三大封装技术突破，Intel欲通过先进封装技术与台积电掰手腕
行业巨头台积电（TSMC）凭借其成熟的生态和技术组合早已在该领域占据领先地位。然而，芯片霸主英特尔（Intel）正携其创新的封装技术组合，以前所未有的力度发起挑战，意图在这场关乎未来的竞争中与台积电一较高下。
什么是先进封装？
传统封装技术的主要作用是保护芯片、提供电气连接并导出热量。芯片与芯片之间通过电路板（PCB）进行通信，距离远、速度慢、功耗高。
传统封装通常是将单个芯片通过引线键合（wire bonding）的方式连接到基板上。而先进封装则采用了更为复杂的技术，能够在一个封装体内集成多个来自不同工艺、甚至不同供应商的芯片。这种”异构集成”（Heterogeneous Integration）的模式是先进封装的核心理念。
通过这种方式，我们可以像搭积木一样，将逻辑芯片、存储芯片、射频芯片等功能各异的”芯粒”组合起来，从而在单个封装中构建出一个功能强大的微型系统。
关键的先进封装技术
目前，业界正以前所未有的速度发展各种先进封装技术，其中一些关键技术包括：
1. 2.5D 和 3D 封装
这是目前最高端的封装技术之一，旨在最大化互连密度。
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2.5D 封装：将多个芯片并排（side-by-side）安装在一个被称为”硅中介层”（Silicon Interposer）的基板上。这个中介层包含了极其精细的布线，为芯片之间提供了超高速、高带宽的通信通道。台积电（TSMC）的 CoWoS 技术就是 2.5D 封装的典型代表。
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3D 封装：通过将多个芯片垂直堆叠起来，实现真正的三维集成。这种方式提供了芯片间最短的互连路径，从而带来极致的性能和最低的延迟。然而，3D 封装在散热和设计复杂性方面也面临着巨大挑战。
2. 扇出型晶圆级封装 (Fan-Out Wafer-Level Packaging, FOWLP)
FOWLP 是一种高密度、高性能且成本效益较高的封装技术。它直接将芯片嵌入环氧树脂模塑料中，然后在晶圆表面利用半导体工艺重新构建布线层，将I/O”扇出”到芯片原始面积之外。这不仅减小了封装的整体尺寸和厚度，还显著增加了 I/O 密度，特别适用于移动设备、汽车电子和高性能计算等领域。
3. 小芯片 (Chiplets)
Chiplet 是一种颠覆性的设计理念。它将一个原本巨大的、单片的系统级芯片（SoC）分解成多个功能独立的、更小的Chiplet。每个Chiplet都可以使用最适合其功能的半导体工艺来制造（例如，CPU 核心使用最先进的 5nm 工艺，而 I/O 单元使用成熟的 22nm 工艺），从而显著提高制造良率、降低成本，并赋予系统设计极大的灵活性。这些Chiplet最终通过 2.5D 或 3D 等先进封装技术重新组合在一起。
4. 混合键合 (Hybrid Bonding)
混合键合是一种前沿的直接铜-铜连接技术，它无需传统的微凸块（micro-bumps）或焊料，就能实现芯片间的直接互连。这使得互连密度可以提升一到两个数量级，极大地提升了数据传输带宽和电源效率，被认为是未来 3D 集成技术的关键。
先进封装的优势
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更高性能：芯片间的互连路径更短、更密，数据传输速率更高，延迟更低。
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更低功耗：缩短的电气路径意味着更低的电容和电阻，从而减少了信号传输的能量损失。
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更小尺寸：将更多功能集成到更小的空间中，满足了现代电子产品对轻薄化的极致追求。
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成本效益与灵活性：通过 Chiplet 模式，可以混合匹配不同工艺的芯片，优化了成本结构并提高了整体良率。
台积电的护城河：成熟且全面的3DFabric平台
作为全球最大的晶圆代工厂，台积电在先进封装领域布局已久，并形成了名为3DFabric的全面技术平台，它整合了前端的3D堆叠技术和后端的2.5D封装技术，为客户提供一站式解决方案。
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CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate): 这是台积电最负盛名的2.5D封装技术，也是英伟达（NVIDIA）等AI芯片巨头的成功基石。它通过一块巨大的硅中介层（Silicon Interposer）将逻辑芯片和高带宽内存（HBM）等小芯片连接起来，提供了极高的互连密度和带宽。目前，CoWoS技术已经非常成熟，并因AI需求的爆炸式增长而供不应求，台积电正在全力扩充其产能。
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InFO (Integrated Fan-Out): 一种更具成本效益的封装技术，主要应用于智能手机处理器等移动设备。它无需硅中介层，直接在封装内部实现高密度互连。
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SoIC (System on Integrated Chips): 这是台积电真正的3D堆叠技术，能够将不同的芯片像盖楼一样垂直堆叠起来，实现芯片间的直接铜对铜（Cu-to-Cu）键合，提供最高的互连密度和最低的延迟。
凭借强大的”CoWoS + InFO + SoIC”组合拳和庞大的半导体生态系统，台积电在当前先进封装市场占据了主导地位。
Intel的绝地反击：EMIB-T、热管理突破与更平坦的散热器三板斧
长期以来，英特尔的封装技术主要为内部产品服务。但随着其向代工模式（Intel Foundry Services, IFS）转型，这些尖端技术正成为其挑战台积电的核心武器。英特尔的策略并非简单复制，而是通过一系列独特的创新技术，开辟新的竞争维度。
本周在 IEEE 电子元件与封装技术会议（ECTC）上，英特尔公布了其正在开发的新型芯片封装技术，该技术将为 AI 领域提供更强大的处理器。其推出的三项创新技术旨在突破单封装内硅芯片集成量和封装尺寸的限制，包括：优化相邻芯片 die 连接的技术、更精确的硅与封装基板键合方法，以及扩展封装散热关键部件尺寸的系统。这些技术结合后，可在面积超过 21,000 平方毫米（约四张半信用卡大小）的封装内集成超过 10,000 平方毫米的硅芯片。
EMIB 技术迎来 3D 升级：EMIB-T 的垂直互联革新
单封装内硅芯片集成量的限制之一在于大量芯片边缘的连接问题。使用有机聚合物封装基板互连是最经济的选择，但硅基板能实现更密集的边缘连接。英特尔在五年多前推出的解决方案是在芯片相邻边缘下方的有机封装中嵌入一小片硅，这片硅被称为 EMIB（嵌入式多芯片互连桥接），其蚀刻的精细互连结构可实现比有机基板更高的连接密度。
在 ECTC 上，英特尔发布了 EMIB 技术的最新迭代 ——EMIB-T。除了原有的水平精细互连，EMIB-T 还引入了较厚的垂直铜连接，即硅通孔（TSV）。TSV 允许下方电路板的电源直接连接至上方芯片，避免了绕经 EMIB 的长路径，从而减少功耗损失。此外，EMIB-T 包含铜网格作为接地平面，可降低因处理器内核和其他电路突然增加负载而导致的电源噪声。
英特尔基板封装技术副总裁Rahul Manepalli表示：“这听起来简单，但该技术为我们带来了强大的能力。” 借助该技术及其他创新，客户可通过 38 个以上的 EMIB-T 桥接器，在单个封装中连接相当于 12 个以上完整尺寸芯片（10,000 平方毫米硅芯片）的计算单元。
热管理突破：低热梯度热压键合技术
英特尔在 ECTC 上介绍的另一项技术是 “低热梯度热压键合”，其优化了当前用于将硅芯片附着到有机基板的工艺。传统工艺中，基板上会放置微米级的焊料凸点，芯片通过加热按压到凸点上，使焊料熔化并实现互连。但由于硅和基板受热时膨胀速率不同，工程师必须限制凸点间距（pitch），这也导致难以可靠制造容纳大量芯片的大型基板 —— 而这正是 AI 处理器的发展方向。
Rahul Manepalli指出，英特尔的新技术使热膨胀不匹配问题更易预测和控制，从而实现大型基板的芯片集成。此外，该技术还能将 EMIB 的连接密度提升至约 25 微米 / 凸点。
更平坦的散热器：分块组装解决热扩散难题
更大规模的硅芯片组合将产生比现有系统更多的热量，因此散热路径的畅通至关重要。集成金属散热器是关键，但为大型封装制造足够大的散热器极具挑战 —— 封装基板可能翘曲，金属散热器本身也难以保持平整，导致无法贴合发热芯片的顶部。英特尔的解决方案是将集成散热器分块组装，通过添加额外的加固组件等方式，确保高温下整体结构的平整性。
棋逢对手：Intel如何与台积电竞争？
虽然台积电目前在市场份额和生态系统上占优，但英特尔正凭借其独特的优势，从多个维度发起挑战：
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技术前瞻性: 英特尔称，这些技术目前仍处于研发阶段，未透露商业化时间。但随着台积电计划扩展封装技术，英特尔可能需要在未来几年内推出这些技术，以维持其代工业务的竞争力，一旦成功应用并推广，将为英特尔带来显著的性能和能效优势，构成强大的技术壁垒。
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IDM 2.0与一站式服务: 英特尔的”IDM 2.0″战略，使其不仅可以为自家产品服务，还能作为代工厂为外部客户提供从芯片设计、晶圆制造（如RibbonFET晶体管架构的18A工艺）到先进封装的端到端整合方案。这种”全家桶”模式对于希望简化供应链、实现深度协同优化的客户具有很强的吸引力。
先进封装的战场硝烟弥漫。台积电凭借其稳定、成熟、全面的技术平台和强大的生态系统，依然是市场的王者。然而，英特尔正以一个”挑战者”的姿态，结合其IDM 2.0的战略转型和地缘政治的东风，强势入局。
参考来源
https://spectrum.ieee.org/intel-advanced-packaging-for-ai
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