CoWoS:随AI起飞的高端半导体封装技术

HOTKING2019-10-25 12:00:00芯片封装

CoWoS是指衬底上晶圆级芯片封装,是英文Chip on Wafer on Substrate的缩写,属于一种集成型先进半导体封装技术。其缺点是成本太过高昂,只有苹果、赛灵思(Xilinx)、台积电等少数一线厂商采用。

CoWoS是指衬底上晶圆级芯片封装,是英文Chip on Wafer on Substrate的缩写,属于一种集成型先进半导体封装技术。其缺点是成本太过高昂,只有苹果、赛灵思(Xilinx)、台积电等少数一线厂商采用。

CoWoS是晶圆段延伸的先进封装技术,先将半导体芯片通过Chip on Wafer(CoW)的封装制程连接至矽晶圆,再把此CoW芯片与基板连结,集成而成CoW-on-Substrate。

CoWoS封装结构
CoWoS封装结构

台积电曾经是推广CoWoS技术最力的主要厂商,在2011年推出CoWoS技术后很快在2013年开始量产。凭借CoWoS技术,台积电可以为投片客户提供涵盖下游封装测试的整套服务,也可让投片客户享受到芯片封装尺寸更小,I/O性能表现更好的优势。此外,CoWoS也被台积电视为布局2.5D/3D IC的重要试金石。

2014年底,只有赛灵思(Xilinx)、Altera两家可程式逻辑门阵列客户采用CoWoS半导体封装技术,原因是成本太过高昂。虽然经历了艰难时刻,AI的出现让CoWoS新客户大量出现:

2016年,随着制程推进到16纳米FinFET时,以及异质芯片整合趋势成形,台积电开始为NVIDIA和Avago/Boardcom采用CoWoS封装。

Xilinx采用CoWoS封装技术的FPGA产品架构
Xilinx采用CoWoS封装技术的FPGA产品架构

2016年,Nvidia推出首款采用CoWoS封装的绘图芯片GP100,为全球AI热潮拉开序幕。

2017年,Google在AlphaGo中使用的TPU 2.0也采用CoWoS封装。

2017年,英特尔的Nervana也不例外的交由台积电代工,采用CoWoS封装。

由于产能供不应求,台积电首度扩充CoWoS半导体封测产能。

目前,第三代CoWoS封装技术能够提供现行约26x32mm倍缩光罩;而将于2019年量产的第四代CoWoS能提供现行2倍倍缩光罩,约1700平方毫米;而将于2020年量产的第五代CoWoS能提供现行3倍倍缩光罩,约2500平方毫米。

由于倍缩光罩尺寸越大,可搭载更多不同的芯片、提供更大的核心面积、有更多的接脚数,让芯片功能更多元化、提升算力,最新、最高阶的芯片都必须用CoWoS半导体封装技术,这可以让产品的效能提升3-6倍。目前,CoWoS已经获得NVIDIA、AMD、Google、XilinX、华为海思等高端芯片厂商的订单。