CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）是臺(tái)積電的一種2.5D先進(jìn)封裝技術(shù)，由CoW和oS組合而來。先將芯片通過ChiponWafer（CoW）的封裝制程連接至硅晶圓，再把CoW芯片與基板（Substrate）連接，整合成CoWoS。核心是將不同的芯片堆疊在同一片硅中介層實(shí)現(xiàn)多顆芯片互聯(lián)。在硅中介層中，臺(tái)積電使用微凸塊（μBmps）、硅通孔（TSV）等技術(shù)，代替了傳統(tǒng)引線鍵合用于裸片間連接，大大提高了互聯(lián)密度以及數(shù)據(jù)傳輸帶寬。
CoWoS技術(shù)主要基于無源轉(zhuǎn)接板，根據(jù)轉(zhuǎn)接板類型不同可分為CoWoS-S、CoWoS-L和CoWoS-R。CoWoS-S采用硅基轉(zhuǎn)接板，能夠?yàn)楦咝阅苡?jì)算提供最高晶體管密度和最佳性能。CoWoS-S目前已發(fā)展至第5代，CoWoS-S5通過雙路光刻拼接法，將硅中介層擴(kuò)大到2500mm2，相當(dāng)于3倍光罩面積，擁有8個(gè)HBM堆�？臻g，此外，轉(zhuǎn)接板性能也被優(yōu)化，如集成深溝槽電容器（iCap），電容密度超過300nF/mm2，5層亞微米銅互聯(lián)，并引入新型非凝膠型熱界面材料（TIM），熱導(dǎo)率＞20W/K。但硅中介層的產(chǎn)能一直是CoWoS的制約，主要由于65nm+的光刻機(jī)產(chǎn)能限制、拼接帶來的良率損失以及wafer面臨的翹曲問題。以英偉達(dá)H100為例，硅中介層占據(jù)整個(gè)BOM成本的8%，占據(jù)臺(tái)積電CoWoS封裝的35%。臺(tái)積電也推出了其基于完全RDL層和RDL+LSI的CoWoS-R和CoWoS-L技術(shù)。CoWoS-L采用RDL和本地硅互聯(lián)（LSI），作為臺(tái)積電最新技術(shù)，兼具二者優(yōu)勢(shì)、成本與性能考量，類似于Intel硅橋，臺(tái)積電用10+LSI小芯片替代了一個(gè)硅中介板。其基于1.5倍光罩面積的轉(zhuǎn)接板、1顆SOC×4顆HBM單元，且可進(jìn)行拓展，提升芯片設(shè)計(jì)及封裝彈性，堆疊最多達(dá)12顆HBM3，已在2024年推出。CoWoS-R則適用于無需要非常密集的芯片堆疊的地方，但仍與高性能計(jì)算相關(guān)，其基于InFO技術(shù)的RDL層進(jìn)行互聯(lián)，RDL interposer有6層銅層，線寬線距2μm，用于HBM和SOC異構(gòu)集成中。RDL層機(jī)械靈活性較高，增強(qiáng)了C4接頭的完整性。可以容納8個(gè)HBM和4個(gè)SoC。CoWoS-R可以將中介板大小提升至3.3個(gè)光罩面積，而當(dāng)前H100用中介板僅為2.2倍光罩面積。由于CoWoS-R和CoWoS-L采用有機(jī)層直接與芯片相連接，現(xiàn)行大規(guī)模倒裝回流焊方式可能不再適用，可能轉(zhuǎn)而采用熱壓鍵合的方式，僅對(duì)芯片連接區(qū)域進(jìn)行焊接。
后摩爾時(shí)代，晶體管尺寸逐漸逼近物理極限，目前最先進(jìn)的芯片制程已達(dá)到2nm左右，接近單個(gè)原子的尺寸，進(jìn)一步縮小變得越來越困難。此時(shí)，量子隧穿效應(yīng)會(huì)十分明顯，短溝道效應(yīng)，漏電流等問題也愈發(fā)突出，芯片的整體性能會(huì)大幅降低。在此背景下，先進(jìn)封裝應(yīng)運(yùn)而生，先進(jìn)封裝（AP）已成為后摩爾時(shí)代集成電路技術(shù)發(fā)展的一條重要路徑。近年來，先進(jìn)封裝市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，多樣化的AP平臺(tái)，包括扇出封裝、WLCSP、fcBGA/CSP、SiP 和 2.5D/3D 堆疊封裝，加上異構(gòu)和小芯片的變革潛力，正在重塑半導(dǎo)體格局。
受云端AI加速器需求旺盛推動(dòng)，2025年全球?qū)�CoWoS及類似封裝產(chǎn)能的需求將激增，主要供應(yīng)商臺(tái)積電、日月光科技控股（包括矽品精密工業(yè)、SPIL）和安靠（Amkor）正在擴(kuò)大產(chǎn)能。到2024年年底，臺(tái)積電CoWoS月產(chǎn)能可超過3.2萬片，加上日月光和Amkor等廠商，整體CoWoS月產(chǎn)能接近4萬片。2025年預(yù)計(jì)CoWoS月產(chǎn)能可大幅躍升至9.2萬片，其中臺(tái)積電到2025年底CoWoS月產(chǎn)能可增加至8萬片。
目前，CoWoS先進(jìn)封裝技術(shù)主要應(yīng)用于AI算力芯片及HBM領(lǐng)域。英偉達(dá)是CoWoS主要需求大廠，在臺(tái)積電的CoWoS產(chǎn)能中，英偉達(dá)占整體供應(yīng)量比重超過50%。其中Hopper系列的A100和H100、Blackwell Ultra 使用臺(tái)積電CoWoS封裝工藝。作為臺(tái)積電CoWoS封裝技術(shù)的最大客戶，英偉達(dá)的需求將對(duì)市場(chǎng)格局產(chǎn)生重要影響。受益于英偉達(dá)Blackwell系列GPU的量產(chǎn)，臺(tái)積電預(yù)計(jì)將從2025年第四季度開始，將CoWoS封裝工藝從CoWoS-Short（CoWoS-S）轉(zhuǎn)向CoWoS-Long（CoWoS-L）制程，使CoWoS-L成為其CoWoS技術(shù)的主要制程。到2025年第四季度，CoWoS-L將占臺(tái)積電CoWoS總產(chǎn)能的54.6%，CoWoS-S占38.5%，而CoWoS-R則占6.9%。這一轉(zhuǎn)變不僅反映了市場(chǎng)需求的變化，也展示了英偉達(dá)在高性能GPU市場(chǎng)的強(qiáng)大影響力。除了英偉達(dá)，其他企業(yè)如博通和Marvell也在增加對(duì)臺(tái)積電CoWoS產(chǎn)能的訂單，以滿足為谷歌和亞馬遜提供ASIC（專用集成電路）設(shè)計(jì)服務(wù)的需求。