CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)技术的发展可以追溯到大约15年前,具体来说,是从台积电(TSMC)开始考虑如何克服摩尔定律即将面临的物理限制时开始的。2009年,台积电创始人张忠谋,召回了被称为“蒋爸”的蒋尚义回到公司。蒋尚义提出发展先进封装技术的想法,认为随着摩尔定律逐渐接近极限,必须寻找新的发展方向。当时,台积电的晶圆制造技术已经向更小的纳米级发展,但封装技术中的导线宽度却没有相应缩小。因此,蒋尚义认为进入封装领域可以超越现有技术限制。经过实验,他们发现使用传统封装技术会导致芯片间的数据传输速度损失40%,而先进封装技术可以弥补这一缺陷。蒋尚义获得了张忠谋的支持,得到了400名研发工程师和1亿美元的资金投入,开始研发CoWoS技术。起初,由于成本较高,CoWoS技术并未得到广泛采用,只有Xilinx少量订购。面对客户反馈,蒋尚义没有放弃,而是致力于降低成本,要求团队研发更便宜的版本。经过一年的努力,他们推出了改良版的先进封装技术,这也成为他们日后可以打败三星、Intel的关键因素,随着高性能计算(HPC)和人工智能(AI)领域的需求增长,CoWoS技术因其高集成度和优异性能而受到越来越多的关注。
CoWos技术
CoWos的全称是Chip on Wafer on Substrate,通过在一个硅中介层(Interposer)上集成多个芯片(处理器和存储器),形成一个高性能的封装解决方案。就是先将芯片通过Chip on Wafer(CoW)的封装制程连接至硅晶圆,再把CoW 芯片与基板连接,整合成CoWoS;利用这种封装模式,使得多颗芯片可以封装到一起,透过Si Interposer 互联,达到了封装体积小,功耗低,引脚少的效果。CoWoS 工艺流程包含多项步骤,根据中国台湾大学资料,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)保护芯片与中介层的连接处。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。