如何破除对先进制程的依赖？先进封装是出路之一从CoWoS 到 CoPoS

近期，由Manz亚智科技主办的“FOPLP、TGV、异质整合结构芯片封装技术创新论坛”在苏州成功召开。本次论坛以“‘化圆为方’解锁高效封装 • CoPoS赋能芯未来”为主题，全面探讨当前半导体产业发展局势下，封装产业新机遇以及CoPoS、板级封装、玻璃基板等技术应用与发展潜能。

在论坛开幕致辞中，中国半导体行业协会副秘书长兼封测分会秘书长徐冬梅指出，“自2024 年以来，中国半导体封测行业的市场规模已达数百亿美元。展望 2030年，随着人工智能和通信技术的飞速发展，加之政策的大力扶持，中国半导体封装领域即将迎来新一轮的蓬勃增长。在这一过程中，中国对先进封装技术的投资预计将达到目前的三倍，从而推动整个行业向高端化和专业化迈进。”

值得一提的是，在当前的大环境及集成电路产业背景下，先进封装更为市场和舆论关注。近日中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军教授在其题为《中国芯片设计业要自强不息》的主旨报告中指出，我国集成电路产业应更加关注不依赖先进工艺的设计技术，并提出两条可行路径，其一为架构的创新，其二为微系统集成。所谓微系统集成即包含2.5D/3D封装、Chiplet、FOWLP等先进封装技术。

在算力时代，随着英伟达GPU的破圈大热，其芯片背后的重要功臣——先进封装技术CoWoS也被大众所熟知。通过先进制程+先进封装的组合，台积电赚得盆满钵满。

此前，台积电董事长魏哲家表示，客户对CoWoS先进封装需求远大于供应，尽管台积电今年增加CoWoS产能超过2倍，仍供不应求。至2024年底，台积电CoWoS 月产能约3.5万片，2024全年产出约30至32万片，台积电并规划在2025年底将月产能提高至6万片以上；CoWoS在2022年至 2026年产能CAGR将达50%以上。据报道，为应对市场需求的激增，台积电筹划着对CoWoS先进封装工艺提价，价格可能上涨10%至20%。

在后摩尔时代，先进制程工艺演进逼近物理极限，先进封装成了延续芯片新能持续提升的道路之一，其重要性和价值不可估量，这也是魏少军将微系统集成作为我国集成电路产业不依赖先进工艺的持续迭代路线的原因。

当下，CoWoS技术主要由台积电掌握，其短期内对于CoWoS技术的演进路线，是从CoWoS-S转向更具潜力的CoWoS-L技术，后者在灵活性、经济性等方面较前者更优。更长远来看，产业界认为CoPoS技术将会是CoWoS技术的未来。

Manz集团亚洲区销售副总经理简伟铨表示，“相较于传统封装方式，面板级封装提供了更大的生产灵活性、可扩展性和成本效益，同时能够在一次封装过程中处理更多的芯片，显著提高了封装效率和芯片产能，能有效缓解CoWoS先进封装产能吃紧，导致AI芯片供应不足的问题。”

CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）属于晶圆级封装，其将芯片堆叠起来再封装于基板上，最终形成 2.5D、3D 的形态，能减少芯片空间，还可降低功耗和成本。而CoPoS （Chip-on-Panel-on-Substrate）可以看作是CoWoS的面板化解決方案。

尽管在称谓上只是将CoWoS的wafer（晶圆）换成panel（面板），但实际上涉及调整的地方非常多。如基板的形状从圆形变为方形，硅中介层可替换成玻璃中介层或板级封装RDL材料中介层、BT基板可替换成玻璃基板，在各种互连架构中实现的再分配层，包括RDL interposer (CoWoS-R/ CoWoS-L)和玻璃芯基板上的RDL（玻璃版的FC-BGA）。

从上面可以看出，玻璃基板对于CoPoS 工艺非常重要。

事实上，因具备低热膨胀系数、高机械强度、耐高温性、高布线密度等特点，玻璃基板被视为半导体下一代基板解决方案。早在去年9月份，英特尔便公开宣布其在玻璃核心基板方面的努力。英特尔表示该技术将重新定义芯片封装的边界，为数据中心、人工智能和图形处理提供具有突破性的解决方案，推动摩尔定律的进一步发展。

Manz集团亚洲区总经理林峻生向芯师爷表示，实际上，产业界对于玻璃基板的研究超过了十年，然而一直没能量产落地，之所以如此，是因从技术落地到真正的工业化量产之间的难度非常大。在英特尔带头亮出玻璃基板技术后，业界对于这个议题非常感兴趣，大家都认为只要加大对于技术的投入，便有机会在这方面取得突破。在这个情况之下，很多企业加入到这个赛道当中，不局限于封测、IDM企业，还包括原本做显示面板、做载板的公司。“在大量的投入之下，我们预期这会缩短玻璃载板量产落地的时间，或许三四年之后就能看到比较清晰的进程。”

玻璃基板生产工艺包括前端切磨抛、TGV、半加成、电镀、PVD、CMP、多层RDL等工序，其中TGV 玻璃通孔技术为玻璃基板技术难点，最主要的问题是玻璃材料缺乏类似于硅的深刻蚀工艺。TGV通孔的制备需要满足高速、高精度、窄节距、侧壁光滑、垂直度好以及低成本等一系列要求。激光诱导刻蚀是目前最有大规模使用前景的工艺。

此外，玻璃基板和中介层的制造仍存在不小的技术挑战。Manz集团亚洲区研发部协理李裕正博士表示，玻璃载板的生产模式跟传统载板不一样。在采用激光镭射处理时，能量不能太高，否则会裂。而且，“有些裂纹甚至很难发现。所以在做密度高的线路时就会比硅更难。”李裕正还强调，玻璃非常易碎，有可能在传输过程中因为机械震动而出现破裂情况。这意味着传统晶圆厂中采用天车等运输晶圆的方式能否在玻璃基板上沿用有待观察。

尽管玻璃基板相应技术不算成熟，但业界对其未来一直看好。在这方面大手笔投入的不仅英特尔，三星、台积电等企业也在跟进当中，Manz亚智科技也有相应的规划。据了解，Manz亚智科技在RDL制程经验的基础上进行了前瞻性的技术研发，投入更多研发力量，转向以玻璃基板为基础的架构，聚焦于高密度玻璃基板与多样化化学品等制程材料的合作开发与制程设备整合设计，强调针对不同类型、不同厚度的玻璃达成内接导线金属化制程与TGV玻璃通孔制程技术；以不同温度控制、流态行为控制及化学药液，有效控制玻璃通孔内形状配置及深宽比，满足高纵深比的直通孔、高真圆度等制程工艺需求，以此使芯片具备更高频宽、更大密度和更强散热能力。

“玻璃基板发展得还不够成熟，并非下游的需求不够，反而是下游需求非常强，在推着产业链中上游不断优化技术与工艺。”李裕正博士表示。

半导体行业在诞生至今的几十年里有着长足的发展，其制造与封装的工艺、标准和技术也在这个过程中不断地变化，其间任何一个标准或工艺的落地都不止是一家企业能够完成的，而是需要整个产业链的协同推进。例如，半导体晶圆从200mm走向300mm，正是整个行业在付出极大努力后达成的共识，而未能达成共识的就如同450mm晶圆。

玻璃基板正在尝试完成对传统有机载板的替代，在行业的共同推动下，这似乎成了共识，一旦技术完成突破，其商业量产进程将飞速加快。而Manz亚智科技在创新论坛中所提到的FOPLP/CoPoS面板级封装，则是在挑战行业几十年下来形成的行业习惯。

不过，随着技术的成熟，有着优越电气性能、信号传输完整性的玻璃基板和在灵活性、经济效益上更加的面板级封装将会在行业内得到普及，在下游需求的有效推动下，也会有更多企业加入到其中，并将之作为行业共识来普及。

Manz集团亚洲区总经理林峻生指出：“为了提供客户全方位及多元的RDL生产制程设备解决方案，迎接AI芯片面板级封装的快速成长商机，我们积极整合供应链伙伴，在制程、设备、材料使用上积极布局，并在我们厂内建置试验线，为客户在量产前进行验证。面板级封装将是下一代封装的新势头， Manz亚智科技从 300mm 到 700mm的 RDL生产制造设备拥有丰富的经验，从我们技术核心延伸实施到不同封装和基板结构，确保了客户在先进封装制程上的灵活性。”

在本次创新论坛上，Manz亚智科技便邀请了云天半导体、三叠纪、佛智芯、森丸电子、矽磐微电子等企业专家共同探讨CoPoS、板级封装、玻璃基板等生产技术应用与发展潜能。据了解，目前Manz亚智科技单板型PLP RDL技术已通过L/S 15μm/15μm 的验证，并处于量产阶段。输送机类型（直列式）PLP RDL技术已通过L/S 5μm/5μm 的验证，也适用于小批量生产。CoPoS技术中针对RDL增层工艺搭配有机材料和玻璃基板的应用生态系统正在建设中。