我們來對臺積電（TSMC）兩大核心先進封裝技術——CoWoS和InFO進行詳細的解析和對比。

這兩種技術是臺積電從一家純晶圓制造廠（Foundry）轉型為“晶圓制造與封裝服務提供商”的關鍵，開啟了“后摩爾定律”時代，通過封裝技術來持續提升芯片性能。

核心概念：什么是先進封裝？

傳統封裝（Package）是將制造好的芯片（Die）放入封裝基板，用引線鍵合（Wire Bonding）的方式連接引腳，主要起保護、連接和散熱的作用。

先進封裝（Advanced Packaging） 則更側重于：

1. 提升互聯密度：用更短、更密集的互連（如硅通孔TSV、再布線層RDL）替代長引線，顯著減少延遲和功耗。

2. 異質集成（Heterogeneous Integration）：將不同工藝節點、不同功能、甚至不同材質的芯片（如CPU、GPU、HBM、射頻芯片等）集成在一個封裝內，實現類似單芯片的性能。

3. 縮小整體尺寸：尤其對于移動設備，在提升性能的同時保持小巧外形。

一、CoWoS (Chip on Wafer on Substrate)

CoWoS是臺積電2.5D先進封裝技術的旗艦和開創者，最初為NVIDIA的GPU和AMD的處理器與高帶寬內存（HBM）集成而開發。

1. 工藝特點

CoWoS的核心是在芯片和封裝基板之間插入一個“硅中介層（Silicon Interposer）”。這個中介層是CoWoS技術的精髓。

• 結構分解：

• Chip (Die): 計算芯片，如CPU、GPU、ASIC等。

• Wafer (Interposer): 硅中介層。這是一片經過特殊加工的硅片，上面制作有高密度的互連線（Micro Wiring）和硅通孔（TSV - Through-Silicon Via）。

• Substrate: 傳統的有機封裝基板，連接中介層和PCB主板。

• 關鍵工藝步驟：

1. 制造硅中介層：在硅晶圓上利用前道半導體工藝（光刻、刻蝕、沉積）制作出極其精細的金屬互連層（線寬/線距可達亞微米級別）。

2. 加工TSV：在中介層上刻蝕出通孔并填充導電材料（如銅），這是連接上下層的垂直通道。

3. Chip on Wafer (CoW)：將多個預先制造好的芯片（如GPU Die和HBM Die）通過微凸塊（Microbump） 以超高精度倒裝焊（Flip-Chip）的方式鍵合到硅中介層上。這一步是在晶圓（Wafer）級別完成的。

4. 封裝與測試：將鍵合好芯片的整個中介層切割成單個單元，然后通過更大的焊料凸塊（C4 Bump） 倒裝焊到有機封裝基板上。

5. 最終封裝：加蓋、注塑成型、安裝散熱器等，完成最終封裝。

2. 技術優勢

• 極高的互聯密度和帶寬：硅中介層上的線路可以做得像芯片內部一樣精細，遠超任何有機基板的能力。這使得多個芯片（如邏輯芯片和HBM）之間可以實現數千條超短距離、低功耗的互連，提供極高的帶寬（這也是HBM得以實現的基礎）。

• 優異的熱性能和信號完整性：硅的熱膨脹系數（CTE）與芯片本身非常接近，減少了熱應力。硅中介層的屏蔽作用也改善了信號完整性。

• 強大的異質集成能力：可以集成來自不同晶圓廠、不同工藝節點的芯片。

3. 應用場景

• 高性能計算（HPC）：NVIDIA的A100、H100系列GPU；AMD的MI系列加速卡；NVIDIA的Blackwell架構B200 GPU。

• 人工智能（AI）/機器學習（ML）加速器：Google的TPU、Xilinx（AMD）的FPGA等。

• 高端網絡芯片：需要極高吞吐量的交換機和路由器芯片。

4. 演變與發展

CoWoS本身也在迭代：

• CoWoS-S：最經典的版本，使用Silicon Interposer（硅中介層）。

• CoWoS-R：使用RDL（再布線層）代替硅中介層，成本更低，適用于互聯密度要求稍低的場景。

• CoWoS-L：Local Silicon Interposer（局部硅中介層）與RDL混合使用，在需要高密度互聯的區域（如芯片之間）使用小塊硅中介層，其他區域用RDL，平衡了性能和成本。

二、InFO (Integrated Fan-Out)

InFO是臺積電的另一項開創性技術，屬于扇出型（Fan-Out）封裝。它最初是為了滿足蘋果iPhone處理器對更薄、性能更好、集成度更高的封裝需求而開發的。

1. 工藝特點

InFO技術的核心是去掉了中介層和封裝基板，直接利用環氧塑封料（EMC） 重構一個“假”的晶圓，并在上面制作高密度的再布線層（RDL - Redistribution Layer） 來連接多個芯片和對外引腳。

• 結構分解：

• 芯片（Die）：被集成的芯片。

• 塑封料（EMC）：包裹芯片，形成重構晶圓。

• 再布線層（RDL）：在塑封體表面制作的銅金屬布線層，將芯片的觸點“扇出”到更廣的面積上，并實現芯片間的互連。

• 焊球（Solder Ball）：直接連接到RDL上，用于連接PCB主板。

• 關鍵工藝步驟：

1. 載板貼裝：將芯片（正面朝下）臨時粘貼在一個載板（Carrier）上。

2. 模塑（Molding）：用環氧塑封料（EMC）灌注并加熱固化，將芯片包裹起來，形成一個“重構晶圓（Reconstituted Wafer）”。

3. 移除載板：將重構晶圓從臨時載板上取下，露出芯片背面和埋入的芯片正面觸點。

4. 制作RDL：在塑封后的晶圓表面進行薄膜沉積、光刻、電鍍等工序，制作出多層精細的銅布線（RDL），這些布線將各個芯片的觸點連接起來，并引到更大的節距上。

5. 植球：在RDL上制作焊球。

6. 切割：將重構晶圓切割成單個封裝體。

2. 技術優勢

• 更薄、更輕、尺寸更小：由于省去了中介層和封裝基板，InFO封裝的高度和尺寸顯著減小，非常適合移動設備。

• 性能更優：互連路徑更短，減少了電感和電阻，提升了電源完整性和信號性能，降低了功耗。

• 成本潛力：省去了昂貴的硅中介層和部分基板，在量大時具有成本優勢。

• 設計靈活性高：RDL層可以按需設計，支持不同數量、不同尺寸的芯片集成。

3. 應用場景

• 移動應用處理器（AP）：蘋果的A系列和M系列芯片（如A11到最新的A17 Pro，M1等）是InFO技術的最大用戶。

• 射頻芯片、電源管理芯片（PMIC）、網絡芯片等。

• 物聯網（IoT）和可穿戴設備：對尺寸和功耗有極致要求的領域。

4. 演變與發展

• InFO-PoP：最具代表性的變體。Package on Package。在處理器芯片的InFO封裝頂部再堆疊一顆DRAM內存芯片（如LPDDR）。這大大節省了手機主板空間，已成為高端手機的標準方案。

• InFO_oS：On Substrate，用于HPC領域，將多個芯片集成在更大的InFO封裝中，然后放在基板上，對標CoWoS，但成本更低。

三、CoWoS 與 InFO 核心對比總結

結論

CoWoS和InFO是臺積電針對不同市場賽道打造的兩把利劍：

• CoWoS 是 “性能王者”，不惜成本追求極致的互聯帶寬和計算性能，服務于數據中心、AI等高端市場。

• InFO 是 “集成與效率大師”，在有限的空間內實現高度集成和優良性能，主打移動消費電子市場，平衡了性能、尺寸和成本。

兩者并非替代關系，而是互補共存。它們共同構成了臺積電在先進封裝領域的強大護城河，使其能夠為客戶提供從前沿芯片制造到高端封裝的“一條龍”服務，這也是臺積電維持其技術領導地位的關鍵戰略之一。隨著技術的發展，兩者也在相互借鑒和融合（如CoWoS-L和InFO_oS），以滿足日益復雜的異質集成需求。