华天 eSinC 2.5D 先进封装平台:国产芯粒集成核心解决方案

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当一颗AI加速芯片要塞进8颗甚至12颗HBM、封装尺寸逼近120×120mm时,芯片之间"怎么连",已经比"用什么工艺做"更能决定成败。先进封装,正从产业链后段走上聚光灯下。

一、摩尔定律的接力棒,交给了封装

先进制程的成本正呈指数级上升,而边际效益却在递减。当晶体管密度提升越来越"不划算",产业界把目光投向另一个维度——把不同工艺、不同功能的芯粒,用先进封装集成到一起。

数据足以说明这条赛道的热度:全球先进封装市场预计以9.4%的年复合增长率扩张,2030年规模接近800亿美元;其中2.5D/3D先进封装增速最为突出,预计2030年市场规模接近350亿美元,2024—2030年复合增速约19%。

在所有先进封装形态中,2.5D封装是当前AI算力芯片最主流的"底座"。

二、2.5D:一块中介层,重构芯片的"交通网"

2.5D封装的核心,是在芯片与封装基板之间插入一层中介层(Interposer):逻辑芯片与HBM(或光子/电子芯片)通过微凸点倒装在中介层上,中介层内的金属布线完成芯片间高速互连,再通过TSV、凸点与下方基板或PCB相连。

换句话说,传统封装是"让芯片在市政道路上跑",2.5D则是给芯片建了一座专用高速立交。

三、CoWoS-S / R / L:同一目标,三种解法

CoWoS-S:硅中介层的"性能天花板"

"S"指Silicon——采用单片硅中介层+TSV硅通孔。硅制造工艺支持极精细布线,带来高连接密度、低延迟和高效数据传输,嵌入式深沟槽电容还能为高负载处理器稳定供电。

优势:电气性能最优、技术最成熟。

代价:超大面积硅中介层制造难、成本高;随着AI处理器尺寸增大,中介层尺寸可能超出传统光罩极限,虽可用掩模拼接技术解决,但复杂度和缺陷概率随之上升。第五代CoWoS-S的硅中介层面积已达约2500mm²。

CoWoS-R:RDL中介层的"性价比与柔性"

"R"指RDL(重分布层)——用多层铜线+聚合物介电材料构成有机中介层,取代大块硅片。

有机中介层本身具有柔韧性,充当"应力缓冲器",缓解基板与中介层之间热膨胀系数(CTE)不匹配引起的可靠性问题;同时不依赖单一大硅片,更容易扩展以支持更大封装。

优势:可扩展性好、可靠性高、成本更优、设计灵活。

代价:布线密度通常低于CoWoS-S,可能不太适合要求极高的短距离芯片间接口。CoWoS-R于2023年量产。

CoWoS-L:硅桥+RDL的"集大成者"

"L"指LSI(Local Silicon Interconnect,局部硅互连)——在RDL中介层的关键位置嵌入小块硅桥。硅桥在相邻逻辑芯粒之间、或处理器与内存之间提供高密度连接,不太关键的连接则走周围的RDL结构。

于是它同时拿到了两端好处:关键区域接近CoWoS-S的连接密度与电气性能,却无需整块巨型硅中介层;又保留了CoWoS-R的大部分可扩展性与灵活性,还可集成嵌入式深沟槽电容等专用组件改善供电。

优势:突破光罩面积限制,路线图指向5.5倍光罩(2026年)、9倍光罩(2027年),可承载12颗以上HBM堆栈。CoWoS-L于2024年开始量产。

四、华天的答案:eSinC平台,三条路线全面对标

面对AI时代的2.5D需求,各厂商技术路径各有侧重。台积电CoWoS按中介层类型分为CoWoS-S(硅衬底)、CoWoS-R(RDL)和CoWoS-L(小芯片+RDL)三类;英特尔EMIB以嵌入式硅桥实现局部高密度互连,其演进版本EMIB-T增加TSV,以改善垂直供电并降低信号串扰;三星则提供I-Cube、H-Cube等系列方案。中国大陆方面,盛合晶微、长电科技、通富微电、华天科技等已具备2.5D封装相关技术能力,并实现量产或取得突破。南京华天先进封装有限公司(华天先进)打造了eSinC(Embedded System in Chip)2.5D封装技术平台,包含三大技术门类:

- SiCS(硅转接板芯粒系统):采用硅转接板实现多芯粒互连,具备高密度I/O,精密制造工艺与优越电性能,对标CoWoS-S;

- FoCS(扇出芯粒系统):以RDL作为中介层,由聚合物和铜线构成,机械灵活性高、设计灵活性强、成本更优,对标CoWoS-R;

- BiCS(桥联芯粒系统):使用LSI芯片实现高密度芯片间互连,基于模具的中介层配合较宽RDL层间距,并采用穿透中介层的通孔实现信号与电力的低损耗高速传输,可集成额外元件,对标CoWoS-L。

五、结构决定终端:不同封装,服务不同"算力性格"

读懂CoWoS-S/R/L,关键不在于分清谁更"先进",而在于看懂结构如何匹配终端需求:

CoWoS-S → 追求极致确定性的高端加速器。 适合需要可预测性能和超宽内存接口的高端产品,工艺成熟、性能稳定。英伟达H100、AMD MI300等AI芯片均采用CoWoS方案。

CoWoS-R → 优先可扩展性与成本的大尺寸HPC。 对于优先考虑封装可扩展性、设计简洁性和潜在更低制造成本的大型高性能计算系统更具吸引力。

CoWoS-L → 多芯粒+海量HBM的下一代AI硬件。 未来加速器可能包含多个计算芯粒、更多HBM堆栈和更复杂的通信网络,此时全硅中介层变得不切实际,纯RDL中介层又无法在每个接口提供足够密度,LSI的选择性放置正好同时解决这两个问题。英伟达Blackwell等新一代产品即采用该路线。

一句话总结:S拼性能、R拼尺寸与成本、L拼"既要又要"。

六、从"能做"到"稳定可得"

先进封装的价值,不只在实验室里跑通一次,而在于能否变成"可稳定获得的产能"。华天先进已具备2.5D相关技术能力并实现量产或突破,产业真正的变化正在发生——中国算力芯片的"最后一公里",开始被自己的封装能力接住。华天eSinC平台,以SiCS、FoCS、BiCS三条路线对标国际主流方案,正为中国AI算力芯片提供一条自主可控的封装通道。

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