先进封装之CoWoS封装系列详解

CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）是台积电开发的2.5D先进封装手艺，自2011年推出后已历经5次手艺迭代。台积电将CoWoS封装手艺分为三种类型——CoWoS-S、CoWoS-R和CoWoS-L，它们在质料、结构、性能和应用场景上保存显着差别。以下是对各系列封装手艺的详细剖析：

一、CoWoS-S（Silicon Interposer）

特点：

• 使用纯硅中介层作为主要毗连前言

• 硅中介层最大面积受限约2500平方毫米（受光刻机台限制）

• 具有最高密度的I/O互连（中介层线宽/线距<1μm）

• 信号传输性能最优，延迟最低

• 本钱最高，制造工艺最为重大

手艺参数：

• HBM支持：最多8个HBM3

• SoC集成：1-2个SoC + 8个HBM

• 面积限制：约2500mm?（约即是2倍掩模版尺寸）

• 信号完整性：最佳，适合超高带宽需求

适用特征：

• 适用于对性能要求极高的高端AI芯片

• 主流应用场景：NVIDIA H100、AMD MI300等顶级GPU

• 适合数据中心、高性能盘算（HPC）和AI加速器

• 成熟度最高，现在市场主流计划

二、CoWoS-R（RDL Interposer）

特点：

• 使用重新布线层（RDL）中介层

• 接纳非凝胶型热界面质料（TIM）优化热治理和良率

• 中介板面积可达3.3倍光罩面积（H100仅为2.2倍）

• RDL内插器最多由6层铜层组成，间距为4微米(2微米线宽/间距)

• 提供优异的信号和电源完整性性能，RC值更低

手艺参数：

• HBM支持：未明确详细数目，但低于CoWoS-L

• SoC集成：适合弹性封装设计，本钱敏感型应用

• 面积优势：突破了古板硅中介层的尺寸限制

• 电气性能：RDL互连提供精彩的信号和电源完整性

适用特征：

• 适用于对本钱较为敏感的AI ASIC应用

• 适合网通装备、边沿AI和中端效劳器

• 与CoWoS-S相比，本钱更低，设计弹性更大

• 现在处于手艺储备阶段，尚未大规模量产

三、CoWoS-L（Local Silicon Interconnect and RDL Interposer）

特点：

• 连系局部硅互连（LSI）和RDL中介层

• 本钱介于CoWoS-S和CoWoS-R之间

• 从1.5倍掩模版插入器尺寸起步，设置1个SoC和4个HBM

• 可进一步扩展到更大尺寸，支持多达12颗HBM3

• 保存了CoWoS-S中的硅通孔（TSVs）特征，镌汰大硅中介层的良率问题

• 接纳绝缘通孔（TIVs）替换TSVs，镌汰插入消耗

手艺参数：

• HBM支持：高达12颗HBM3

• SoC集成：1个SoC（可扩展至2个SoC）

• 面积优势：突破2500mm?的硅中介层尺寸限制

• 电气性能：大规模集成电路芯片，通过多层亚微米铜线实现高布线密度

适用特征：

• 融合了CoWoS-S和InFO手艺的优势

• 适用于需要兼顾性能和本钱的应用

• 适合网络装备、通讯基站、高端消耗电子产品

• 台积电定位为未来CoWoS手艺的主流计划

• 2024年已最先推出，预计将成为新一代AI芯片的焦点工艺

四、三大系列比照总结

五、CoWoS手艺的演进趋势

凭证台积电的妄想，CoWoS手艺正从CoWoS-S逐步向CoWoS-L转移，由于：

1. CoWoS-L连系了CoWoS-S的高性能和CoWoS-R的本钱优势

2. CoWoS-L能支持更大宗的HBM堆叠（12颗HBM3 vs CoWoS-S的8颗）

3. CoWoS-L通过小芯片拼接突破了光罩面积限制

4. 台积电高效能封装整合随处长侯上勇称CoWoS-L是"未来蓝图要角"

正如台积电在Semicon Taiwan 2024中所展示的，CoWoS-L已成为台积电CoWoS手艺蹊径图的焦点，预计将成为下一代AI芯片的主流封装计划。

六、CoWoS封装手艺的市场应用

CoWoS封装手艺的应用场景高度聚焦于高算力需求领域：

• AI算力芯片：英伟达Hopper系列（A100/H100）、Blackwell系列GPU

• HBM存储集成：CoWoS-S5支持8个HBM客栈，CoWoS-L可扩展至12个HBM3

• 云盘算ASIC：博通、Marvell等企业为谷歌、亚马逊定制ASIC芯片

随着AI芯片需求的一连增添，CoWoS产能也在快速扩张。据2024年数据，全球CoWoS月产能已靠近4万片，预计2025年将跃升至9.2万片（台积电占8万片）。

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