先进封装CoWoS概述

什么是CoWoS

CoWoS 严格来说属于2.5D 先进封装技术，由CoW 和oS 组合而来：先将芯片通过Chip on Wafer（CoW）的封装制程连接至硅晶圆，再把CoW 芯片与基板（Substrate）连接，整合成CoWoS。核心是将不同的芯片堆叠在同一片硅中介层实现多颗芯片互联。CoWoS自2011年经台积电开发后，经历5次技术迭代；台积电将CoWoS封装技术分为三种类型——CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L,不同类型在技术特点和应用有所区别。

台积电将CoWoS封装技术分为三种类型——CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L。其主要区别在于中介层的不同：

CoWoS的优势

高度集成：CoWoS封装技术的一个显著特点是它可以实现高度集成，这意味着多个芯片在一个封装中可以实现高度集成，从而可以在更小的空间内提供更强大的功能。这种技术特别适用于那些对空间效率有极高要求的行业，如互联网、5G和人工智能。

高速和高可靠性：由于芯片与晶圆直接相连，CoWoS封装技术可以提高信号传输速度和可靠性。此外，它还能有效地缩短电子器件的信号传输距离，从而减少传输时延和能量损失。

高性价比：相比于传统的封装技术，CoWoS技术可以降低芯片的制造成本和封装成本。这是因为它避免了传统封装技术中的繁琐步骤，如铜线缠绕、耗材成本高等，从而可以提高生产效率和降低成本。

CoWoS的挑战

制造复杂性：CoWoS是一种2.5D/3D集成技术，与前代技术相比，制造复杂性显著增加。制造复杂性直接导致采用这种封装技术的芯片成本增加。

集成和良率挑战：2.5D和3D集成电路需要像任何其他集成电路一样进行测试，以确保它们没有任何制造缺陷。然而，测试2.5D或3D集成电路要困难得多，因为每个晶圆芯片在安装到中介层之前都需要单独测试，安装后还需要再次测试。除此之外，硅通孔(TSV)也需要测试。最后，大型硅中介层特别容易受到制造缺陷的影响，并可能导致产量损失。

电气挑战：信号完整性：逻辑晶圆到基板的互连：随着数据速率的提高，由于TSV的寄生电容和电感，互连的信号传输会变差。为了解决这个问题，努力优化TSV，以最大限度地降低电容和电感。逻辑晶圆芯片到HBM：SoC和HBM之间互连的眼图性能瓶颈归因于互连的寄生电阻和电容。电源完整性：CoWoS封装通常用于具有较高数据切换率和较低工作电压的高性能应用。这使得这些封装容易受到电源完整性挑战。

散热挑战：由于中介层和基板之间的热膨胀系数(CTE) 不同，CoWoS封装会遇到散热问题。使用有机中介层确实可以在一定程度上限制散热问题。使用底部填充材料可以缓冲硅片和基板之间的热失配，从而大大提高焊点的寿命。

国产CoWoS发展

尽管全球市场上CoWoS封装技术几乎被台积电一家独大，但中国大陆芯片产业在CoWoS封装技术方面也取得了一定进展。目前，国内已有一些企业开始涉足CoWoS封装领域，并努力缩小与国际先进水平的差距。

中国大陆芯片产业在CoWoS封装技术方面的研究和发展相对滞后，这主要是由于国内在封装技术领域的积累相对较少，同时缺乏与全球领先企业的合作与交流。然而，近年来，国内一些企业开始加大在CoWoS封装技术方面的研发投入，并取得了一些初步成果。

例如，长电科技、通富微电等企业在传统封装领域已有不俗实力，但在CoWoS这类超高端封装技术上，它们也在努力追赶。长电科技近年来聚焦高性能先进封装技术，在汽车电子、5G通信、高性能计算等领域不断实现创新突破。通富微电也在国内和海外分别设有厂区，从事Chiplet封装，兼顾包括前道interposer的生产。

此外，国内还有一些新兴企业开始涉足CoWoS封装领域，如盛合晶微等。盛合晶微是华为合作体系的厂商，完成华为昇腾和鲲鹏芯片的先进封装，同时也从事Chiplet封装和前道interposer的生产。

在CoWoS封装技术的发展过程中，产业链上下游企业的合作与协同至关重要。国内芯片产业正在加强产业链上下游企业的合作，共同推动CoWoS封装技术的发展。

例如，在封装设备方面，国内已有一些企业开始涉足CoWoS封装设备的研发和生产。芯碁微装的LDI激光直写光刻技术、新益昌的固晶技术、光力科技的划片技术以及劲拓股份的贴片技术等，都是国内封装设备行业的佼佼者。这些企业为国产CoWoS封装技术的发展提供了有力支持。

在封装材料方面，国内也有一些企业开始涉足CoWoS封装材料的研发和生产。江丰电子的靶材、有研新材的电镀镍、飞凯材料的光刻胶和临时键合技术以及强力新材的电镀液和pspi等材料，都是国内封装材料行业的重要组成部分。这些材料为国产CoWoS封装技术的发展提供了有力保障。

文章来源于 志芯 ，作者 JackXu

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