellungsprobleme sind noch nicht vollständig gelöst: Wie man auf einer halben Meter langen Glasplatte die Metallisierung von Löchern mit einem Durchmesser von weniger als 10 Mikrometern abschließt und gleichzeitig eine Ebenheit im Nanometerbereich beibehält. Für große KI-Gehäuse mit mehr als 20 RDL-Schichten wirkt sich jede geringfügige Verformung auf die anschließende Lithographie- und Bondgenauigkeit aus, sodass die Ausbeute nach wie vor der Kernindikator ist, der bestimmt, ob Glas kommerzialisiert werden kann.
Aus diesem Grund konzentrieren sich derzeit fast alle Hersteller weltweit auf die Validierung der **Gehäuseebenen-Zuverlässigkeit (Package Level Reliability, PLR)**, anstatt direkt die Massenproduktion anzukündigen.
Intel hat das Konzept zuerst vorgeschlagen und wartet auf die kommerzielle Umsetzung
Im September 2023 veröffentlichte Intel als Erster den Fahrplan für Glas-Kernsubstrate (Glass Core Substrate, GCS) und definierte es als die nächste Generation der grundlegenden Plattform für fortschrittliche Gehäusetechnologien. Zu dieser Zeit standen mit der raschen Verbreitung der Chiplet-Architektur und HBM herkömmliche organische Substrate bereits vor Problemen wie Verformung, unzureichender Dimensionsstabilität und begrenzter Verbindungsdichte. Intel kam zu dem Schluss, dass die Gehäusefläche von KI-Prozessoren in Zukunft weiter zunehmen wird und die Optimierung organischer Materialien allein nicht ausreicht, um die nächste Generation von Produkten zu unterstützen. Daher beschloss das Unternehmen, Glas als Kernträger zu verwenden, und kündigte an, mehr als 1 Milliarde US-Dollar in den Aufbau von Forschungs- und Entwicklungs-, Prototypen- und Herstellungskapazitäten zu investieren, mit dem Ziel, Glassubstrate um 2030 in die Mainstream-Massenproduktion zu bringen.
In dem damaligen Technologiepfad existierte Glas nicht isoliert, sondern bildete zusammen mit Intels EMIB-Brücken-Gehäusetechnologie, Foveros-3D-Stapelung und zukünftigem Co-Packaged Optics (CPO) ein vollständiges System fortschrittlicher Gehäusetechnologien. Mit anderen Worten: Glassubstrate werden als „Fundament“ für das Tragen übergroßer Chiplet-Systeme angesehen, während EMIB und Foveros für die Hochgeschwindigkeitsverbindung zwischen den Chiplets verantwortlich sind.
Nach fast zweijähriger Forschung und Entwicklung gibt Intel nun an, dass sich Glassubstrate in der Phase der **Abschließenden Zertifizierung (Final Qualification)** befinden. Anfang dieses Jahres stellte das Unternehmen erstmals ein systematisches technisches Prototyp-Gehäuse auf Basis von Glas-Kernsubstraten vor und startete erfolgreich das Windows-Betriebssystem. Das bedeutet, dass Glassubstrate die wichtigen Meilensteine von der Materialvalidierung über die Gehäusevalidierung bis zur Systembetriebsvalidierung abgeschlossen haben, was beweist, dass sie den stabilen Betrieb vollständiger Systeme wie CPU, Arbeitsspeicher und Hochgeschwindigkeits-E/A unterstützen können, anstatt nur Materialproben im Labor zu sein.
Auf der NEPCON Japan Messe im Januar dieses Jahres stellte Intel Foundry erstmals das physische Produkt seines ersten dickkernigen Glassubstrats vor. Die gesamte Gehäusegröße beträgt 78×77 Millimeter, im Inneren werden zwei 800-Mikrometer-Glaskernschichten verwendet, zwei EMIB-Brücken-Chips sind direkt in das Glas eingebettet, auf beiden Seiten befinden sich jeweils 10 Schichten von Umverdrahtungsschichten (RDL), und an der Oberseite ist ein Siliziumchip von etwa 1716 Quadratmillimetern integriert, was fast zwei vollständigen Maskenflächen entspricht. Intel gab bekannt, dass bei diesem Prototyp während der Herstellung, der Wärmezyklusprüfung und der Zuverlässigkeitsprüfung keine Mikrorisse festgestellt wurden, was die Herstellbarkeit der gemischten Gehäusetechnologie aus Glaskern und EMIB bestätigt.
Das Konzept zuerst vorzuschlagen bedeutet jedoch nicht, die Massenproduktion zuerst zu realisieren. Im letzten Jahr hat sich Intels Darstellung zu Glassubstraten deutlich von „Produkteinführung“ zu „Plattformaufbau“ verändert. Anstatt direkt den kommerziellen Zeitpunkt anzukündigen, betont das Unternehmen mehr das Patentlayout, die Prozessstandards und die ökologische Zusammenarbeit und hofft, Glassubstrate zu einer der fortschrittlichen Gehäusefähigkeiten zu machen, die Intel Foundry extern anbietet. Ein Bericht von DigiTimes im Juli dieses Jahres besagt, dass Intel bereits erste Gespräche über eine Zusammenarbeit im Bereich der Gehäusetechnologie mit dem chinesischen Glashersteller Lens Technology geführt hat, aber beide Seiten haben noch keine konkreten Kooperationsprojekte angekündigt.
Dies spiegelt auch die aktuelle Realität der Glassubstratindustrie wider: Technologieführer sind nicht unbedingt die ersten, die die Massenproduktion realisieren. TrendForce prognostiziert, dass die tatsächliche groß angelegte kommerzielle Bereitstellung von Intel noch um 2030 erfolgen wird, und die ersten Produkte werden höchstwahrscheinlich für Datencenter-CPUs, KI-Beschleuniger und Co-Packaged-Optics-Plattformen bestimmt sein. Davor werden koreanische Hersteller voraussichtlich die kommerzielle Validierung von Glassubstraten zuerst abschließen.
Koreanische Gruppierung: Erreichen der Massenproduktion zuerst im Jahr 2027
Wenn Intel die technische Richtung von Glassubstraten definiert hat, ist das Ziel koreanischer Unternehmen klarer – Glassubstrate zuerst zu einem rentablen Geschäft zu machen.
Im letzten Jahr baut Südkorea mit drei Unternehmen – Samsung Motor, SKC und LG Innotek – als Kern eine vollständige Industriekette von Glasmaterialien, TGV-Verarbeitung, Metallisierung bis zur Herstellung hochwertiger Substrate auf, um die Stimme in der Lieferkette der nächsten Generation fortschrittlicher Gehäusetechnologien zu erobern. Im Gegensatz zu den USA, die sich mehr auf Plattformtechnologien konzentrieren, liegt der Schwerpunkt des Wettbewerbs in Südkorea darauf, zuerst eine stabile Massenproduktionskapazität aufzubauen.
Im Februar dieses Jahres hat Samsung Motor das Glassubstrat-Projekt offiziell von der fortgeschrittenen Forschungs- und Entwicklungsabteilung in die operative Abteilung überführt, was normalerweise bedeutet, dass die Technologie die grundlegende Validierung abgeschlossen hat und in die Phase der Kundenakquise, Gerätebeschaffung und des Aufbaus der Lieferkette eintritt. Für Halbleitermaterialunternehmen ist die Übergabe von der Forschungs- und Entwicklungsabteilung an die operative Abteilung oft ein wichtiger Meilenstein, der der Kommerzialisierung am nächsten liegt.
Anschließend, am 2. Juli, gründete Samsung Motor zusammen mit dem koreanischen Unternehmen Dongwoo Fine-Chem, das zu Sumitomo Chemical gehört, das Joint Venture GLASEM mit einer Gesamtinvestition von 482,1 Milliarden Won (ca. 310 Millionen US-Dollar). Die Arbeitsteilung zwischen den beiden Seiten ist sehr klar: Samsung Motor ist für die Herstellung fortschrittlicher Substrate und die Kundenressourcen verantwortlich, Dongwoo Fine-Chem liefert Glasmaterialien und chemische Verfahren, und gemeinsam bauen sie ein spezialisiertes Produktionssystem für Glas-Kernsubstrate auf.
Gemäß dem Plan wird GLASEM eine Produktionsbasis für Glaskerne in Pyeongtaek, Südkorea, errichten und die Massenproduktion in der zweiten Hälfte des Jahres 2027 aufnehmen. Die Hauptverfahren umfassen wichtige Herstellungsstufen wie Glasbohrung (TGV), Metallisierung der Lochwände und Glaskernverarbeitung, die dann an die vorhandene FC-BGA-Gehäuse-Produktionslinie von Samsung Motor geliefert werden, um einen integrierten Herstellungsprozess vom Glaskern bis zum hochdichten Substrat zu bilden.
Samsung wird als wettbewerbsfähig angesehen, nicht nur wegen der Glastechnologie selbst, sondern auch weil es bereits weltweit führende Kapazitäten für FC-BGA und hochdichte Gehäusesubstrate besitzt. Sobald der Glaskern ausgereift ist, muss nicht das gesamte Gehäusesystem neu aufgebaut werden, sondern kann direkt in die vorhandene Produktionsplattform integriert werden, was den Kommerzialisierungszyklus erheblich verkürzt. Koreanische Medien berichten ebenfalls, dass Glasproben derzeit an Kunden wie AMD und Broadcom zur Bewertung geschickt wurden, aber die betreffenden Unternehmen haben die Übernahme noch nicht öffentlich bestätigt.
Ein weiteres Unternehmen, das mehr Aufmerksamkeit verdient, ist Absolics, das zur SK-Gruppe gehört.
Absolics wurde 2021 gegründet und ist das weltweit erste neue Unternehmen, das sich ausschließlich der Industrialisierung von Glas-Kernsubstraten widmet. Die Fabrik in Covington, Georgia, USA, hat eine Gesamtinvestition von etwa 600 Millionen US-Dollar, darunter 75 Millionen US-Dollar an Mitteln aus dem US-amerikanischen „Chips Act“ sowie ein gemeinsam von der Regierung und dem Georgia Institute of Technology unterstütztes Forschungsprojekt für fortschrittliche Gehäusetechnologien. Im Vergleich zu Konkurrenten, die sich noch in der Pilotphase befinden, hat Absolics eine vollständige Produktionslinie für Glassubstrate errichtet, deren geplante Kapazität in der ersten Phase 12.000 Quadratmeter pro Jahr beträgt, was theoretisch 2 bis 3 Millionen KI-Gehäusen der H100-Klasse entsprechen kann.
Im Juli dieses Jahres gab SKC auf einer Finanzkonferenz erstmals die neuesten Fortschritte des Projekts bekannt: Die eingebetteten Glassubstrat-Proben von Absolics wurden nach Taiwan geschickt und durchlaufen derzeit die **Gehäuseebenen-Zuverlässigkeitszertifizierung (Package-Level Reliability, PLR)**. Dies ist auch die Kundenvalidierung, die den kommerziellen Einführungen am nächsten kommt in den derzeit weltweit öffentlich zugänglichen Informationen. Ihre Testinhalte umfassen Wärmezyklen, mechanische Spannung, Feuchte-Wärme-Alterung und langfristige Gehäusezuverlässigkeit, und das Endergebnis wird voraussichtlich Ende dieses Jahres veröffentlicht.
Wenn die Zertifizierung reibungslos verläuft, plant Absolics die Aufnahme der Massenproduktion Ende 2026 und wird voraussichtlich das weltweit erste Unternehmen sein, das die kommerzielle Lieferung von Glas-Kernsubstraten realisiert. Das bedeutet auch, dass das erste Unternehmen, das tatsächlich in den Markt eintritt, nicht unbedingt Intel sein wird, das das Konzept zuerst vorgeschlagen hat, sondern die koreanische Lieferkette.
Gleichzeitig fördert LG Innotek die dritte Glassubstrat-Linie in Gumi, Südkorea, und plant, in den Jahren 2027 bis 2028 in die Massenproduktionsphase einzutreten. Damit hat Südkorea die industrielle Anordnung von „drei Unternehmen, drei Linien“ gebildet: Samsung Motor ist für hochwertige Gehäusesubstrate verantwortlich, Absolics konzentriert sich auf die Herstellung von Glaskernen, und LG Innotek entwickelt Materialien für die nächste Generation von Gehäusetechnologien, was zu einem der derzeit vollständigsten Glassubstrat-Industriecluster der Welt führt.
TSMC und Japan: Panel zuerst, Glas danach
Im Gegensatz zu Südkorea, das die Massenproduktion von Glassubstraten zuerst realisieren möchte, hat TSMC einen stabileren Technologiepfad gewählt: Zuerst die Industrialisierung des Panel-Level-Packaging (PLP) abschließen, dann entscheiden, ob der Glaskern vollständig eingeführt wird.
Das derzeit wichtigste Projekt von TSMC ist die CoPoS (Chip-on-Panel-on-S