一文看懂！台积电为何要用SiC中介层？

最近，《2026碳化硅（SiC）衬底与外延产业调研白皮书》正在进行紧锣密鼓的调研工作。我们在走访企业中了解到，台积电已经向部分企业提出较为明确的12英寸中介层SiC衬底需求，今年将开启交付，而且明年的需求预期量将翻倍增长。

值得思考的是，台积电明知12英寸SiC衬底成本很高，SiC加工技术也存在一定挑战，但仍连续多年研发SiC中介层，这背后的考量值得我们好好分析。因此，“行家说三代半”今天将试图站在台积电的角度去思考：

• 为什么台积电要探索SiC中介层路线？

• 台积电的CoWoS封装遇到了什么难题？

• SiC中介层可以帮助台积电解决哪些问题？

同时，我们还将深入解读CoWoS和SiC中介层技术，为先进封装企业与碳化硅衬底厂商在技术协同上提供一些参考：

• 先进封装为什么需要中介层？

• 中介层是什么？有哪些类型的中介层？

• CoWoS-S和CoWoS-L的工艺流程是怎样的？

• SiC在CoWoS-S和CoWoS-L中的应用价值是什么？

芯片封装大致可简单分为2D封装、2.5D封装与3D封装。

2D封装、2.5D封装和3D封装对比 来源：台积电

现阶段，GPU、ASIC等AI加速器通常采用基于中介层的2.5D封装，与HBM内存等集成构成HPC芯片组，这主要有两个原因。

首先，传统PCB难以满足要求。

HBM内存通常具有1024个I/O通道，英伟达最新Rubin芯片组的HBM4为提高数据带宽，将I/O通道增加到了2048个。

不同版本HBM内存技术参数对比    来源：行家说三代半

而PCB使用的是有机材料，线宽/线距高达数十微米，一方面无法在极小面积内完成上千级信号走线。另一方面，HBM要求的TB/s级带宽需要极短距离才能维持信号完整性，而PCB厘米级的互连长度会导致严重的信号衰减和延迟。

2D封装与2.5D封装的尺寸对比 来源：新加坡A*Star科技局

中介层是通过高密度水平互连与超短垂直互连的组合，同时解决芯片间的横向通信带宽和纵向对外连接的瓶颈问题。

例如，硅中介层的微米级RDL布线，能够在芯片边缘布设超千条通道，实现GPU与HBM间的TB/s级带宽，并显著降低功耗；而硅通孔（TSV）可实现约100微米超短垂直互连，能够以极低阻抗支撑大电流瞬态响应，确保供电稳定与信号完整性。

CoWoS-S结构（上）；硅通孔与多层布线（下） 来源：香港中文大学（2025）

其次，3D封装虽然理论性能上限更高，但目前面临较大挑战。一方面，芯片需背磨将晶圆减薄至50-100μm，增加工艺步骤、成本和碎片风险；另一方面，3D堆叠后的芯片还需要进行KGD等可靠性验证流程，增加了交付周期，而2.5D使用已知良品裸片（KGD）。此外，热管理也是3D封装需要解决的重要问题。

3D封装与2.5D封装的散热对比示意图

如前文所说，中介层不是某一种材料，它是一种结构。

根据核心材料的不同，常见的中介层结构可分为：硅中介层、再分布层（RDL）、嵌入式硅桥（LSI）、玻璃中介层，还有SiC中介层、金刚石中介层和陶瓷中介层等。

以台积电的CoWoS为例，CoWoS-S的硅中介层，其实是由硅片和再分布层（RDL）组成；CoWoS-R的中介层主要是由聚合物RDL组成；而CoWoS-L的中介层则由硅桥小芯片（LSI）、RDL和塑料构成。

台积电CoWoS的不同中介层材料 来源：行家说三代半

众所周知，SiC衬底可以在CoWoS-S中替代硅中介层。同时，在CoWoS-L中，SiC也可以做成小芯片，替代硅桥（LSI）。

SiC衬底在CoWoS封装中的应用 来源：行家说三代半

事实上，除了台积电，其他科技巨头的HPC芯片也采用硅桥（LSI）芯片，所以理论上，SiC也有机会被英特尔、三星等企业所采用。

英特尔EMIB（左）和三星I-Cube （右）的中介层都采用硅桥（LSI）

而CoWoS-R则不会采用SiC，因为CoWoS-R的中介层结构取消了硅片，改用有机聚合物。

台积电CoWoS-S与CoWoS-R的中介层材料变化

前面提到，台积电CoWoS的封装，从CoWoS-S发展到CoWoS-R和CoWoS-L，未来还可能走向CoPoS封装。那么，台积电为什么要进行这样的迭代？CoWoS-S遇到了什么问题？

GTC2026大会上，英伟达发布的Rubin和Runbin Ultra等功率分别达到2300W和3600W，未来的费曼架构GPU功率预计将突破4400W。而这对CoWoS封装的散热能力构成极大的挑战。

2025年美国佛罗里达大学对CoWoS和EMIB等高密度2.5D封装进行仿真和实验，其研究表明，当芯片组总功率超过600-700 W时，中介层的热点温度可超过120°C。因此，如果CoWoS封装的散热方案不改变，可以预料Rubin和Runbin Ultra的中介层温度将会更高。

因此，英伟达最新一代GPU通常需要部署芯片级液冷技术，而在机架层面的散热方案正从传统的风冷转向冷板式或浸没式液冷。字节跳动在其下一代数据中心超节点技术构想中也强调了液冷技术。

不同企业的HPC芯片散热方式   来源：腾讯数据中心

调研结果显示，这些新型散热技术的支持功率也是有上限的，而且成本不断翻倍增长。根据中国科学院过程工程研究所数据，风冷散热上限为25kW，浸没式液冷可将单机架功率限制提高到100kW以上，而浸没式相变液冷可提高至200kW以上。

现阶段这些技术还够用，但要如何应对Runbin Ultra和费曼等更高功率GPU的散热要求？

美国佛罗里达大学的研究还提到，在2.5D异构封装系统中，硅中介层的面内导热性是优异的（@600-700W），热导率高达约150W/m/K，但是也存在2个问题：

一是硅中介层的横向热导率显著降低，从而导致AI/HPC加速器的芯片之间的温差达到两位数。

二是硅中介层的热膨胀系数与有机基板不匹配，会导致翘曲和应力，引发封装可靠性问题。

为此，该研究结构提出了2个解决方法，包括：使用具有更高热导率的中介层和基板，例如SiC/AlN等高热导率材料；以及将中介层用作主动热层，在层内添加微流体通道来实现局部冷却。

不同中介层材料的对比  来源：行家说三代半

因此，假设未来12英寸碳化硅成本达到较为合理的位置，它在2.5D先进封装的应用是可以帮助HPC芯片厂商解决散热的大麻烦。

那么散热是不是碳化硅中介层唯一的比较优势呢？事实上，综合多篇论文研究结论显示，它还可以为先进封装提供3个益处。

首先，新加坡A*Star科技局在论文中提到，与传统硅中介层相比，碳化硅不仅可以改善散热性能，还可以提升中介层的机械强度性能。

其次，半绝缘碳化硅可提高HPC芯片组的信号传输完整性。

这是因为硅通孔在进行铜填充时，为防止铜向硅衬底扩散，通常需要先沉积绝缘层实现电隔离，再沉积阻挡层/籽铜层阻止铜扩散，从而占用通孔内部空间，使铜填充的有效横截面积减小，从而导致TSV的电阻有所升高，一定程度上会导致GPU与HBM信号的传输延迟。

硅通孔与铜填充内部示意图 来源：行家说三代半

而新加坡A*Star科技局的研究表明，碳化硅通孔（TSiCV）技术可以实现更好的垂直信号布线，相比硅通孔的SiO₂绝缘层厚度可以减少三分之一，从而降低RC阻抗并提高信号完整性。

碳化硅通孔与硅通孔的对比  来源：新加坡A*Star科技局

第三，碳化硅中介层还有望帮助进一步缩小先进封装的尺寸。

2024年美国杨百翰大学采用新型光电化学刻蚀方法，将SiC中介层通孔的深宽比提高到109:1（而硅通孔的最高研究水平是25:1）。更高的深宽比，理论上意味着SiC中介层能够在更小的水平面积内，实现更深、更密集的垂直互连——碳化硅通孔刻蚀通常需要通过光刻，因此对SiC衬底的表面粗糙度提出了更高的要求，亚微米级的磨抛技术是实现精细布线的关键步骤。

碳化硅中介层的关键技术 来源：行家说三代半

此外，杨百翰大学的研究还实现了非直线的通孔，可为2.5D封装带来更多的可能性，更为难得的是该研究实现了约2μm/分钟的高刻蚀速率，且不受通孔形状与复杂度影响。

碳化硅非直线通孔（右）可缩小中介层尺寸   来源：美国杨百翰大学

小结一下，SiC中介层对于CoWoS封装的价值不只是导热率，还有其他多项“宝藏”功能等待挖掘，当然也需要更多的研究实验去证明。

从调研信息来看，这次英伟达GTC2026发布的Rubin和Runbin Ultra等高端GPU的封装形式已经从CoWoS-S转向了CoWoS-L。而且根据摩根士丹利预测，英伟达CoWoS-L的占比高达85%以上，2025年需求约39万片，2026年将增长至70万片。

而摩根士丹利对CoWoS-S占比的预测呈现下降趋势：2025年占英伟达总需求的11%，2026年预计仅约2.5%。

要了解CoWoS-S份额下降，我们先要了解它的封装工艺流程。

CoWoS-S通常是采用整片12英寸硅晶圆进行中介层的制作（硅通孔、铜填充、RDL布线等），然后将切割好的GPU、HBM等芯片放置在硅中介层上面，再完成后续的CoW和WoW等工艺。

 台积电CoWoS-S封装工艺流程示意图   来源：行家说三代半 

根据调研，CoWoS-S封装的成本是最高，超过1200元/颗以上，它主要的成本卡点在于硅中介层，有2个因素导致硅中介层的成本居高不下。

三类不同中介层CoWoS封装的对比 来源：行家说三代半

首先，随着GPU芯片组尺寸越来越大，硅中介层的尺寸将大幅提升——从3.3倍光罩迈向5.5倍光罩，甚至8倍以上。

英伟达GPU与中介层尺寸对比  来源：行家说三代半

而由于硅中介层的尺寸越来越大，光刻的难度也越来越高。据台积电论文，其第五代CoWoS-S采用双掩模和四掩模光刻拼接技术，才制备出3倍光罩的硅中介层。论文提到，虽然CoWoS-S可以扩大到4倍光罩（约3300mm²），但生产效率、良率和可靠性方面的挑战也随之而来。因此，硅中介层的成本也是水涨船高的。

一倍光罩与八倍光罩中介层的光刻示意图  来源：行家说三代半

其次，整片12英寸晶圆制备硅中介层，导致晶圆浪费严重。根据日月光研发中心副总经理洪志斌博士的说法，由于硅中介层尺寸变大，每片12吋硅晶圆可切割的硅中介层芯片越来越少（一般少于50颗），导致2.5D封装的制造成本也随之大幅上升。

而CoWoS-L则可以大幅降低中介层的成本，并且解决台积电的产能交付瓶颈问题。我们先回顾一下前面提到的CoWoS-L的中介层结构图。

与CoWoS-S采用整片数倍光罩的硅中介层不同，CoWoS-L是将多颗小尺寸的硅桥（LSI）芯片嵌入到塑料晶圆中。

CoWoS-L的中介层结构示意图    来源：行家说三代半

这种“以小换大”的思路，有点类似特斯拉和小鹏等企业将全SiC碳化硅模块换成混合SiC模块，一方面可以减少硅中介层的用量，降低成本，另一方面是可以提升晶圆的利用率。

根据英特尔的分析，小硅桥芯片的晶圆利用率比大尺寸硅中介层高出30%，从而可以转换为成本的节省。

2种中介层的晶圆利用率对比 来源：英特尔

同时，采用小硅桥芯片可以大幅提升CoWoS-L的生产灵活性，我们再来它的工艺流程图。

CoWoS-L是先在12吋硅晶圆中制备硅桥（LSI），再切割成小芯片。然后再将芯片嵌入到塑料晶圆或者其他面板上，再完成RDL布线等工艺。

台积电CoWoS-L封装工艺流程示意图   来源：行家说三代半

不同于CoWoS-S，硅中介层受限于晶圆的尺寸，硅桥小芯片则可以转移到不同尺寸的晶圆或者面板上，为后续的提升产能和降低成本奠定了基础。

2.5D封装技术路线图 来源：台积电

根据台积电的预测，CoWoS-L的成本比CoWoS-S低15%-20%，而且不影响性能，因为CoWoS-S的硅中介层的性能是过剩。

日月光洪志斌博士曾写道，硅中介层的L/S可以达到0.5μm/0.5μm，而RDL的L/S约为 2μm/2μm（台积电是1.4μm/1.4μm），因此并不影响互连密度。而且并非所有应用都需要一样高的L/S，例如逻辑芯片和HBM等需要高速传输的芯片连接可以用LSI芯片（L/S与硅中介层一样），而其他区域可以采用RDL，这样不仅可以兼顾封装密度和带宽的需求，还能以相对较低的制造成本，为市场提供不同的解决方案。

未来CoWoS-L的份额会越来越高，而它采用的是LSI小芯片，采用碳化硅的可能性会不会发生变化？

事实上，在英伟达Rubin、费曼等更高功率GPU芯片中，可能CoWoS-L的散热挑战会更大。

一方面，CoWoS-S可以通过大面积的硅中介层进行散热，而CoWoS-L只是局部引入硅桥芯片，而RDL等其他区域的散热性能较弱，容易形成局部热点。

另一方面，CoWoS-L采用混合结构，结合了硅桥和RDL。硅、中介层与基板之间的热膨胀系数不匹配会导致封装翘曲（warping），这不仅影响生产良率，还会造成热界面材料（TIM）接触不良，增加热阻。据报道，这种CTE失配问题曾导致CoWoS-L产能爬坡困难。

而从成本角度，如果把碳化硅做成小尺寸的LSI小芯片，再导入到CoWoS-L中，这种方式的成本也比之前的CoWoS-S大尺寸SiC中介层更低，是不是也能提升台积电的导入意愿？

CoWoS-L封装流程示意图 来源：台积电

从碳化硅产业链的角度来看，目前台积电CoWoS-L采用硅桥LSI芯片还有2个降本的可能性：

一是硅桥LSI芯片基于12英寸晶圆制备，12英寸SiC衬底技术也逐步成熟，因此SiC尺寸将不再是短板，而尺寸固定后，更有利于SiC企业集中精力去完善技术工艺和成本优化，后续的供应也更有保障。

二是LSI芯片的制备可能还不用拘泥于12英寸，是否可以采用更便宜更成熟的6-8英寸SiC晶圆？这样成本效益似乎也不差。

现阶段8英寸与12英寸SiC中介层成本对比   来源：行家说三代半

还有一个问题，采用LSI芯片是否会减少碳化硅的需求量？

目前，“行家说三代半”没有检索到英伟达GPU的CoWoS-L硅桥芯片尺寸和用量数据，但英特尔的先进封装将在2026年采用超过20个EMIB硅桥，而未来将增加到38个-200个硅桥以上。

以上是“行家说三代半”的粗浅分析，如果错漏欢迎大家留言交流，帮助我们改正。

文章的结尾，我想引用刘胜院士在2026年2月的采访。在采访中，他是这样说的：

“现在大家都在谈论 Intel（英特尔） 押注的玻璃基板，因为它能做得很大，适合连接很多 HBM 内存。但玻璃有一个致命伤——它的导热性极差，几乎是硅的 1/150。

我们看到英特尔的封装实验室正在开发高密度的TGV（玻璃通孔）铜柱阵列，甚至尝试在底部填充胶里掺入金刚石微粉，试图在绝热的玻璃里开辟出一条‘导热高速公路’。

但如果追求的是极致的散热，SiC中介层有可能是真正的‘贵族方案’。它的导热效率是玻璃的几百倍。未来在那些热流密度极高的核心区域，我认为SiC中介层是重要的解决方案之一。”