CoWoS Process Flow 是什麼？三階段製程一次看懂
NVIDIA H100/B200、AMD MI300X 等 AI 加速器為何能在單一封裝內整合數十 GB HBM3E 記憶體？關鍵就在 CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）——台積電開發的 2.5D 先進封裝技術。
目前 CoWoS 已演進至 CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L 三種變體，核心精神是「先將晶片接合到矽中介層晶圓上，再將整片晶圓切割後封裝到有機基板」，藉此實現超高密度 I/O 互連與優異的訊號完整性。
完整的 CoWoS process flow 可拆分為三大階段：矽中介層（Si Interposer）製備、Chip-on-Wafer（CoW）接合、Wafer-on-Substrate（WoS）封裝。
每一階段都涉及微米級甚至次微米級的精密操作，任何製程偏移都可能導致良率損失。以 CoWoS-S 為例，單顆封裝內含超過 10,000 個 micro-bump（間距 40μm 以下），接合精度要求 ±1.5μm，這使得即時製程監測成為不可或缺的環節。
CoWoS 六大製程步驟與關鍵參數
以下表格整理 CoWoS process flow 各步驟的技術重點，以及對應的檢測需求：
| 步驟 | 製程內容 | 關鍵參數 | 檢測需求 |
|---|---|---|---|
| 1. 矽中介層製作 | TSV 蝕刻、RDL 佈線、micro-bump 成形 | TSV 深度 50-100μm、直徑 5-10μm | TSV 填充完整性、bump 共面性 |
| 2. 晶粒（Die）準備 | Known Good Die 測試、晶圓減薄、切割 | 晶圓厚度 50-100μm | 切割崩裂、邊緣缺陷 |
| 3. CoW 接合 | Thermocompression bonding 或 Mass reflow | 溫度 250-300°C、壓力 30-80N、時間 5-15 秒 | 接合瞬態變形、bump 塌陷量 |
| 4. Underfill 填充 | 毛細管流動式底膠填充 | 流速 0.5-2mm/s、填充時間 30-120 秒 | 流動前緣均勻性、氣泡殘留 |
| 5. WoS 封裝 | C4 bump 回焊接合至有機基板 | 回焊溫度 240-260°C、翹曲 <100μm | 翹曲即時監測、焊點品質 |
| 6. 最終測試 | 電性測試、熱循環可靠度測試 | -40°C 至 125°C、1000 次循環 | 裂紋萌生、脫層擴展 |
高速攝影機在 CoWoS 製程檢測的四大應用
應用一：Thermocompression Bonding 即時觀測
CoW 接合步驟中，晶粒在 300°C 高溫下以每秒數毫米的速度下壓。
AOS Technologies（瑞士）S-MOTION 系列高速攝影機可達 250,000 fps，搭配長焦顯微鏡頭，能逐格捕捉 micro-bump 在接合瞬間的塌陷行為與金屬間化合物（IMC）形成過程，幫助工程師最佳化壓力曲線與溫度 profile。
應用二：Underfill 流動可視化
Underfill 在 40μm 間距的 bump 陣列中流動，流速約 0.5-2mm/s。
使用 DITECTHAS-DX 系列（最高 2,000fps）從側面拍攝流動前緣，可量化填充均勻性、偵測氣泡捕獲位置。
實測數據顯示，導入高速攝影可視化後，underfill void 率可從 5% 降至 1% 以下。
應用三：翹曲（Warpage）動態量測
CoWoS 封裝體在回焊過程中會因 CTE 不匹配產生動態翹曲。
Mega SpeedMS50K-SC 系列以 1,000-5,000 fps 搭配 DIC（數位影像相關法）分析，可即時追蹤翹曲量隨溫度變化的曲線，精確度達 ±2μm，取代傳統離線量測的盲區。
應用四：可靠度測試缺陷擴展
熱循環測試中，裂紋在 bump 接點處以微米級速率擴展。
高速攝影機結合原位（in-situ）觀測腔體，可在數百至數千次循環中連續記錄裂紋萌生與擴展路徑，為失效分析提供無法取代的動態證據。
CoWoS 製程檢測：高速攝影機規格比較
| 品牌／型號 | 最高幀率 | 解析度（全幅） | 適用 CoWoS 環節 | 特色 |
|---|---|---|---|---|
| AOS S-MOTION | 250,000 fps | 1920×1080 | Bonding、高速衝擊 | 瑞士軍規品質，極低雜訊 |
| DITECT HAS-DX | 2,000fps | 2048×2048 | Underfill 流動、PIV | 日本精密科學級，高解析 |
| Mega Speed MS50K-SC | 55,000 fps | 1280×1024 | 翹曲監測、品管 | 加拿大製，高 CP 值首選 |
| SSZN SH6 | 30,000 fps | 1920×1080 | 產線即時監控 | SinceVision，易整合 MES |
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常見問題
問：CoWoS process flow 共有幾個主要步驟？
答：完整的 CoWoS process flow 包含六大步驟——矽中介層製作、晶粒準備、Chip-on-Wafer 接合、Underfill 填充、Wafer-on-Substrate 封裝、最終測試。其中 CoW 接合與 WoS 封裝是良率最敏感的兩個環節。
問：CoWoS 與 InFO 封裝有什麼差異？
答：CoWoS 使用矽中介層（Si Interposer）實現超高密度互連（線寬/間距可達 0.4/0.4μm），適合 HBM 與大型 AI 晶片整合；InFO 則以有機 RDL 取代矽中介層，成本較低但 I/O 密度受限，多用於手機 AP 封裝。
問：高速攝影機拍 CoWoS 製程需要多高的幀率？
答：視觀測目標而定。Bonding 瞬態分析需 50,000-250,000 fps；Underfill 流動觀測需 1,000-10,000 fps；翹曲動態量測約 1,000-5,000 fps 即足夠。建議透過借機評估確認實際需求。
問：CoWoS process flow 中最常出現的缺陷有哪些？
答：前三大缺陷為：(1) micro-bump 橋接或開路（接合不良）、(2) underfill void（氣泡殘留導致可靠度下降）、(3) 翹曲超標（造成後續測試 contact 不良）。高速攝影機可在製程中即時偵測這三類缺陷的形成瞬間。
下一步：讓數據取代猜測
CoWoS process flow 的每一個環節都在微秒尺度內決定良率成敗，而高速攝影機正是將這些「看不見的瞬間」轉化為可量化數據的關鍵工具。
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