CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）製程流程主要分為六大步驟：晶圓製備、TSV（Through Silicon Via）製作、晶片鍵合（Chip Bonding）、RDL（Redistribution Layer）佈線、基板組裝、最終測試。整個製程需要在無塵室環境下進行，溫度控制在 22±1°C，濕度維持在 45±5%，每個步驟都需要高精度的製程設備與即時監測系統。
CoWoS 製程的核心技術與挑戰
CoWoS 技術最大的挑戰在於矽中介層的製作與多晶片整合。矽中介層厚度僅 100-120μm，上面要製作數萬個 TSV 通孔，孔徑只有 10-20μm，深寬比達到 10:1。這些微小結構在製程中容易產生應力集中、翹曲變形等問題。
晶片鍵合是另一個關鍵步驟。以 GPU + HBM 整合為例，需要在一片矽中介層上精準放置 4-8 顆 HBM 記憶體晶片，對位精度要求達到 ±2μm。鍵合過程的溫度曲線、壓力控制都會影響最終良率。實際生產中，鍵合速度約 0.5-1 秒/晶片，過快會造成晶片偏移，過慢則影響產能。
RDL 佈線製程需要在矽中介層上製作 4-6 層金屬導線，線寬/線距達到 0.4/0.4μm 等級。每層金屬沉積後都需要進行化學機械研磨（CMP），確保表面平坦度在 50nm 以內。
製程監測與品質控制要點
CoWoS 製程的品質控制仰賴多種檢測設備。TSV 製作後需要用 3D X-ray 檢查填充完整性，避免產生空洞（void）。晶片鍵合後要用光學顯微鏡檢查對位精度，並用超音波掃描（SAT）確認接合界面無脫層。
高速攝影機在 CoWoS 製程扮演重要角色。晶片取放（Pick & Place）過程可用 1,000-5,000 fps 記錄，觀察真空吸嘴的動作軌跡與晶片釋放瞬間。助焊劑噴塗、底部填充（Underfill）等流體製程，則需要 5,000-10,000 fps 才能捕捉液滴形成與流動細節。
| 製程步驟 | 監測重點 | 建議拍攝速度 | 推薦設備型號 | 典型應用 |
|---|---|---|---|---|
| 晶片取放 | 吸嘴動作、晶片釋放 | 1,000-3,000 fps | DITECT HAS-U1 | 產線品管、動作分析 |
| 助焊劑噴塗 | 噴嘴霧化、液滴分布 | 5,000-8,000 fps | AOS PROMON U1000 | PIV 流場分析、噴塗品管 |
| Wire Bond | 線弧形成、超音波振動 | 3,000-5,000 fps | DITECT HAS-D71 | Wire Bond 觀察、製程優化 |
| 底部填充 | 毛細流動、氣泡排除 | 2,000-5,000 fps | AOS Scope G4 | 流體分析、缺陷檢測 |
| 雷射鑽孔 | 熔融飛濺、孔形輪廓 | 10,000-20,000 fps | Mega Speed MS100K | 雷射加工、熱影響區分析 |
CoWoS 良率提升的關鍵參數
根據業界經驗，影響 CoWoS 良率的前三大因素是：TSV 填充完整性（佔 35%）、晶片鍵合精度（佔 30%）、RDL 線路缺陷（佔 20%）。其餘 15% 來自基板翹曲、焊球缺陷等因素。
TSV 填充採用電鍍銅製程，電鍍時間約 2-4 小時，過程中需要精確控制電流密度（10-30 mA/cm²）與添加劑濃度。填充不完全會造成電阻增加，嚴重時導致斷路。業界標準要求 TSV 填充率達到 99.5% 以上。
晶片鍵合溫度通常設定在 250-320°C，壓力 20-50 MPa，保持時間 30-60 秒。溫度過高會造成晶片應力，過低則接合強度不足。先進製程已導入低溫鍵合技術，溫度可降至 200°C 以下，減少熱應力影響。
未來 CoWoS 技術發展趨勢
隨著 AI 晶片需求增長，CoWoS 技術持續演進。矽中介層面積從早期的 1,000mm² 擴大到現在的 3,000mm² 以上，可整合更多晶片。TSV 密度也從每平方毫米 400 個提升到 1,600 個，大幅增加晶片間的資料傳輸頻寬。
製程監測技術同步升級。傳統離線檢測逐漸被線上即時監控取代。高速攝影機結合 AI 影像辨識，可在生產過程中即時發現異常，預測潛在缺陷。例如分析晶片鍵合時的微小振動，預判接合品質；或監測助焊劑噴塗的霧化顆粒分布，優化噴塗參數。
常見問題 FAQ
Q1：CoWoS 製程需要多長時間完成？
A：完整的 CoWoS 製程週期約 3-5 天，其中 TSV 製作需要 12-16 小時，RDL 佈線需要 24-36 小時，晶片鍵合與組裝約 8-12 小時，最終測試需要 4-8 小時。實際時間會因產品複雜度而異。
Q2：如何判斷 CoWoS 製程是否需要高速攝影機監測？
A：當製程涉及快速運動（如晶片取放）、流體動態（如底部填充）、瞬態現象（如雷射加工）時，就需要高速攝影機。一般產線品管用 1,000-5,000 fps 即可滿足 90% 需求，只有特殊研發項目才需要 10,000 fps 以上規格。
Q3：CoWoS 與 InFO（Integrated Fan-Out）封裝有何差異？
A：CoWoS 使用矽中介層連接晶片，適合高效能運算晶片；InFO 不需要矽中介層，直接在重構載體上佈線，成本較低但整合密度有限。CoWoS 的 I/O 密度可達每平方毫米 200 個，InFO 約 50-100 個。
Q4：哪些高速攝影機型號適合 CoWoS 製程監測？
A：入門應用推薦 DITECT HAS-U1（1,280×1,024@1,000fps）或 AOS PROMON Scope G4（1,920×1,080@2,000fps）。進階需求可選 AOS PROMON U1000（1,280×1,024@10,000fps）或 Mega Speed MS100K（1,280×800@100,000fps）。選型需考慮拍攝目標、視野大小、預算等因素。
Q5：導入高速攝影機監測可以提升多少良率？
A：根據客戶回饋，導入高速攝影機進行製程優化後，平均可提升 3-8% 良率。主要改善來自：發現隱藏缺陷（如微小氣泡）、優化製程參數（如噴塗壓力）、減少停機時間（快速診斷異常）。投資回收期通常在 6-12 個月。
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選型常見問題
10,000fps 等級的高速攝影機推薦哪些？
半導體製程檢測需要多快的攝影機？
PIV 粒子影像測速需要什麼規格？
作者：陳聖鑫 Alex Chen
東茂儀器科技有限公司｜業務窗口
10 年高速攝影機產業經驗，代理 AOS Technologies（瑞士）、SinceVision SSZN（中國）、DITECT（日本）、Mega Speed（加拿大）四大品牌，服務台灣半導體、汽車測試、學術研究客戶。