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芯片封装由 2D 向 3D 发展的过程中,衍生出多种不同的封装技术。其中,2.5D 封装是一种先进的异构芯片封装,可以实现从成本、性能到可靠性的完美平衡。
目前 CoWoS 封装技术已经成为了众多国际算力芯片厂商的首选,是高端性能芯片封装的主流方案之一。我们认为,英伟达算力芯片的需求增长大幅提升了 CoWos 的封装需求,CoWos 有望进一步带动先进封装加速发展。
CoWos 技术是高端性能封装的主流方案 全球各大厂对纷纷对先进封装技术注册独立商标。近年来,在先进封装飞速发展的背景下,开发相关技术的公司都将自己的技术独立命名注册商标,如台积电的 lnFO、CoWoS,日月光的 FoCoS,Amkor 的 SLIM、SWIFT,三星的 I-Cube、H-Cube 以及 Intel 的 Foveros、EMIB 等。台积电的 CoWos 技术是高端性能封装的主流方案之一。 我们认为,随着 2.5D 和 3D 封装解决方案变得越来越复杂,先进封装主要参与者的封装组合也在增加。根据 Yole《High End Performance Packaging 2022》,高端性能封装平台包括例如超高密度扇出型封装(UHD FO)、嵌入式硅桥(Embedded Si Bridge)、硅中介层(Si Interposer)、三维堆栈内存(3D StackMemory)以及 3D SoC 技术。嵌入式硅桥有两种解决方案:LSI(台积电)和 EMIB(英特尔)。硅中介层技术包括台积电的 CoWoS、三星的 X-Cube以及英特尔的 Foveros 等解决方案。EMIB 与 Foveros 的结合产生了 CoEMIB 技术,主要应用于英特尔的 Ponte Vecchio 平台。三维堆栈内存分为三类,分别为 HBM、3DS 和 3D NAND 堆栈。 CoWoS 的主要优势是节约空间、增强芯片之间的互联性和降低功耗。 在过去十年,CoWoS 封装已经经过了五代的发展。目前采用 CoWoS 封装的产品主要分布于消费领域和服务器领域,包括英伟达、AMD 等推出的算力加速卡。CoWoS 被应用于制造英伟达 GPU 所需要的工艺流程中,具备高技术壁垒特点,目前需求较大。 同时,CoWoS平台为高性能计算应用提供了同类最佳的性能和最高的集成密度。这种晶圆级系统集成平台可提供多种插层尺寸、HBM 立方体数量和封装尺寸。它可以实现大于 2 倍封装尺寸(或约 1,700 平方毫米)的中阶层,集成具有四个以上 HBM2/HBM2E 立方体的领先 SoC 芯片 我们认为,CoWoS 封装技术具备高集成度、高性能、芯片组合灵活性以及优秀稳定性与可靠性等特点,随着技术的不断进步和市场需求的增长,CoWoS 封装技术有望在未来继续取得突破,并在多重领域中得到应用。 CoWoS 工艺流程包含多项步骤,根据中国台湾大学资料,我们总结CoWoS 封装流程可大致划分为三个阶段。在第一阶段,将裸片(Die)与中介层(Interposer)借由微凸块(uBump)进行连接,并通过底部填充(Underfill)。 在第二阶段,将裸片(Die)与载板(Carrier)相连接,根据艾邦半导体网,封装基板(载板)是一类用于承载芯片的线路板,属于 PCB 的一个技术分支,也是核心的半导体封测材料,具有高密度、高精度、高性能、小型化及轻薄化的特点,可为芯片提供支撑、散热和保护的作用,同时也可为芯片与 PCB 母板之间提供电气连接及物理支撑。在裸片与载板相连接后,利用化学抛光技术(CMP)将中介层进行薄化,此步骤目的在于移除中介层凹陷部分。 在第三阶段,切割晶圆形成芯片,并将芯片连结至封装基板。最后加上保护封装的环形框和盖板,使用热介面金属(TIM)填补与盖板接合时所产生的空隙。 CoWoS 封装技术应用广泛,目前主要应用于高性能计算、通信网络、图像处理以及汽车电子等相关领域。在高性能计算领域,CoWoS 封装具备整合多个处理器芯片、高速缓存和内存于同一封装中的能力,从而实现卓越的计算性能和数据吞吐量,这一特性在数据中心、超级计算机和人工智能应用领域具有突出的重要性,目前 CoWoS 产品聚焦于具备 HBM 记忆模块的高端产品。 目前随着 Ai 浪潮兴起,高性能加速卡在需求端大幅上升,CoWoS 主要针对高性能计算(HPC)市场,需求量较大。 本文观点摘自甬兴证券的研究报告。
审核编辑 黄宇
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