TSMC seguiría apostando durante los próximos años por microprotuberancias de soldadura cada vez más pequeñas para conectar HBM y aceleradores de inteligencia artificial dentro de sus encapsulados avanzados. Según fuentes de la cadena de suministro, la compañía estaría preparando a sus socios para trabajar con conexiones de apenas 5 µm.
La estrategia supondría retrasar una adopción más amplia del hybrid bonding en HBM, aunque TSMC ya utiliza esta tecnología en otros procesos de integración tridimensional. Las nuevas microprotuberancias de 5 µm entrarían previsiblemente en producción durante la segunda mitad de 2028, prolongando una tecnología más madura antes de pasar a conexiones directas cobre a cobre.
TSMC quiere reducir las microprotuberancias hasta solo 5 µm
Las conexiones utilizadas actualmente son considerablemente mayores. HBM3E emplea microprotuberancias de alrededor de 15 a 25 µm, mientras las generaciones posteriores ya avanzan hacia tamaños cercanos a 10 µm. El siguiente objetivo de TSMC sería reducir nuevamente esa escala hasta solo 5 µm.
Disminuir el tamaño permite colocar más interconexiones dentro de una misma superficie, algo fundamental conforme HBM aumenta su ancho de banda, número de capas y cantidad de señales. También ayuda a contener el espacio ocupado por el encapsulado sin tener que recurrir todavía a un cambio completo de tecnología de unión.
En plataformas como CoWoS-S y CoWoS-L, estas microprotuberancias se utilizan para conectar los chips con el interposer. Las pilas de HBM llegan ya ensambladas por fabricantes como SK hynix, Samsung o Micron, mientras TSMC se encarga posteriormente de integrarlas junto al acelerador dentro del encapsulado avanzado.
Reducirlas hasta 5 µm complica bastante el proceso. A esa escala resulta necesario mejorar alineación, materiales de relleno, control de residuos y precisión durante el ensamblaje, porque cualquier desviación representa una proporción mucho mayor respecto al tamaño total de la conexión.
Hybrid bonding elimina las protuberancias y conecta cobre directamente
El hybrid bonding adopta un enfoque diferente. En lugar de utilizar pequeñas protuberancias metálicas entre dos chips, permite crear conexiones directas cobre a cobre, reduciendo todavía más la distancia entre dies y aumentando de forma importante la densidad de interconexión.
Las conexiones tradicionales mediante soldadura pueden rondar los 100 µm, mientras las microprotuberancias actuales trabajan a escalas de unas pocas decenas de micrómetros. Hybrid bonding puede reducir esa separación hasta unos pocos micrómetros o incluso alrededor de 1 µm, eliminando además buena parte de la estructura intermedia.
TSMC no está evitando esta tecnología de forma general. Su plataforma SoIC ya emplea hybrid bonding para integración lógica tridimensional, mientras AMD lo utiliza en sus procesadores con 3D V-Cache para conectar directamente los dies de SRAM con el chip situado debajo.
La cautela estaría principalmente en extenderla rápidamente al ecosistema de HBM y encapsulado avanzado para IA. Factores como coste, rendimiento de fabricación, inspección y madurez industrial siguen favoreciendo unas microprotuberancias mucho más conocidas y fáciles de producir a gran escala.
HBM4 todavía podría seguir utilizando microprotuberancias
La estrategia también encaja con las hojas de ruta mostradas por SK hynix. El fabricante pretende mantener durante HBM4 tecnologías de unión basadas en microprotuberancias y MR-MUF, dejando el hybrid bonding para generaciones posteriores donde el número de capas y las exigencias térmicas sean considerablemente mayores.
Un factor que ha dado más margen a esta tecnología es el aumento permitido en la altura total de las pilas HBM. Disponer de algo más de espacio vertical permite incrementar capacidad sin que resulte imprescindible eliminar inmediatamente las microprotuberancias para reducir el grosor entre cada die.
Eso no convierte al hybrid bonding en innecesario. A medida que las pilas aumenten hasta 20 capas o más, reducir la separación entre dies permitirá mejorar densidad, resistencia eléctrica y comportamiento térmico, ventajas que terminarán siendo cada vez más difíciles de conseguir simplemente haciendo más pequeñas las conexiones actuales.
La cuestión está en cuándo compensa realizar la transición industrial. Si las microprotuberancias de 5 µm proporcionan suficiente densidad y un buen rendimiento de fabricación, TSMC puede alargar durante varias generaciones una infraestructura conocida antes de adoptar de forma masiva un proceso más complejo.
La producción de 5 µm se espera para la segunda mitad de 2028
Proveedores de Corea del Sur y Japón estarían colaborando ya con TSMC en materiales y procesos adecuados para alcanzar los 5 µm, con el objetivo de iniciar producción durante la segunda mitad de 2028. Ese calendario podría hacer coincidir la tecnología con las últimas evoluciones de HBM4 y futuras generaciones de memoria.
La estrategia recuerda a la postura de TSMC frente a High-NA EUV. La compañía también pretende prolongar durante más tiempo la litografía Low-NA EUV mediante multipatterning, evitando introducir una tecnología más cara mientras la infraestructura existente continúe proporcionando suficiente margen de evolución.
En encapsulado ocurre algo parecido: TSMC no estaría descartando hybrid bonding, sino intentando retrasar su necesidad generalizada. Exprimir las microprotuberancias hasta solo 5 µm permite ganar densidad sin abandonar todavía procesos de fabricación que la industria conoce y controla mucho mejor.
A largo plazo, sin embargo, la presión será difícil de evitar. Los aceleradores de IA necesitan más HBM, más ancho de banda y mayor densidad de interconexión, por lo que hybrid bonding terminará ganando importancia conforme las microprotuberancias se acerquen a sus propios límites físicos y de fabricación.
Vía: TechPowerUp
