先进封装则被视为延续摩尔定律寿命的重要技术,英特尔(Intel)最新电脑处理器Meteor Lake将在9月发布,采用英特尔最先进3D IC封装技术「Foveros」,透过堆叠的封装方式,增进芯片效能。英特尔封装/组装/测试技术开发资深总监Pat Stover就表示:「我在封装领域已有27年经验,透过封装延续了摩尔定律。」
半导体业者过去透过制程的微缩,追求在更小的芯片内塞入更多电晶体,提升算力和效能,带动各项电子产品的迭代。然而微缩存在物理极限,半导体三巨头台积电、英特尔和三星(Samsung Electronics),便聚焦研发将芯片如积木一样堆叠并封住,用3D立体的方式解决微缩障碍,此种技术则被称作先进封装。
英特尔最先进的封装技术,一次看懂
先进封装指的是2.5D以上的封装技术。2.5D是指将部分芯片堆叠;3D则是全部堆叠。台积电大客户苹果(Apple)采用的InFo为2.5D封装技术,辉达(NVIDIA)AI芯片用到的CoWoS则是3D堆叠,又称为3D IC。三星也分别推出I-Cube和X-Cube等封装技术。
英特尔的2.5D封装被称为「EMIB」,自2017年开始导入于产品,资料中心处理器Sapphire Rapid即采用该技术;而第一代的3D IC封装则称为「Foveros」,2019年时已用于英特尔上一代的计算机处理器Lakefield。
EMIB最大特色就是透过「硅桥(Sillicon Bridge)」,从下方来连接存储器(HBM)和运算等各种芯片(die)。也因为硅桥会埋在基板(substrate)中并连接芯片,让存储器和运算芯片能直接相连,加快芯片本身的能效。下图蓝色区域即为硅桥。
Foveros则是3D堆栈,象是做汉堡一样,将存储器、运算和架构等不同功能的芯片组堆栈起来后,运用铜线穿透每一层,如同插在汉堡上的牙签,达到连接的效果。最后,工厂会将已经堆栈好的芯片送到封装厂座组装,将铜线与电路板上的电路做接合。九月将揭露更多技术细节的计算机处理器Meteor Lake即采用Foveros。下图黄色区域即为铜线,连结球型封装凸块。
虽然技术上3D较为困难,但考量到成本控制和应用需求,2.5D和3D当前都拥有各自的市场。研调分析师指出,3D也还处于较前期的阶段,2.5D也还未达到真正的放量,预计都还有一段发展时间。
Pat Stover表示,在英特尔IDM2.0的战略下,即使客户未在晶圆代工厂下单,也可以使用先进封装服务。他并透露,目前已有在洽谈中的客户,当中包含美系云端业者。
换句话说,英特尔正努力甩开过去产品本位的思维,转型为「客户导向」的商业模式,客户若只想在先进封装厂下单也没有问题。
英特尔在2023年第二季的财报中揭露,来自晶圆代工服务部门(IFS)的营收季增翻倍来到2亿3000万美元,原因来自于旗下半导体设备商IMS Nanofabrication 的销售额攀升,以及先进封装营收。业内人士分析,封装服务使用者为英特尔的外部客户。
除了封装,英特尔芯片组数计工程事业部副总裁Suresh Kumar透露,英特尔晶圆代工已在协助数家无晶圆厂客户于先进制程进行验证,完成后将交由晶圆代工服务(IFS )进行生产。
英特尔先进封装全球布局!
马来西亚的第二大城市槟城(Penang),以文化交融的南洋建筑和娘惹菜闻名,宜人氛围如同渡假胜地,很难与高科技联想在一块。事实上,美国最大半导体商英特尔(Intel)全球最先进的封装厂即将在这里诞生,届时马来西亚将成为英特尔最大的封测据点。
英特尔企业副总裁暨亚太日本区(APJ)总经理Steve Long透露:「英特尔在亚太和日本地区多有投资,但马来西亚投资额最多。」《数位时代》前往槟城直击多个封测厂区,包含先进封装、晶圆切割和挑捡、系统及自制设备厂和研发中心,解密英特尔最新的海外策略。
英特尔全球制造布局
英特尔当前主要的先进封装技术有两种,分别为2.5D的EMIB (嵌入式多芯片互连桥接,为水平整合封装技术)以及3D IC的Foveros (采用异质堆叠逻辑处理运算,可以把各个逻辑芯片堆栈一起)。用积木来比喻芯片的话,2.5D堆叠较少;3D则堆叠较多,于性能上自然也更好。
未来英特尔在马来西亚将有六座工厂。现有的4座分别为槟城和居林(Kulim)的两座封测厂,以及在居林负责生产测试设备的系统整合和制造服务厂(SIMS)和自制设备厂(KMDSDP)。
尚在兴建中的,是分别位于槟城和居林的封测厂和组装测试厂,待完工后马来西亚将拥有6座英特尔的封测厂区,荣登美国本土外,海外最大封测基地的宝座。
其中,位于槟城的封测厂未来将生产最先进的3D IC封装Foveros,预计会在2024或2025年启用。英特尔指出,相较于今年,估计3D IC的产能将在2025年达到4倍,不过未透露厂区的产能。
英特尔副总裁兼马来西亚分公司经营总监Chong AiK Kean指出,马来西亚基础建设完善、人民大部分都拥有相当的教育程度、良好的英语水平以及多种族融合的多元性。不难理解为何英特尔会落脚槟州。
值得一提的是,英特尔同时也在槟城设有研发中心。换句话说,英特尔在马来西亚的所投资的设施加起来,几乎就是「迷你英特尔」,仅未设有晶圆代工厂,凸显出马来西亚对英特尔至关重要的地位。
英特尔芯片组数计工程事业部副总裁Suresh Kumar表示,拥有设计能力是马来西亚基地的重要特色,同一个专案能和美国奥勒冈州(Oregon)的研发团队轮流进行,24小时不间断地投入研发,「马来西亚设计团队已经拥有32年的历史,加上产线近乎完整,在这边设计速度也会较快。」
美中科技战后,增加供应链韧性已是必然,马来西亚则是英特尔分散供应链风险的重点发展区域之一。英特尔指出,公司占马国电机及电子出口总额的两成,每年花在当地供应商的金额则来到3,300万美元(约新台币10亿5,394万元)。
马来西亚国际贸易暨工业部(MITI)统计,马国半导体占全球贸易总额的7%,于封测领域则达到13%,显见封测产业兴盛。约有50间半导体企业于该国设立封测厂,如美光(Micron)、德州仪器(TI)和车用半导体大厂恩智浦(NXP)。
英特尔自1972年在马来西亚建立第一座厂区后,至今已有51年历史。执行长季辛格(Pat Gelsinger)于2021年宣布将投资200亿美元的「IDM 2.0」计划,当中有70亿美元将用于马来西亚。目前该国已获10亿美元的先进封装投资,预计将再获60亿美元。加上旧有投资,至2032年英特尔投资马国的累计总额将达140亿美元(约新台币4,471亿元)。
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原文标题:你不一定知道的英特尔封装实力
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