CoWoS產能告急?台積電CoPoS成新方案-軒運科技有限公司-半導體設備廠商

軒運科技股份有限公司

搜尋

半導體設備廠商TOP10-軒運科技有限公司

CoWoS產能告急?台積電CoPoS成新方案

隨著AI 算力需求爆發式成長,晶片尺寸持續做大,傳統12 吋晶圓封裝逐漸逼近物理極限,台積電CoPoS 技術順勢浮出水面,成為業界高度關注的下一代解決方案。同時,這場從圓形晶圓方形面板的封裝形態變革,也將帶動製造流程、生產設備、材料體系全方位重構,上下游供應鏈也將迎來新一輪需求爆發。

近些年,摩爾定律逐步逼近瓶頸,半導體產業的發展重心,從單純的奈米製程製程微縮,慢慢轉向先進封裝技術突破。隨著雲端服務廠商對大語言模式訓練需求持續攀升,AI 加速晶片的設計趨勢已確定:必然要整合更多運算核心、搭配更大容量的高頻寬記憶體(HBM)。在這種架構迭代趨勢下,單顆晶片的效能提升空間日漸受限,如何在封裝層面實現高密度互聯和系統集成,成為拉動算力持續擴容的核心關鍵。
在此產業背景下,CoWoS(晶圓上晶片再封裝基板)已成為目前最具代表性的先進封裝技術之一。從結構來看,CoWoS 可以拆成兩個核心環節:第一步是CoW(晶圓上晶片),把多顆晶片(如GPU、HBM)透過微凸塊製程貼裝在矽中介層上;第二步是WoS(基板上晶圓),再把完成互聯的整片晶圓結構,貼裝到封裝基板(多為ABF 基板上)(多為ABF 基板上)。透過這種分層整合方式,CoWoS 能在矽中介層上實現遠超傳統基板的佈線密度,讓邏輯晶片和記憶體之間搭建海量、高速的訊號傳輸通道。

從圓到方封裝平台大轉變
這套架構的核心優勢,是把原本受限於單顆晶片尺寸、IO 介面數量的硬體系統,透過中介層整合成高頻寬、低時延的整合模組。尤其在AI 和高效能運算場景中,HBM 與運算晶片之間往往需要上千路以上訊號互聯,而CoWoS 具備的高密度重佈線層(RDL)能力,讓它成為目前技術最成熟、已經實現大規模量產的主流方案。
但這套方案也存在天然的結構短板:第一,矽中介層受晶圓尺寸、光刻掩模版規格限制,封裝面積的擴容空間十分有限;第二,矽基製程本身成本偏高、產能存在瓶頸,在AI 需求暴漲的背景下,供需矛盾發;第三,ABF 製程系統存在瓶頸,在AI 需求暴漲的背景下,供需矛盾加發;第三,ABF 包裝基板的整裝供應能力加約
正是在科技瓶頸與產業供需的雙重壓力下,CoPoS(面板上晶片再封裝基板)應運而生,被視為先進封裝架構重要的升級演進方向。它最核心的變化是製造平台切換:從傳統以圓形晶圓為核心的生產體系,轉向以方形面板為載體的封裝模式。
以方形面板RDL 取代傳統矽中介層,最大優勢是能大幅提升單次製程的加工面積。相較於300 毫米晶圓,目前產業研發的面板RDL 主流規格主要有三類:310×310 毫米、515×510 毫米、750×620 毫米。單批可以同時生產更多封裝單元,直接拉低單顆封裝的製造成本。
簡單來說,方形面板的排版利用率遠高於圓形晶圓:圓形晶圓面積利用率僅65% 左右,方形面板能提升至95%,大幅減少邊緣區域材料浪費,對大尺寸AI 晶片適配性尤其好。以英偉達B200 晶片舉例,12 吋圓形晶圓只能排布4 組封裝單元,換成同規格方形面板,保守估算可做到9 至16 組。從面積倍數來看:510×515 毫米方形面板,可用排布空間是12 吋晶圓的4.5 倍;600×600 毫米麵板可達6 倍;700×700 毫米麵板更是能達到8 倍。
從技術原理來講,CoPoS 並不是簡單把CoWoS 原有製程照搬放大到面板尺寸。它最大技術難度之一,是用面板級RDL取代矽中介層,實現同等程度的高密度互聯。 CoWoS 的矽中介層可以做到5~8 微米的線寬線距,而目前主流面板級製程只能做到8~15 微米,兩者還有明顯差距。這種差距會直接影響IO 介面密度和訊號傳輸效能,在HBM 與邏輯晶片需要大量高速互聯通道的場景中,影響會更加明顯。所以CoPoS 後續發展的核心,就是持續把麵板RDL 製程做細、縮小線寬線距,同時透過架構和佈局設計優化,彌補互聯密度上的差距。
 

CoPoS 可望破解AI 晶片產能瓶頸
除了互聯密度,製程精度和材料穩定性也是面板級封裝的核心難題。面板多採用有機基材,熱膨脹係數遠高於矽材料,在多層製程疊加高低溫循環工況下,容易出現面板翹曲變形。而且面板尺寸越大,翹曲效應越明顯,會直接影響光刻對位精度,進而限制製程能做到的最小線寬和孔徑。反觀傳統晶圓工藝,在對位精度控制、材料穩定性上已高度成熟。因此,CoPoS 要實現規模化落地,必須依托高精度面板光刻設備、低膨脹係數基材,再搭配更嚴苛的製程管控技術。