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簡單認(rèn)識CoWoP封裝技術(shù)

深圳市賽姆烯金科技有限公司 ? 來源:逍遙設(shè)計自動化 ? 2025-09-22 02:37 ? 次閱讀
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以下文章來源于逍遙設(shè)計自動化,作者逍遙科技

CoWoP技術(shù)基礎(chǔ)介紹

半導(dǎo)體行業(yè)正面臨傳統(tǒng)封裝方法的性能極限,特別是在滿足AI計算需求的爆炸性增長方面。CoWoP(芯片晶圓平臺印刷線路板封裝)技術(shù)的出現(xiàn),代表了系統(tǒng)級集成方法的根本性轉(zhuǎn)變。這種創(chuàng)新方法通過消除傳統(tǒng)中間層結(jié)構(gòu),為下一代計算系統(tǒng)創(chuàng)造了更高效、更經(jīng)濟的解決方案。

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圖1:CoWoP的基本架構(gòu),顯示HBM、GPU和HBM芯片安裝在硅Interposer上,直接連接到基于mSAP的HDI印刷線路板。

CoWoP代表"芯片晶圓平臺PCB",這是一種封裝方法,芯片通過硅Interposer以倒裝芯片方式直接鍵合到高密度印刷線路板上。這種方法消除了對傳統(tǒng)有機基板(如ABF或BT板)和常規(guī)BGA焊球的需求,在芯片和PCB之間創(chuàng)造了更集成的連接。該技術(shù)將硅Interposer的高性能互連優(yōu)勢與PCB的成本效益相結(jié)合,定位為CoWoS(芯片晶圓基板封裝)系統(tǒng)級封裝技術(shù)的自然演進。

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圖2:CoWoP結(jié)構(gòu),說明芯片晶圓如何與Interposer互連,以及銅凸點如何從Interposer直接放置到mSAP PCB上。

CoWoP的技術(shù)理念

CoWoP的核心理念體現(xiàn)了一種激進的技術(shù)飛躍,從根本上挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)封裝智慧。與增加復(fù)雜性層面不同,CoWoP采用減法方法,移除所有不必要的中間組件。該技術(shù)直接消除了昂貴且厚重的中間封裝基板,用技術(shù)密集型的"平臺PCB"取而代之,允許芯片和Interposer組件直接安裝到這個增強的主板上。

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圖3:簡化的CoWoP架構(gòu),演示了封裝基板的消除,僅顯示基本組件,HBM-GPU-HBM排列在硅Interposer上,直接連接到基于mSAP的HDI印刷線路板。

這個看似簡單的減法代表了巨大的技術(shù)進步。"CoWoP = CoWoS - 封裝基板"這個等式捕捉了這種創(chuàng)新的本質(zhì),但其影響遠(yuǎn)不止于此。主板PCB本身現(xiàn)在必須具備以前由封裝基板提供的高精度布線能力。與傳統(tǒng)CoWoS技術(shù)相比,三個關(guān)鍵組件完全消失:封裝基板、BGA焊球和相關(guān)的互連復(fù)雜性。帶有硅Interposer的裸芯片模塊現(xiàn)在直接連接到服務(wù)器主板,創(chuàng)造了超高的集成效率。

結(jié)構(gòu)組件和Assembly

理解CoWoP需要檢查其分層結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)通過精心設(shè)計的組件自下而上構(gòu)建?;A(chǔ)由平臺PCB組成,作為最終承載整個系統(tǒng)的通用服務(wù)器主板。這塊板必須滿足極高的制造標(biāo)準(zhǔn),包括精確的線密度、平整度和公差要求,這些要求以前屬于專業(yè)封裝代工廠。

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圖4:完整的CoWoP結(jié)構(gòu)分解,顯示三個主要組件,芯片die(GPU核心和HBM)、作為適配板的硅Interposer,以及平臺PCB基礎(chǔ)。

平臺上方是硅Interposer,這是一個高精度晶圓,功能類似于復(fù)雜的適配板。該組件使GPU和HBM模塊等小芯片能夠緊密放置,實現(xiàn)高速通信。Interposer處理管理數(shù)千個微小信號點并將其有效路由到下方PCB上較大連接點的關(guān)鍵任務(wù)。

頂層包含實際的計算元素:芯片die本身,包括GPU核心和相鄰的高帶寬存儲器模塊。這些組件代表驅(qū)動AI工作負(fù)載的核心計算單元,通過Interposer的直接集成創(chuàng)造了巨大的性能機會。

優(yōu)勢和性能收益

CoWoP在多個性能維度上提供顯著優(yōu)勢,從根本上改變了高性能計算系統(tǒng)的方法。該技術(shù)通過消除一個有機基板層創(chuàng)造了更短的互連路徑,允許信號直接從Interposer傳輸?shù)街靼宓你~走線。這種直接連接降低了NVLink和HBM接口等關(guān)鍵連接的信號衰減,在不影響性能的情況下實現(xiàn)更長的板載互連距離。

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圖5:優(yōu)勢概覽,顯示CoWoP結(jié)構(gòu)以及性能收益,包括改善的電源完整性、熱管理和減少的熱機械失配。

電源完整性改善代表了另一個重要優(yōu)勢。板載電壓調(diào)節(jié)模塊可以更靠近GPU放置,減少寄生電感并顯著改善瞬態(tài)電流響應(yīng)。隨著GPU功耗超過1000瓦,這種接近性變得越來越重要,需要極其響應(yīng)迅速的電源傳輸系統(tǒng)。

熱管理收益來自消除封裝蓋,允許直接安裝冷板或液冷解決方案。這種直接熱接口對管理高性能AI加速器產(chǎn)生的熱量至關(guān)重要。此外,移除有機基板消除了熱膨脹系數(shù)差異最大的組件,顯著降低了熱循環(huán)過程中的翹曲風(fēng)險。

成本和產(chǎn)能優(yōu)勢解決了當(dāng)前行業(yè)瓶頸。有機基板代表昂貴、供應(yīng)受限的工藝步驟,限制了AI服務(wù)器生產(chǎn)。消除這些組件移除了重要的成本中心,同時解決了目前限制行業(yè)增長的制造產(chǎn)能約束。

挑戰(zhàn)和考慮因素

盡管有優(yōu)勢,CoWoP引入了必須仔細(xì)管理的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。主板的制造要求急劇增加,因為PCB制造現(xiàn)在必須達(dá)到以前專門為專業(yè)封裝代工廠保留的標(biāo)準(zhǔn)。線密度、平整度和公差規(guī)格必須達(dá)到傳統(tǒng)PCB制造商從未大規(guī)模嘗試過的水平。

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圖6:主要缺點,包括增加的主板制造要求、高返工難度和復(fù)雜的封裝系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計需求。

返工難度呈現(xiàn)另一個重大挑戰(zhàn)。一旦價值數(shù)萬美元的GPU die直接焊接到主板上,良率和故障率必須保持極低水平。傳統(tǒng)封裝方法允許組件更換和返工,但CoWoP的直接集成使得這種維修幾乎不可能,除非更換整個主板Assembly。

該技術(shù)還需要復(fù)雜的封裝系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計方法。信號完整性、熱管理和機械應(yīng)力必須由芯片設(shè)計團隊、Interposer專家和PCB工程師聯(lián)合仿真。這種協(xié)調(diào)水平需要傳統(tǒng)上獨立的工程學(xué)科之間超高程度的合作。

行業(yè)影響和戰(zhàn)略意義

CoWoP不僅僅是技術(shù)進步,還從根本上重塑了整個半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)的競爭動態(tài)。對于NVIDIA來說,該技術(shù)將性能瓶頸從芯片處理轉(zhuǎn)移到封裝和系統(tǒng)級互連。掌握這種轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了巨大的競爭優(yōu)勢,將競爭從芯片級性能提升到系統(tǒng)級集成能力。

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圖7:行業(yè)影響,受CoWoP采用影響的關(guān)鍵參與者。

TSMC的角色在CoWoP實施下發(fā)生重大演變。硅Interposer區(qū)域變得更大更關(guān)鍵,使TSMC的參與更加不可或缺。公司的地位可能從CoWoS的部分參與者轉(zhuǎn)變?yōu)橹醒胂到y(tǒng)集成顧問,考慮到控制關(guān)鍵硅Interposer技術(shù)。

對于存儲器技術(shù),CoWoP對HBM4和HBM5實施變得必不可少。隨著堆疊層數(shù)和輸入輸出要求持續(xù)增加,傳統(tǒng)封裝方法接近物理極限。CoWoP專門解決下一代存儲器互連挑戰(zhàn),使其對未來高帶寬存儲器實施幾乎不可避免。

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圖8:CoWoS和CoWoP架構(gòu)的直接比較,CoWoP中基板層的消除,同時保持上下相同的功能組件。

未來展望和技術(shù)演進

從更廣闊的角度來看,CoWoP代表NVIDIA試圖將服務(wù)器主板轉(zhuǎn)變?yōu)镚PU的最終封裝層,有效定義整個AI計算硬件平臺。這種策略超越了簡單的芯片銷售,轉(zhuǎn)向定義包含芯片、封裝和主板集成的完整系統(tǒng)級平臺。

在這種努力中的成功將觸發(fā)整個下游半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的價值重構(gòu)和技術(shù)重組,影響封裝公司、基板制造商、PCB制造商和服務(wù)器原始設(shè)計制造商。該技術(shù)代表了向超大規(guī)模計算能力邁進的必要步驟,在這種情況下,僅靠芯片制造工藝的進步無法滿足AI計算能力的爆炸性增長需求。

行業(yè)在過渡期間可能會看到并行技術(shù)路線圖,傳統(tǒng)CoWoS與CoWoP開發(fā)并行繼續(xù)。這種雙重方法在新技術(shù)成熟期間提供安全網(wǎng),確保產(chǎn)品迭代和市場供應(yīng)在技術(shù)過渡期間保持穩(wěn)定。

CoWoP最終代表了半導(dǎo)體行業(yè)對基本擴展挑戰(zhàn)的響應(yīng)。隨著接近傳統(tǒng)封裝方法的極限,像CoWoP這樣的系統(tǒng)級創(chuàng)新對于AI計算時代的持續(xù)性能提升變得必要。

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原文標(biāo)題:CoWoP封裝技術(shù)

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