一文看懂英特爾的制程工藝和系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)

一文帶你看懂英特爾的先進(jìn)制程工藝和高級(jí)系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)的全部細(xì)節(jié)... 

1.     制程技術(shù)

英特爾18A制程節(jié)點(diǎn)正在按既定計(jì)劃推進(jìn)，首個(gè)外部客戶的流片工作將于2025年上半年完成。Intel 18A預(yù)計(jì)將在2025年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)爬坡，基于該制程節(jié)點(diǎn)的首款產(chǎn)品，代號(hào)為Panther Lake，將于2025年年底推出，更多產(chǎn)品型號(hào)將于2026年上半年發(fā)布?！?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/英特爾">英特爾新篇章：重視工程創(chuàng)新、文化塑造與客戶需求；英特爾發(fā)布2025年第一季度財(cái)報(bào)】

與Intel 3制程工藝相比，Intel 18A的每瓦性能預(yù)計(jì)提升15%，芯片密度預(yù)計(jì)提升30%。【Intel 18A | See Our Biggest Process Innovation】

Intel 18A應(yīng)用了兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破：RibbonFET全環(huán)繞柵極晶體管技術(shù)與PowerVia背面供電技術(shù)。【Intel 18A | See Our Biggest Process Innovation】

l   RibbonFET全環(huán)繞柵極晶體管：芯片制程工藝不斷進(jìn)化的進(jìn)程中，隨著芯片密度不斷攀升，由于漏電問(wèn)題導(dǎo)致的發(fā)熱現(xiàn)象似乎成為一種“魔咒”，成為前進(jìn)道路上的主要障礙之一。而RibbonFET正是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的有效解決方案。

通過(guò)英特爾十多年來(lái)最重要的晶體管技術(shù)創(chuàng)新之一，英特爾實(shí)現(xiàn)了全環(huán)繞柵極（GAA）架構(gòu)，以垂直堆疊的帶狀溝道，提高晶體管的密度和能效，實(shí)現(xiàn)電流的精準(zhǔn)控制，在實(shí)現(xiàn)晶體管進(jìn)一步微縮的同時(shí)減少漏電問(wèn)題發(fā)生。

此外，RibbonFET提高了每瓦性能、最小電壓（Vmin）操作和靜電性能。無(wú)論在何種電壓下，都能提供更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電流，讓晶體管開(kāi)關(guān)的速度更快，從而實(shí)現(xiàn)了晶體管性能的進(jìn)一步提升。RibbonFET 還通過(guò)不同的帶狀寬度和多種閾值電壓（Vt）類(lèi)型提供了高度的可調(diào)諧性，為芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)了更高的靈活性。

l   PowerVia背面供電：隨著越來(lái)越多的使用場(chǎng)景都需要尺寸更小、密度更高、性能更強(qiáng)的晶體管來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的算力需求，而混合信號(hào)線和電源一直以來(lái)都在“搶占”晶圓內(nèi)的同一塊空間，從而導(dǎo)致?lián)矶?，并給晶體管進(jìn)一步微縮增加了難度。

PowerVia背面供電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)將粗間距金屬層和凸塊移至芯片背面，并在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元中嵌入納米級(jí)硅通孔 (nano-TSV)，以提高供電效率。這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了ISO功耗效能最高提高4%，大大減少了固有電阻（IR）下降的槍口，并提升標(biāo)準(zhǔn)單元利用率5%至10%。

2024年2月，英特爾拓展了制程技術(shù)路線圖：【制程節(jié)點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)亮相】

l   Intel 14A采用High-NA EUV技術(shù)，預(yù)計(jì)將于2027年前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

l   英特爾還計(jì)劃一路推出節(jié)點(diǎn)的演進(jìn)版本，滿足客戶的不同需求。其中，P版本實(shí)現(xiàn)了至少5%的性能提升（Intel 18A-P）；E版本進(jìn)行了功能拓展，如射頻和電壓調(diào)整等（Intel 16-E、Intel 3-E、Intel 14A-E）；T版本通過(guò)采用硅通孔，針對(duì)3D堆疊進(jìn)行了優(yōu)化（Intel 3-T、Intel 3-PT）。

2.     封裝技術(shù)

先進(jìn)封裝的意義

半導(dǎo)體先進(jìn)封裝技術(shù)能夠在單個(gè)設(shè)備內(nèi)集成不同功能、制程、尺寸、廠商的芯粒（chiplet），以靈活性強(qiáng)、能效比高、成本經(jīng)濟(jì)的方式打造系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）。因此，越來(lái)越多的AI芯片廠商青睞這項(xiàng)技術(shù)?！居⑻貭栂冗M(jìn)封裝：助力AI芯片高效集成的技術(shù)力量】

英特爾先進(jìn)封裝解決方案

英特爾代工的先進(jìn)系統(tǒng)封裝及測(cè)試（Intel Foundry ASAT）的技術(shù)組合，包括FCBGA 2D、FCBGA 2D+、EMIB 2.5D、EMIB 3.5D、Foveros 2.5D & 3D和Foveros Direct 3D等多種技術(shù)?！居⑻貭栂冗M(jìn)封裝：助力AI芯片高效集成的技術(shù)力量】

左上：FCBGA 2D、右上：EMIB 2.5D、

左下：Foveros 2.5D & 3D、右下：EMIB 3.5D

l   FCBGA 2D是傳統(tǒng)的有機(jī)FCBGA（倒裝芯片球柵格陣列）封裝，適用于成本敏感、I/O數(shù)量較少的產(chǎn)品。

l   FCBGA 2D+在此基礎(chǔ)上增加了基板層疊技術(shù)（substrate stacking），能夠減少高密度互連的面積，降低成本，特別適合網(wǎng)絡(luò)和交換設(shè)備等產(chǎn)品。

l   EMIB（嵌入式多芯片互連橋接）2.5D技術(shù)通過(guò)基板上的微型硅橋連接芯片，適用于高密度的芯片間連接，在AI和高性能計(jì)算（HPC）領(lǐng)域表現(xiàn)出色。

l   EMIB 3.5D則在此基礎(chǔ)上引入了3D堆疊技術(shù)，芯片可以垂直堆疊在有源或無(wú)源的基板上，再通過(guò)EMIB技術(shù)連接，增加了堆疊的靈活性，能夠根據(jù)IP的特性選擇垂直或水平堆疊，同時(shí)避免使用大型的中介層。

l   Foveros 2.5D和3D技術(shù)采用基于焊料的連接方式，而不是基底連接，適合高速I(mǎi)/O與較小芯片組分離的設(shè)計(jì)。

l   Foveros Direct 3D技術(shù)則通過(guò)銅和銅直接鍵合，實(shí)現(xiàn)更高的互連帶寬和更低的功耗，從而提供卓越的性能。

值得注意的是，這些技術(shù)并非互斥，而是在一個(gè)封裝中可以同時(shí)采用，為復(fù)雜芯片的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在商業(yè)層面，這體現(xiàn)了英特爾對(duì)封裝細(xì)分市場(chǎng)的重視。

EMIB：AI芯片封裝的理想選擇

針對(duì)AI芯片的先進(jìn)封裝需求，與業(yè)界其它晶圓級(jí)2.5D技術(shù)，例如硅中介層、重布線層（RDL）相比，EMIB 2.5D技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)：【英特爾先進(jìn)封裝：助力AI芯片高效集成的技術(shù)力量】

l   成本效益：EMIB技術(shù)采用的硅橋尺寸非常小，相比于傳統(tǒng)的大尺寸中介層，制造時(shí)能更高效地利用晶圓面積，減少空間和資源的浪費(fèi)，綜合成本更低。

l   良率提升：EMIB技術(shù)省略了晶圓級(jí)封裝（wafer level assembly）這一步驟，減少了模具、凸點(diǎn)等復(fù)雜工藝帶來(lái)的良率損失風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了整體生產(chǎn)過(guò)程的良率。

l   生產(chǎn)效率：與晶圓級(jí)技術(shù)相比，EMIB技術(shù)的制造步驟更少、復(fù)雜度更低，因此生產(chǎn)周期更短，能夠?yàn)榭蛻艄?jié)省寶貴的時(shí)間。在市場(chǎng)動(dòng)態(tài)快速變化的情況下，這種時(shí)間優(yōu)勢(shì)能夠幫助客戶更快地獲得產(chǎn)品驗(yàn)證數(shù)據(jù)，加速產(chǎn)品上市。

l   尺寸優(yōu)化：晶圓級(jí)技術(shù)需要在基板上方添加中介層，而EMIB則將硅橋嵌入基板，極大地提高了基板面積的利用率。同時(shí)，基板的尺寸與集成電路面板的格式相匹配，采用EMIB能夠在單個(gè)封裝中集成更多芯片，從而容納更多的工作負(fù)載。

l   供應(yīng)鏈與產(chǎn)能：英特爾擁有成熟的供應(yīng)鏈和充足的產(chǎn)能，確保了EMIB能夠滿足客戶對(duì)先進(jìn)封裝解決方案的需求。

先進(jìn)封裝技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

l   英特爾正在研發(fā)120×120毫米的超大封裝?！居⑻貭栂冗M(jìn)封裝：助力AI芯片高效集成的技術(shù)力量】

l   英特爾計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)向市場(chǎng)推出玻璃基板（glass substrate）。玻璃基板可耐受更高的溫度，將變形（pattern distortion）減少50%，并具有極低的平面度，可改善光刻的聚焦深度（depth of focus），還達(dá)到了實(shí)現(xiàn)極緊密的層間互連疊加所需的尺寸穩(wěn)定性。由于這些獨(dú)特的性能，玻璃基板上的互連密度有望提升10倍。此外，玻璃機(jī)械性能的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了非常高的超大尺寸封裝良率。

此外，玻璃基板對(duì)更高溫度的耐受性，也讓芯片架構(gòu)師能夠更靈活地設(shè)置電源傳輸和信號(hào)路由設(shè)計(jì)規(guī)則，因?yàn)樗诟邷囟认碌墓ぷ髁鞒讨校峁┝藷o(wú)縫集成光互連器件和將電感器和電容器嵌入玻璃的能力。因此，采用玻璃基板可以達(dá)成更好的功率傳輸解決方案，同時(shí)以更低的功耗實(shí)現(xiàn)所需的高速信號(hào)傳輸，有助于讓整個(gè)行業(yè)更接近2030年在單個(gè)封裝內(nèi)集成1萬(wàn)億個(gè)晶體管的目標(biāo)。【滿足更高算力需求，英特爾率先推出用于下一代先進(jìn)封裝的玻璃基板】