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CoWoS / 2.5D Chiplet 封装配套

转接板选型(硅 / 玻璃 / 有机)一次讲清,RDL 与凸块工艺配套,衬底 + 工艺一站式交付,从样品批到量产框架。

方案介绍

当单颗芯片面积逼近光罩极限、先进制程成本高企时,产业界选择"化整为零":把大芯片拆成若干 Chiplet(芯粒)——计算、缓存、I/O、HBM 存储各自用最适合的制程制造,再通过封装重新拼成一个系统。2.5D 封装是这条路线的第一代主流形态:所有芯粒并排贴在一块转接板(Interposer)上,芯粒之间的互连线不经过传统封装基板,而是走在转接板内部的高密度布线上,距离更短、线宽更细、带宽更高。

CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate)是 2.5D 路线的标志性工艺,其结构分三层:

  • 芯粒层(Chip):GPU 计算芯粒与 HBM 堆叠,通过微凸块(μBump)倒装在转接板上,互连间距已推进到 40μm 乃至更细;
  • 转接板层(Wafer / Interposer):核心是硅转接板——在一片晶圆上通过 TSV(硅通孔)做垂直互连、通过 RDL 做水平重布线,线宽/线距可达亚微米级,是实现芯粒间高带宽的关键;
  • 基板层(Substrate):转接板再通过 C4 凸块落到有机封装基板上,最后焊到主板。

瓶颈也随之清晰:光罩拼接次数限制转接板尺寸、硅转接板成本高、HBM 数量受封装面积约束。这正是玻璃转接板、面板级封装等新路线被加速验证的原因——转接板衬底的选型,已经成为 2.5D 方案设计的第一个决策点。研发阶段建议硅、玻璃并行验证,选型法则见下方参数规格:带宽与密度优先选硅,尺寸与成本敏感看玻璃。玻璃转接板的详细能力见 TGV 玻璃基板专页与 玻璃衬底产品页。

2.5D 组装流程与 die-to-die 接口标准

转接板做好之后,2.5D 封装还要完成芯片贴装(chip-on-wafer)、底填(underfill)、塑封(overmold)、C4 凸块形成与切割等组装步骤。晶圆级的 RDL、TSV 与凸块工艺由我们承接,芯片贴装与后续测试交由您指定的封装厂完成。芯粒间的 die-to-die 接口正在向标准化演进,UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express)2.0 定义了标准封装与先进封装两档物理层:

  • UCIe 2.0 先进封装档:凸块间距 25–55μm,支持每 lane 最高 40 Gbps 的传输速率。
  • UCIe 2.0 标准封装档:凸块间距 100–130μm,适合成本敏感的芯粒组合。
  • 与工艺的衔接:先进封装档的 25–55μm 间距落在我们的微凸块能力区间内,可与 RDL 版图一并设计、一次流片验证。
CoWoS 2.5D 封装用硅转接板晶圆

CoWoS / 2.5D:在转接板上把计算芯粒与 HBM 高密度互连

应用场景

2.5D / Chiplet 的转接板与工艺配套,服务于以下六类场景。

旗舰 AI 加速卡

多颗计算芯粒与 HBM 堆叠并排贴装在硅转接板上,提供训练与推理所需的高带宽互连。

HBM 集成

转接板承载 HBM 堆叠与逻辑芯粒,C4 凸块落到封装基板,构成完整 2.5D 封装。

网络交换 ASIC

高密度 2.5D 封装连接交换芯粒、SerDes 与光引擎,服务下一代高速交换芯片。

消费级 Chiplet

以有机 / RDL 基板为主的异构集成,面向中低带宽、成本敏感的芯粒组合。

汽车与工业计算

域控制器与 ADAS 芯片采用 2.5D 封装,兼顾宽温区与长寿命可靠性要求。

科研与原型

小批量转接板打样与多步工艺串线,支持新型芯粒互连结构的快速验证。

能力介绍

转接板选定后,决定互连性能的是两套配套工艺;我们把衬底与工艺串成一条可交付的链路。

芯粒封装中的微凸块与 RDL 重布线晶圆

RDL、微凸块与 TSV 共同决定 2.5D 的互连密度与带宽

RDL 重布线层

在转接板表面用光刻 + 电镀做出多层细线路,把芯粒的微凸块扇出、互连。线宽/层数直接决定可布通的信号数量,介质层多用 PI 或 BCB。我们的 RDL 能力详见 RDL 工艺页。

  • 微凸块 / UBM:芯粒与转接板之间的物理接口。UBM(凸点下金属化)提供可靠的粘附与阻挡层,凸块材料从 SnAg 焊料到铜柱 + 焊帽演进,间距从 130μm 级走向 40μm 以下。详见 凸块 / UBM 工艺页。
  • TSV 垂直互连:硅转接板内部,TSV 负责把信号从正面 RDL 引到背面。打孔、绝缘、种子层、电镀填充、CMP 五个环节环环相扣,详见 TSV 工艺页。
  • 减薄与临时键合:转接板减薄、临时键合 / 解键合,配合背面工艺,详见 减薄 / Taiko 页。

当凸块间距继续微缩到 10μm 以下,微凸块方案会逼近物理极限,产业转向 混合键合——那是对衬底表面质量要求更苛刻的下一代互连。

需求对接

提供封装结构设想与互连密度目标,工程师反推转接板选型与工艺路线。

样品验证

小批量衬底 + 关键工艺样品批,随片检测数据,快速迭代。

小批试产

固定工艺窗口,批次一致性管控,与您的封装厂完成进料对接。

量产框架

年度框架协议锁定产能与阶梯价格,滚动交付。

参数规格

转接板衬底对比、可供应清单与关键工艺参数,一屏看全。

Interposer 转接板衬底选型:硅 vs 玻璃 vs 有机

维度硅转接板(Si Interposer)玻璃转接板(Glass / TGV)有机转接板(Organic / RDL 基板)
布线密度最高:线宽/线距可达 0.4–1μm,多层 RDL高:1–2μm 级(取决于工艺),持续提升较低:2–5μm 级(扇出型基板更高)
信号损耗中:硅有介电损耗,高频需高阻硅衬底低:玻璃绝缘性好、介电常数可调,适合高频较高:有机材料损耗角正切偏大
垂直互连TSV,技术成熟,深宽比 10:1 以上TGV,孔壁绝缘免沉积,热膨胀可调机械/激光钻孔,孔径较大
可做尺寸受光罩拼接限制,主流 ≤ 3.3x reticle大尺寸优势明显,可向面板级演进大尺寸成熟,但翘曲控制难
热匹配(CTE)与芯粒完美匹配(同为硅)可调配方接近硅,匹配良好与硅差异大,热应力风险高
成本高:晶圆 + TSV + 多层 RDL 全流程中:材料成本低,金属化良率是变量低:供应链成熟
适用场景旗舰 AI 加速卡、HBM 数量多的高端方案下一代大尺寸封装、高频/光电共封装中低带宽 Chiplet、消费级异构集成

我们能供应什么:衬底 + 工艺清单

类别项目说明对应页面
衬底供应硅转接板用晶圆8 / 12 英寸 Prime 级,可提供高阻硅(>1000 Ω·cm)降低高频损耗,TTV 与颗粒随片检测硅晶圆衬底
TGV 玻璃转接板衬底玻璃通孔打孔基板,孔径 / 深宽比按图定制,CTE 可调配方玻璃衬底 / TGV
工艺验证用片Test / Dummy 片用于 RDL、凸块工艺调试与设备验证测试片 / Dummy
工艺代工TSV 工艺打孔 / 绝缘 / 种子层 / 电镀填充 / CMP 全流程,深宽比 10:1 以上TSV 工艺
RDL 重布线多层 RDL,PI / BCB 介质,按版图加工并随片提供线宽检测数据RDL 工艺
凸块 / UBMSnAg / 铜柱凸块,UBM 多层金属化,pitch 能力按方案评估凸块 / UBM
减薄与临时键合转接板减薄、临时键合 / 解键合,配合背面工艺减薄 / Taiko

以上衬底与工艺可任意组合:只买衬底、只做工艺、或"衬底 + 全流程"交钥匙。每一步随片提供检测数据与 CoC,便于您向封装厂与终端客户传递质量证据。

2.5D / Chiplet 关键工艺参数速览

300mm硅转接板晶圆尺寸
10:1TSV 深宽比
0.4/0.4μmRDL 最小线宽 / 线距
40μm 级μ-bump 间距能力
结构环节典型参数说明
转接板(Interposer)300mm 硅,厚度约 100μm可做到约 3× 光罩尺寸级的大转接板
TSV 垂直互连孔径 10μm,深 100μm,深宽比 10:1via-middle 工艺,FEOL 之后、BEOL 之前集成
RDL 水平布线Cu 大马士革,2–5 层,L/S 0.4/0.4μm逐层 CMP 平坦化保证叠加精度
μ-bump(芯片侧)间距 40–55μm连接芯粒与转接板正面
C4 bump(基板侧)间距 130–150μm连接转接板背面与封装基板
UBM 体系Ti/Cu、Ti/Ni/Au、ENIG 等提供润湿、扩散阻挡与粘附

设备与工艺装备

支撑 2.5D 转接板与晶圆级工艺的装备类别与通用配置。

设备类别典型配置用途
晶圆级光刻 / 涂显8 / 12 英寸,步进式曝光,亚微米套刻精度RDL 细线路与 TSV 图形化
深硅刻蚀(DRIE)高深宽比硅刻蚀,深宽比 10:1 级硅转接板 TSV 成孔
铜电镀与 CMP孔内填充电镀槽 + 双面研磨抛光TSV 填充、RDL 铜增厚、平坦化
薄膜沉积PVD / PECVD / ALD 组合绝缘层、阻挡与种子层
凸块电镀与回流微凸块 / C4 电镀线,回流炉μ-bump、C4 凸块成形
减薄与键合精密背磨 + 临时键合 / 解键合转接板减薄与背面工艺

实际案例

以下案例均已匿名化处理,仅呈现可公开验证的工艺指标与结果。

AI 加速卡方案商 · 转接板选型

硅与玻璃转接板方案并行验证

客户在旗舰方案中对硅转接板与玻璃转接板两条路线犹豫,希望用同一套 RDL / 微凸块版图与同一组测试结构做横向对比。

结果:两类衬底并行打样、按期交付,据实测密度与损耗数据锁定路线,缩短了选型决策周期。

高性能计算团队 · 大尺寸转接板

约 3× 光罩尺寸转接板的工艺打通

客户目标是把多颗逻辑芯粒与多组 HBM 集成到约 3× 光罩尺寸的大转接板上,需要 TSV 与多层 RDL 一次流片验证。

结果:TSV 深宽比稳定在 10:1 以上,多层 RDL 叠加精度满足要求,随片提供线宽与孔填充检测数据。

网络芯片团队 · UCIe 互连

UCIe 先进封装档的凸块与 RDL 配套

客户采用 UCIe 2.0 先进封装档,要求凸块间距落在 25–55μm、每 lane 最高 40 Gbps,需评估 RDL 层数与介质体系。

结果:微凸块能力覆盖目标间距,RDL 版图一次流片验证通过,工艺窗口随研发数据直接继承到小批试产。

常见问题

2.5D 和 3D 封装有什么区别?
2.5D 是芯粒并排放在转接板上,通过转接板内部的 RDL 横向互连(如 CoWoS);3D 是芯粒直接垂直堆叠,通过 TSV 或混合键合上下贯通(如 HBM 堆叠)。实际产品常两者混用:HBM 本身是 3D 堆叠,再通过 2.5D 转接板与计算芯粒互连。3D 方向的配套见 HBM / 3D 堆叠专页。
研发阶段想对比硅转接板和玻璃转接板,你们能支持吗?
可以,这正是我们建议的做法。我们可同时供应硅晶圆与 TGV 玻璃衬底,用同一套 RDL / 凸块版图分别加工,交付带检测数据的对比样品批,帮助您用实测数据(而非纸面参数)做选型决策。
你们交付的是完整 CoWoS 封装成品吗?
不是。我们交付转接板衬底与晶圆级工艺(TSV、RDL、凸块、减薄)的半成品晶圆/基板,芯粒贴装、底填、测试由您指定的封装厂完成。我们可按封装厂进料规范交付,并配合对方做工艺对接。
硅转接板的最小线宽和 TSV 深宽比能做到多少?
RDL 线宽/线距常规能力 1–2μm 级,TSV 深宽比 10:1 以上,具体取决于您的结构与批量。把目标版图或关键尺寸发给工程师,24h 内给出可制造性评估与报价。
小批量研发订单的交期和价格怎么算?
衬底现货 48h 发货;单项工艺样品批通常 2–6 周,取决于工序数量。研发订单一片起订、含税人民币报价、可开 13% 增值税专票;进入框架量级后按阶梯价格下调,研发阶段积累的工艺窗口直接继承。
我们的芯粒走 UCIe 接口,衬底和工艺要怎么配合?
UCIe 2.0 先进封装档要求凸块间距 25–55μm、每 lane 最高 40 Gbps,这需要转接板 RDL 具备亚微米线宽与良好的阻抗控制。把 UCIe 通道数、lane 速率与凸点图发给我们,我们会据此评估 RDL 层数、线宽与介质体系,并给出与微凸块能力匹配的工艺方案。
硅、玻璃、有机三种转接板到底怎么选?
看带宽、尺寸与成本。硅转接板布线密度最高(线宽 0.4–1μm)、与芯粒 CTE 完美匹配,适合旗舰 AI 加速卡;玻璃转接板损耗低、可做大尺寸并向面板级演进,适合高频与大尺寸封装;有机转接板成本低、供应链成熟,适合中低带宽 Chiplet。研发期可硅、玻璃并行验证。
高阻硅衬底是干什么用的?
主要给高频场景降损耗。硅本身有介电损耗,普通硅做转接板在高频下损耗偏大,改用高阻硅(>1000 Ω·cm)可明显降低衬底损耗。我们供应 8/12 英寸 Prime 级转接板用晶圆,可提供高阻硅,并随片提供 TTV 与颗粒检测数据。
从需求对接到量产框架,你们怎么配合?
四步走:需求对接(按封装结构与互连密度目标反推转接板选型与工艺路线);样品验证(小批量衬底加关键工艺样品批,随片检测数据快速迭代);小批试产(固定工艺窗口、批次一致性管控,与封装厂进料对接);量产框架(年度框架锁产能与阶梯价格,滚动交付)。
转接板能做多大,受什么限制?
主要受光罩拼接次数限制,硅转接板主流约 ≤3.3× 光罩尺寸;玻璃转接板在大尺寸上更有优势,可向面板级演进;有机转接板大尺寸成熟但翘曲控制难。目标尺寸越大,越要提前评估衬底路线与翘曲风险。

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