什么是CoWoS？ 用最簡單的方式帶你了解半導(dǎo)體封裝！
2023-10-17 17:57
過去數(shù)十年來，為了擴(kuò)增芯片的晶體管數(shù)量以推升運算效能，半導(dǎo)體制造技術(shù)已從1971年10,000nm制程進(jìn)步至2022年3nm制程，逐漸逼近目前已知的物理極限，但隨著人工智能、AIGC等相關(guān)應(yīng)用高速發(fā)展，設(shè)備端對于核心芯片的效能需求將越來越高; 在制程技術(shù)提升可能遭遇瓶頸，但是運算資源需求持續(xù)走高的情況下，透過先進(jìn)封裝技術(shù)提升芯片之晶體管數(shù)量就顯得格外重要。
01 半導(dǎo)體先進(jìn)封裝技術(shù)
這兩年“先進(jìn)封裝”被聊得很多，“封裝”大概可以類比為對電子芯片的保護(hù)殼，保護(hù)電路芯片免受外界環(huán)境的不良影響。當(dāng)然芯片封裝還涉及到固定、散熱增強(qiáng)，以及與外界的電氣、信號互連等問題，而“先進(jìn)封裝”的核心還在“先進(jìn)”二字上，主要是針對 7nm 以下晶圓的封裝技術(shù); 然而，人工智能浪潮下，帶動AI服務(wù)器需求成長，也帶動英偉達(dá)GPU圖形芯片需求，而GPU的CoWoS先進(jìn)封裝產(chǎn)能供不應(yīng)求，那究竟什么是CoWoS？
02 什么是CoWoS？
CoWoS 是一種 2.5D、3D 的封裝技術(shù)，可以分成“CoW”和“WoS”來看。“CoW（Chip-on-Wafer）”是芯片堆疊; “WoS（Wafer-on-Substrate）”則是將芯片堆疊在基板上。CoWoS 就是把芯片堆疊起來，再封裝于基板上，最終形成 2.5D、3D 的型態(tài)，可以減少芯片的空間，同時還減少功耗和成本。下圖為CoWoS封裝示意圖，將邏輯芯片及HBM（高帶寬存儲器）先連接于中介板上，透過中介板內(nèi)微小金屬線來整合左右不同芯片的電子訊號，同時經(jīng)由“硅穿孔（TSV）”技術(shù)來連結(jié)下方基板，最終透過金屬球銜接至外部電路。
而2.5D與3D封裝技術(shù)則是差別在堆疊方式。2.5D 封裝是指將芯片堆疊于中間層之上或透過硅橋連結(jié)芯片，以水平堆疊的方式，主要應(yīng)用于拼接邏輯運算芯片和高帶寬存儲器; 3D 封裝則是垂直堆疊芯片的技術(shù)，主要面向高效能邏輯芯片、SoC 制造。
03 先進(jìn)封裝不在封裝廠完成？
說到先進(jìn)封裝，首先想到的會是臺積電而非傳統(tǒng)封測大廠，因為先進(jìn)封裝已經(jīng)面臨到 7nm 以下，而傳統(tǒng)封裝廠研發(fā)速度已無法跟進(jìn)晶圓制程的腳步，其中 CoWoS 中的 CoW 部分過于精密，只能由臺積電制造，所以才會造就這番景象。同時，臺積電擁有許多全世界的高端客戶，為此“一條龍”的服務(wù)更能同時維持制程與封裝部分的良率，未來面對高階客戶的交付工作也將更為極致。
04 CoWoS的應(yīng)用發(fā)展
高端芯片走向多個小芯片、內(nèi)存，堆疊成為必然發(fā)展趨勢，CoWoS 封裝技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域廣泛，包含高效能運算 HPC、AI 人工智能、數(shù)據(jù)中心、5G、物聯(lián)網(wǎng)、車用電子等等，可以說在未來的各大趨勢，CoWoS 封裝技術(shù)會扮演著相當(dāng)重要的地位。
過去的芯片效能都仰賴半導(dǎo)體制程的改進(jìn)而提升，但隨著元件尺寸越來越接近物理極限，芯片微縮難度越來越高，要保持小體積、高效能的芯片設(shè)計，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不僅持續(xù)發(fā)展先進(jìn)制程，同時也朝芯片架構(gòu)著手改進(jìn)，讓芯片從原先的單層，轉(zhuǎn)向多層堆疊。也因如此，先進(jìn)封裝也成為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵推手之一，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中引領(lǐng)浪潮。
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