突破极限！英特尔用新封装技术打造 10000 平方毫米芯片

本周，在 IEEE 电子元件和封装技术会议上，英特尔宣布正在开发新的芯片封装技术，以便为人工智能提供更大的处理器。随着半导体行业的发展，摩尔定律逐渐放缓，先进 GPU 和其他数据中心芯片的制造商面临着巨大挑战。

为了满足人工智能计算需求的持续增长，他们需要在产品中增加更多的硅片面积。然而，单个硅片的最大尺寸固定在 800 平方毫米左右（仅有一个例外），这就使得他们不得不将目光转向先进的封装技术，通过将多个硅片集成在一起，让其能够像单个芯片一样工作。

英特尔在 ECTC 上发布的三项创新旨在突破单个封装中硅片数量和尺寸的限制。这些创新包括改进英特尔用于连接相邻硅片的技术、更精确地将硅片键合到封装基板上的方法以及扩展封装中散热关键部件尺寸的系统。这些技术共同协作，使得能够在面积超过 21,000 平方毫米的封装内集成超过 10,000 平方毫米的硅片，这一巨大面积大约相当于四张半信用卡的大小。

EMIB 获得 3D 升级

在单个封装中，硅片数量的限制之一在于如何在边缘连接大量硅片。使用有机聚合物封装基板互连硅片是较为经济的选择，但硅基板可以在这些边缘处实现更密集的连接。英特尔早在五年多前就推出了解决方案，即在硅芯片相邻边缘下方的有机封装中嵌入一小块硅片，这块被称为 EMIB 的硅片上蚀刻有精细的互连线，从而将连接密度提升到有机基板无法承受的程度。

在此次 ECTC 上，英特尔发布了最新的 EMIB 技术，即 EMIB - T。除了常见的精细水平互连之外，EMIB - T 还提供相对较厚的垂直铜连接，称为硅通孔（TSV）。TSV 允许来自下方电路板的电源直接连接到上方的芯片，而无需绕过 EMIB，从而减少了因长距离传输而造成的功率损耗。此外，EMIB - T 包含一个铜网格，可充当接地层，以降低由于工艺核心和其他电路突然增加工作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：“这听起来很简单，但这项技术能为我们带来诸多功能。” 凭借这项技术以及英特尔描述的其他技术，客户可以在单个封装中使用 38 个或更多 EMIB - T 桥接器，连接相当于 12 个以上全尺寸硅芯片（10,000 平方毫米硅片）的硅片。

热控制

英特尔在 ECTC 上报告的另一项有助于增大封装尺寸的技术是低热梯度热压键合。它是目前用于将硅芯片连接到有机基板的技术的一种变体。微米级焊料凸块被定位在基板上，以便与硅芯片连接。然后，芯片被加热并压在微凸块上，熔化凸块，并将封装的互连与硅芯片连接起来。

由于硅和基板在加热时的膨胀速率不同，工程师必须限制凸块间的距离（或间距）。此外，膨胀差异使得可靠地制造出容纳大量硅芯片的超大基板变得困难，而这正是AI处理器需要发展的方向。

Manepalli 表示，英特尔的新技术使热膨胀失配更加可预测且易于管理。其结果是，芯片可以安装在超大型基板上。或者，同样的技术也可以用来将 EMIB 的连接密度提升到大约每 25 微米一个。

更平坦的散热器

这些更大的硅片组件产生的热量将比当今的系统更多。因此，确保热量从硅片中排出的路径不受阻碍至关重要。一块名为散热器的集成金属片是实现这一目标的关键，但要制造一块足够大的散热器来容纳这些大型封装却并非易事。封装基板可能会翘曲，而金属散热器本身也可能无法保持完全平整；因此，它可能无法接触到它本应吸收热量的热芯片顶部。英特尔的解决方案是将集成散热器分成多个部件组装，而不是一体式组装。这使得它能够添加额外的加固组件等，以确保所有部件保持平整和固定。Manepalli 表示：“在较高温度下保持平坦对于可靠性和产量来说有很大的好处。”

英特尔表示，这些技术仍处于研发阶段，并未透露何时实现商业化。不过，这些技术很可能需要在未来几年内实现商业化，才能与台积电的封装扩张计划竞争。在当前激烈的半导体市场竞争中，英特尔的这些创新技术有望为人工智能领域带来更强大的处理器支持，推动行业的进一步发展。