文章核心观点 - 先进封装中的中介层和桥接器技术正在发生根本性变化，以应对人工智能和高性能计算带来的高密度互连和高电流需求 [1] - 硅中介层正朝着更厚、层数更多、甚至集成有源电路的方向发展，但面临成本、良率和散热等挑战 [6][7][8] - 为降低成本，行业正在探索有机中介层、玻璃中介层以及硅桥接技术，但桥接技术目前受限于组装良率和对准难题 [15][16][17] 中介层技术发展趋势 - 人工智能和高性能计算需求推动中介层变得更厚、金属层更多，以支持高密度布线和更高电流 [6] - 目前典型中介层最多有4层金属，但为适应新一代HBM内存和更宽接口，部分中介层已多达10层，未来8到9层金属将成为需求 [7] - 增加层数和厚度会带来机械强度、翘曲度控制以及集成方面的挑战，需通过薄膜应力控制等技术来保持平整度 [7] 有源中介层的兴起与挑战 - 有源硅中介层（集成晶体管）正得到更广泛应用，尤其在AI/HPC应用中集成电源管理、I/O和光器件，但目前主要限于高端定制解决方案 [8] - 有源中介层比无源中介层昂贵得多，引入了功能测试、电气隔离风险和芯片级修复等新挑战，良率问题从机械层面扩展至电气层面 [9] - 生产高质量有源中介层需要更复杂的测试策略，包括功能测试、电气连续性及信号完整性监测，而不仅仅是简单的开路/短路测试 [11] - 实现有源中介层的一个途径是将电源管理集成电路等芯片嵌入基板或中介层中，而非安装在上方 [12] 光子学中介层的应用 - 光子中介层（如Lightmatter的Passage）可执行电光/光电转换，属于有源中介层，内部集成控制电路 [13] - 光子学波导可以相互交叉而不干扰，这简化了布线，可能比电中介层所需的层数更少 [13] - 光子中介层尺寸可以很大，例如Lightmatter正在研发尺寸为瞄准镜十字线8倍的中介层，并采用了拼接技术 [13] 替代材料以降低成本 - 有机中介层使用面板制造，材料和制造成本低于硅中介层，且无需硅通孔背面研磨等步骤 [15] - 为实现高密度互连（如5µm线间距），有机中介层生产需要洁净室环境，这对OSAT厂商意味着额外投资 [15] - 味之素增材制造膜使高性能有机中介层成为可能，其速度高于传统基板材料，且材料成本仍低于硅 [15] - 玻璃中介层也可用成本更低的面板制造，尤其适用于光子元件，信号损耗更小，但量产可能要到2027/2028年左右 [15][16] - 行业观点认为，硅中介层和有机中介层将共存，但趋势是向有机中介层靠拢，硅中介层仅用于需要特定功能的场景 [15] 桥接技术的现状与挑战 - 硅桥接技术旨在以更小体积和更低成本实现高密度互连，与大型硅中介层形成对比 [1] - 嵌入式硅桥能够以比全中介层更低的成本提供高密度互连和更短延迟 [17] - 目前桥接技术面临的主要挑战是组装过程中的对准难题，导致良率低下，这使得桥接芯片的净成本可能超过硅中介层 [17] - 芯片组之间的偏移会导致桥接芯片上的直线图案错过焊盘，可采用直接写入电子束等技术进行图案化校正，但会影响生产效率 [18][21] - 若能解决良率问题，桥接技术将有助于降低2.5D集成成本，将其嵌入基板而非中介层中也应能节省成本 [24] 当前市场格局 - 目前，硅中介层仍然是2.5D集成领域的主要材料，该领域由少数几家大型企业主导 [23] - 有机中介层正在崛起，预计将逐步从硅中介层手中夺取部分市场份额，但不会完全取代硅 [23] - 桥接器件的潜力尚未充分发挥，良率是亟待解决的关键问题 [24]

文章核心观点 - 日本芯片制造商Rapidus开发出基于大型玻璃基板的中介层技术 旨在降低AI半导体生产成本 挑战台积电的领先地位 并推动日本建立从尖端芯片制造到AI半导体组装的完整国内供应链 [1][2] 技术突破与优势 - Rapidus打造了全球首个由大型玻璃基板切割而成的中介层原型 基板为边长600毫米的正方形玻璃 [1] - 与传统从300毫米圆形硅片切割方形中介层的方法相比 新方法因尺寸更大、废料更少 使单块基板可生产的中介层数量增加10倍 [1] - 该原型中介层的表面积比其他中介层大30%到100% 可容纳更大的芯片 [1] - 玻璃材料相比硅具有更优异的电性能 为技术带来额外优势 [1] - 作为行业后来者 Rapidus不受现有做法束缚 可直接采用最适合AI半导体的最新材料（如玻璃）[2] 生产计划与目标 - Rapidus的目标是在2028年开始量产该玻璃基板中介层 [1] - 公司计划大规模生产2纳米芯片 并计划在2027财年开始晶圆前端工艺（形成电路）[2] - 公司已在2024年7月生产出第一个2纳米晶体管 [2] - 包含芯片连接与封装的后端工艺大规模生产预计于2028年开始 [2] - 公司将在2025年于东京开幕的日本半导体展上展示其原型玻璃基板 [3] 竞争格局与产业背景 - Rapidus的直接竞争对手台积电在其封装技术中使用硅中介层 并为英伟达生产AI半导体 [2] - 英特尔也一直在努力采用玻璃基板技术 [2] - 目前全球后端（封装等）生产主要集中在中国大陆（占30%）和台湾地区（占28%） 日本仅占6% [3] - AI芯片的组装更为复杂 不再仅依赖低廉劳动力 Rapidus正与其他日本公司合作尝试实现后端生产自动化 [3] 公司支持与战略意义 - 日本经济产业省承诺向Rapidus提供1.72万亿日元（约111亿美元）的援助 其中1805亿日元将专门用于后端流程 [2] - 此项技术的发展旨在使日本拥有从尖端芯片生产到AI半导体组装的完全国内供应链 [2] - 为应对玻璃材质脆弱、易破损和易变形等挑战 Rapidus聘请了曾在夏普等日本显示器制造商工作过的工程师 将LCD玻璃加工技术应用于半导体领域 [1][2]

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]

行业技术发展趋势 - 芯片封装技术重要性提升 因传统晶体管尺寸缩小方法面临成本和技术困难[3] - 先进封装需求增长 预计推动中介层组件需求上升[3] - 行业通过联盟合作开发新技术 以应对人工智能和自动驾驶等技术发展带来的复杂半导体需求[3] 公司战略举措 - Resonac联合27家全球企业成立JOINT3联盟 成员包括应用材料、东京电子等材料制造商、设备商和芯片设计公司[2] - 联盟聚焦利用有机材料方形面板制造中介层 旨在联合开发材料、设备及设计工具[2] - 公司投资260亿日元（约合1740亿美元）在茨城县建立研发中心 含原型生产线 预计明年投入运营[3] 技术创新与成本优化 - 新方法采用方形面板生产中介层 区别于传统从圆形硅晶圆切割的方式 目标提升单位面积晶圆的中介层产量以降低成本[3] - 中介层作为芯片封装关键组件 位于芯片与电路板之间 实现多芯片集成模块中的通信功能[2] - 技术平台为材料商、设备商和设计公司提供实践开发环境 联盟成果预计吸引大量半导体相关企业需求[2]

联电跨足先进封装 - 公司成功夺下高通大单，自行开发的高阶中介层（Interposer）已通过高通验证，进入量产出货倒数阶段 [1] - 第一批中介层1500电容通过高通电性测试，预计2026年首季量产出货，高通购置炉管机台放入公司厂房显示合作紧密 [1] - 中介层采用1500nF/mm²电容，匹配高通IC和记忆体需求 [1] 先进封装技术布局 - 公司从RFSOI制程的中介层供应扩展到高速运算芯片封装，降低成熟制程低价竞争压力 [2] - 2.5D/3D封装依赖中介层电容和矽穿孔技术，公司十年前已应用TSV制程于超微GPU订单，具备量产条件 [2] - 高通下单并深度合作，公司整合智原、矽统、华邦等伙伴构建完整生态系 [2] 晶圆代工本业进展 - 14纳米FinFET嵌入式高压制程（14eHV）有新突破，与英特尔合作从12纳米延伸至6纳米 [3] - 2023年研发投入156亿元，聚焦5G、AI、物联网及车用电子，12/14纳米特殊制程和3D IC封装同步推进 [3] 制程技术优化与国际合作 - 12纳米FinFET（12FFC）较14纳米性能提升10%，功耗降20%，面积缩减超10%，节省三层光罩 [4] - 正探索与英特尔扩大制程合作的可能性 [4] 行业竞争与差异化战略 - 通过先进封装与国际大厂合作（如高通）切入AI PC、车用、AI伺服器市场，避开红色供应链价格战 [1][2] - 特殊制程研发和生态系整合强化客户黏着度，形成技术壁垒 [2][3]