先進封裝技術之CoWoS封裝技術的特點與挑戰和先進封裝芯片封裝清洗介紹

 一、CoWoS封裝技術概述

CoWoS封裝技術是由臺灣積體電路制造公司（TSMC）研發的一種先進的系統級封裝（SiP）技術。這項技術最初是為了滿足高端市場對高性能計算和人工智能應用的需求而開發的，后來得到了廣泛應用，特別是在高性能運算（HPC）、AI人工智能、數據中心、5G、物聯網（IoT）和車用電子等領域。

二、CoWoS封裝技術的特點

CoWoS是一種先進的半導體封裝技術，主要針對7奈米以下的芯片。CoWoS可進一步拆分為CoW和WoS，CoW就是將芯片堆疊在晶圓上(Chip-on-Wafer)，而WoS就是基板上的晶圓(Wafer-on-Substrate)。CoWoS又分成2.5D與3D版本的封裝技術，其差別在于堆疊的方式不同。2.5D封裝是部分芯片堆疊在基板上，而3D封裝則是全部芯片都堆疊在基板上，其中2.5D封裝是目前主流且可量產的技術。

如圖1所示，2.5D封裝為水平堆疊芯片，主要將系統單芯片(SoC)與高頻寬記憶體(HBM)設置在中介層(interposer)上，先經由微凸塊(micro bump)連結，使中介層內的金屬線可電性連接不同的SoC與HBM，以達到各芯片間的電子訊號順利傳輸，然后經由硅穿孔(Through-Silicon Via, TSV)技術，來連結下方PCB基板(substrate)，讓多顆芯片可封裝一起，以達到封裝體積小、功耗低、引腳少、成本低等效果。著名的Nvidia的GPU H100更是供不應求，其中H100正是采用臺積電的2.5D封裝的CoWoS技術。

1. 高度集成 CoWoS封裝技術的一個顯著特點是它可以實現高度集成，這意味著多個芯片在一個封裝中可以實現高度集成，從而可以在更小的空間內提供更強大的功能。這種技術特別適用于那些對空間效率有極高要求的行業，如互聯網、5G和人工智能。

2. 高速和高可靠性 由于芯片與晶圓直接相連，CoWoS封裝技術可以提高信號傳輸速度和可靠性。此外，它還能有效地縮短電子器件的信號傳輸距離，從而減少傳輸時延和能量損失。

3. 高性價比 相比于傳統的封裝技術，CoWoS技術可以降低芯片的制造成本和封裝成本。這是因為它避免了傳統封裝技術中的繁瑣步驟，如銅線纏繞、耗材成本高等，從而可以提高生產效率和降低成本。

三、CoWoS封裝技術的發展歷程

1. 技術研發 臺積電在2011年開始研發先進封裝技術，并在兩年后的2013年開發出了CoWoS技術。最初，由于價格昂貴，只有Xilinx使用這項技術。為了吸引更多的客戶，臺積電隨后開發出了一種精簡的設計，能夠將CoWoS結構盡量簡化，并且價格壓到原來的五分之一。

2. 技術應用 隨著時間的推移，CoWoS技術得到了進一步的發展與應用。例如，蘋果公司在iPhone X中采用了CoWoS技術封裝A11芯片，從而提高了設備的性能和效率。

3. 技術擴產 為了滿足市場需求，臺積電計劃在2024年底將其CoWoS月產能提升至4.4萬片。此外，臺積電還計劃在2027年繼續推進CoWoS封裝技術，使其硅中介層尺寸達到光掩模的8倍以上，提供6864平方毫米的空間，以封裝4個堆疊式集成系統芯片（SoIC），并與12個HBM4內存堆棧和額外的I/O芯片一起使用。

四、CoWoS封裝技術的挑戰

盡管CoWoS封裝技術有許多優點，但它也面臨著一些挑戰。其中一個主要問題是產能不足。隨著人工智能技術和數據中心GPU需求的激增，臺積電的CoWoS先進封裝產能出現供不應求的情況。特別是英偉達H100等AI芯片需求量的大幅上升，導致臺積電面臨CoWoS先進封裝技術的產能危機。

2. 技術復雜性 另一個挑戰是HBM芯片。隨著HBM每次迭代中DRAM數量的同步提升，從HBM2/2E的4到8層升至8到12層再到未來的16層，封裝的復雜性和難度也在不斷增加。

結論

CoWoS封裝技術是臺積電的一項重要技術創新，它不僅幫助臺積電鞏固了在先進封裝領域的領先地位，也為許多高端芯片的應用提供了可能。然而，隨著市場需求的增長和技術復雜性的增加，臺積電和其他相關企業仍需不斷努力以克服產能和技術上的挑戰。

 五、先進封裝芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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