先进封装行业新技术前瞻专题系列(七)：CoWoS五问五答.pdf

Q1

CoWoS是什么？

CoWoS是一种先进的封装技术，能够将多个芯片堆叠在一起，然后封装在一个基板上，形成一个紧凑且高效的单元。

在芯片制造领域，前道、中道和后道指的是半导体生产过程中的三个主要阶段，具体如下：

前道（Front-EndManufacturing）：前道工艺主要涉及晶圆制造，这是在空白的硅片上完成电路加工的过程，包括光刻、刻蚀、薄膜生长、

离子注入、清洗、CMP（化学机械抛光）和量测等工艺步骤。这个阶段的目标是在硅片上形成晶体管和其他有源器件，以及多层互连结构。

中道（Middle-EndManufacturing）：中道是介于晶圆制造和封装测试之间的一个环节，有时也被称作“Bumping”。它通常指的是在晶

圆上形成的凸点（Bumps），这些凸点用于后续的封装过程，使得芯片能够与外部电路连接。中道制造随着高密度芯片需求的增长而变得

越来越重要，尤其是在倒装芯片（Flip-Chip）技术中。

后道（Back-EndManufacturing）：后道工艺主要涉及封装和测试。包括减薄、划片、装片、引线键合、模塑、电镀、切筋/成型和终测

等步骤。这个阶段的目标是将圆形的硅片切割成单独的芯片颗粒，完成外壳封装，并进行电气测试以确保性能符合标准。

图1：半导体生产过程

资料来源：CSDN，东兴证券研究所

目前集成电路前道制程工艺发展受限，但随着大模型和AIGC等新兴应用场景的快速发展，科技产业对于芯片性能的要求日益提高，越来

越多集成电路企业转向后道先进封装工艺寻求先进技术方案，以确保产品性能的持续提升。2.5D封装、3D封装等均被认为属于先进封装

范畴。

2.5D封装：这种封装方式是将芯片堆叠在中介层之上，通过微小的金属线连接不同的芯片，实现电子信号的整合。

3D封装：更进一步，3D封装技术允许芯片垂直堆叠，这为高性能逻辑芯片和SoC（SystemonChip）的制造提供了可能。

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ChiponWafer（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。

图2：CoWoS结构由CoW和基板oS连接整合而成

资料来源：钟毅等《芯片三维互连技术及异质集成研究进展》，东兴证券研究所

2011年台积电开发出的第一代CoWoS-S硅中介层最大面积为775mm²，已经接近掩膜版的曝光尺寸极限（858mm²），对此，台积电研发

出光罩拼接技术突破了该瓶颈，光罩拼接即两个光罩组合，产生重合部分的RDL互联需做到一致。

突破光罩限制后，2014年台积电第二代CoWoS-S产品的硅中介层面积达到1150mm²，第三代、第四代、第五代、第六代硅中介层面积分

别为1245mm²、1660mm²、2500mm²、3320mm²，对应的集成芯片数量分别为1个soc+4个HBM（内存16GB）、1个soc+6个HBM（内存

48GB）、2个soc+8个HBM（内存128GB）、2个soc+12个HBM。

硅转接板面积不断增加，便于集成更多元器件，从第三代开始，CoWoS由同质集成转变为异质集成。第五代芯片不仅对逻辑与内存进行

了改进，还针对硅中介层的RDL、TSV进行改进，在硅中介层加入了eDTC（嵌入式深沟槽电容器）以进一步稳定电源系统。

图3:CoWoS发展历程

资料来源：网易，东兴证券研究所

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-S(SiliconInterposer):使CoWoS-R(RDLInterposer):使CoWoS-L(LocalSilicon

用硅中介层作为主要的连接媒介。用重新布线层（RDL）中介层。InterconnectandRDLInterposer):

这种结构通常具有高密度的I/O互这种类型的封装主要用于降低成结合局部硅互连和RDL中介层，

连，适合高性能计算和大规模集本和适应不同类型的器件连接需利用两者的优点以实现更高效的

成电路的需求。硅中介层的优势