CoWoS 封裝概述

CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）架構通過引入2.5D水平堆疊和3D垂直堆疊配置，徹底顛覆了傳統的芯片封裝方式。這種創新的方法允許將不同的處理器和內存模塊逐層堆疊，通過緊密的芯片間互連，構建出一個高度集成的系統。CoWoS技術利用硅通孔（TSV）和微凸塊技術，與傳統的二維封裝方法相比，顯著縮短了互連長度，降低了功耗，并增強了信號的完整性。

在實際應用中，CoWoS技術能夠將高級處理單元，如GPU和人工智能加速器，與高帶寬內存（HBM）模塊無縫集成。這種集成對于人工智能應用尤為關鍵，因為這些應用對大規模計算能力和快速數據訪問有著極高的要求。通過將處理元件和內存元件緊密配置，CoWoS技術最大限度地減少了延遲，提高了數據吞吐量，為內存密集型任務帶來了前所未有的性能提升。這種集成方式極大地優化了人工智能和其他高性能計算應用的性能，使得處理速度和效率得到了顯著提升。

CoWoS 封裝的優勢

CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封裝技術具有多項顯著優勢，這些優勢使其在高性能計算和先進半導體制造領域中極為重要：

高密度集成：CoWoS技術允許在單一封裝中集成多個芯片，包括處理器、內存和其他功能模塊，實現高密度的系統集成。這種集成方式可以顯著減少芯片間的物理距離，提高整體系統的性能。

縮短互連長度：通過使用硅通孔（TSV）技術，CoWoS能夠實現芯片間的垂直互連，從而大幅縮短信號傳輸路徑，減少信號延遲和功耗。

增強信號完整性：由于互連長度的縮短，信號在傳輸過程中的衰減和干擾減少，從而提高了信號的完整性和可靠性。

降低功耗：更短的互連路徑和優化的電源分布網絡有助于降低整體功耗，這對于移動設備和數據中心等對能效有嚴格要求的應用尤為重要。

提高帶寬和吞吐量：CoWoS技術支持高帶寬內存（HBM）的集成，這種內存技術提供了遠高于傳統DDR內存的帶寬，非常適合需要大量數據處理的應用，如人工智能和圖形處理。

減小封裝尺寸：通過3D堆疊技術，CoWoS可以在較小的封裝尺寸內實現更多的功能和更高的性能，有助于減小電子設備的體積。

提升熱管理效率：CoWoS封裝允許更有效地分布和散熱，有助于在高性能計算中維持穩定的溫度，避免過熱導致的性能下降或損壞。

支持異構集成：CoWoS技術可以集成不同工藝節點的芯片，實現異構集成，這對于整合先進和成熟工藝的芯片非常有用，可以優化成本和性能。

總之，CoWoS封裝技術通過其高集成度、優化的互連和高效的能源利用，為高性能計算和先進半導體應用提供了強大的技術支持。

CoWoS 技術的市場動態

1、需求驅動因素

技術發展：人工智能、云計算、大數據分析和移動計算等技術的發展，推動了對高性能計算設備的需求。

計算能力提升：現代社會對計算能力的高需求促進了人工智能芯片的發展。

市場增長：TrendForce數據顯示，人工智能服務器出貨量大幅增長，預計未來幾年將持續增長。

高端芯片需求：對采用高規格HBM的GPU等高端芯片的需求增加。

2、供需動態

產能緊張：由于需求增長，臺積電的CoWoS封裝產能出現緊張，影響人工智能芯片產出。

市場競爭：其他臺灣公司如聯電、日月光科技控股公司和力成科技正在進入CoWoS高級封裝市場，提供替代解決方案。

目前使用的 CoWoS 技術分為三類：

CoWoS-S：該技術使用單片硅內插件和硅通孔（TSV），以促進芯片和基板之間高速電信號的直接傳輸。不過，單片硅內插層存在良率問題。

CoWoS-R：這項技術用有機插層取代了 CoWoS-S 的硅插層。有機插層具有細間距 RDL，可在 HBM 和芯片甚至芯片和基板之間提供高速連接。與 CoWoS-S 相比，CoWoS-R 具有更高的可靠性和成品率，因為有機中間膜本身具有柔性，可作為應力緩沖器，減輕因基板和中間膜之間的熱膨脹系數不匹配而產生的可靠性問題。

CoWoS-L 封裝：這種封裝使用本地硅互連（LSI）和 RDL 內插件，共同構成重組內插件（RI）。除了 RDL 內插件外，它還保留了 CoWoS-S 的誘人特點，即硅通孔 （TSV）。這也緩解了 CoWoS-S 中由于使用大型硅內插件而產生的良品率問題。在某些實施方案中，它還可以使用絕緣體通孔 （TIV） 代替 TSV，以最大限度地降低插入損耗。

了解 CoWoS 封裝元件

CoWoS-L（Chip-on-Wafer-on-Substrate）是一種高級的芯片末端組裝技術，用于將多個晶圓芯片（如SoC、HBM等）集成到一起。CoWoS-L技術使用中間膜作為關鍵原材料，在其上堆疊晶圓芯片，實現芯片之間的有效連接和通信。

下面是CoWoS-L技術的具體過程：

中間膜制造：首先制造中間膜，這是CoWoS-L技術的關鍵原材料。在中間膜上可以安裝多個晶圓芯片，從而實現芯片之間的有效連接和通信。

TIV（Through-Island Via）制造：在晶圓裸片上制造直通絕緣通孔（TIV），用于連接晶圓芯片和中間膜。

KGD（Known Good Die）安裝：在TIV和晶圓芯片之間填充模塑化合物，使用CMP（Chemical Mechanical Polishing）工藝獲得平面。然后在晶圓芯片上安裝已知良好芯片（KGD）。

RDL（Redistribution Layer）制造：制造兩個RDL層，一層位于中間膜正面，通過μ凸塊連接晶片和基板，另一層RDL位于中間膜背面，通過C4凸塊連接中間膜和基底。

CoWoS 技術的應用

與系統級芯片 （SiP） 等老式封裝技術相比，CoWoS 技術可在封裝中支持更多晶體管。所有需要大量并行計算、處理大矢量數據和需要高內存帶寬的應用都最適合使用這種技術。

CoWoS 的一些應用包括：

圖形處理器 （GPU） 和游戲

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