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      科普|CoWoS 封裝技術(shù)
      作者: 來源: 日期:2024/5/28 13:30:19 人氣:1131

      CoWoS 封裝概述




      CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)架構(gòu)通過引入2.5D水平堆疊和3D垂直堆疊配置,徹底顛覆了傳統(tǒng)的芯片封裝方式。這種創(chuàng)新的方法允許將不同的處理器和內(nèi)存模塊逐層堆疊,通過緊密的芯片間互連,構(gòu)建出一個高度集成的系統(tǒng)。CoWoS技術(shù)利用硅通孔(TSV)和微凸塊技術(shù),與傳統(tǒng)的二維封裝方法相比,顯著縮短了互連長度,降低了功耗,并增強了信號的完整性。

      在實際應(yīng)用中,CoWoS技術(shù)能夠?qū)⒏呒壧幚韱卧?,如GPU和人工智能加速器,與高帶寬內(nèi)存(HBM)模塊無縫集成。這種集成對于人工智能應(yīng)用尤為關(guān)鍵,因為這些應(yīng)用對大規(guī)模計算能力和快速數(shù)據(jù)訪問有著極高的要求。通過將處理元件和內(nèi)存元件緊密配置,CoWoS技術(shù)最大限度地減少了延遲,提高了數(shù)據(jù)吞吐量,為內(nèi)存密集型任務(wù)帶來了前所未有的性能提升。這種集成方式極大地優(yōu)化了人工智能和其他高性能計算應(yīng)用的性能,使得處理速度和效率得到了顯著提升。


      CoWoS 封裝的優(yōu)勢


      CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)封裝技術(shù)具有多項顯著優(yōu)勢,這些優(yōu)勢使其在高性能計算和先進半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中極為重要:

      高密度集成:CoWoS技術(shù)允許在單一封裝中集成多個芯片,包括處理器、內(nèi)存和其他功能模塊,實現(xiàn)高密度的系統(tǒng)集成。這種集成方式可以顯著減少芯片間的物理距離,提高整體系統(tǒng)的性能。

      縮短互連長度:通過使用硅通孔(TSV)技術(shù),CoWoS能夠?qū)崿F(xiàn)芯片間的垂直互連,從而大幅縮短信號傳輸路徑,減少信號延遲和功耗。

      增強信號完整性:由于互連長度的縮短,信號在傳輸過程中的衰減和干擾減少,從而提高了信號的完整性和可靠性。

      降低功耗:更短的互連路徑和優(yōu)化的電源分布網(wǎng)絡(luò)有助于降低整體功耗,這對于移動設(shè)備和數(shù)據(jù)中心等對能效有嚴(yán)格要求的應(yīng)用尤為重要。

      提高帶寬和吞吐量:CoWoS技術(shù)支持高帶寬內(nèi)存(HBM)的集成,這種內(nèi)存技術(shù)提供了遠高于傳統(tǒng)DDR內(nèi)存的帶寬,非常適合需要大量數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用,如人工智能和圖形處理。

      減小封裝尺寸:通過3D堆疊技術(shù),CoWoS可以在較小的封裝尺寸內(nèi)實現(xiàn)更多的功能和更高的性能,有助于減小電子設(shè)備的體積。

      提升熱管理效率:CoWoS封裝允許更有效地分布和散熱,有助于在高性能計算中維持穩(wěn)定的溫度,避免過熱導(dǎo)致的性能下降或損壞。

      支持異構(gòu)集成:CoWoS技術(shù)可以集成不同工藝節(jié)點的芯片,實現(xiàn)異構(gòu)集成,這對于整合先進和成熟工藝的芯片非常有用,可以優(yōu)化成本和性能。

      總之,CoWoS封裝技術(shù)通過其高集成度、優(yōu)化的互連和高效的能源利用,為高性能計算和先進半導(dǎo)體應(yīng)用提供了強大的技術(shù)支持。



      CoWoS 技術(shù)的市場動態(tài)


      1、需求驅(qū)動因素

      技術(shù)發(fā)展:人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)分析和移動計算等技術(shù)的發(fā)展,推動了對高性能計算設(shè)備的需求。

      計算能力提升:現(xiàn)代社會對計算能力的高需求促進了人工智能芯片的發(fā)展。

      市場增長:TrendForce數(shù)據(jù)顯示,人工智能服務(wù)器出貨量大幅增長,預(yù)計未來幾年將持續(xù)增長。

      高端芯片需求:對采用高規(guī)格HBM的GPU等高端芯片的需求增加。

      2、供需動態(tài)

      產(chǎn)能緊張:由于需求增長,臺積電的CoWoS封裝產(chǎn)能出現(xiàn)緊張,影響人工智能芯片產(chǎn)出。

      產(chǎn)能擴張:臺積電計劃提高CoWoS封裝產(chǎn)能,并投資新工廠以緩解供需失衡。

      市場競爭:其他臺灣公司如聯(lián)電、日月光科技控股公司和力成科技正在進入CoWoS高級封裝市場,提供替代解決方案。


      CoWoS 技術(shù)的變體


      目前使用的 CoWoS 技術(shù)分為三類:

      CoWoS-S:該技術(shù)使用單片硅內(nèi)插件和硅通孔(TSV),以促進芯片和基板之間高速電信號的直接傳輸。不過,單片硅內(nèi)插層存在良率問題。




      CoWoS-R:這項技術(shù)用有機插層取代了 CoWoS-S 的硅插層。有機插層具有細間距 RDL,可在 HBM 和芯片甚至芯片和基板之間提供高速連接。與 CoWoS-S 相比,CoWoS-R 具有更高的可靠性和成品率,因為有機中間膜本身具有柔性,可作為應(yīng)力緩沖器,減輕因基板和中間膜之間的熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生的可靠性問題。




      CoWoS-L 封裝:這種封裝使用本地硅互連(LSI)和 RDL 內(nèi)插件,共同構(gòu)成重組內(nèi)插件(RI)。除了 RDL 內(nèi)插件外,它還保留了 CoWoS-S 的誘人特點,即硅通孔 (TSV)。這也緩解了 CoWoS-S 中由于使用大型硅內(nèi)插件而產(chǎn)生的良品率問題。在某些實施方案中,它還可以使用絕緣體通孔 (TIV) 代替 TSV,以最大限度地降低插入損耗。


      了解 CoWoS 封裝元件


      CoWoS-L(Chip-on-Wafer-on-Substrate)是一種高級的芯片末端組裝技術(shù),用于將多個晶圓芯片(如SoC、HBM等)集成到一起。CoWoS-L技術(shù)使用中間膜作為關(guān)鍵原材料,在其上堆疊晶圓芯片,實現(xiàn)芯片之間的有效連接和通信。

      下面是CoWoS-L技術(shù)的具體過程:

      中間膜制造:首先制造中間膜,這是CoWoS-L技術(shù)的關(guān)鍵原材料。在中間膜上可以安裝多個晶圓芯片,從而實現(xiàn)芯片之間的有效連接和通信。

      TIV(Through-Island Via)制造:在晶圓裸片上制造直通絕緣通孔(TIV),用于連接晶圓芯片和中間膜。

      KGD(Known Good Die)安裝:在TIV和晶圓芯片之間填充模塑化合物,使用CMP(Chemical Mechanical Polishing)工藝獲得平面。然后在晶圓芯片上安裝已知良好芯片(KGD)。

      RDL(Redistribution Layer)制造:制造兩個RDL層,一層位于中間膜正面,通過μ凸塊連接晶片和基板,另一層RDL位于中間膜背面,通過C4凸塊連接中間膜和基底。

      深溝電容器(DTC):CoWoS-L技術(shù)還使用了深溝電容器(DTC),它可以提供高電容密度,從而提高系統(tǒng)的電氣性能。這些電容器可以充當(dāng)電荷庫,滿足運行高速計算應(yīng)用時的瞬時電流需求。

      CoWoS 技術(shù)的應(yīng)用


      與系統(tǒng)級芯片 (SiP) 等老式封裝技術(shù)相比,CoWoS 技術(shù)可在封裝中支持更多晶體管。所有需要大量并行計算、處理大矢量數(shù)據(jù)和需要高內(nèi)存帶寬的應(yīng)用都最適合使用這種技術(shù)。



      CoWoS 的一些應(yīng)用包括:

      高性能計算 (HPC)
      人工智能 (AI) 和機器學(xué)習(xí) (ML)
      網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心

      圖形處理器 (GPU) 和游戲




      艾斯達克始終秉持以客戶需求為核心,通過智能裝備、精密科技驅(qū)動,工業(yè)軟件打通數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)+AI算法賦能電子及半導(dǎo)體行業(yè)智慧倉儲,專注產(chǎn)品品質(zhì),用心服務(wù)的初心。艾斯達克幫助企業(yè)解決智能倉儲領(lǐng)域的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、自動化、智能化升級時遇到的實際問題,提供智慧倉儲設(shè)備定制化服務(wù)。未來艾斯達克將繼續(xù)發(fā)揮技術(shù)人才和資源方面的優(yōu)勢,為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級貢獻力量。



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