晶圆代工巨头两座芯片工厂迎新进展,先进封装竞赛白热化?
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2025-08-28 03:21:38
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最新消息显示,台积电在美国规划的两座先进封装厂(AP1、AP2)已进入整地工程阶段,并预计在2026年下半年开始盖厂,目标在2028年完工投产。

根据规划,两座先进封装厂将锁定不同技术,其中,AP1将聚焦当前最前沿的3D堆叠技术(SoIC&CoW),AP2则侧重CoPoS技术,以此满足对AI和高性能计算芯片的封装需求。

另有外媒报道称,台积电已经开始招募CoWoS设备服务工程师,将负责生产CoWoS及其衍生产品,以及SoIC和CoW技术,这些都是针对英伟达Rubin或AMD Instinct MI400系列等产品线的下一代解决方案。

值得一提的是,从地理位置来看,AP1将坐落于亚利桑那州凤凰城的Fab 21厂区附近,或与采用2纳米及更先进制程的第三座晶圆厂(Fab 21 P3)形成产业联动。AP2同样规划在亚利桑那州,预计将与Fab 21的第四、第五阶段扩建同步进行,并紧邻未来采用N2、A16等更先进节点的晶圆厂。

业界分析认为,这种“晶圆厂+封装厂”的协同布局(Co-location),能够最大程度地减少晶圆运输过程中的风险和时间成本,实现从前道制造到后道封装的无缝衔接。

先进封装正在成为半导体巨头们开辟新增长曲线的竞争焦点。台积电凭借其SoIC与CoPoS技术领跑,英特尔也正力推其Foveros与玻璃基板技术,三星近期更是频频在美国和日本做出先进封装的重大投资动作,英伟达也在积极探索CoWoP等下一代方案。

SoIC与CoW技术

SoIC并非单一技术,而是台积电3D整合芯片技术的总称。其核心是一种“无凸块”(Bumpless)的键合结构,通过铜对铜(Cu-to-Cu)直接键合,实现芯片的垂直堆叠。CoW(Chip-on-Wafer)是SoIC的一种实现路径,指的是将切割好的小芯片(Die)精准地键合到一整片基础晶圆(Base Wafer)上,灵活性更高,良率控制更具优势,是目前的主流应用形式。

SoIC的关键优势在于其极高的集成密度,其互连间距(pitch)可以做到亚10微米级别。根据台积电公布的路线图,采用N3工艺与N4工艺堆叠的SoIC技术(键合间距6μm)会在2025年进入风险量产;而面向未来的A14节点与N2节点的堆叠技术,预计将在2029年准备就绪。

AMD的3D V-Cache技术可以说是SoIC技术的一个商业化案例。自2022年起,AMD就在其Ryzen系列CPU上,通过SoIC-CoW技术将一层SRAM缓存芯片垂直堆叠在CPU计算核心之上,极大地提升了游戏性能。

CoPoS技术

随着AI模型参数量和复杂度的指数级增长,AI芯片的尺寸也越来越大,甚至接近了光刻机所能加工的极限。传统的以CoWoS为代表的、基于圆形硅中介层(Interposer)的2.5D封装技术,面临着两大挑战:一是圆形晶圆的边缘利用率低,造成成本浪费;二是硅中介层的尺寸受限,难以承载更大规模的芯片系统。

CoPoS技术核心思想是“化圆为方”,将芯片排列在大型方形基板上,取代传统圆形硅中介层。这块面板可以使用玻璃或其他复合材料,其尺寸远超12英寸晶圆。通过这种方式,单次可以封装的芯片数量和面积都将得到数量级的提升。

此前8月初,有消息称台积电正式整合CoWoS与FOPLP,推出新一代“CoPoS”工艺。首条CoPoS实验线将于2026年设立,量产预计落地嘉义AP7厂与美国亚利桑那州厂,最快2028年底至2029年上半年量产。

英特尔:Foveros与玻璃基板双线并进

英特尔也是3D封装技术的早期推动者之一,其主要技术策略是Foveros与玻璃基板双线并进。

Foveros是一种裸片对裸片(Die-to-Die)的3D堆叠技术,同样旨在实现异构集成。经过多年发展,英特尔在2024年宣布其第一代Foveros技术已实现大规模量产,并已应用于其Meteor Lake等PC处理器产品中。其后续技术Foveros Direct则采用了与SoIC类似的混合键合(Hybrid Bonding)技术,进一步提升互连密度。

玻璃基板是由Intel推动的下一代IC载板技术。作为Intel主导的先进封装下一代理想的基板材料,玻璃基板较有机材料具备更好的电学、物理和化学性能。根据Intel预计,2025年后其有望开始提供完整的玻璃基板解决方案,并在2030年前实现单个封装上集成1万亿个晶体管的目标。

三星:X-Cube与FOPLP的组合拳

三星作为兼具存储、逻辑制造和封装能力的整合元件制造商(IDM),也在积极布局先进封装。

三星的X-Cube 3D封装技术是其对标SoIC和Foveros的3D堆叠技术,能够将SRAM等功能芯片垂直堆叠在逻辑芯片之上。此外三星已经将其FOPLP技术应用于智能手机应用处理器等产品中,积累了丰富的量产经验。

不久前,三星与特斯拉签署价值165亿美元的芯片代工大单的消息引发广泛关注,随后三星正式宣布,将投资70亿美元在美国打造一座先进芯片封装工厂。根据规划,该厂选址美国,聚焦高端封装技术,可以与德州泰勒的晶圆厂形成协同。

除计划在美国建设先进封装厂外,有行业消息透露三星还计划投资250亿日元,在日本横滨设立先进封装研发中心,该中心选址在横滨港未来区的Leaf Minato Mirai大楼,这栋总建筑面积达47,710平方米的12层建筑(含4层地下空间)将被改造为集研究实验室与中试生产线于一体的研发基地,预计2027年3月正式启用。

英伟达:CoWoP新技术的尝试

近期有外媒报道称,英伟达正在测试新一代CoWoP(Chip on Wafer on PCB)技术,计划为其预计2026年推出的下一代GR150人工智能(AI)图形处理器(GPU)采用该新型先进封装技术。

公开资料显示,CoWoP技术由当前的晶圆级系统集成(CoWoS)架构演进而来,其核心改进在于省去了成本高昂的集成电路(IC)基板封装环节,直接由PCB母板实现高精度信号与电源布线。目前CoWoP设计仍处于早期开发阶段,英伟达同时在为其下一代AI GPU探索多种封装方案。

业界分析人士认为CoWoP技术比CoWoS技术更具优势,或将影响台积电技术蓝图的CoPoS(Chip-on-Panel-on-Substrate)上场时间。不过,也有分析认为,CoWoP技术目前仍处于研发阶段,技术难度也更大,先进封装如CoWoS结构仍将是未来五年的市场主流,短期内不会被取代。

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