Advanced Packaging für KI-Chips Globalfoundries fertigt Silizium-Interposer für TSMC

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TSMC und Globalfoundries haben eine Fertigungsvereinbarung über zwei Milliarden US-Dollar geschlossen. Ab 2028 soll Globalfoundries in New York Silizium-Interposer für TSMCs CoWoS-Technologie produzieren.

Globalfoundries wird für die kommenden fünf Jahre Silizium-Interposer für TSMCs Advanced-Packaging-Technologie CoWoS in den USA fertigen. Im Rahmen der Vereinbarung im Auftragswert von 2 Mrd. US-Dollar übernimmt Globalfoundries Fertigungsdienstleistungen für TSMC und erweitert dafür die Produktionskapazitäten an seinem Standort Malta im US-Bundesstaat New York. Ziel ist es, die steigende Nachfrage nach Packaging-Lösungen für KI-Beschleuniger und High-Performance-Computing-Systeme (HPC) zu bedienen.

Der Anlauf der Serienfertigung ist für die erste Hälfte des Jahres 2028 vorgesehen. Nach Angaben von Globalfoundries soll in Malta die erste US-amerikanische Fertigungsquelle für entsprechende Silizium-Interposer entstehen. Die Vereinbarung ermöglicht einen schrittweisen Kapazitätsausbau, der sich an der weiteren Kundennachfrage orientiert. Konkrete Produktionsvolumina, die geplanten Investitionsausgaben und die Aufteilung des Vertragswerts auf einzelne Leistungen haben die Unternehmen bislang nicht offengelegt.

Hohe Anforderungen an Fertigung und Integration

Silizium-Interposer spielen insbesondere bei TSMCs CoWoS-S-Technologie eine zentrale Rolle. Sie ermöglichen hochdichte Verbindungen zwischen Logik-Chiplets und gestapelten High-Bandwidth-Memory-Bausteinen (HBM) und bilden damit eine wesentliche Grundlage komplexer Multi-Die-Packages. Die Interposer werden auf die jeweilige Prozessorkonfiguration zugeschnitten. Ihre Abmessungen und Verbindungsstrukturen hängen unter anderem von der Anzahl, Größe und Anordnung der Logikchips und HBM-Stacks ab.

Neben der Signalführung müssen die Interposer auch hohe Anforderungen an die Stromversorgung, Signalintegrität und thermische Eigenschaften erfüllen. Globalfoundries plant unter anderem die Fertigung von Komponenten mit integrierten Deep-Trench-Kondensatoren (DTC), die zur Stabilisierung der Spannungsversorgung beitragen. Bei besonders großen Interposern können die Abmessungen zudem über die maximale Belichtungsfläche eines Lithografiesystems hinausgehen. In solchen Fällen müssen mehrere Belichtungsfelder mittels Stitching präzise miteinander verbunden werden.

Die kundenspezifische Auslegung stellt besondere Anforderungen an die Zusammenarbeit zwischen beiden Unternehmen. So müssen die Designregeln, Fertigungsprozesse und Qualifizierungsverfahren aufeinander abgestimmt werden, damit die bei Globalfoundries produzierten Interposer in TSMCs CoWoS-Packaging-Prozesse integriert werden können. Die Vereinbarung betrifft allerdings ausschließlich die Interposer-Fertigung. Nachgelagerte Prozessschritte wie das Bonding von Logikchips und HBM-Stacks, die Montage auf organischen Substraten sowie elektrische Tests sind davon nicht unmittelbar abgedeckt.

Zusätzliche Kapazitäten für die US-Halbleiterlieferkette

Für TSMC bietet die Zusammenarbeit die Möglichkeit, Teile der Interposer-Produktion an einen externen Fertigungspartner zu vergeben und damit eigene Produktionsressourcen zu entlasten. Gleichzeitig könnte eine zusätzliche Fertigungsquelle die Verfügbarkeit der für CoWoS benötigten Komponenten verbessern. Globalfoundries wiederum erschließt sich ein weiteres Geschäftsfeld innerhalb der Wertschöpfungskette für leistungsfähige KI-Prozessoren. Obwohl das Unternehmen 2018 die Entwicklung führender Logikprozesstechnologien eingestellt hat, verfügt es weiterhin über Fertigungskapazitäten, die sich für bestimmte Komponenten komplexer Chip-Packages eignen.

Die Kooperation fügt sich in den Ausbau der US-amerikanischen Lieferkette für fortschrittliche Halbleiter ein. TSMC plant, in Arizona neben der Chipfertigung auch Kapazitäten für CoWoS- und 3D-IC-Packaging aufzubauen. Darüber hinaus hat das Unternehmen eine zehnjährige Zusammenarbeit mit Amkor vereinbart, das im rund 2028 geplanten Produktionsanlauf eines neuen Advanced-Packaging-Standorts in Peoria, Arizona, eine wichtige Rolle spielen soll. Die in New York hergestellten Interposer könnten künftig mit in Arizona gefertigten Logikchips kombiniert und dort weiterverarbeitet werden. Ob und in welchem Umfang diese Produktionsschritte tatsächlich miteinander verknüpft werden, ist jedoch noch offen.

Eine vollständig inländische Fertigung von KI-Prozessoren ist damit allerdings noch nicht gewährleistet. Neben den Interposern müssen ausreichend Kapazitäten für die Chipmontage, das Bonding und die abschließenden Tests verfügbar sein. Auch die Versorgung mit HBM bleibt ein wesentlicher Faktor. Offen sind zudem die konkrete Arbeitsteilung zwischen TSMC und möglichen Packaging-Partnern sowie die Dimensionierung der zusätzlichen Produktionskapazitäten bei Globalfoundries. Das fünfjährige Abkommen schafft zunächst den Rahmen, um die Interposer-Fertigung ab 2028 aufzubauen und bei entsprechender Nachfrage auszuweiten.(sg)

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