DeepSeek的突破性進(jìn)展,讓中國(guó)在AI產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域似乎迅速縮小了和美國(guó)的差距,然而整個(gè)國(guó)產(chǎn)大模型的運(yùn)行仍高度依賴英偉達(dá)的芯片支持。盡管?chē)?guó)產(chǎn)GPU設(shè)計(jì)能力迅速提升,但隨著臺(tái)積電對(duì)中國(guó)大陸的供應(yīng)限制,高端GPU的國(guó)產(chǎn)化制造成為中國(guó)AI產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn),尤其是CoWoS先進(jìn)封裝制程的自主化尤為緊迫,目前中國(guó)大陸產(chǎn)能極少,且完全依賴進(jìn)口設(shè)備,這一瓶頸嚴(yán)重制約著國(guó)產(chǎn)AI發(fā)展進(jìn)程。在此背景下,普萊信智能開(kāi)發(fā)的Loong系列TCB設(shè)備,通過(guò)與客戶的緊密合作,率先完成了國(guó)產(chǎn)AI芯片的CoWoS-L測(cè)試打樣,實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)TCB設(shè)備在AI芯片CoWoS封裝領(lǐng)域的首次突破。
CoWoS封裝——AI芯片高密度集成的基石
隨著AI大模型、自動(dòng)駕駛、高性能計(jì)算(HPC)的爆發(fā)式增長(zhǎng),傳統(tǒng)芯片封裝技術(shù)已無(wú)法滿足算力密度和能效比的需求。臺(tái)積電推出的CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)技術(shù),通過(guò)將邏輯芯片、高帶寬內(nèi)存(HBM)、硅中介層等異構(gòu)元件三維堆疊集成,成為AI芯片的“終極封裝方案”。其核心優(yōu)勢(shì)在于:
1、超高密度互聯(lián):利用硅中介層實(shí)現(xiàn)微米級(jí)TSV(硅通孔)互連,布線密度較傳統(tǒng)2D
封裝提升10倍以上,突破數(shù)據(jù)傳輸瓶頸;
2、極致能效比:HBM與GPU/ASIC芯片的“近存計(jì)算”架構(gòu),將數(shù)據(jù)傳輸功耗降低50%,顯著提升能效比;
3、卓越異構(gòu)集成能力:突破傳統(tǒng)封裝限制,支持多芯片、多工藝節(jié)點(diǎn)(如7nm邏輯芯片+40nm硅中介層)混合封裝,為芯片設(shè)計(jì)提供更大自由度。
TCB設(shè)備——CoWoS封裝的心臟與技術(shù)制高點(diǎn)
在CoWoS封裝流程中,熱壓鍵合(Thermal Compression Bonding, TCB)是決定良率與性能的核心環(huán)節(jié)。其作用包括:
1、精準(zhǔn)連接:以微米級(jí)精度將芯片與中介層或基板對(duì)準(zhǔn),通過(guò)熱壓實(shí)現(xiàn)銅柱凸點(diǎn)(Cu Pillar)的共晶鍵合;
2、熱應(yīng)力控制:在高溫高壓下平衡芯片翹曲,避免微裂紋或界面分層;
3、多層堆疊:支持HBM與邏輯芯片的多次鍵合,確保信號(hào)完整性。
應(yīng)用于CoWoS封裝的熱壓鍵合(TCB)設(shè)備,精度要求極高,通常不低于±1.5μm,甚至新一代的TCB設(shè)備,精度要求達(dá)到亞微米,要在這種對(duì)溫度、壓力嚴(yán)格控制環(huán)境下,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的精度和力控,全球現(xiàn)在只有國(guó)際少數(shù)幾家半導(dǎo)體設(shè)備巨頭能生產(chǎn)TCB設(shè)備,如新加坡ASM Pacific、美國(guó)Kulicke & Soffa,韓國(guó)Hanmi等。同時(shí),隨著AI芯片尺寸增大(如英偉達(dá)GB200芯片達(dá)130×90mm),設(shè)備需支持更大鍵合面積、更高精度及多芯片同步對(duì)準(zhǔn),及對(duì)無(wú)助焊劑封裝的要求,F(xiàn)luxless的鍵合與自適應(yīng)翹曲補(bǔ)償技術(shù)成為未來(lái)趨勢(shì)。
全球CoWoS市場(chǎng)爆發(fā)式增長(zhǎng),中國(guó)需求激增與產(chǎn)能瓶頸并存
據(jù)Yole Développement預(yù)測(cè),2023年全球CoWoS封裝市場(chǎng)規(guī)模已突破35億美元,未來(lái)三年將以年均42%的復(fù)合增長(zhǎng)率快速擴(kuò)張,預(yù)計(jì)2026年市場(chǎng)規(guī)模將超100億美元。其中,AI芯片貢獻(xiàn)超70%需求——僅英偉達(dá)H100/H200、AMD MI300X等旗艦產(chǎn)品,單顆芯片即需1-2片CoWoS中介層,而2024年全球AI芯片出貨量預(yù)計(jì)達(dá)150萬(wàn)顆,拉動(dòng)CoWoS產(chǎn)能缺口持續(xù)擴(kuò)大。
中國(guó)作為全球AI芯片第二大市場(chǎng),CoWoS封裝需求正急速攀升:華為昇騰910B、寒武紀(jì)思元590、壁仞B(yǎng)R100等國(guó)產(chǎn)AI芯片已進(jìn)入CoWoS量產(chǎn)階段,單顆芯片中介層需求達(dá)2-4片;互聯(lián)網(wǎng)巨頭(如百度、阿里)自研AI芯片亦加速導(dǎo)入CoWoS。
據(jù)測(cè)算,2024年中國(guó)大陸CoWoS封裝市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)8億美元,2026年有望突破25億美元,年增長(zhǎng)率超70%。但核心瓶頸在于包括TCB設(shè)備在內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備100%依賴進(jìn)口,且美國(guó)可能將高端TCB設(shè)備納入對(duì)華半導(dǎo)體設(shè)備禁令,導(dǎo)致產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃面臨“無(wú)米之炊”風(fēng)險(xiǎn)。
美國(guó)禁令倒逼國(guó)產(chǎn)化,TCB設(shè)備成AI芯片制造破局關(guān)鍵
美國(guó)商務(wù)部工業(yè)與安全局(BIS)已將CoWoS相關(guān)技術(shù)列為“重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域”,若對(duì)TCB設(shè)備實(shí)施出口管制,中國(guó)大陸先進(jìn)封裝產(chǎn)線或?qū)⑾萑胪@纾篈SM Pacific已暫停向部分中國(guó)客戶供應(yīng)TCB系列設(shè)備;Besi的LAB設(shè)備對(duì)中國(guó)客戶實(shí)施“逐案審查”。在此背景下,TCB設(shè)備國(guó)產(chǎn)化不僅是商業(yè)需求,更是AI芯片供應(yīng)鏈安全的生死線。
普萊信智能——中國(guó)TCB設(shè)備的“破壁者”
普萊信智能作為國(guó)內(nèi)唯一具備CoWoS級(jí)TCB設(shè)備自主研發(fā)和生產(chǎn)能力的企業(yè),其技術(shù)突破徹底改寫(xiě)了國(guó)產(chǎn)設(shè)備“跟隨者”的角色: 其與客戶聯(lián)合開(kāi)發(fā)的Loong系列TCB設(shè)備,采用自研“超精密高溫納米運(yùn)動(dòng)平臺(tái)”和“多光譜視覺(jué)定位系統(tǒng)”,實(shí)現(xiàn)在450度高溫,升溫速率150度,降溫速率50度,±1μm的芯片貼裝精度,支持130×130mm超大芯片鍵合,較國(guó)際同行同級(jí)別設(shè)備效率提升25%;Loong系列兼容晶圓級(jí)(12英寸)、板級(jí)(620×620mm)封裝,支持HBM堆疊等全流程工藝;本次工藝測(cè)試的完成,標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)TCB設(shè)備正式邁入一個(gè)全新的階段。
更值得期待的是,普萊信正在加速研發(fā)下一代Fluxless TCB設(shè)備,目標(biāo)將精度提升至±0.3μm。隨著中國(guó)CoWoS產(chǎn)能的爆發(fā),普萊信有望在2026年搶占國(guó)內(nèi)TCB設(shè)備市場(chǎng)的重要份額,成為全球高端封裝裝備領(lǐng)域的“中國(guó)名片”。
3月26-28日,SEMICON China展會(huì)期間,普萊信(展位號(hào):N1-1285)將攜TCB熱壓鍵合機(jī)Loong(國(guó)產(chǎn)唯一HBM/CoWoS鍵合設(shè)備)、巨量轉(zhuǎn)移式板級(jí)封裝設(shè)備XBonder Pro、高速夾焊系統(tǒng)Clip Bonder、多功能超高精度機(jī)DA403等亮相。