AI 时代，CoPoS 推动半导体封装进入 “板级时代” 变革

近年来，随着生成式 AI 与大语言模型的迅猛发展，用于训练 AI 大模型的数据量呈爆炸式增长。以 GPT - 4 为例，其训练参数量达到了 1800B，OpenAI 团队动用 25000 张 A100，耗时 90 - 100 天完成单次训练，总耗电约 2.4 亿度，成本高达 6300 万美元左右。这惊人数据量的背后，凸显出 AI 爆发式发展给半导体行业带来的算力、存力等诸多挑战。

在应对挑战方面，CoPoS（Chip - on - Panel - on - Substrate）正凭借面板级 RDL 与玻璃基板实现关键突破，在产能、良率与成本之间重构平衡。

CoWoS（Chip - on - Wafer - on - Substrate）作为 2.5D 多芯片封装技术的典型代表，已成为高性能计算（HPC）和 AI 芯片的重要解决方案。像英伟达采用 CoWoS 技术的产品，在其 TOP 500 超算中占据了超一半的算力。然而，随着算力需求的爆发式增长以及摩尔定律的放缓，行业正积极通过异构集成等架构创新来突破传统限制。

当前，全球算力需求正以每 3.5 个月翻一番的速度急剧增长。在算力需求飙升而摩尔定律逐渐失效的情况下，为填补 AI 算力鸿沟，破解存储墙与功耗瓶颈等问题，芯片行业纷纷转向异构集成、存算一体等架构创新。同时，2.5D/3D 芯片集成数量将实现五倍增长。传统架构下的芯片最多集成 2000 亿颗晶体管，而采用 Chiplet 架构、2.5D/3D 封装的芯片已能实现 10000 亿颗晶体管的集成。在 AI 相关应用的推动下，2023 - 2029 年间，先进封装市场将以 11% 的年复合增长率持续扩张，预计到 2029 年将达到 695 亿美元的规模。其中，CoWoS 等 2.5D/3D 先进 IC 封装技术在 2023 - 2029 年间的年复合增长率高达 15%，到 2029 年将占据近 40% 的市场份额，成为众多厂商关注的焦点。

但 CoWoS 在强劲的市场需求面前，面临着产能紧张和价格过高的问题。业内人士指出，CoPoS 有望成为 AI 芯片封装领域 CoWoS 的进阶选项，在不同算力 / 成本区间形成 “错位互补”。

CoPoS 并非新技术，近年来发展迅速，Manz 亚智科技是 CoPoS 技术概念的早期提出者。从定义上看，CoPoS 技术是基于 CoWoS 2.5D 封装的 “面板化” 演进，适用于更复杂的 AI 芯片封装，是实现高扩展性与高生产效率的先进封装解决方案。从自身技术迭代来看，CoPoS 中的中介层材料正从传统的硅中介层发展为板级中介层，再到玻璃中介层，同时整合硅光子 (CPO) 技术，有机载板逐渐转变为玻璃基板，以实现更细的线路与更高的 I/O 密度。

随着 AI 与高效能运算需求的爆发式增长，芯片尺寸不断扩大，单片晶圆切割出的 Die 越来越少，圆形晶圆切边浪费和良率下降成为行业难题。而 CoPoS 的核心突破在于 “化圆为方” 的创新思维，它采用面板级 RDL 技术，通过方形基板可实现更高效的芯片集成，大幅提升产能和良率，显著降低制造成本。当前基板面积持续扩大，已从早期的 510mm×515mm、600mm×600mm 拓展至如今的 700mm×700mm，按此面积计算，其产量大致相当于 12 英寸晶圆的 8 倍左右。在技术兼容性方面，CoPoS 能适配传统的有机基板和新兴的玻璃基板结构，为高密度 I/O 排布提供另一种选择，其独特架构设计可灵活应对 Chip Last 等先进制程，为异质芯片整合提供更多自由度，成为高算力 AI 芯片的理想选择。

RDL（Redistribution Layer）是 CoPoS 技术的核心互连层，承担着芯片信号重分布与高密度集成的关键作用。在 CoPoS 架构中，RDL 通过先进的晶圆级封装技术，在芯片与封装基板之间构建多层精细布线网络，实现芯片 I/O 的高效扩展与优化布局。随着 CoPoS 技术的发展，RDL 制程面临更高精密度的技术要求。Manz 亚智科技的垂直电镀设备通过多重阳极设计和无治具方案，可满足纳米级铜互联组织的调控需求，其模块化湿制程设备组能实现微米级表面粗糙度控制（<0.5μm），为自由取向再布线技术提供工艺基础。

同时，玻璃基板凭借其独特的材料特性成为突破传统封装瓶颈的关键载体。相较于传统的有机基板和硅转接板，玻璃基板在电学性能、尺寸稳定性、工艺兼容性等方面优势显著，而这些优势的实现高度依赖精密设备的协同支持。其表面粗糙度和 CTE 可调性要求湿制程设备具备亚微米级刻蚀精度和温度稳定性。Manz 亚智科技的集成化解决方案通过自动化传输系统与精密药液控制系统，可支持不同厚度的超薄玻璃基板的处理，同时满足 300mm - 600mm 大尺寸面板的均匀显影 / 刻蚀需求。针对玻璃基板与有机介质膜的兼容性要求，设备采用 dry film 和有机介质膜双模式设计，实现 2.5D/3D 封装中不同介质材料的工艺适配。此外，在工艺协同方面，设备参数与材料特性需要深度耦合。Manz 亚智科技的解决方案通过专有技术为 CoPoS 技术演进提供可扩展的设备平台。

从产业落地层面来看，Manz 亚智科技已成功交付从 300mm、500mm、600mm 到 700mm 不同尺寸的 RDL 工艺量产线，涵盖洗净、显影、蚀刻、剥膜、电镀及自动化设备。不过，当前有量产工艺全流程支撑的主要集中在功率器件、传感器芯片和射频芯片等小面积芯片领域。对于采用高阶 CoPoS 技术的大芯片而言，量产落地还面临芯片位移、细线路、翘曲和细间距这四大挑战。业界正在多方面寻求突破，攻克这些挑战需要设备精度、材料特性、工艺设计的三维协同。Manz 亚智科技等半导体设备厂商正从 “单点突破” 转向 “系统级整合”，推动 CoPoS 技术从实验室走向量产，以满足 AI/HPC 芯片对高密度、高良率、低成本的严苛需求。

AI 算力的爆发式增长重塑了半导体行业的竞争格局，CoPoS 技术的崛起为突破传统封装瓶颈提供了全新路径。从 CoWoS 到 CoPoS，不仅是基板形态从 “圆” 到 “方” 的转变，更是芯片制造范式向高效率、高产能的一次跃迁。Manz 亚智科技凭借领先的 RDL 制程技术和全栈式设备解决方案，成为推动 CoPoS 产业化的核心力量。未来，随着 AI 芯片和高性能计算需求持续攀升，Manz 亚智科技将继续携手全球合作伙伴，加速 CoPoS 技术从研发到量产的跨越，共同开启半导体 “板级封装” 的新时代。