CoWoS技术发展与市场应用解析及 多芯片封装清洗介绍

这是一份关于多芯片封装CoWoS技术发展与市场核心应用的全面解析。

多芯片封装之王：CoWoS技术发展与市场核心应用全面解析

在摩尔定律逐渐失灵的今天，单纯依靠缩小晶体管尺寸来提升芯片性能已变得愈发困难且昂贵。于是，半导体行业将目光投向了“超越摩尔定律”的路径，其中，先进封装技术扮演了至关重要的角色。而CoWoS，正是这片新蓝海中的皇冠明珠。

一、 CoWoS是什么？核心技术原理剖析

CoWoS是台积电推出的一种2.5D先进封装技术，其全称为 Chip-on-Wafer-on-Substrate。

我们可以将其拆解为三个步骤来理解：

1. Chip-on-Wafer：首先，将多个预先制造好的、不同功能的芯片（称为“小芯片”或Chiplets），通过微凸块技术，高密度地安装到一个硅中介层上。这个硅中介层本身是一片硅晶圆。

2. Wafer-on-Substrate：然后，将这个已经集成了多个芯片的硅中介层，像普通芯片一样，封装到一块更大的常规封装基板上。

3. 最终成型：基板再与印刷电路板连接，完成整个封装过程。

CoWoS的核心创新在于“硅中介层”：

• 高密度互连：中介层内部有密密麻麻的硅通孔和布线层，其线路密度和带宽远高于传统的有机基板。它充当一个“超级高速公路”，让其上方的多个芯片（如CPU、GPU、HBM等）能够以极高的速度和带宽进行通信。

• 异质集成：允许将不同工艺节点、不同功能、甚至来自不同供应商的芯片集成在一起。例如，可以用最先进的5nm工艺制造逻辑芯片，同时用成本更优的成熟工艺制造I/O芯片，并与第三方HBM内存堆叠在一起。

形象比喻：
传统的芯片封装像是让每个家庭成员（芯片）住在独立的平房里，通过狭窄的乡村公路（PCB走线）通信。而CoWoS则是让所有家庭成员住进一栋配备了高速电梯和内部走廊的摩天大楼（硅中介层） 里，成员间的沟通效率极高，而这栋大楼再作为一个整体坐落在社区（基板）中。

二、 CoWoS的技术演进路线图

台积电自2012年推出第一代CoWoS以来，持续对其进行迭代升级，主要围绕增大中介层面积、提升互连密度、降低成本三个方向。

下一代方向：

• 更大尺寸：挑战半导体制造极限，制造超过标线尺寸（~1700mm²）的“超大中介层”。

• 光学互连：在未来，可能在中介层中集成光波导，用光信号代替电信号，实现更高带宽和更低功耗。

三、 市场核心应用全面解析

CoWoS技术并非适用于所有芯片，其高昂的成本决定了它主要用于那些对算力、带宽、能效有极致要求的“金字塔顶端”应用。

1. 人工智能与高性能计算 - 最核心的驱动力

• 应用场景：AI训练与推理、大型语言模型、科学计算、气候模拟等。

• 为何需要CoWoS：现代的AI加速器（如NVIDIA H100/B200）需要将庞大的GPU核心与海量的HBM内存紧密耦合。HBM提供高达TB/s级别的带宽，只有CoWoS的中介层才能满足这种极致的带宽需求，同时将整个系统做小，降低通信延迟和功耗。

• 市场地位：这是CoWoS当前最大、最核心的市场，几乎所有的顶级AI芯片都依赖于CoWoS技术。

2. 高端网络与数据中心

• 应用场景：数据中心交换芯片、智能网卡、DPU。

• 为何需要CoWoS：随着数据速率向800G、1.6T迈进，交换芯片需要极高的内部数据吞吐量。通过CoWoS集成多个核心、高速SerDes和HBM，可以打造出性能怪兽级的网络芯片，满足超大规模数据中心的需求。

3. 高端FPGA

• 应用场景：通信加速、军事航天、原型验证。

• 为何需要CoWoS：这是CoWoS技术的“起源地”。高端FPGA通过集成多个FPGA逻辑单元、高速收发器和HBM，实现了前所未有的灵活性和性能，可用于最复杂的硬件加速任务。

4. 异构计算与Chiplet生态系统

• 应用场景：未来通用CPU、SoC。

• 为何需要CoWoS：随着Chiplet（小芯片）理念的普及，像AMD的EPYC系列服务器CPU已经通过类似2.5D技术（但其采用成本更低的TSV-less技术）集成多个计算芯粒。CoWoS-L等更经济的变体，为未来将CPU、GPU、NPU、IO芯粒等“混搭”集成提供了理想平台，是实现“量身定制”芯片的关键。

四、 市场格局、挑战与未来展望

1. 市场格局

• 领导者：台积电在CoWoS领域拥有绝对的技术和市场领先地位，是其先进封装业务的“压舱石”。

• 竞争者：英特尔力推其2.5D EMIB和3D Foveros技术；三星电子有I-Cube、H-Cube和X-Cube；AMD等芯片设计公司也在推动相关标准和替代方案。

• 关键瓶颈：产能。由于AI芯片需求爆炸式增长，CoWoS产能成为全球半导体供应链的“瓶颈”。台积电正在积极扩产，但产能完全释放仍需时间。

2. 主要挑战

• 成本高昂：硅中介层的制造、TSV工艺等都增加了额外的成本，仅适用于高端市场。

• 热管理难题：将多个高功耗芯片紧密集成，产生巨大的热量密度，对散热方案提出了极致挑战。

• 设计与测试复杂：3D/2.5D设计需要全新的EDA工具和设计流程，测试也变得异常复杂。

• 良率问题：多个芯片集成，总良率是各个芯片良率的乘积，对单个芯片的良率要求极高。

3. 未来展望

• 与3D IC融合：未来的方向是“CoWoS + SoIC”，即在2.5D集成的基础上，进一步进行3D堆叠，实现更极致的性能与能效。

• 产能扩张与成本优化：随着技术成熟和规模效应，CoWoS的成本有望逐步下降，应用范围将从超高端向高端渗透。

• 推动Chiplet标准化：CoWoS的成功将极大地促进UCIe等Chiplet互连标准的普及，形成一个繁荣的Chiplet生态系统。

总结

CoWoS已从一项前沿技术，发展成为驱动AI革命和高性能计算进步的基石性工艺。它完美地体现了“异质集成”与“超越摩尔”的核心理念，通过系统级创新，在晶体管微缩之外开辟了新的性能增长路径。尽管面临成本、热管理和产能的挑战，但随着技术的不断演进和市场的持续需求，CoWoS及其衍生技术必将在未来的算力时代扮演更加核心的角色，成为高端芯片不可或缺的“赋能平台”。

多芯片封装CoWoS技术清洗- 锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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