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台积电第一代CoPoS尺寸确定310mmx310mm,超硅环球合晶等硅片厂交付方形硅片

06/25 13:23
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2026年6月22日,上海超硅官微宣布于5月正式向大客户量产交付方形硅片产品,应用于人工智能HPC芯片的下一代面板级(CoPoS, Chip-on-Panel-on-Substrate)先进封装工艺平台。

而在上海超硅宣布之前,台湾两大硅片公司环球晶圆和合晶科技也宣布交付方形硅片。

2026月6 月18日,据台媒《联合新闻网》报道,合晶披露,与全球龙头晶圆代工客户高度合作,方形芯片已完成送样,客户进度顺利。

2026年5月25日环球晶圆召开股东会,董事长徐秀兰表示,12英寸的方形单晶硅晶圆目前已开始小量验证,尺寸为310mmx310mm,公司正赶建无尘室,目标今年第四季量产。

虽然三家公司都没有公布客户名称,但不难推测客户是晶圆代工龙头台积电。虽然上海超硅和合晶科技没有明确尺寸,但环球晶圆明确尺寸为310mmx310mm,这也表明台积电敲定310mmx310mm面板级封装技术标准。

其实包括晶圆代工厂基板、面板厂商在内,整个行业正逐步走向标准化,目前主流的面板尺寸有310mm×310mm、510mm×515mm、600mm×600mm等。

CoPoS是台积电CoWoS技术的面板化升级版,其核心理念是“化圆为方”,CoPoS以方形/矩形面板(Panel) 取代 CoWoS 中的晶圆 (Wafer) 作为封装载体,可实现更大的封装面积,提升生产效率、降低制造成本,对于容纳更多芯粒(Chiplet)和堆叠更高带宽内存(如HBM4、HBM4E、HBM5)至关重要,能够完美契合英伟达、谷歌、OpenAI等客户对下一代AI训练与推理芯片的超大封装需求。

CoPoS的量产之路仍面临挑战。由于面板尺寸远大于晶圆,加工过程中的均匀性控制与翘曲抑制是亟待解决的技术难点。为了解决上述难题,在桃园龙潭的研发中心,台积电的工程师正全力以赴与时间赛跑。

均匀性控制:面板级封装的核心挑战,在于如何将半导体制造中成熟的纳米级精度控制,复刻到分米级的超大尺寸基板上。以化学机械抛光(CMP)工艺为例,当处理面积从直径300 mm的圆形扩展至310 mm的方形,抛光液流动均匀性偏差会从±2%陡增至±15%,直接导致铜互连层厚度波动超过50纳米。台积电的解决方案是开发多区动态压力控制系统,通过128个独立压力调节单元实时补偿基板形变,将CMP均匀性控制在±3%以内。

翘曲抑制:在热压键合过程中,310 mm玻璃基板与硅中介层的温差形变会产生高达500微米的弓形弯曲。台积电创新性地采用“低温梯度键合”工艺,将升温速率从每分钟15℃降至5℃,并引入氮化硅应力补偿层,使总翘曲量压缩至75微米以下。这套工艺的突破,使得面板级封装的初期良率从2024年的32%提升至目前的68%,距离商业化量产的80%良率红线仅一步之遥。

根据目前的产业规划,台积电已制定了明确的时间表:2026年启动中试线建设并逐步完成产线搭建,预计最早在2028年启动量产,并在2028年至2029年间实现大规模生产;台积电美国亚利桑那工厂预计将在 2029 至 2030 年承担大量CoPoS 生产任务;而集成玻璃核心基板的完整 CoPoS 工艺量产时点则定在 2030 年之后。据供应链透露,英伟达预计将成为CoPoS的首发客户,利用其更大的封装面积来容纳更多的GPU芯粒与内存,310mm×310mm的面板正好可以放置4颗英伟达的芯片。

同时台积电敲定310mmx310mm面板级封装技术标准,除了考量封装面积、生产良率等因素外,更是为了解决设备兼容性而寻找到最佳平衡点。300mm硅片用设备只需微调就可以全盘使用。

台积电的CoPoS采用三层夹心结构,中间为高平整度玻璃核心层,上下由ABF树脂层包覆,芯片贴附在ABF树脂层表面,互连通过RDL(重布线层)实现,同时引入玻璃通孔(TGV)技术以改善垂直互连和散热。该技术支持一次封装更多Chiplet芯粒和更高堆叠数的高带宽内存,理论峰值带宽可达13-15TB/s。

在台积电的技术路线图中,310mmx310mm只是面板级革命的起点,台积电的下一代CoPoS将是515mmx510mm的超大尺寸封装方案,目标是在2028年实现单封装集成9个光罩尺寸(约合3.5万平方毫米)的超级封装。该封装可容纳多达36组HBM4堆叠和5个逻辑芯片,理论显存带宽将突破30TB/s,足够支撑1000亿参数大模型的实时推理。

目前台积电采用方形硅片的主要是作为挡片使用,且还在验证阶段,因此给每家供应商的方形硅片订单很小,每月不足一万片。

为此环球晶圆董事长徐秀兰指出,方形硅晶圆为单晶硅晶圆,由于对角线接近18英寸,需先拉出18英寸晶棒,再加工成方形晶圆公司, 导致方形晶圆相关资本支出不少,也持续与客户沟通,希望客户理解建设成本;她同时也表示,目前第一期产能约每月几千片,后续若客户需求增加,可以一个模块、一个模块扩充;公司预留较大的无尘室空间,若未来客户需求明确,不必再重新扩建无尘室,只需增加相关设备。

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“芯思想semi-news”微信公众号主笔。非211非985非半导体专业非电子专业毕业,混迹半导体产业圈20余载,熟悉产业链各环节情况,创办过半导体专业网站,参与中国第一家IC设计专业孵化器的运营,担任《全球半导体晶圆制造业版图》一书主编,现供职于北京时代民芯科技有限公司发展计划部。邮箱:zhao_vincent@126.com;微信号:门中马/zhaoyuanchuang