CoWoS 製程流程主要包含七個關鍵步驟：矽中介層製作、μBump 凸塊製程、晶片接合（Chip Bonding）、底部填充（Underfill）、RDL 重佈線層製作、C4 Bump 製程、基板組裝。整個流程從矽晶圓開始，經過 TSV（Through Silicon Via）鑽孔、電鍍填充、薄化研磨，最終形成可整合 HBM 記憶體與邏輯晶片的 2.5D 封裝結構。
CoWoS 製程七大步驟詳解
做 CoWoS 最頭痛的就是良率控制，每個步驟都藏著魔鬼細節。我們實驗室從 2019 年開始導入高速攝影檢測，發現很多肉眼看不到的製程缺陷。
步驟 1：矽中介層製作
先在 12 吋矽晶圓上鑽 TSV 孔洞（直徑 5-10μm、深度 50-100μm），接著電鍍填充銅材。這步最怕 void（空洞）產生，會造成導電不良。TSV 密度通常達 10,000-40,000 個/mm²。
步驟 2：μBump 凸塊製程
在中介層表面製作微凸塊，間距（pitch）20-40μm，高度 15-25μm。電鍍速率約 0.5-1.0 μm/min，整體耗時 20-30 分鐘。μBump 的共面度（coplanarity）必須控制在 ±3μm 內。
步驟 3：晶片接合（Die to Wafer）
將 HBM 記憶體、GPU/CPU 晶片精準貼合到中介層上。對位精度要求 ±1μm，接合力 50-200N，溫度 250-320°C。我們用 DITECT HAS-D71（5,000 fps）監測接合瞬間，發現晶片傾斜問題。
步驟 4：底部填充（Underfill）
注入環氧樹脂填充晶片與中介層間隙，固化溫度 150-165°C，時間 60-90 分鐘。填充速度 0.5-2.0 mm/s，黏度 2,000-5,000 cP。
步驟 5：RDL 重佈線層
製作 2-4 層金屬導線，線寬/線距 2/2μm 到 10/10μm。採用雙鑲嵌（Dual Damascene）製程，銅厚度 0.8-3.0μm。
步驟 6：C4 Bump 製程
在中介層背面製作較大凸塊（直徑 75-150μm），用於連接 BGA 基板。迴焊溫度 220-260°C。
步驟 7：基板組裝與測試
將完成的 CoWoS 模組貼裝到 BGA 基板上，進行電性測試與可靠度驗證。
CoWoS 關鍵製程參數與檢測重點
每個製程站點都有嚴格的參數控制，稍有偏差就會影響良率。以下是我們整理的關鍵參數監控表：
| 製程站點 | 關鍵參數 | 規格要求 | 檢測方法 | 建議檢測速度 |
|---|---|---|---|---|
| TSV 鑽孔 | 孔徑/深度/垂直度 | 5-10μm / 50-100μm / ±0.5° | SEM、光學量測 | 靜態檢測 |
| μBump 電鍍 | 高度/共面度/間距 | 15-25μm / ±3μm / 20-40μm | 3D 輪廓儀、高速攝影 | 1,000-5,000 fps |
| 晶片接合 | 對位精度/接合力/溫度 | ±1μm / 50-200N / 250-320°C | 視覺對位、力量感測 | 5,000-10,000 fps |
| Underfill | 流速/覆蓋率/氣泡 | 0.5-2.0 mm/s / >99% / <1% | X-ray、高速攝影 | 500-2,000 fps |
| RDL | 線寬/厚度/缺陷密度 | 2-10μm / 0.8-3.0μm / <0.1/cm² | 光學檢測、電性測試 | 靜態檢測 |
高速攝影機在 CoWoS 製程的實際應用
很多人以為高速攝影只是拍爆炸、子彈那種炫技用途，其實在半導體製程檢測超實用！我們實驗室主要用在三個地方：
1. μBump 接合瞬間分析（5,000-10,000 fps）
晶片壓合的瞬間只有 50-200 毫秒，肉眼完全看不清楚。用 AOS PROMON U1000（10,000 fps @ 1280×1024）可以清楚看到凸塊變形過程、是否有傾斜、局部接觸不良等問題。解析度夠用，不需要追求百萬 fps 那種規格。
2. Underfill 流動行為觀察（1,000-2,000 fps）
底膠填充最怕產生氣泡或流動不均。DITECT HAS-U1（2,000 fps @ Full HD）剛好適合這個應用，可以追蹤膠體前緣（flow front）推進速度、觀察毛細現象。
3. Pick & Place 動態校正（500-1,000 fps）
貼片機的吸嘴在高速移動時會有微振動，影響放置精度。Mega Speed MS100K 可以拍到吸嘴軌跡，回饋給設備做動態補償。
如何選擇適合 CoWoS 檢測的高速攝影機
選高速攝影機不是 fps 越高越好，要看實際需求。以下整理了適合不同 CoWoS 檢測應用的機型：
| 機型 | 最高幀率@解析度 | 感光元件 | 典型應用 | 特色優勢 |
|---|---|---|---|---|
| DITECT HAS-U1 | 2,000 fps @ 1920×1080 | CMOS 2.1MP | Underfill 流動、產線品管、Wire Bond 觀察 | Full HD 高解析、操作簡單、性價比高 |
| DITECT HAS-D71 | 5,000 fps @ 1280×1024 | CMOS 1.3MP | μBump 接合、PIV 流場、運動分析 | 中高速平衡、長時間錄影、觸發精準 |
| AOS PROMON U1000 | 10,000 fps @ 1280×1024 | CMOS 1.3MP | 晶片接合瞬間、汽車碰撞、快速製程 | 10,000 fps 實用上限、瑞士品質 |
| AOS Scope G4 | 5,000 fps @ 2560×1600 | CMOS 4.1MP | 高解析檢測、產線品管、缺陷分析 | 4K 等級解析度、色彩還原佳 |
| Mega Speed MS100K | 100,000 fps @ 1280×128 | CMOS 專利設計 | 特殊高速現象、研發實驗 | 極高速選項（但 CoWoS 很少用到） |
FAQ 常見問題
Q1：CoWoS 製程最容易出問題的步驟是哪個？
A：根據我們的經驗，μBump 接合和 Underfill 填充最容易出狀況。μBump 的共面度不良會導致接觸電阻增加，Underfill 的氣泡則會影響散熱和可靠度。建議這兩站都要導入即時檢測。
Q2：檢測 CoWoS 製程需要多高的拍攝速度？
A：95% 的 CoWoS 檢測應用在 10,000 fps 以下就夠了。Underfill 流動用 1,000-2,000 fps，晶片接合用 5,000-10,000 fps。只有研究超快速現象（如雷射鑽孔）才需要 10,000+ fps，但那已經是炫技規格了。
Q3：高速攝影機可以檢測到多小的 CoWoS 缺陷？
A：這要看鏡頭倍率和感測器解析度。以 DITECT HAS-D71 配 5X 顯微鏡頭為例，視野約 2.5×2mm，理論上可解析 2-3μm 的特徵。但實際上振動、照明都會影響，保守估計可穩定檢測 5μm 以上的缺陷。
Q4：CoWoS 產線導入高速攝影檢測的投資報酬率如何？
A：我們有客戶在 μBump 站導入 AOS PROMON U1000 後，良率從 92% 提升到 96%，以月產能 10,000 片計算，每月可減少 400 片報廢。考慮到 CoWoS 的高單價，通常 3-6 個月就能回本。
Q5：如何驗證高速攝影機是否適合我們的 CoWoS 產線？
A：建議先申請 Demo 測試。HSC 東茂科技提供到場實測服務，工程師會帶著 DITECT HAS-U1 或 HAS-D71 到您的產線，針對實際製程拍攝，當場分析影像品質。這樣最準確，也避免買到不適合的規格。
結語：掌握 CoWoS 製程的關鍵在於「看得見」
CoWoS 製程涉及微米等級的精密操作，很多缺陷用傳統方法根本抓不到。高速攝影機讓原本「看不見」的製程細節變得「看得見」，這對提升良率至關重要。不管是 μBump 接合、Underfill 填充還是設備動態分析，選對適合的檢測工具，就能大幅降低製程風險。
如果您正在評估 CoWoS 製程檢測方案，歡迎聯繫 HSC 東茂科技申請實機 Demo 或短期租借測試。我們的工程師都有豐富的半導體產線經驗，可以協助您找到最適合的高速攝影解決方案。別再猜測製程問題了，讓高速攝影機幫您「看清楚」每個關鍵瞬間！
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。