【半導體科普】CoWoS 是什麼？為何 NVIDIA、AMD 都在搶？一次看懂台積電的先進封裝秘密

 

前言：AI 時代的真正瓶頸不是晶片，而是「封裝」

在生成式 AI 爆發的現在，大家都在討論 GPU 的算力有多強，NVIDIA 的股價又漲了多少。但你有沒有發現，新聞常常提到「產能不足」？其實，卡住出貨的瓶頸往往不是核心晶片本身，而是將這些晶片組裝在一起的技術——先進封裝（Advanced Packaging）。

而在這場封裝戰爭中，台積電的 CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) 技術，就是那個讓 NVIDIA、AMD 甚至 Google 都排隊搶著要的「聖杯」。今天，我們就以自動化工程師的視角，深入淺出地拆解 CoWoS 到底是什麼？以及它旗下的 S、R、L 三種製程究竟有何不同。

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一、 CoWoS 到底是什麼？五個字母的秘密

很多專有名詞看名字就能知道結構。CoWoS 也不例外，它的全名是 Chip-on-Wafer-on-Substrate。我們可以把它想像成一個「三層三明治」結構：

1. 頂層 (Chip)： 這是餡料。包含負責運算的邏輯晶片（如 GPU/CPU）以及負責存取資料的高頻寬記憶體（HBM）。

2. 中層 (Wafer / Interposer)： 這是夾層麵包，也是 CoWoS 的核心。我們稱為「中介層」。它負責提供超高密度的線路，讓頂層的 GPU 和 HBM 能夠像鄰居一樣快速溝通。

3. 底層 (Substrate)： 這是底層盤子。通常是 ABF載板，負責將封裝好的晶片連接到外部的電路板（PCB）上。

為什麼需要 CoWoS？ 因為「摩爾定律」變慢了。要把晶片做得更小越來越難，成本也越來越高。於是工程師想出了一個辦法：「既然做不小，那我們就把它們『疊』起來，並且『拼』在一起。」 CoWoS 讓處理器和記憶體靠得非常近，大幅解決了傳輸速度（頻寬）的問題，這正是 AI 模型訓練最需要的。

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二、 CoWoS 的三種型態：S、R、L 大解密

台積電的 CoWoS 並非只有一種，根據**「中介層（中間那層麵包）」的材質不同**，分為三種主要製程。這也是近期 NVIDIA 晶片世代交替的關鍵所在。

1. CoWoS-S (Silicon Interposer / 矽中介層)

• 特點： 這是最經典、技術最成熟的版本。中間層使用一片完整的「矽晶圓」來製作。

• 優勢： 矽的蝕刻技術非常成熟，線路可以做得極度細密，傳輸效能最好，散熱導熱性也佳。

• 限制： 貴！而且受限於光罩尺寸（Reticle Limit）。簡單說，因為是用矽晶圓做的，它沒辦法做得太大，大概只能塞進一顆 GPU 加上 6 顆 HBM。

• 代表產品： NVIDIA H100、AMD MI300。

2. CoWoS-R (RDL Interposer / 重佈線層)

• 特點： 拿掉昂貴的矽中介層，改用有機材料的 RDL（重佈線層）來連接。

• 優勢： 成本較低，且因為是有機材料，比較有彈性，不容易因為熱脹冷縮而破裂（可靠度高）。

• 定位： 適合對成本敏感，但仍需要先進封裝的網通或邊緣運算產品。

3. CoWoS-L (Local Silicon Interconnect / 局部矽互連)

• 特點： 它是 S 和 R 的混血兒，也是未來的主流。主體是有機載板（便宜、可做大），但在晶片與晶片需要高速溝通的「關鍵路口」，埋入小塊的矽橋（LSI）。

• 優勢： 結合了有機載板「可做超大尺寸」的優點，與矽橋「高密度傳輸」的特性。這突破了 CoWoS-S 的光罩尺寸限制，可以把封裝面積做得比手掌還大！

• 代表產品： NVIDIA Blackwell B200、GB200。

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三、 從 H100 到 B200：為何 NVIDIA 轉向 CoWoS-L？

這是一個非常精彩的技術轉折。

在 H100 時代，NVIDIA 追求極致的穩定與成熟，選擇了 CoWoS-S。這也是為什麼 H100 的效能這麼強，但產能卻一直受限於台積電矽中介層產能的原因之一。

到了 Blackwell (B200) 時代，單一顆晶片已經不夠快了。NVIDIA 決定把兩顆大晶片「拼」在一起，變成一顆超級晶片。 這時候，傳統的 CoWoS-S 就遇到瓶頸了——它塞不下這麼大的面積！

於是，NVIDIA 轉向擁抱 CoWoS-L。透過 CoWoS-L 技術，台積電成功將兩顆運算晶片和 8 顆 HBM3e 記憶體封裝在同一個基板上，實現了 10 TB/s 的驚人傳輸速度。雖然 CoWoS-L 的製程複雜度更高、良率挑戰更大，但這是通往下一代 AI 算力的唯一道路。

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結語：封裝工程師的黃金時代

看完這篇，你應該對 CoWoS 有了更深一層的認識。未來的晶片戰爭，不再只是比誰的奈米製程更先進（那是前段製程的事），更要比誰能把這些晶片封裝得更巧妙、更緊密（這是後段封裝的事）。

下一代，我們即將迎來 3nm 製程 與 HBM4 的結合，屆時 CoWoS-L 將會進化得更巨大、更複雜。作為一名自動化工程師，看著這些物理極限被一步步突破，實在是令人熱血沸騰！

Tesla 2026電池大爆發！4680四種NC新版本來了，但韓國訂單砍99%是壞兆頭？

 

根據The Information等權威媒體內幕消息，Tesla正全力衝刺自家4680電池的下一代升級版——內部代號「NC系列」（New Cell），預計2026年推出四種全新版本，全都採用從2020年Battery Day就夢寐以求的**乾式陰極（dry cathode）**工藝，大幅降低成本、提升能量密度與生產良率！

四款NC電池重點：

NC05：老黃牛workhorse版，專為Robotaxi/Cybercab設計，超耐用長壽命，也可能用在Semi卡車，目標讓Robotaxi跑更久、更省錢！

NC20：能量密度更高，適合Cybertruck與未來電動SUV，讓大車續航更猛、充電更快。

NC30 & NC50：最強版本！首次在陽極加入矽碳（silicon-carbon）材料，矽比例從8%起步逐步優化，NC30用在Cybertruck高階版或未來轎車，NC50則是高性能神器（第二代Roadster專用？）。

但好消息同時伴隨壞消息：韓國電池材料商L&F原本29億美元的高鎳陰極合約（專供4680），2025年底公告縮水到只剩7,386美元，等於砍掉99%以上！背後原因是4680產量沒爆發、Cybertruck銷售遠低於預期、EV市場整體放緩，加上Tesla內部策略轉向先優化自家產線。

這到底代表Tesla放棄4680？還是只是暫時調整、蓄勢待發？2026年四款新電池真的會讓Robotaxi、Cybertruck續航與價格大升級嗎？

為什麼馬達一定要用矽鋼片？不用銅,鋁,銀！真正原因超反直覺

 

你有沒有想過，為什麼馬達裡面都會看到一片一片堆起來的鐵片？

為什麼不直接用一整塊鐵心？甚至有人會問，銅、鋁、銀這些更高級的金屬，能不能用在馬達裡？

答案完全出乎很多人的意料。

馬達之所以一定要用矽鋼片，而不能用銅、鋁、銀或整塊鐵，是因為馬達裡的磁場是交流磁場。磁場只要一變動，就會在金屬內部產生渦流。如果材料導電率太高，渦流就會像高速公路一樣四處亂跑，整顆鐵心會瞬間爆熱，效率大幅下降，甚至直接燒毀。

矽鋼片透過加入 3 到 4% 的矽，讓材料的電阻提高、渦流降低，同時又保留高磁導率，讓磁場能順暢通過。這讓馬達能「導磁但不導電」，是所有交流馬達、變壓器與電動車馬達的最佳材料。

這支影片一次講清楚：

為什麼鐵心不能用整塊？

為什麼銅、鋁、銀完全不行？

矽鋼片的功能到底是什麼？

定子和轉子的矽鋼片又有什麼差異？

看完你就會知道，馬達看起來在轉，其實是在靠矽鋼片保命。

從抽象符號到微米工藝：電容器的演變史-電容符號->電解電容->薄膜電容->超級電容.....鋰電池

從符號到實體：電容器與電池工藝的極致演變

電容器，這個在電路圖上看似簡單的符號，其背後卻蘊藏著電子元件材料學、化學與精密製造工藝的漫長演進。今天，我們將深入探討電容器的發展歷程，從其最基本的物理原理，直到現代的尖端應用。

1. 符號的誕生：電容的基本原理與圖形表示

在電路圖中，電容器通常由兩條平行線段或一條直線搭配一條弧線表示。這簡潔的符號，代表著其核心功能：儲存電荷與電場能量。

• 無極性電容符號： 兩條等長的平行線 —| |—。常見於陶瓷電容、薄膜電容。
• 有極性電容符號： 一條直線與一條弧線 —| ( — 或直線加正號 —|+ |—。主要用於電解電容、鉭質電容，弧線或帶負號的一側代表負極。

無論是何種符號，它們都基於同一物理原理：兩個導體板（極板）之間夾著絕緣介質（電介質），當施加電壓時，電荷在極板上累積。

2. 電解電容：捲繞工藝與化成藝術

電解電容是目前應用最廣泛、成本效益最高的有極性電容之一。它的問世，極大地推動了早期電子產品的小型化和普及。

經典的捲繞結構

打開一個鋁電解電容，你會看到：

• 正極鋁箔： 表面經過蝕刻處理，變得粗糙多孔，以增加實際表面積。
• 氧化鋁介質層： 在正極鋁箔表面通過「化成」（Forming）工藝生成一層極薄的 Al₂O₃ 絕緣層，作為電容器的電介質。
• 電解紙： 夾在正負極鋁箔之間，浸潤著液態電解液。
• 負極鋁箔： 主要作用是與電解液接觸，作為導體引出負極。

電子學冷知識：電解液的真實身份

在這裡必須澄清一個關鍵概念：電解液才是真正的「負極」！

很多初學者誤以為電流是像水一樣流過電解液。但事實上：

1. 那張「負極鋁箔」其實只是集流體，負責將電導出到引腳。
2. 因為正極鋁箔表面像大峽谷一樣坑坑洞洞，固體金屬無法完全貼合。
3. 電解液的功能是「填縫」：它像水一樣流進微小的坑洞，將負電位完美地延伸到氧化膜（介質）的門口。
4. 電子並未穿透：電子只是被送到氧化膜的表面，隔著膜與正極的電荷「互相感應」。如果電子穿過去了，那就是漏電或短路！

製造工藝的挑戰與權衡

• 蝕刻： 透過化學反應在鋁箔表面形成微觀結構，以幾何倍數擴大電容量。蝕刻效果的均勻性直接影響電容的一致性。
• 化成： 將蝕刻後的正極鋁箔浸入特定電解質溶液中，施加電壓，使其表面氧化形成緻密的 Al₂O₃ 介質層。化成電壓決定了電容的耐壓值。
• 捲繞： 將正負極鋁箔和電解紙精密捲繞起來，這需要極高的機械精度，以避免短路和保證緊密度。
• 浸漬與密封： 將捲繞好的芯子浸入電解液中，再進行密封，防止電解液揮發。

優缺點分析

• 優點： 單位體積電容量巨大，成本低廉，適合低頻濾波和儲能。
• 缺點：
  • 壽命問題： 電解液在高溫下會逐漸蒸發，導致電容失效（ESR 升高、容量下降）。
  • ESR 較高： 電解液的電導率限制了其在高頻應用中的性能。
  • 極性敏感： 反向電壓會導致電介質層被破壞。

3. 薄膜電容：精密疊層與介質選擇的藝術

與電解電容不同，薄膜電容使用塑膠薄膜作為電介質，如聚酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）等。

製造工藝：從薄膜到金屬化

• 薄膜拉伸： 將聚合物材料拉伸成極薄（幾微米甚至亞微米級）的薄膜。
• 金屬化： 在薄膜的一側或兩側真空蒸鍍極薄的金屬層（如鋁或鋅），作為電容器的極板。這種自癒合特性使其即使部分擊穿也能繼續工作。
• 捲繞或疊層： 將金屬化薄膜捲繞或疊層，然後引出電極。

物理核心：絕緣的果醬吐司

薄膜電容的結構就像塗了果醬的三明治，果醬是導電層，吐司是塑膠薄膜。重點在於：電子絕對不能穿過塑膠薄膜。

電子只能在金屬鍍層上移動，並在薄膜兩側建立強大的電場。這股「想過卻過不去」的電場張力，正是電容儲存能量的本質。

優缺點分析

• 優點： 高穩定性（介質損耗小）、高頻特性好（低 ESR/ESL）、無極性。
• 缺點： 單位體積容量相對較小，成本相對較高。

4. 陶瓷電容：多層疊片與微型化的極致

陶瓷電容以其超小的體積和寬廣的頻率響應，成為現代電子產品中不可或缺的元件。

MLCC（多層陶瓷電容器）的崛起

現代陶瓷電容主要指 MLCC。其製造工藝是微型化和精密疊層的典範：

1. 漿料製備： 將高介電常數的陶瓷粉末（如 BaTiO₃）與黏合劑、溶劑混合製成漿料。
2. 流延成膜： 將漿料流延成極薄的陶瓷生片（Green Sheet）。
3. 印刷電極： 在陶瓷生片上精密印刷內部電極漿料（通常是鎳或銅）。
4. 疊片與共燒： 將印刷好的生片層層堆疊，在高溫下燒結成緻密的陶瓷塊。

優缺點分析

• 優點： 極小體積（SMD主力）、高頻特性優異、成本效益高。
• 缺點： 容量受溫度與電壓影響較大（如 X5R, X7R 特性）、易受機械應力導致裂紋。

5. 超級電容（EDLC）：跨越物理與化學的邊界

當工程師不滿足於電解電容的容量，但又嫌電池充放電太慢時，超級電容應運而生。

雙電層原理：奈米級的物理吸附

超級電容利用亥姆霍茲層（Helmholtz Double Layer）。當電極插入電解液並施加電壓時，正負離子會分別吸附在相反極性的電極表面，形成只有幾奈米厚的「雙電層」。

這就像是物理符號的極致展現：正負電荷僅隔著幾顆原子的距離遙遙相望，距離越近，容量越大。

6. 鋰離子電池：電化學的深層儲能

如果說電容是將電子「堆在門口」，那麼鋰電池就是將鋰離子「請進房間」。這就是嵌入（Intercalation）機制。

電子與離子的雙重流動

• 外部電路： 電子從負極流向正極（放電時）。
• 內部微觀： 鋰離子穿過隔離膜，在正負極材料的晶格之間穿梭（Rocking Chair 機制）。這比電容的單純電荷累積要複雜得多，也因此帶來了能量密度的飛躍。

7. 終極演變：乾式電極工藝（Dry Electrode Process）

這正是目前特斯拉（Tesla）與各大電池廠的兵家必爭之地。它代表了製造工藝從「液態化學」回歸「物理加工」的重大革新。

傳統濕式工藝 vs. 乾式工藝

• 傳統濕式： 需要將活性物質混合有毒溶劑（NMP），塗佈後再用巨大的烘烤箱烤乾。耗能且限制了電極厚度。
• 乾式工藝： 使用 PTFE（鐵氟龍）纖維化技術，像壓麵團一樣直接將粉末滾壓成薄膜。

優勢總結

乾式工藝不需要烘烤，電極可以做得更厚（能量密度更高），且完全省去了溶劑回收的成本與環保問題。這是製造效率與物理密度的極致追求。

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總結：從符號到工藝的輪迴

回顧這段演變史，我們會發現一個有趣的現象：

• 符號階段： 我們關注正負極板的幾何距離。
• 電解電容： 我們用蝕刻增加表面積，用捲繞縮小體積。
• 超級電容： 我們用奈米孔隙將表面積推向極致。
• 鋰電池： 我們引入化學嵌入打破物理儲能的上限。
• 乾式工藝： 我們回歸最純粹的物理壓製，去除化學溶劑的束縛。

電子學的發展，就是一部不斷在微觀結構上「寸土必爭」的歷史。

你知道嗎？電解電容裡的「水」跟汽車電瓶裡的「水」，功能完全不一樣！

在電子工程的世界裡，我們常會遇到「液體」元件。最常見的就是主機板上的鋁電解電容，以及車庫裡的鉛酸電瓶。

它們裡面都裝滿了化學液體，我們通稱「電解液」。但你知道嗎？雖然名字一樣，但它們在微觀世界裡扮演的角色，根本是天壤之別。

如果不把它們分清楚，你就無法理解為什麼電容會「爆漿」，而電瓶需要「補水」。

一、電解電容的液體：它是「地形探險家」（液態導線）

我們先看看電解電容。當你把一顆電容剖開，會看到沾滿液體的紙。很多人以為這液體像電池一樣是用來產生化學反應的。

錯！在電解電容裡，電解液就是「負極」本身。

這聽起來很違反直覺，讓我們從微觀結構來看：

1. 崎嶇的峽谷（正極）：
   為了在小小的體積內塞進超大容量，電容的正極鋁箔經過了劇烈的「蝕刻工藝」。如果你用顯微鏡看，鋁箔表面不是平的，而是像科羅拉多大峽谷一樣，充滿了無數深不見底的微細坑洞。


2. 固體進不去：
   如果你直接拿另一片金屬鋁箔（負極箔）貼上去，金屬太硬了，只能蓋在「峽谷」的頂端，底下的巨大表面積完全接觸不到，電容容量會瞬間縮水 90%。


3. 液體填滿一切：
   這時候，電解液登場了。它像水一樣流進每一個微小的坑洞、隧道，完全貼合在正極表面的氧化膜上。

【結論】：
電解電容的電解液，功能是「物理填充」與「傳導」。它就像是液態的導線，負責把電子送到那些固體金屬接觸不到的深處。在理想狀態下，它只導電，不參與化學反應（不被消耗）。

二、汽車電瓶的液體：它是「燃料」（化學原料）

接著我們看汽車的 12V 鉛酸電池。這裡面的液體（稀硫酸），命運就完全不同了。

在電池裡，電解液是主角，它是化學反應的原料。

• 放電就是「吃掉」硫酸： 當你發動車子（放電）時，硫酸（H₂SO₄）會真的跑進極板裡，跟鉛產生化學反應，變成硫酸鉛。
• 變魔術： 在這個過程中，原本酸溜溜的硫酸，會因為反應而逐漸變成水（H₂O）。
  • 滿電時：液體很酸（比重高）。
  • 沒電時：液體變淡了，接近水（比重低）。

【結論】：
汽車電瓶的電解液，功能是「化學反應物」。它就像是燃料，用一點少一點（雖然充電可以還原，但本質上它是被消耗的材料）。

三、終極比一比：橋樑 vs. 燃料

為了讓你一眼看懂，我們來個超級比一比：

比較項目	電解電容 (Electrolytic Capacitor)	汽車電瓶 (Lead-Acid Battery)
液體成分	乙二醇、硼酸等溶劑 (弱酸/中性)	稀硫酸 (強酸)
核心身份	液態的電極 (Liquid Cathode)	化學燃料 (Reactant)
運作原理	物理儲能 (電荷吸附)	化學儲能 (物質轉換)
放電變化	濃度不變，只是電子在跑	濃度變低，硫酸變成了水
乾掉後果	接觸不良 → 容量歸零 (失效)	原料沒了 → 發不出電 (失效)
一句話比喻	它是「填滿坑洞的水泥」	它是「煮湯用的湯底」

工程師的總結

下次當你看到電解電容和電瓶時，請帶著不同的敬意看它們：

• 對電瓶： 我們要關心它的「濃度」，因為它是靠犧牲自己（化學變化）來給你能量。
• 對電容： 我們要關心它的「濕潤度」，因為它是靠無孔不入（物理接觸）來撐起巨大的容量。

雖然都是「水」，但在電子的世界裡，一個是橋樑，一個是燃料，這就是電子學迷人的微觀細節。

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