Äskettäin OCP APAC -huippukokouksessa puhuessaan He Jun, TSMC:n edistyksellisen pakkausteknologian ja -palvelujen varatoimitusjohtaja, sanoi, että yritys on siirtynyt massatuotantoon CoWoS-pakkauksista, joiden koko on 5,5-kertainen standardirekisterikoon verrattuna. Silikoninterposerin prosessoinnin ja kiinnityksen tuottoprosentti on pysynyt yli 98 %:ssa useiden AI-asiakkaiden tuotteissa, ja joissakin tuotantosarjoissa on saavutettu jopa 99 %.
TSMC aikoo esitellä CoWoS-pakkauksia, jotka ovat suurempia kuin 14 rekisterikokoa ennen vuotta 2029, ja 14-rekisterikokoinen versio on aikataulutettu massatuotantoon vuonna 2028.
Wafer-tason pakkausprosessien kypsyys ei ole täysin ratkaissut AI-sirujen toimituspaineita. Hän sanoi, että yleinen tarjonta on edelleen riittämätöntä korkean kaistanleveyden muistin tai HBM:n sekä Ajinomoto Build-up Film, eli ABF, substraattien puutteen vuoksi.
Pakkauskoot jatkuvat laajentumistaan, kun valimoita ja osapalveluntarjoajia diversifioi kapasiteettia
Yksi siru on rajoittunut standardin rekisterin altistusalueen fyysiseen rajaan, joka on noin 858 neliömillimetriä. Tämän seurauksena laskentatehon jakaminen chipletteihin ja niiden integroiminen pinottuun HBM:ään on muuttunut valtavirran arkkitehtuuriksi AI-siruille.
CoWoS-silikoninterposerin koko, joka on 5,5-kertainen standardirekisterikoon verrattuna, on lähes 4,700 neliömillimetriä. Yli 98 %:n tuottoprosentin saavuttaminen tällaisessa interposerissa osoittaa, että TSMC:n virhevalvontaprosessit jakelukerroksille ja mikro-pumppukiinnitykselle ovat saavuttaneet suhteellisen kypsän vaiheen.
TSMC:n teknologiaroadmapin mukaan CoWoS-pakkaukset, jotka ovat suurempia kuin 14 rekisterikokoa, esitellään ennen vuotta 2029. Teollisuuden arvioiden mukaan tällainen pakkaus voisi mahtua yli 10 laskentachipletteä ja yli 20 HBM-pinontaa.
Koska TSMC:n CoWoS-kapasiteetti on tiukka, muut valimot ja ulkoistetut puolijohdeteollisuuden kokoonpano- ja testauspalveluntarjoajat kilpailevat ylikapasiteettia varten.
ASE Technology Holding markkinoi VIPack-alustaa ja FOCoS-tekniikkaa, eli fan-out chip-on-substrate, saadakseen tilauksia ei-keskeisistä siruista pilvipalveluntarjoajilta. Amkor solmi TSMC:n kanssa 10 vuoden yhteistyökehityksen kesäkuussa ja aikoo hyödyntää uutta Arizonan laitostaan takaosatestaus- ja lopullisten pakkauspalvelujen tarjoamiseksi TSMC:n Phoenixin tuotantolaitoksessa valmistetuille siruille.
Samsung Electronics pyrkii saamaan tilauksia I-Cube- ja SAINT 3D-pinontateknologioidensa kautta. Yritys käyttää integroitua valimoaan, muistiaan ja edistyksellisiä pakkausvalmiuksiaan palvella asiakkaita, joita rajoittaa rajoitettu pakkauskapasiteetti.
ABF-substraatit ja HBM kohtaavat vakavaa kapasiteettipainetta
Kun silikoninterposerin tuotot paranevat, toimitusrajoitukset siirtyvät ylöspäin, ja korkean tason ABF-substraattien ja HBM:n puute on erityisesti korostunut.
Nvidia, AMD ja suuret pilvipalveluntarjoajat ovat hankkineet ABF-kapasiteettia pitkän aikavälin toimitussopimuksilla, jotka ulottuvat vuoteen 2028, mutta huoli korkean tason substraattien saatavuudesta ei ole laantunut.
Tukeakseen CoWoS-pakkauksia, joiden koko on 5,5 rekisterikokoa ja tulevaa 14-rekisterikokoista formaattia, korkean tason ABF-substraatteja päivitetään 18–20 kerrokseen. 14-rekisterikokoisiin paketteihin suunnitellut substraatit voivat saavuttaa mitat 100 × 100 mm.
Suuret, korkeakerroksiset substraatit ovat alttiita taivutukselle toistuvien lämpöpuristusprosessien aikana. Niiden suurempi koko tekee myös mikrovia-aligmentista vaikeampaa, mikä vähentää tuotantoa TSMC:n substraattitoimittajilla.
Vasteiden toimituspulan vuoksi ympäri maailmaa substraattien valmistajat ovat käynnistäneet toisen aallon pääomasijoituksia.
Unimicron Technology on nostanut vuoden 2026 pääomasijoitusbudjettinsa NT$53.7 miljardiin, ja investoinnit keskittyvät toiseen Guangfu-tehtaaseen sekä toisiin ja kolmannesiin Yangmei-laitoksiin. Kinsus Interconnect Technology on sitoutunut lisäämään NT$19.6 miljardia Yangmei K6C- ja K6D-tehtaiden rakentamiseen ja arvioi mahdollisia paikkoja toiselle laitokselle.
Nan Ya Printed Circuit Board laajentaa kehittynyttä tuotantokapasiteettiaan Shulin-tehtaallaan, päivittää Jinxing-laitostaan ja vuokraa lisää tehdastilaa. Toimituskettjututkimukset osoittavat myös, että Zhen Ding Technologyn tytäryhtiö Avary Holding laajentaa Shenzhenin toimintojaan ja saattaa kasvattaa toimipaikan yli seitsemäksi tehtaaksi vuoteen 2030 mennessä.
Muistisegmentti kohtaa sekä insinöörikysymyksiä että tuotannon lisäämisen paineita. SK hynix käyttää Advanced MR-MUF -pakkausprosessiaan HBM3E-tuotannon laajentamiseen ja markkinajohtajuuden ylläpitämiseen. Samsung Electronics etenee HBM-tuoteperheensä kanssa NC-TCB-termokompressointiliitosprosessin kautta.
SK hynix ja Micron aikovat ulkoistaa HBM4-pohjadiemien valmistuksen TSMC:n kehittyneisiin prosessisolmuihin. Micron käyttää myös 1β-nanometrin prosessiaan kohdentamaan markkinoita 24 GB ja 36 GB HBM3E -tuotteille.
Piivalmistajat kehittävät EMIB- ja EFB-vaihtoehtoja
Kapasiteettirajoitukset ja suhteellisen korkeat valmistuskustannukset teollisuusperustaisessa kehittyneessä pakkaamisessa kannustavat piivalmistajia ja pilvipalveluntarjoajia luomaan vaihtoehtoisia 2.5D-pakkauksen reittejä CoWoS-ekosysteemin ulkopuolella.
Intelin EMIB-teknologia upottaa pienikokoisia piilisiltoja orgaanisessa substraatissa tarjotakseen tiheitä liitäntöjä. Koko kokoisen piidioksidin poistaminen voi vähentää kokonaistuotantokustannuksia.
Intelin omien prosessorien lisäksi Microsoftin erityinen Maia 100 -piiri ja Amazon Web Servicesin piirit arvioivat teknologiaa. Toimiala raportoi, että Googlen TPU-tiimi myös arvioi EMIB-alustaa.
AMD:n puheenjohtaja ja toimitusjohtaja Lisa Su ilmoitti aiemmin suunnitelmistaan lisätä yrityksen investointeja Taiwanin puolijohdetuotantoketjuun. Hankintasopimusten kautta AMD kehittää paikallista 2.5D-pakkausekosysteemiä, joka perustuu Elevated Fanout Bridge - tai EFB -teknologiaan.
Osallistuvat kokoonpano- ja testausyritykset sisältävät ASE Technology Holding, Siliconware Precision Industries ja Powertech Technology. Tämä pakkausmenetelmä on myös saanut substraattitoimittajat, kuten Unimicron, Kinsus ja Nan Ya Printed Circuit Board, aloittamaan erikoiskapasiteetin laajentamisen huipputeknisille silta-substraateille.
Lasialustat muuttuvat seuraavan sukupolven materiaalien kehityksen keskipisteeksi
Erittäin tiheille liitännöille ja suuremmille pakkausmitoille on kysyntää, mikä paljastaa orgaanisten ABF-substraattien fyysiset rajoitukset, mukaan lukien lämpölaajenemisen epäsuhta ja signaalin hävikki korkeilla taajuuksilla. Teollisuus edistää siten lasialustojen ja läpi-lasiväylä- tai TGV-teknologioiden kehittämistä ja kaupallistamista.
Lasialustoilla on äärimmäisen alhainen lämpölaajenemiskerroin, mikä voi vähentää substraattien vääntymistä korkeassa lämpötilakäsittelyssä. Niiden alhaisempi dielektrinen hävikki tekee niistä myös soveltuvia erittäin suurten nopeuksien signaalien kuljettamiseen.
Heinäkuussa Intel ilmoitti strategisesta kumppanuudesta Lens Technologyn kanssa kehittääkseen yhdessä lasialustojen kehittyneitä pakkausratkaisuja tekoälyn ja suorituskykyisen laskennan sovelluksia varten.
Toimitusketjuraporttien mukaan TSMC kehittää paneelitasoista pakkausta ja lasivälikkeitä käyttäen TGV-teknologiaa. Teollisuuden arviot viittaavat siihen, että yritys voisi perustaa prosessidemonstraatiorivin vuosien 2027 ja 2028 välillä.
Samsung Electro-Mechanics ja SK Groupin tytäryhtiö Absolics ovat perustaneet TGV-koetehtaita. Absolics tavoittelee pienten tuotantomäärien koevalmistuksen aloittamista vuoden 2026 loppuun mennessä, kun taas Samsung Electro-Mechanics toimittaa tällä hetkellä näytteitä suurille datakeskuskumppaneille arvioitavaksi.
Ylemmällä tasolla Corning, SCHOTT ja Dai Nippon Printing kehittävät materiaaleja korkean tiheyden TGV-substraateille. Saksassa sijaitseva LPKF työskentelee laserilla motivoidun TGV-muodostuksen sekä väylämetalloinnin ja täyttöprosessien parissa yhteistyössä suurten puolijohdetehtaiden kanssa.