台积电(TSMC)先进封装技术详解

源自今日头条:“未来半导体”

01-30 13:48

芯片性能的飞跃,离不开封装技术的革新。台积电的先进封装技术,正是苹果A系列处理器和英伟达AI芯片等明星产品的幕后功臣。本文将系统梳理其五大核心技术,揭示它们如何协同工作,将芯片的性能推向新高度。

台积电(TSMC)先进封装技术详解智能速览

  • InFO技术主打薄型化与低成本,是智能手机处理器的首选方案。

  • CoWoS是高性能AI与HPC芯片的核心,为芯片提供海量带宽支持。

  • CoPoS通过“变圆为方”提升生产效率,旨在降低未来大尺寸AI芯片的成本。

  • SoIC实现芯片间超高密度的3D垂直堆叠,带来性能与功耗的极致优化。

  • WMCM技术面向未来高性能移动设备,在晶圆级别整合SoC与DRAM。

台积电(TSMC)先进封装技术详解精华内容

从智能手机到顶级数据中心,台积电的封装技术版图清晰而强大。下面深入解析这些技术如何各司其职,并共同塑造了现代芯片的形态。

入门级封装InFO

InFO,即扇出型集成封装,是台积电最早成名的先进封装技术。它最大的特点是不使用硅中介层,而是通过RDL(重布线层)实现芯片互连,这使得封装厚度更薄、成本更低。该技术自2016年推出后,因被苹果用于A系列应用处理器而闻名全球,主要应用于智能手机和基础网络芯片等对轻薄和成本敏感的领域。

其子类型InFO-PoP,专注于将逻辑芯片与DRAM进行堆叠,进一步提升了集成度。

性能核心CoWoS

如果说InFO是面向主流市场的基石,那么CoWoS就是支撑高性能计算的支柱。这是一种2.5D封装技术,它将处理器、HBM高带宽显存等多个芯片先集成在一块硅中介层上,再统一封装到基板上。

这种设计为AI芯片、高性能计算(HPC)及数据中心芯片提供了海量数据传输带宽和高密度集成能力。CoWoS家族包含三个成员:使用硅中介层且性能最高的CoWoS-S、使用RDL层兼顾成本的CoWoS-R,以及适用于超大尺寸芯片的CoWoS-L(如英伟达Blackwell系列)。NVIDIA、AMD等巨头都是其主要客户。

成本革命CoPoS

面对未来尺寸更大、需求量更高的AI芯片,台积电推出了CoWoS的演进版——CoPoS。其核心逻辑是“变圆为方”,将封装基底从传统的圆形晶圆改为巨大的方形面板。这种方式能大幅提高材料利用率和单位产能,从而有效降低大尺寸芯片的生产成本。

CoPoS是针对未来AI/HPC芯片需求的关键布局,旨在解决产能瓶颈和成本问题,英伟达被传是该技术的首批潜在客户之一。

尖端堆叠SoIC

SoIC(System on Integrated Chips)代表了台积电最顶级的封装技术,是真正的3D堆叠方案。它支持芯粒之间进行极高密度的垂直堆叠,通过直接键合技术(间距小于10μm),取消了传统的微凸块(Microbumps)。

这种设计带来了更卓越的电气性能、更低的功耗和更好的散热效率。SoIC通常不单独使用,而是先完成芯片的3D垂直堆叠,再通过CoWoS或InFO进行水平方向的集成。AMD的MI300系列芯片就采用了这项技术。

未来集成WMCM

WMCM(Wafer Level Multi-Chip Module)是一种先进的2D封装技术,它在晶圆层面上就将多个硅晶圆(如CPU、GPU和RAM)集成到单个封装中。这项技术的特点是在晶圆级别整合SoC和DRAM,能够进一步优化芯片的热性能和功耗表现。

根据信息,该技术预计将为Apple A20(可能采用2nm工艺)等未来高性能移动设备做准备,主要目标是提升散热效率和数据传输速度。

台积电的先进封装技术组合,精准地覆盖了从移动端到顶尖计算的各类需求,构成了其难以逾越的技术护城河。随着AI对算力的渴求愈发强烈,这些技术将继续演进,未来的芯片形态还会有哪些惊喜?

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