先进封装技术之CoWoS封装技术的特点与挑战和先进封装芯片封装清洗介绍

 一、CoWoS封装技术概述

CoWoS封装技术是由台湾积体电路制造公司（TSMC）研发的一种先进的系统级封装（SiP）技术。这项技术最初是为了满足高端市场对高性能计算和人工智能应用的需求而开发的，后来得到了广泛应用，特别是在高性能运算（HPC）、AI人工智能、数据中心、5G、物联网（IoT）和车用电子等领域。

二、CoWoS封装技术的特点

CoWoS是一种先进的半导体封装技术，主要针对7奈米以下的芯片。CoWoS可进一步拆分为CoW和WoS，CoW就是将芯片堆叠在晶圆上(Chip-on-Wafer)，而WoS就是基板上的晶圆(Wafer-on-Substrate)。CoWoS又分成2.5D与3D版本的封装技术，其差别在于堆叠的方式不同。2.5D封装是部分芯片堆叠在基板上，而3D封装则是全部芯片都堆叠在基板上，其中2.5D封装是目前主流且可量产的技术。

如图1所示，2.5D封装为水平堆叠芯片，主要将系统单芯片(SoC)与高频宽记忆体(HBM)设置在中介层(interposer)上，先经由微凸块(micro bump)连结，使中介层内的金属线可电性连接不同的SoC与HBM，以达到各芯片间的电子讯号顺利传输，然后经由硅穿孔(Through-Silicon Via, TSV)技术，来连结下方PCB基板(substrate)，让多颗芯片可封装一起，以达到封装体积小、功耗低、引脚少、成本低等效果。著名的Nvidia的GPU H100更是供不应求，其中H100正是采用台积电的2.5D封装的CoWoS技术。

1. 高度集成 CoWoS封装技术的一个显著特点是它可以实现高度集成，这意味着多个芯片在一个封装中可以实现高度集成，从而可以在更小的空间内提供更强大的功能。这种技术特别适用于那些对空间效率有极高要求的行业，如互联网、5G和人工智能。

2. 高速和高可靠性 由于芯片与晶圆直接相连，CoWoS封装技术可以提高信号传输速度和可靠性。此外，它还能有效地缩短电子器件的信号传输距离，从而减少传输时延和能量损失。

3. 高性价比 相比于传统的封装技术，CoWoS技术可以降低芯片的制造成本和封装成本。这是因为它避免了传统封装技术中的繁琐步骤，如铜线缠绕、耗材成本高等，从而可以提高生产效率和降低成本。

三、CoWoS封装技术的发展历程

1. 技术研发 台积电在2011年开始研发先进封装技术，并在两年后的2013年开发出了CoWoS技术。最初，由于价格昂贵，只有Xilinx使用这项技术。为了吸引更多的客户，台积电随后开发出了一种精简的设计，能够将CoWoS结构尽量简化，并且价格压到原来的五分之一。

2. 技术应用 随着时间的推移，CoWoS技术得到了进一步的发展与应用。例如，苹果公司在iphoness X中采用了CoWoS技术封装A11芯片，从而提高了设备的性能和效率。

3. 技术扩产 为了满足市场需求，台积电计划在2024年底将其CoWoS月产能提升至4.4万片。此外，台积电还计划在2027年继续推进CoWoS封装技术，使其硅中介层尺寸达到光掩模的8倍以上，提供6864平方毫米的空间，以封装4个堆叠式集成系统芯片（SoIC），并与12个HBM4内存堆栈和额外的I/O芯片一起使用。

四、CoWoS封装技术的挑战

尽管CoWoS封装技术有许多优点，但它也面临着一些挑战。其中一个主要问题是产能不足。随着人工智能技术和数据中心GPU需求的激增，台积电的CoWoS先进封装产能出现供不应求的情况。特别是英伟达H100等AI芯片需求量的大幅上升，导致台积电面临CoWoS先进封装技术的产能危机。

2. 技术复杂性 另一个挑战是HBM芯片。随着HBM每次迭代中DRAM数量的同步提升，从HBM2/2E的4到8层升至8到12层再到未来的16层，封装的复杂性和难度也在不断增加。

结论

CoWoS封装技术是台积电的一项重要技术创新，它不仅帮助台积电巩固了在先进封装领域的领先地位，也为许多高端芯片的应用提供了可能。然而，随着市场需求的增长和技术复杂性的增加，台积电和其他相关企业仍需不断努力以克服产能和技术上的挑战。

 五、先进封装芯片封装清洗剂选择：

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。

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

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