中介层技术概述 - 中介层从幕后配角成为产业链争夺焦点 承载GPU和存储芯片并实现互联 材料公司 设备公司和台积电 英伟达等巨头均聚焦于此 [1] - 行业形成两条发展脉络 一是Resonac牵头27家全球材料 设备 EDA巨头组成JOINT3联盟开发面板级有机中介层 二是英伟达推动SiC中介层 台系厂商加码突破功耗与散热极限 [1] 中介层定义与功能 - 中介层是位于芯片与封装基板之间的中间层结构 在先进封装中扮演桥梁角色 连接逻辑芯片与存储芯片 负责高密度互连 供电分布和信号传输 [3] - 主要分为硅中介层和有机中介层两类 硅中介层亦称无机中介层 有机中介层也叫RDL再布线层 [5] 硅中介层发展历程 - 台积电在2000年代末至2010年初率先提出并量产CoWoS工艺 利用硅中介层加TSV硅通孔实现GPU与HBM高带宽互连 [6] - 2012年台积电为赛灵思生产的Virtex-7 FPGA商用上市 成为首个大规模应用硅中介层的产品 奠定其在高性能计算封装中的地位 [6] 有机中介层兴起背景 - 硅中介层制造成本高 良率有限 AI/HPC芯片面积增大导致硅圆片切割损耗严重 市场需要更经济的大规模量产方案 [6] - 有机中介层工艺相对简单 材料和设备成本低 生产成本显著低于硅中介层 但布线精细度不足 线宽线距较大 难以支撑极高密度互连 [6] JOINT3联盟战略布局 - Resonac瑞萨牵头成立27家成员组成的JOINT3联盟 覆盖半导体封装全产业链 包括应用材料 Lam TEL Synopsys 佳能 Ushio 3M AGC 古河电工等 [8] - 联盟在日本茨城县设立高级面板级中介层中心APLIC 计划2026年运营 重点开发515×510mm面板级有机中介层 [11] 面板级生产优势 - 300mm圆片面积约70,685mm² JOINT3面板级目标515×510mm约262,650mm² 单板面积为300mm圆片的3.7倍 有效构图面积显著更大 [12] - 面板级生产可显著提升产能利用率 降低成本 解决硅中介层因尺寸增大导致的几何损耗问题 边角浪费和步进曝光次数上升推高单位良品成本 [11] 市场驱动因素 - 2.5D/3D封装需求飙升 AI/HPC芯片加HBM堆叠成为主流 需要更大面积 更高互连密度的中介层 [15] - Resonac通过JOINT3搭建跨国跨环节的先进封装共研平台 产业协同成为关键 单一企业难以独立突破 需以联盟方式推动事实标准 [15] SiC中介层发展动态 - 英伟达下一代Rubin GPU评估将GPU与HBM互联基底从传统硅中介层换成SiC中介层 以进一步提升效能 [17] - 碳化硅中介层需使用高绝缘单晶碳化硅 与车用功率器件衬底不同 带来新的工艺挑战 [19] 硅中介层优劣分析 - 优势包括工艺成熟 技术路径清晰 是台积电CoWoS 英特尔EMIB等2.5D/3D封装主流方案 在亚10µm互连和多层TSV工艺上积累深厚 [22] - 劣势包括GPU加HBM封装面积增大导致硅晶圆几何损耗问题突出 产能利用率下降 成本急剧上升 硅导热性能有限成为高功耗AI芯片瓶颈 [22] 有机中介层优劣分析 - 优势包括可采用面板级生产PLP大幅提高产能利用率和单片尺寸利用率 显著降低成本 材料配方灵活 层数和布线可根据系统需求定制 [23] - 劣势包括材料热膨胀系数CTE与硅存在差异 翘曲与可靠性问题需长期验证 电性能相比硅存在一定差距 [23] SiC中介层优劣分析 - 优势包括导热性极佳甚至超过铜 能承受未来AI/HPC芯片极端电流与功耗需求 是突破散热瓶颈的关键材料 具备良好电绝缘性支持更紧密的GPU加HBM集成 [24] - 劣势包括制造难度极高 硬度接近钻石导致切割工艺复杂 必须实现≥12寸大尺寸晶圆兼容硅工艺 产业链尚在攻关中 产能和成本仍是巨大挑战 [24] SiC中介层技术挑战 - 碳化硅硬度接近钻石 传统切割方法容易出现波浪纹 日本DISCO正在研发专用激光切割机台 [25] - 为兼容硅工艺需达到12寸以上晶圆 但目前多数中国厂商仍停留在6/8寸阶段 量产能力有限 [25] 性能需求驱动 - 未来高性能芯片设计功耗可能突破1000V 特斯拉快充电压仅350V 极端电流对中介层承载力提出前所未有挑战 [25] - Si导热能力有限难以满足极端电流下的热管理需求 SiC导热系数超过铜能显著缓解芯片运行高热压力 [25] - Rubin依赖NVLink技术要求GPU与HBM紧密耦合实现最大带宽和最低延迟 SiC因优越绝缘性和散热性成为几乎唯一解决方案 [25] 技术发展时间线 - 短期1-2年硅中介层仍是市场主流 支撑AI/HPC量产 中期3-5年有机中介层凭成本与规模优势在HPC与AI训练芯片中大规模落地 [26] - 长期5年以上碳化硅中介层一旦突破量产瓶颈 或将成为最尖端AI/HPC封装的标准配置 [26] 产业竞争格局 - 日本JOINT3代表合作造标准路径 英伟达推动SiC中介层是应用驱动新材料典型 两条路线殊途同归 中介层将决定未来AI芯片性能极限 [28] - 硅 有机 碳化硅中介层各有优劣 未来十年大概率形成分工互补格局 [28]