先進(jìn)封裝之CoWoS封裝系列詳解

CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）是臺積電開發(fā)的2.5D先進(jìn)封裝技術(shù)，自2011年推出后已歷經(jīng)5次技術(shù)迭代。臺積電將CoWoS封裝技術(shù)分為三種類型——CoWoS-S、CoWoS-R和CoWoS-L，它們在材料、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用場景上存在明顯差異。以下是對各系列封裝技術(shù)的詳細(xì)解析：

一、CoWoS-S（Silicon Interposer）

特點(diǎn)：

• 使用純硅中介層作為主要連接媒介

• 硅中介層最大面積受限約2500平方毫米（受光刻機(jī)臺限制）

• 具有最高密度的I/O互連（中介層線寬/線距<1μm）

• 信號傳輸性能最優(yōu)，延遲最低

• 成本最高，制造工藝最為復(fù)雜

技術(shù)參數(shù)：

• HBM支持：最多8個(gè)HBM3

• SoC集成：1-2個(gè)SoC + 8個(gè)HBM

• 面積限制：約2500mm2（約等于2倍掩模版尺寸）

• 信號完整性：最佳，適合超高帶寬需求

適用特性：

• 適用于對性能要求極高的高端AI芯片

• 主流應(yīng)用場景：NVIDIA H100、AMD MI300等頂級GPU

• 適合數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算（HPC）和AI加速器

• 成熟度最高，目前市場主流方案

二、CoWoS-R（RDL Interposer）

特點(diǎn)：

• 使用重新布線層（RDL）中介層

• 采用非凝膠型熱界面材料（TIM）優(yōu)化熱管理和良率

• 中介板面積可達(dá)3.3倍光罩面積（H100僅為2.2倍）

• RDL內(nèi)插器最多由6層銅層組成，間距為4微米(2微米線寬/間距)

• 提供良好的信號和電源完整性性能，RC值更低

技術(shù)參數(shù)：

• HBM支持：未明確具體數(shù)量，但低于CoWoS-L

• SoC集成：適合彈性封裝設(shè)計(jì)，成本敏感型應(yīng)用

• 面積優(yōu)勢：突破了傳統(tǒng)硅中介層的尺寸限制

• 電氣性能：RDL互連提供出色的信號和電源完整性

適用特性：

• 適用于對成本較為敏感的AI ASIC應(yīng)用

• 適合網(wǎng)通設(shè)備、邊緣AI和中端服務(wù)器

• 與CoWoS-S相比，成本更低，設(shè)計(jì)彈性更大

• 目前處于技術(shù)儲備階段，尚未大規(guī)模量產(chǎn)

三、CoWoS-L（Local Silicon Interconnect and RDL Interposer）

特點(diǎn)：

• 結(jié)合局部硅互連（LSI）和RDL中介層

• 成本介于CoWoS-S和CoWoS-R之間

• 從1.5倍掩模版插入器尺寸起步，配置1個(gè)SoC和4個(gè)HBM

• 可進(jìn)一步擴(kuò)展到更大尺寸，支持多達(dá)12顆HBM3

• 保留了CoWoS-S中的硅通孔（TSVs）特征，減少大硅中介層的良率問題

• 采用絕緣通孔（TIVs）替代TSVs，減少插入損耗

技術(shù)參數(shù)：

• HBM支持：高達(dá)12顆HBM3

• SoC集成：1個(gè)SoC（可擴(kuò)展至2個(gè)SoC）

• 面積優(yōu)勢：突破2500mm2的硅中介層尺寸限制

• 電氣性能：大規(guī)模集成電路芯片，通過多層亞微米銅線實(shí)現(xiàn)高布線密度

適用特性：

• 融合了CoWoS-S和InFO技術(shù)的優(yōu)勢

• 適用于需要兼顧性能和成本的應(yīng)用

• 適合網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信基站、高端消費(fèi)電子產(chǎn)品

• 臺積電定位為未來CoWoS技術(shù)的主流方案

• 2024年已開始推出，預(yù)計(jì)將成為新一代AI芯片的核心工藝

四、三大系列對比總結(jié)

五、CoWoS技術(shù)的演進(jìn)趨勢

根據(jù)臺積電的規(guī)劃，CoWoS技術(shù)正從CoWoS-S逐步向CoWoS-L轉(zhuǎn)移，因?yàn)椋?/p>

1. CoWoS-L結(jié)合了CoWoS-S的高性能和CoWoS-R的成本優(yōu)勢

2. CoWoS-L能支持更大量的HBM堆疊（12顆HBM3 vs CoWoS-S的8顆）

3. CoWoS-L通過小芯片拼接突破了光罩面積限制

4. 臺積電高效能封裝整合處處長侯上勇稱CoWoS-L是"未來藍(lán)圖要角"

正如臺積電在Semicon Taiwan 2024中所展示的，CoWoS-L已成為臺積電CoWoS技術(shù)路線圖的核心，預(yù)計(jì)將成為下一代AI芯片的主流封裝方案。

六、CoWoS封裝技術(shù)的市場應(yīng)用

CoWoS封裝技術(shù)的應(yīng)用場景高度聚焦于高算力需求領(lǐng)域：

• AI算力芯片：英偉達(dá)Hopper系列（A100/H100）、Blackwell系列GPU

• HBM存儲集成：CoWoS-S5支持8個(gè)HBM堆棧，CoWoS-L可擴(kuò)展至12個(gè)HBM3

• 云計(jì)算ASIC：博通、Marvell等企業(yè)為谷歌、亞馬遜定制ASIC芯片

隨著AI芯片需求的持續(xù)增長，CoWoS產(chǎn)能也在快速擴(kuò)張。據(jù)2024年數(shù)據(jù)，全球CoWoS月產(chǎn)能已接近4萬片，預(yù)計(jì)2025年將躍升至9.2萬片（臺積電占8萬片）。

CoWoS封裝清洗-合明科技錫膏助焊劑清洗劑介紹：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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主營產(chǎn)品包括：集成電路與先進(jìn)封裝清洗材料、電子焊接助焊劑、電子環(huán)保清洗設(shè)備、電子輔料等。

半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)：FlipChip ;2D/2.5D/3D堆疊集成;COB綁定前清洗；晶圓級封裝；高密度SIP焊后清洗；功率電子清洗。