CoWoS 封装技术揭秘

张明 0 2024-04-18

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CoWoS

芯片封装由 2D 向 3D 发展的过程中，衍生出多种不同的封装技术。其中，2.5D 封装是一种先进的异构芯片封装，可以实现从成本、性能到可靠性的完美平衡。

目前 CoWoS 封装技术已经成为了众多国际算力芯片厂商的首选，是高端性能芯片封装的主流方案之一。我们认为，英伟达算力芯片的需求增长大幅提升了 CoWos 的封装需求，CoWos 有望进一步带动先进封装加速发展。

CoWos 技术是高端性能封装的主流方案

全球各大厂对纷纷对先进封装技术注册独立商标。近年来，在先进封装飞速发展的背景下，开发相关技术的公司都将自己的技术独立命名注册商标，如台积电的 lnFO、CoWoS，日月光的 FoCoS，Amkor 的 SLIM、SWIFT，三星的 I-Cube、H-Cube 以及 Intel 的 Foveros、EMIB 等。台积电的 CoWos 技术是高端性能封装的主流方案之一。

我们认为，随着 2.5D 和 3D 封装解决方案变得越来越复杂，先进封装主要参与者的封装组合也在增加。根据 Yole《High End Performance Packaging 2022》，高端性能封装平台包括例如超高密度扇出型封装（UHD FO）、嵌入式硅桥（Embedded Si Bridge）、硅中介层（Si Interposer）、三维堆栈内存（3D StackMemory）以及 3D SoC 技术。嵌入式硅桥有两种解决方案：LSI（台积电）和 EMIB（英特尔）。硅中介层技术包括台积电的 CoWoS、三星的 X-Cube以及英特尔的 Foveros 等解决方案。EMIB 与 Foveros 的结合产生了 CoEMIB 技术，主要应用于英特尔的 Ponte Vecchio 平台。三维堆栈内存分为三类,分别为 HBM、3DS 和 3D NAND 堆栈。

CoWoS 的主要优势是节约空间、增强芯片之间的互联性和降低功耗。

在过去十年，CoWoS 封装已经经过了五代的发展。目前采用 CoWoS 封装的产品主要分布于消费领域和服务器领域，包括英伟达、AMD 等推出的算力加速卡。CoWoS 被应用于制造英伟达 GPU 所需要的工艺流程中，具备高技术壁垒特点，目前需求较大。

同时，CoWoS平台为高性能计算应用提供了同类最佳的性能和最高的集成密度。这种晶圆级系统集成平台可提供多种插层尺寸、HBM 立方体数量和封装尺寸。它可以实现大于 2 倍封装尺寸（或约 1,700 平方毫米）的中阶层，集成具有四个以上 HBM2/HBM2E 立方体的领先 SoC 芯片

我们认为，CoWoS 封装技术具备高集成度、高性能、芯片组合灵活性以及优秀稳定性与可靠性等特点，随着技术的不断进步和市场需求的增长，CoWoS 封装技术有望在未来继续取得突破，并在多重领域中得到应用。

CoWoS 工艺流程包含多项步骤，根据中国台湾大学资料，我们总结CoWoS 封装流程可大致划分为三个阶段。在第一阶段，将裸片（Die）与中介层（Interposer）借由微凸块（uBump）进行连接，并通过底部填充（Underfill）。

在第二阶段，将裸片（Die）与载板（Carrier）相连接，根据艾邦半导体网，封装基板（载板）是一类用于承载芯片的线路板，属于 PCB 的一个技术分支，也是核心的半导体封测材料，具有高密度、高精度、高性能、小型化及轻薄化的特点，可为芯片提供支撑、散热和保护的作用，同时也可为芯片与 PCB 母板之间提供电气连接及物理支撑。在裸片与载板相连接后，利用化学抛光技术（CMP）将中介层进行薄化，此步骤目的在于移除中介层凹陷部分。

在第三阶段，切割晶圆形成芯片，并将芯片连结至封装基板。最后加上保护封装的环形框和盖板，使用热介面金属（TIM）填补与盖板接合时所产生的空隙。

CoWoS 封装技术应用广泛，目前主要应用于高性能计算、通信网络、图像处理以及汽车电子等相关领域。在高性能计算领域，CoWoS 封装具备整合多个处理器芯片、高速缓存和内存于同一封装中的能力，从而实现卓越的计算性能和数据吞吐量，这一特性在数据中心、超级计算机和人工智能应用领域具有突出的重要性，目前 CoWoS 产品聚焦于具备 HBM 记忆模块的高端产品。

目前随着 Ai 浪潮兴起，高性能加速卡在需求端大幅上升，CoWoS 主要针对高性能计算（HPC）市场，需求量较大。

内容来源：Optical Fiber Communication

责任编辑：展源

审　　核：何发

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