這是一份關(guān)于多芯片封裝CoWoS技術(shù)發(fā)展與市場核心應(yīng)用的全面解析。

多芯片封裝之王：CoWoS技術(shù)發(fā)展與市場核心應(yīng)用全面解析

在摩爾定律逐漸失靈的今天，單純依靠縮小晶體管尺寸來提升芯片性能已變得愈發(fā)困難且昂貴。于是，半導(dǎo)體行業(yè)將目光投向了“超越摩爾定律”的路徑，其中，先進封裝技術(shù)扮演了至關(guān)重要的角色。而CoWoS，正是這片新藍海中的皇冠明珠。

一、 CoWoS是什么？核心技術(shù)原理剖析

CoWoS是臺積電推出的一種2.5D先進封裝技術(shù)，其全稱為 Chip-on-Wafer-on-Substrate。

我們可以將其拆解為三個步驟來理解：

1. Chip-on-Wafer：首先，將多個預(yù)先制造好的、不同功能的芯片（稱為“小芯片”或Chiplets），通過微凸塊技術(shù)，高密度地安裝到一個硅中介層上。這個硅中介層本身是一片硅晶圓。

2. Wafer-on-Substrate：然后，將這個已經(jīng)集成了多個芯片的硅中介層，像普通芯片一樣，封裝到一塊更大的常規(guī)封裝基板上。

3. 最終成型：基板再與印刷電路板連接，完成整個封裝過程。

CoWoS的核心創(chuàng)新在于“硅中介層”：

• 高密度互連：中介層內(nèi)部有密密麻麻的硅通孔和布線層，其線路密度和帶寬遠高于傳統(tǒng)的有機基板。它充當一個“超級高速公路”，讓其上方的多個芯片（如CPU、GPU、HBM等）能夠以極高的速度和帶寬進行通信。

• 異質(zhì)集成：允許將不同工藝節(jié)點、不同功能、甚至來自不同供應(yīng)商的芯片集成在一起。例如，可以用最先進的5nm工藝制造邏輯芯片，同時用成本更優(yōu)的成熟工藝制造I/O芯片，并與第三方HBM內(nèi)存堆疊在一起。

形象比喻：
傳統(tǒng)的芯片封裝像是讓每個家庭成員（芯片）住在獨立的平房里，通過狹窄的鄉(xiāng)村公路（PCB走線）通信。而CoWoS則是讓所有家庭成員住進一棟配備了高速電梯和內(nèi)部走廊的摩天大樓（硅中介層） 里，成員間的溝通效率極高，而這棟大樓再作為一個整體坐落在社區(qū)（基板）中。

二、 CoWoS的技術(shù)演進路線圖

臺積電自2012年推出第一代CoWoS以來，持續(xù)對其進行迭代升級，主要圍繞增大中介層面積、提升互連密度、降低成本三個方向。

下一代方向：

• 更大尺寸：挑戰(zhàn)半導(dǎo)體制造極限，制造超過標線尺寸（~1700mm2）的“超大中介層”。

• 光學互連：在未來，可能在中介層中集成光波導(dǎo)，用光信號代替電信號，實現(xiàn)更高帶寬和更低功耗。

三、 市場核心應(yīng)用全面解析

CoWoS技術(shù)并非適用于所有芯片，其高昂的成本決定了它主要用于那些對算力、帶寬、能效有極致要求的“金字塔頂端”應(yīng)用。

1. 人工智能與高性能計算 - 最核心的驅(qū)動力

• 應(yīng)用場景：AI訓(xùn)練與推理、大型語言模型、科學計算、氣候模擬等。

• 為何需要CoWoS：現(xiàn)代的AI加速器（如NVIDIA H100/B200）需要將龐大的GPU核心與海量的HBM內(nèi)存緊密耦合。HBM提供高達TB/s級別的帶寬，只有CoWoS的中介層才能滿足這種極致的帶寬需求，同時將整個系統(tǒng)做小，降低通信延遲和功耗。

• 市場地位：這是CoWoS當前最大、最核心的市場，幾乎所有的頂級AI芯片都依賴于CoWoS技術(shù)。

2. 高端網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心

• 應(yīng)用場景：數(shù)據(jù)中心交換芯片、智能網(wǎng)卡、DPU。

• 為何需要CoWoS：隨著數(shù)據(jù)速率向800G、1.6T邁進，交換芯片需要極高的內(nèi)部數(shù)據(jù)吞吐量。通過CoWoS集成多個核心、高速SerDes和HBM，可以打造出性能怪獸級的網(wǎng)絡(luò)芯片，滿足超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的需求。

3. 高端FPGA

• 應(yīng)用場景：通信加速、軍事航天、原型驗證。

• 為何需要CoWoS：這是CoWoS技術(shù)的“起源地”。高端FPGA通過集成多個FPGA邏輯單元、高速收發(fā)器和HBM，實現(xiàn)了前所未有的靈活性和性能，可用于最復(fù)雜的硬件加速任務(wù)。

4. 異構(gòu)計算與Chiplet生態(tài)系統(tǒng)

• 應(yīng)用場景：未來通用CPU、SoC。

• 為何需要CoWoS：隨著Chiplet（小芯片）理念的普及，像AMD的EPYC系列服務(wù)器CPU已經(jīng)通過類似2.5D技術(shù)（但其采用成本更低的TSV-less技術(shù)）集成多個計算芯粒。CoWoS-L等更經(jīng)濟的變體，為未來將CPU、GPU、NPU、IO芯粒等“混搭”集成提供了理想平臺，是實現(xiàn)“量身定制”芯片的關(guān)鍵。

四、 市場格局、挑戰(zhàn)與未來展望

1. 市場格局

• 領(lǐng)導(dǎo)者：臺積電在CoWoS領(lǐng)域擁有絕對的技術(shù)和市場領(lǐng)先地位，是其先進封裝業(yè)務(wù)的“壓艙石”。

• 競爭者：英特爾力推其2.5D EMIB和3D Foveros技術(shù)；三星電子有I-Cube、H-Cube和X-Cube；AMD等芯片設(shè)計公司也在推動相關(guān)標準和替代方案。

• 關(guān)鍵瓶頸：產(chǎn)能。由于AI芯片需求爆炸式增長，CoWoS產(chǎn)能成為全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的“瓶頸”。臺積電正在積極擴產(chǎn)，但產(chǎn)能完全釋放仍需時間。

2. 主要挑戰(zhàn)

• 成本高昂：硅中介層的制造、TSV工藝等都增加了額外的成本，僅適用于高端市場。

• 熱管理難題：將多個高功耗芯片緊密集成，產(chǎn)生巨大的熱量密度，對散熱方案提出了極致挑戰(zhàn)。

• 設(shè)計與測試復(fù)雜：3D/2.5D設(shè)計需要全新的EDA工具和設(shè)計流程，測試也變得異常復(fù)雜。

• 良率問題：多個芯片集成，總良率是各個芯片良率的乘積，對單個芯片的良率要求極高。

3. 未來展望

• 與3D IC融合：未來的方向是“CoWoS + SoIC”，即在2.5D集成的基礎(chǔ)上，進一步進行3D堆疊，實現(xiàn)更極致的性能與能效。

• 產(chǎn)能擴張與成本優(yōu)化：隨著技術(shù)成熟和規(guī)模效應(yīng)，CoWoS的成本有望逐步下降，應(yīng)用范圍將從超高端向高端滲透。

• 推動Chiplet標準化：CoWoS的成功將極大地促進UCIe等Chiplet互連標準的普及，形成一個繁榮的Chiplet生態(tài)系統(tǒng)。

總結(jié)

CoWoS已從一項前沿技術(shù)，發(fā)展成為驅(qū)動AI革命和高性能計算進步的基石性工藝。它完美地體現(xiàn)了“異質(zhì)集成”與“超越摩爾”的核心理念，通過系統(tǒng)級創(chuàng)新，在晶體管微縮之外開辟了新的性能增長路徑。盡管面臨成本、熱管理和產(chǎn)能的挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷演進和市場的持續(xù)需求，CoWoS及其衍生技術(shù)必將在未來的算力時代扮演更加核心的角色，成為高端芯片不可或缺的“賦能平臺”。

多芯片封裝CoWoS技術(shù)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，就會作為一個長期的使用和運行方式。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、灰塵、塵埃等，這些污染物會導(dǎo)致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、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，嚴重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，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)自主提供強有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。

合明科技致力于為SMT電子表面貼裝清洗、功率電子器件清洗及先進封裝清洗提供高品質(zhì)、高技術(shù)、高價值的產(chǎn)品和服務(wù)。合明科技 （13691709838）Unibright 是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的國家高新技術(shù)、專精特新企業(yè)，具有二十多年的水基清洗工藝解決方案服務(wù)經(jīng)驗，掌握電子制程環(huán)保水基清洗核心技術(shù)。水基技術(shù)產(chǎn)品覆蓋從半導(dǎo)體芯片封測到 PCBA 組件終端的清洗應(yīng)用。是IPC-CH-65B CN《清洗指導(dǎo)》標準的單位。合明科技全系列產(chǎn)品均為自主研發(fā)，具有深厚的技術(shù)開發(fā)能力，擁有五十多項知識產(chǎn)權(quán)、專利，是國內(nèi)為數(shù)不多擁有完整的電子制程清洗產(chǎn)品鏈的公司。合明科技致力成為芯片、電子精密清洗劑的領(lǐng)先者。以國內(nèi)自有品牌，以完善的服務(wù)體系，高效的經(jīng)營管理機制、雄厚的技術(shù)研發(fā)實力和產(chǎn)品價格優(yōu)勢，為國內(nèi)企業(yè)、機構(gòu)提供更好的技術(shù)服務(wù)和更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。合明科技的定位不僅是精湛技術(shù)產(chǎn)品的提供商，另外更具價值的是能為客戶提供可行的材料、工藝、設(shè)備綜合解決方案，為客戶解決各類高端精密電子、芯片封裝制程清洗中的難題，理順工藝，提高良率，成為客戶可靠的幫手。

合明科技憑借精湛的產(chǎn)品技術(shù)水平受邀成為國際電子工業(yè)連接協(xié)會技術(shù)組主席單位，編寫全球首部中文版《清洗指導(dǎo)》IPC標準（標準編號：IPC-CH-65B CN）(“Guidelines for Cleaning of Printed Boards and Assemblies”)，IPC標準是全球電子行業(yè)優(yōu)先選用標準，是集成電路材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟會員成員。

主營產(chǎn)品包括：集成電路與先進封裝清洗材料、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：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。