来源:全球半导体观察
台积电CoWoS良率突破后,AI芯片交付瓶颈转移至HBM与ABF载板,促使行业加速向替代方案和玻璃基板布局。
在日前举办的OCP APAC峰会上,台积电先进封装技术暨服务副总经理何军透露,5.5倍光罩尺寸的CoWoS封装现已实现量产,其硅中介层加工及键合阶段的良率在多家AI客户产品上稳定在98%以上,部分批次甚至达到99%。台积电规划在2029年前落地大于14倍光罩规格的CoWoS封装方案,其中14倍光罩版本预计2028年量产。
晶圆级封装工艺的成熟并未彻底缓解AI芯片的交付压力。何军指出,受制于高带宽内存(HBM)与ABF载板的供应紧缺,整体交付依然存在缺口。
本文围绕CoWoS良率突破之后的新瓶颈展开,梳理三个层面的变化:
随着单片裸片受制于约858平方毫米标准光罩曝光面积的物理上限,通过Chiplet架构拆分计算芯粒、搭配HBM堆叠整合已经成为AI芯片的主流方向。5.5倍光罩尺寸对应的封装硅中介层面积已经拉升至近4700平方毫米。在如此大面积的硅中介层上实现98%以上的良率,代表台积电在重布线层与微凸块键合上的缺陷管控工艺已经趋于稳定。
根据台积电的路线规划,将于2029年前落地大于14倍光罩规格的CoWoS封装方案;经行业测算,该规格可容纳10颗以上的计算芯粒与20组以上HBM堆叠模组。
面对台积电CoWoS产能供给紧张的现状,其余晶圆代工厂、封测龙头争抢先进封装溢出订单。
日月光投控推出的VIPack平台及FOCoS(扇出型基板上芯片封装)正积极争取云端客户非核心芯片订单;安靠(Amkor)已于今年6月和台积电签署十年合作框架,依托亚利桑那新建厂区承接台积电凤凰城工厂芯片的CoWoS后段测试、末端封装工序;三星电子则依托I-Cube及SAINT(3D堆叠)技术抢夺订单,依靠“晶圆代工+存储+先进封装”一站式服务承接紧缺封装产能的客户。
当硅中介层加工良率提升后,交付瓶颈开始向供应链上游转移,其中高阶ABF载板与HBM的供应紧缺最为突出。
即便英伟达、AMD及大型云服务厂商通过长期供货协议(LTA)将ABF产能一路锁定至2028年,市场对于高阶载板的缺料焦虑仍未解除。为适配5.5倍以及后续14倍超大光罩规格的CoWoS封装,高阶ABF载板层数升级至18-20层;面向14倍光罩的基板尺寸可达100×100mm。大尺寸、高层数基板经过多轮热压加工极易发生形变,微孔对位难度上升,拖累基板厂商良率。
面对结构性缺口,全球基板厂开启了新一轮资本支出浪潮。
欣兴电子将2026年度资本开支上调至537亿元新台币,重点建设光复二厂及杨梅二、三厂;景硕科技追加196亿元新台币建设杨梅K6C、K6D厂,并规划寻找新厂用地;南亚电路板扩产树林厂先进产能并升级锦兴厂,同时租赁厂房扩展供应;供应链消息显示,臻鼎旗下礼鼎推进深圳厂区扩产,据传计划在2030年前将厂房扩充至7座以上。
存储端同样面临工程突破与产能爬坡的双重考验。SK海力士采用Advanced-MR-MUF封装工艺推进HBM3e大规模量产,保持市场领先地位;三星电子主推NC-TCB热压键合工艺迭代HBM产品线,SK海力士、美光计划将HBM4基底裸片交由台积电先进制程代工;美光则依托1β nm工艺主攻24GB/36GB大容量HBM3e市场。
晶圆代工厂先进封装产能约束、较高的代工成本,促使芯片巨头与云端厂商搭建独立于CoWoS之外的2.5D封装备选路线。
英特尔主导的EMIB路线,通过将微型硅桥嵌入有机基板内部实现高密度互连;省去整块硅中介层之后,可以压缩整体制造成本。
除英特尔自有处理器之外,微软定制Maia 100芯片、亚马逊云端芯片正在评估该方案;据行业消息,谷歌TPU团队同样在考察EMIB体系。
AMD首席执行官苏姿丰此前官宣加大在中国台湾半导体产业链的投入,依托采购协议搭建本土EFB(Elevated Fanout Bridge)2.5D封装生态;合作封测厂商包含日月光投控、矽品精密、力成科技。该封装路线带动欣兴、景硕、南亚电路板等基板厂商针对高阶桥接基板开启专项扩产。
面对超高密度互连和超大尺寸封装的需求,有机ABF载板受限于热膨胀失配、高频信号损耗的物理瓶颈,行业开始推进玻璃基板、TGV玻璃通孔技术研发落地。
玻璃基板具备极低的热膨胀系数,可以缓解高温加工之下的基板翘曲;介质损耗更低,能够承载超高速信号传输。
7月,英特尔正式官宣和蓝思科技达成战略合作,共同研发适配AI、高性能计算的玻璃基板先进封装方案。
据产业链消息,台积电依托TGV玻璃通孔技术研发面板级封装、玻璃中介层,行业预估其将于2027-2028年搭建工艺示范产线。
三星电机与SK旗下Absolics均已搭建起TGV试产厂区;Absolics目标2026年底启动小批量试产,三星电机现阶段主要面向数据中心头部客户开展样品送检。
上游供应链当中,康宁、肖特、DNP集中攻坚高密度TGV基板原材料;德国LPKF深耕TGV激光诱导打孔、通孔金属化填孔工艺,和各大晶圆代工厂商开展技术协作。
CoWoS封装良率迈过98%的门槛,标志着先进封装制造端最关键的技术关卡已经被攻克。但AI芯片的交付难题并未就此消失,只是瓶颈发生了转移:从台积电厂房内的键合、曝光精度难题,转变为载板厂商层压良率、存储厂商TSV产能、玻璃基板技术从实验室落地产线的推进速度。
先进封装竞争上半场比拼代工厂的工艺上限;下半场考验整条供应链在材料、精密化工、设备协同层面的综合工程能力。该趋势并不局限于AI芯片;在后摩尔时代,芯片性能的迭代越来越依靠封装、载板、存储配套环节同步升级。
台积电良率突破并不是产业终点。当封装规格由5.5倍光罩迈向14倍光罩,决定产业节奏的不再只是台积电单一厂区的设备稼动率,而是全球上百家上下游供应商能否对齐产业化时间表。