標籤: CoWoS製程攝影

CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）是目前半導體先進封裝中最複雜的架構之一。HBM 堆疊記憶體與 GPU/CPU 晶片透過矽中介層（Silicon Interposer）整合，Micro-bump 間距已縮到 4 μm 量級，每一個接合瞬間都在幾毫秒內完成。傳統光學顯微鏡只能事後觀察截面，無法捕捉接合當下的動態行為——熱壓時的材料流動、Underfill 的毛細管前進、回流過程中晶片的細微位移，這些都需要高速攝影機才能即時可視化。工程師若無法看見製程，只能靠事後的缺陷分析倒推根因，調試週期將拉得很長。這篇文章整理了高速攝影機在 CoWoS 各製程步驟的具體應用場景，以及東茂代理機型的實際配置建議。

什麼是 CoWoS？

CoW（Chip-on-Wafer）：將 HBM 記憶體堆疊與邏輯晶片（GPU/CPU Die）透過 Micro-bump 接合到矽中介層上。矽中介層作為高密度重新佈線層（RDL），提供晶片間的短距離、低延遲互連。這個階段的 Micro-bump 間距已縮至 40 μm 以下，部分進階製程更達 4 μm 量級，接合精度與接合品質的要求極高。接合方式主要採用熱壓接合（TCB，Thermal Compression Bonding），加熱頭在幾毫秒內將 bump 壓合並完成 IMC（金屬間化合物）生長，整個過程的動態行為幾乎無法用傳統手段捕捉。

WoS（Wafer-on-Substrate）：完成 CoW 模組後，再將整個模組壓合到有機基板（Organic Substrate）上，完成最終封裝。這個步驟同樣涉及回流焊（Reflow）與 Underfill 填充，矽中介層與有機基板的熱膨脹係數不匹配，任何翹曲（Warpage）或填充不均，都可能導致整批封裝失效。

目前 CoWoS 的主要應用集中在 AI 加速器（NVIDIA H100/H200/B100 系列）、高效能運算（HPC）與 5G 基礎設施。隨著 HBM4 導入，封裝密度持續提升，製程可視化的需求也隨之升高。

CoWoS 製程各步驟的高速攝影需求

Micro-bump 接合觀察的特殊挑戰

CoWoS 的 Micro-bump 間距壓縮到 40 μm 以下，先進節點甚至達到 4 μm 量級。觀察視野必須縮到幾百 μm 範圍，解析度需求成為另一個瓶頸。實際設置上，通常需要搭配長工作距離顯微鏡頭（LMPLAN 或 M Plan Apo 系列），倍率在 10× 到 50× 之間。TCB 接合過程中加熱頭溫度可達 300°C 以上，輻射熱對鏡頭工作距離有嚴格要求。若要從矽晶圓底部觀察 Micro-bump 接合，可利用矽對近紅外光（NIR，約 1000–1300 nm）的半透射特性，搭配 NIR 光源與對應波段最佳化的高感光度感測器，實現穿透式觀察——這是目前少數能在不破壞樣品的前提下直接看到 bump 接合界面動態的方法。

Underfill 填充流動可視化

Underfill 是 CoWoS 封裝可靠度的關鍵材料，負責填充晶片與基板之間的間隙並分散熱循環應力。CoWoS 的 bump 陣列密度極高，毛細管流動路徑複雜，一旦出現氣泡或填充不均，後續熱循環測試就容易在缺陷點起裂，而且截面分析後才發現等於已經廢片。

高速攝影機可以即時拍攝 Underfill 從點膠位置開始的毛細管前進過程，清楚看出填充前沿（Flow Front）的速度分布，以及在 bump 陣列障礙中的繞流行為。這些影像資料可以直接回饋給製程參數，大幅縮短製程最佳化的迭代週期。1,000–5,000 fps 的幀率在這個應用中已足夠，重點是光源均勻度與同步觸發。

DIC 搭配 CoWoS Warpage 監測

矽中介層的熱膨脹係數（CTE ≈ 2.6 ppm/°C）與有機基板（CTE ≈ 14–17 ppm/°C）差異顯著，在回流焊高溫過程中，CTE 不匹配會產生明顯翹曲。翹曲量過大會導致 bump 接合失效，甚至讓整片 CoW 模組在壓合時破裂。

數位影像相關法（DIC）搭配高速攝影機，可以捕捉熱循環過程中翹曲的動態演進，而不只是量測靜態前後差值。對於翹曲模式的判斷（笑臉型 vs. 哭臉型）與 bump 失效風險評估，動態數據比靜態量測更有參考價值。這個應用對幀率需求相對不高（100–1,000 fps 足夠），但對影像雜訊要求嚴格——DIC 計算精度直接受影像品質影響，高感光度但低雜訊的感測器在這裡特別有優勢。

東茂推薦機型

AOS L-PRI（瑞士）— 全解析度 3,530 fps：L-PRI 的核心優勢是高感光度搭配低雜訊底噪。全解析度 3,530 fps 對於 Underfill 流動觀察、Warpage DIC 量測、以及 Reflow 過程的 Die Shift 監測已相當充裕。在 ESD 發光分析或低光環境下的 bump 觀察場景，L-PRI 的高感光度讓影像在極短曝光時間下仍能保有足夠亮度。適合預算有限但需要兼顧多種應用場景的實驗室，鏡頭搭配建議搭配 Navitar 或 Mitutoyo 長工作距離顯微鏡頭，倍率 10×–20×。

DITECT HAS-EX（日本）— 全解析度 40,000 fps：HAS-EX 是 CoWoS TCB 熱壓接合瞬態捕捉的首選。TCB 接合時間往往只有幾毫秒，40,000 fps 可以在這段時間內取得數百幀，完整記錄 bump 塌陷、IMC 生長起始、以及接合壓力下的材料流動細節。全解析度下維持 40,000 fps，代表不必為了高幀率而大幅犧牲視野。同樣適合 ESD 放電過程的時序分析。適合先進製程開發部門及研究機構。

DITECT HAS-D71 — 8,000 fps @ VGA：定位工程型解決方案，適合 Reflow 過程的 Die Shift 監測、熱循環測試的 bump 失效觀察。相較 HAS-EX 成本較低，適合生產線品質監控或作為教學研究使用。

台灣 CoWoS 封裝生態

台灣是全球 CoWoS 產能最集中的地區。台積電（TSMC）在中部科學園區與南部科學園區設有 CoWoS 產線，目前是 NVIDIA H100/H200/B100 等 AI 晶片的主力封裝廠，產能持續擴充。日月光（ASE）提供類 CoWoS 的 2.5D 封裝解決方案，矽品精密（SPIL）在先進封裝領域持續投資。這些封裝廠的研發與製程工程師，普遍面臨相同的困境：製程視覺化工具不足，問題溯源依賴截面 SEM，調試週期長。高速攝影機的導入，可以在製程開發階段大幅縮短根因分析時間。

常見問題 FAQ

高速攝影機能否直接觀察 4 μm pitch 的 Micro-bump？

單靠高速攝影機本身無法解析 4 μm 的結構，必須搭配高倍顯微鏡頭（50× 以上）並縮小感測器的觀察視野。CoWoS Micro-bump 接合觀察的目的通常是觀察接合過程中的材料流動、塌陷時序、以及多個 bump 的同步接合行為。10×–20× 鏡頭搭配 3,000–10,000 fps 的幀率已能涵蓋大多數製程開發需求；若要解析更細微的界面行為，可升級至 50× 搭配 NIR 穿透觀察方案。

TCB 熱壓接合過程溫度很高，鏡頭會不會受損？

長工作距離顯微鏡頭在設計上有足夠的熱隔離，只要工作距離保持在規格範圍內（通常 10–50 mm），鏡頭不會受損。如果需要更靠近熱源，可加裝隔熱護罩或以冷卻氣流保護鏡頭前端。東茂在規劃方案時會依據客戶的製程溫度條件、加熱頭外形與設備空間限制，提供具體的鏡頭與工作距離建議。

DITECT HAS-EX 和 AOS L-PRI 在 CoWoS 應用上應該選哪台？

主要差異在幀率上限與感光特性。若重點是 TCB 接合瞬態（毫秒級事件）或 ESD 放電時序分析，HAS-EX 的 40,000 fps 全解析度優勢明顯；若主要需求是 Underfill 流動觀察、Warpage DIC、或需要在低光環境下工作，L-PRI 的 3,530 fps 全解析度已足夠，且高感光度特性在這些場景表現突出。建議提供具體的製程步驟與觀察條件給東茂，我們可以給出更精確的機型比較。

Underfill 填充觀察需要特殊光源嗎？

Underfill 本身透光性低，通常採用背光（Backlight）照明讓填充前沿的輪廓清晰呈現。光源同步是關鍵細節——高速攝影機的曝光時間可能只有幾微秒，若光源亮度不足或未與攝影機同步觸發，影像會過暗或出現頻閃干擾。東茂可協助規劃光源選型與同步觸發電路。

東茂提供試拍服務嗎？

部分機型提供試拍服務，可將樣品送到東茂進行評估拍攝，或安排工程師攜機到府試拍。試拍前建議提供製程條件（溫度範圍、事件持續時間、視野大小需求），以便預先規劃最適合的鏡頭倍率與幀率組合。請來電或 Email 洽詢，我們會安排試拍時程與報價。