Vid det senaste OCP APAC Summit sa He Jun, vice vd för avancerad förpackningsteknik och tjänster på TSMC, att företaget har påbörjat massproduktion av CoWoS-paket som mäter 5,5 gånger den standardiserade retiklestorleken. Avkastningen under bearbetning och sammanfogning av silikonsubstrat har förblivit över 98% över produkter från flera AI-kunder, med några produktpartier som når 99%.
TSMC planerar att introducera CoWoS-förpackningar större än 14 retiklestorlekar före 2029, där versionen med 14 retiklestorlekar är planerad för massproduktion 2028.
Mognaden av wafer-nivå förpackningsprocesser har inte helt löst leveranspressen som påverkar AI-chip. Han sa att det övergripande utbudet förblir otillräckligt på grund av brister på högbandwidth-minne, eller HBM, och Ajinomoto Build-up Film, eller ABF, substrat.
Förpackningsstorlekar fortsätter att expandera när gjuterier och OSAT-leverantörer diversifierar kapaciteten
Ett enda chip begränsas av den fysiska gränsen för ett standardiserat retikel exponeringområde, som är cirka 858 kvadratmillimeter. Som ett resultat har det blivit en mainstreamarkitektur för AI-chip att dela datorkapacitet i chiplets och integrera dem med staplat HBM.
Ett CoWoS-silikoninterposer som mäter 5,5 gånger den standardiserade retiklestorleken har en yta på nästan 4 700 kvadratmillimeter. Att uppnå avkastningar över 98% på ett interposer av denna storlek indikerar att TSMC:s defektkontrollprocesser för omfördelningslager och mikro-bump-sammanfogning har nått ett relativt moget stadium.
Enligt TSMC:s teknikplan kommer CoWoS-paket som är större än 14 retiklestorlekar att introduceras före 2029. Branschen uppskattar att ett paket av denna storlek skulle kunna rymma mer än 10 beräkningschiplets och över 20 HBM-högar.
Med TSMC:s CoWoS-kapacitet som förblir tight, tävlar andra gjuterier och outsourcade halvledartillverknings- och testleverantörer om överflödet av avancerade förpackningsordrar.
ASE Technology Holding främjar sin VIPack-plattform och FOCoS, eller fan-out chip-on-substrate, teknik för att säkra order för icke-kärnchips från molntjänstleverantörer. Amkor undertecknade en 10-årig samarbetsram med TSMC i juni och planerar att använda sin nya anläggning i Arizona för att tillhandahålla backend-test och slutlig förpackningstjänst för chip som tillverkas vid TSMC:s Phoenix-lokaler.
Samsung Electronics söker beställningar genom sina I-Cube och SAINT 3D-staplingteknologier. Företaget använder sina integrerade gjuterier, minnes- och avancerade förpackningskapaciteter för att betjäna kunder som påverkas av begränsad förpackningskapacitet.
ABF-substrat och HBM möter svår kapacitetspress
När avkastningen för silikonsubstratet förbättras förflyttas leveransbegränsningar uppströms, med brister på högpresterande ABF-substrat och HBM som blir särskilt uttalade.
Nvidia, AMD och stora molntjänstleverantörer har säkrat ABF-kapacitet genom långsiktiga leveransavtal som sträcker sig fram till 2028, men oro över tillgången av högpresterande substrat har inte avtagit.
För att stödja CoWoS-paket som mäter 5,5 retiklestorlekar och det framtida formatet med 14 retiklestorlekar uppgraderas högpresterande ABF-substrat till 18 till 20 lager. Substrat designade för paket med 14 retiklestorlekar skulle kunna nå dimensioner på 100 × 100 mm.
Stora substrat med hög lagerantal är känsliga för vridning under upprepade termiska pressningsprocesser. Deras ökade storlek gör också mikrovialjustering svårare, vilket minskar tillverkningsavkastningen hos substratleverantörer.
Som svar på den strukturella bristen på leveranser har substrattillverkare över hela världen lanserat en ny våg av kapitalinvesteringar.
Unimicron Technology har ökat sin kapitalbudget för 2026 till NT$53,7 miljarder, med investeringar fokuserade på sin andra Guangfu-anläggning och sina andra och tredje Yangmei-anläggningar. Kinsus Interconnect Technology har åtagit sig ytterligare NT$19,6 miljarder för att bygga sina Yangmei K6C och K6D-anläggningar och utvärderar potentiella platser för en annan anläggning.
Nan Ya Printed Circuit Board expanderar den avancerade produktionskapaciteten vid sin Shulin-anläggning, uppgraderar sin Jinxing-anläggning och hyr ytterligare fabriksutrymme. Rapporter från leveranskedjan indikerar också att Zhen Ding Technology-dotterbolaget Avary Holding expanderar sin verksamhet i Shenzhen och kan öka antalet anläggningar till mer än sju till 2030.
Minnessegmentet står inför både tekniska utmaningar och tryck för att öka produktionen. SK hynix använder sin avancerade MR-MUF-packningsteknik för att utöka HBM3E-produktionen och behålla sin marknadsledande ställning. Samsung Electronics avancerar sin HBM-produktlinje genom sin NC-TCB termokompressionsbindningsteknik.
SK hynix och Micron planerar att outsourca tillverkningen av HBM4-basskivor till TSMC:s avancerade processtekniker. Micron använder också sin 1β-nanometerprocess för att rikta in sig på marknaden för 24 GB och 36 GB HBM3E-produkter.
Chipstillverkare utvecklar EMIB- och EFB-alternativ
Kapacitetsbegränsningar och relativt höga tillverkningskostnader inom gjutbaserad avancerad förpackning uppmuntrar chipstillverkare och molntjänstleverantörer att etablera alternativa 2,5D-förpackningsvägar utanför CoWoS-ekosystemet.
Intels EMIB-teknik införlivar miniaturiserade kiselbryggor i ett organiskt substrat för att tillhandahålla högdensitetskopplingar. Att eliminera en fullstor kiselinterposer kan minska de totala tillverkningskostnaderna.
Förutom Intels egna processorer utvärderar Microsofts anpassade Maia 100-chip och Amazon Web Services-chip teknologin. Branschrapporer indikerar att Googles TPU-team också utvärderar EMIB-plattformen.
AMD:s styrelseordförande och VD Lisa Su meddelade tidigare planer på att öka företagets investeringar i Taiwans halvledarförsörjningskedja. Genom upphandlingsavtal utvecklar AMD ett lokalt 2,5D-förpackningsekosystem baserat på teknologin Elevated Fanout Bridge, eller EFB.
Deltagande monterings- och testföretag inkluderar ASE Technology Holding, Siliconware Precision Industries och Powertech Technology. Denna förpackningsmetod har också uppmuntrat substrattillverkare som Unimicron, Kinsus och Nan Ya Printed Circuit Board att lansera dedikerade kapacitetsökningar för högklassiga bryggsubstrat.
Glassubstrat blir en fokus för utvecklingen av nästa generations material
Efterfrågan på extremt högdensitetskopplingar och större paketdimensioner avslöjar de fysiska begränsningarna hos organiska ABF-substrat, inklusive termisk expansionsmismatch och signalförlust vid hög frekvens. Industrin avancerar därför utvecklingen och kommersialiseringen av glassubstrat och genomglas via, eller TGV, teknologier.
Glassubstrat har en extremt låg koefficient för termisk expansion, vilket kan minska substratskridning under bearbetning vid höga temperaturer. Deras lägre dielektriska förluster gör dem också lämpliga för att bära ultrahöghastighetssignaler.
I juli meddelade Intel ett strategiskt partnerskap med Lens Technology för att gemensamt utveckla avancerade förpackningslösningar med glassubstrat för AI- och högpresterande datorapplikationer.
Enligt rapporter från leveranskedjan utvecklar TSMC panelnivåförpackning och glasinterposers med hjälp av TGV-teknik. Branschuppskattningar tyder på att företaget kan etablera en processdemonstrationslinje mellan 2027 och 2028.
Samsung Electro-Mechanics och SK Group-dotterbolaget Absolics har etablerat TGV-pilotanläggningar. Absolics strävar efter att börja med små volymer provproduktion senast i slutet av 2026, medan Samsung Electro-Mechanics för närvarande tillhandahåller prover till stora datacenterskunder för utvärdering.
Längre upp i kedjan utvecklar Corning, SCHOTT och Dai Nippon Printing material för högdensitets TGV-substrat. Det Tyskland-baserade LPKF arbetar med laserinducerad TGV-bildning samt via metallisering och fyllningsprocesser i samarbete med stora halvledarfabriker.