$天岳先进(SH688234)$  $天富能源(SH600509)$  $露笑科技(SZ002617)$  

英伟达采用12英寸SiC

原创 行家说-许若冰 行家说三代半 

2025年09月04日 18:02 广东 3人 

9月2日，据中国台湾媒体报道，英伟达正计划在新一代GPU芯片的先进封装环节中采用12英寸碳化硅衬底，最晚将在2027年导入。

那么，今天，“行家说三代半”将与大家探讨4个话题：

碳化硅将用在先进封装的哪个环节？

英伟达等为何会考虑采用碳化硅？

服务器AI芯片的SiC中介层需要有多大？SiC的竞争力如何？

有哪些SiC衬底厂商有12英寸的SiC中介层晶圆？

英伟达或采用12英寸SiC

2027年就将打入中介层？

近日，台湾媒体“财讯”采访了当地碳化硅企业——格棋化合物半导体公司董事长张忠杰。

张忠杰透露，英伟达新一代Rubin处理器的开发蓝图中，为了提升效能，计划把CoWoS先进封装环节的中介层材料，由硅换成碳化硅。

他还表示，目前台积电已经邀集各国厂商共同研发碳化硅中介层的制造技术，例如日本DISCO正在研发新一代激光切割设备，因此，英伟达的第一代Rubin GPU仍会采用硅中介层。但是一旦新设备到位，碳化硅中介层制造会更为顺利，加上英伟达对效能进步的要求极高，当芯片内产生的热超过极限，就必须采用碳化硅中介层。

据张忠杰判断，“最晚后年，碳化硅就会进入先进封装。”

最近，有碳化硅企业向“行家说三代半”透露，目前12英寸SiC的买家主要包括台积电等大企业，主要用于中介层的研发。

SiC中介层优势1：

导热率更高

事实上，上述英伟达将采用12英寸SiC中介层的说法似乎并非空穴来风。就在前段时间，应用材料公司也在行业会议上提到了SiC替代硅中介层的前景。作为先进封装行业的重要参与者，应用材料早在2023年就启动了先进封装EPIC中心的建设，也许他们已经提前获得了产业技术动向。

应用材料2025年演讲PPT    图片来源：碳化硅芯片学习笔记

那么，为什么SiC中介层会引发在AI芯片先进封装领域的关注和讨论呢？我们先来看看什么是硅中介层。

众所周知，英伟达的GPU芯片，从H100到B200都依赖于台积电专有的CoWoS封装(芯片-晶圆-基板)技术。CoWoS被称为2.5D封装，它是通过将多个芯片（如处理器、内存等）高密度地堆叠集成在一个封装内，显著缩小了封装面积，而且大幅提升了芯片系统的性能和能效，请看下图。

传统2D封装（左）与CoWoS封装（右）示意图

而SiC要替代的硅中介层（Silicon Interposer）是CoWoS封装平台的核心部件之一。它是一片面积很大的硅片，硅片内部有许多互连线（TSV硅通孔和布线），负责将这些小芯片彼此连接，并与封装基板连接。

随着英伟达GPU芯片的功率越来越大，将众多芯片集成到硅中介层容易导致更高的散热设计，这就变得更为棘手。

英伟达GPU芯片功率变化   来源：行家说Research

在今年的台积电北美技术研讨会上，台积电深入分析了CoWoS封装散热设计挑战，尤其是高带宽内存芯片HBM。台积电认为，目前业界仍然依赖于传统的热界面材料（TIM）1和液冷 Lid + TIM2 的热堆叠结构来解决CoWoS封装散热问题。台积电提到3个优化方式，其中包括优化热沉片和热界面材料等。

单晶SiC是一种具有高导热性的半导体，其热导率达到490W/m.k，这一特性有望为CoWoS封装提供新的散热解决方案。应用材料公司认为，单晶SiC的热导率比硅高出2-3倍，是中介层的理想材料，而且多家中国碳化硅厂商已经推出12英寸的大直径晶圆，为导入中介层提供了良好的契机。

类似于传统功率模块设计，CoWoS封装采用导热率更好的SiC中介层后，其的散热片尺寸有望大幅缩小，整体封装尺寸可以进一步得到优化。

SiC中介层优势2：

缩小CoWoS封装体积

此外，与硅中介层相比，单晶SiC还具有更好的耐化学性，因此可以通过湿法刻蚀制备出更高深宽比的通孔，进一步缩小CoWoS封装的尺寸，2.5D封装的效果堪比3D封装。

根据“行家说三代半”了解，2024年美国杨百翰大学和尼尔森科学公司已经采用350μm厚的4H-SiC制备出通孔的深宽比高达109:1的SiC中介层，而常规方法制备的中介层的通孔深宽比则低于17:1（获取该文献请加许若冰微信：hangjiashuo999）。

SiC中介层及通孔刻蚀   来源：美国杨百翰大学和尼尔森科学公司

该团队表示，常规中介层采用深宽比较低的直线通孔，需要使用单一金属层重新分布层来提供互连，从而导致中介层的面积大且互连长度很长。而他们开发的SiC中介层不仅具有更高的深宽比（109:1），而且是非直线通孔，从而能够实现非常密集的互连且互连长度短。

假设该方案能够实现落地，SiC中介层还可以大幅减少CoWoS封装的成本。

SiC中介层的通孔设计：低深宽比、直线（左）；高深宽比、非直线（右）

来源：美国杨百翰大学和尼尔森科学公司

12吋可切5-21个中介层

年需求或达26万片？

计算中介层的市场需求，首先先了解一下它现有面积的大小以及未来的变化。

据了解，目前，英伟达H100采用的是3倍光罩的CoWoS封装，硅中介层的面积达到50*50mm（约为主驱级SiC MOSFET的100倍）。

根据2024年台积电在欧洲开放创新平台 (OIP) 论坛上的说法，2025-2026年他们将推出5.5倍光罩的CoWoS封装（1万m㎡），预计2027年将推出7倍光罩的CoWoS封装（1.44万m㎡）。

相应地，为了容纳更多的HBM等芯片，硅中介层的面积将越来越大。2024年Rapidus高级常务执行官 Yasumitsu Orii曾表示，最新硅中介层的尺寸约为59*59m㎡，预计2027年中介层的尺寸将相当于8倍光罩掩模版（约81*81m㎡），面积将增加近两倍。“行家说三代半”照此推算，硅中介层的面积约为CoWoS封装的40%-45%左右。

然后再来看看，硅中介层未来的市场需求情况。

摩根士丹利预计，2025年全球CoWoS封装的月产能将从2024年的3.8万片12英寸晶圆飙升至8.3万片，预计2026年将达到11.2万片/月。

从面积计算，12英寸晶圆分别可生产21个3倍光罩尺寸和5个8倍光罩尺寸的中介层。

不同尺寸的中介层产出数量

据“行家说三代半”推算，如果采用3倍光罩尺寸的中介层，2024-2026年的需求分别为1809片/月、3952片/月和5333片/月。如果采用8倍光罩尺寸的中介层，2024-2026年的需求分别为7600片/月、16600片/月和22400片/月。换算成年产能，则2024-2026年的需求约为2.17-26.88万片之间。

硅中介层价格仅180元/片

12英寸碳化硅亟需降本

现在我们来看一下碳化硅在中介层的价格竞争力如何。

据了解，NVIDIA H100的售价高达2.5-3万美元，其成本约为3000美元，毛利约90%。其中，采用硅中介层的CoWoS封装成本占比为25%，约为750美元（折合人民币5354元），成本是非常高的。而英伟达8GB HBM2的硅中介层成本约为25美元（折合人民币178元），BOM占比仅为0.83%左右，在AI芯片的成本中可以忽略不计。

据“碳化硅芯片学习笔记”消息，现阶段12英寸碳化硅衬底市场价约为2万美金一片。但是12英寸碳化硅衬底的面积约为6英寸产品的4倍左右，按照N型4H-SiC目前较低的价格计算，12英寸碳化硅未来的合理价格有望低于10000元RMB/片左右。

据“行家说三代半”了解，中介层通常采用热沉级或者多晶碳化硅衬底，其制备成本应该低于单晶N型或者半绝缘碳化硅衬底。因此12英寸SiC中介层晶圆的价格有望低于8000元RMB/片。

按照单片12吋晶圆产出21个中介层计算，在2万美元/片和8000元RMB/片的情况下，单片SiC中介层的价格分别为6799元和380元，要比硅中介层分别高出3719%和114%。但是在整体GPU芯片BOM占比分别为31.73%和1.77%左右。

显然，12吋碳化硅价格2万美元/片是不合理的，而8000元RMB/片对GPU成本的影响是微乎其微的，未来是很有希望采用的。

面向先进封装

天科合达等厂商已有动作

从前面的美国杨百翰大学的文献可以看出，4H-SiC单晶衬底可以用于制备SiC中介层，而且采用的是与功率半导体同样的衬底厚度（350μm）。据《2025碳化硅（SiC）衬底与外延产业调研白皮书》，现阶段天科合达等超过12家厂商实现了12英寸N型4H-SiC单晶衬底的研发和量产。

与此同时，SiC中介层还可以采用导热率稍低一些的热沉级或者多晶SiC衬底。据“行家说三代半”此前报道，聚焦先进封装的中介层需求，目前如天科合达等SiC厂商已有对应产品输出。

今年3月，天科合达展出了8英寸光波导型碳化硅衬底（另名光学级碳化硅衬底）、12英寸热沉级碳化硅衬底以及液相法P型6英寸衬底，已经提前探索先进封装等领域的前沿应用市场机遇。

天科合达SiC衬底产品阵容

综上所述，12英寸碳化硅有望成为先进封装的散热性能突破关键技术，而先进封装将成为碳化硅的赛道，但是碳化硅要导入中介层材料市场，关键要突破12英寸切磨抛等关键技术。因此，《2025碳化硅（SiC）衬底与外延产业调研白皮书》将系统梳理12英寸SiC最新技术进展，为产业界提供更关键的数据支撑和更有价值的市场参考。