یک پکیج CoWoS، منطق پیشرفته و حافظه با پهنای‌باند بالا را از طریق ساختار پکیج مبتنی بر اینترپوزر به هم متصل می‌کند و سپس از طریق یک زیرلایه حامل آلی به PCB سیستم منتقل می‌شود. هرکدام از این لایه‌ها مسائل مهندسی متفاوتی را حل می‌کنند و به قابلیت‌های تولید متفاوتی نیاز دارند.
اینترپوزر سیلیکونی، لایه‌های بازتوزیع، زیرلایه پکیج آلی و مادربرد شتاب‌دهنده، حوزه‌های طراحی جداگانه‌ای هستند. موفقیت یک سیستم AI یا HPC به کنترل انتقال اطلاعات و الزامات میان این بخش‌ها وابسته است: هندسه پکیج، رابط BGA، تأمین توان، مسیریابی سیگنال، محدودیت‌های حرارتی، بارهای مکانیکی و شواهد تأیید صلاحیت.
تفاوت بین زیرلایه پکیج CoWoS و PCB سیستم چیست؟
زیرلایه حامل CoWoS بخشی از پکیج نیمه‌رسانا است. این بخش، بازتوزیع با گام بسیار ریز را بین اتصال داخلی پکیج پیشرفته و رابط خارجی BGA فراهم می‌کند.
PCB سیستم، پلتفرم در سطح برد است که پکیج را به تأمین توان، شبکه، ذخیره‌سازی، کانکتورها و سایر بخش‌های سیستم متصل می‌کند.
| لایه محصول | مالک معمول | اطلاعات مهندسی منتقل‌شده |
|---|---|---|
| دای‌های منطق/HBM و رابط میکروبامپ | تیم‌های تراشه، فاندری و پکیج | چیدمان دای، الزامات حرارتی، الزامات اتصال |
| اینترپوزر سیلیکونی یا لایه اتصال RDL | تأمین‌کننده بسته‌بندی پیشرفته | ساختار مسیریابی ریز، رابط بامپ، محدودیت‌های فرآیند |
| زیرلایه حامل آلی | تأمین‌کنندگان زیرلایه پکیج و اکوسیستم OSAT | فناوری ساخت، نقشه BGA، داده‌های تاب‌برداشت، تأیید صلاحیت پکیج |
| PCB سیستم/شتاب‌دهنده | سازنده تجهیزات سخت‌افزاری و تأمین‌کننده PCB | استک‌آپ، مسیریابی خروجی، پلن‌های توان، کانکتورها، تأیید صلاحیت برد |
| مجموعه خنک‌کننده و مکانیکی | تیم مکانیک/سیستم | هیت‌سینک، کولد پلیت، نگهدارنده، بارگذاری، الزامات تختی |
نقشه ساخت معمول PCB جایگزین داده‌های طراحی زیرلایه پکیج نیست. تأمین‌کننده PCB پیش از نهایی شدن تصمیم‌های معماری برد، به اطلاعات رابط تأییدشده پکیج نیاز دارد.
طراح PCB به چه داده‌های پکیج CoWoS نیاز دارد؟
پیش از آغاز مسیریابی، تیم سیستم باید اطلاعات کنترل‌شده پکیج را دریافت کند که الزامات مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و تولیدی را پوشش دهد.
| دسته ورودی | اطلاعات مورد نیاز |
|---|---|
| رابط مکانیکی | ابعاد پکیج، ارتفاع، جرم، ناحیه ممنوعه، محدودیت‌های نصب |
| رابط BGA | نقشه توپ‌ها، گام، پیشنهاد پد، محدودیت‌های خروج مسیر |
| یکپارچگی سیگنال | مدل‌های کانال، محدودیت‌های I/O پرسرعت، الزامات کلاک مرجع |
| تأمین توان | نقشه دامنه‌های توان، الزامات گذرا، امپدانس هدف |
| طراحی حرارتی | نقشه توان، مدل حرارتی، محدوده‌های کاری |
| مونتاژ | پروفایل ریفلو، محدودیت‌های آندر‌فیل/سوکت، محدودیت‌های تمیزکاری و تعمیر |
| قابلیت اطمینان | الزامات تاب‌برداشت، هم‌صفحه‌گی، جابه‌جایی، ذخیره‌سازی و رهگیری |
بدون ورودی‌های کنترل‌شده پکیج، تعداد لایه‌های PCB، ساختار ویا، اهداف امپدانس و عملکرد تأمین توان همچنان در مرحله مقدماتی باقی می‌مانند.
مهندسان چگونه باید مرز مالکیت طراحی CoWoS را جدا کنند؟
مرز مالکیت مشخص، از تصمیم‌های اشتباه در تأمین جلوگیری می‌کند.
- تیم‌های نیمه‌رسانا و بسته‌بندی، فناوری اینترپوزر، ساختارهای میکروبامپ، مونتاژ پکیج و تأیید صلاحیت پکیج را کنترل می‌کنند.
- تأمین‌کنندگان زیرلایه پکیج، ساخت زیرلایه آلی، مسیریابی با گام ریز و فرآیندهای تولید در سطح پکیج را کنترل می‌کنند.
- تأمین‌کنندگان PCB سیستم، ساخت مادربرد، ساختارهای HDI، توزیع مس، یکپارچگی سیگنال در سطح برد و آزمون تولید را کنترل می‌کنند.
دامنه صحیح RFQ به رابط فیزیکی در حال تولید بستگی دارد.
پکیج‌های CoWoS چگونه بر مسیریابی خروجی PCB و یکپارچگی سیگنال تأثیر می‌گذارند؟
پکیج‌های بزرگ شتاب‌دهنده AI، میدان‌های متراکم BGA با الزامات سخت‌گیرانه خروج مسیر ایجاد می‌کنند. مسیریابی برد باید رابط پکیج را به ساختارهای قابل تولید PCB تبدیل کند و هم‌زمان کیفیت سیگنال را حفظ نماید.
تصمیم‌های کلیدی طراحی عبارت‌اند از:
- پیش از بهینه‌سازی تراکم خروج سیگنال، مسیرهای دسترسی توان و زمین را رزرو کنید.
- مسیرهای بازگشت کنترل‌شده را برای رابط‌های پرسرعت حفظ کنید.
- پدهای BGA، آنتی‌پدها، ساختارهای خروج و انتقال‌های ویا را مدل کنید.
- با استفاده از راهبردهای مناسب ویا، استاب‌های باقی‌مانده ویا را کنترل کنید.
- سهم پکیج، PCB، کانکتور و کابل را در بودجه کانال لحاظ کنید.
- ساختار کوپن‌های TDR و VNA را تعریف کنید که استک‌آپ واقعی تولید را نمایش دهند.
از تولید PCB پرسرعت و قابلیت PCB HDI برای ارزیابی ساخت برد سیستم استفاده کنید، نه برای ساخت زیرلایه پکیج نیمه‌رسانا.
مهندسان چگونه باید طراحی تأمین توان و حرارت CoWoS را ارزیابی کنند؟
پکیج‌های AI و HPC جریان بالا، رفتار گذرای سریع و بارهای حرارتی متمرکز ایجاد می‌کنند. یکپارچگی توان و طراحی حرارتی-مکانیکی باید به‌صورت هم‌زمان بررسی شوند.
ورودی‌های مهم طراحی شامل موارد زیر هستند:
- توزیع توان و زمین از طریق رابط پکیج؛
- اندوکتانس خروج از توپ‌های پکیج تا پلن‌های PCB؛
- جانمایی خازن‌های دکوپلینگ بر اساس پاسخ فرکانسی و اندوکتانس اتصال؛
- اهداف امپدانس بین VRM و پکیج؛
- توزیع مس و افزایش دما؛
- بارگذاری هیت‌سینک یا کولد پلیت؛
- اثرات استیفنر و نگهدارنده؛
- تغییر شکل برد در زمان مونتاژ و کارکرد.
یک طراحی پایدار، کل ساختار پکیج-برد-خنک‌کننده را در نظر می‌گیرد و PCB را به‌عنوان یک قطعه مستقل بررسی نمی‌کند.
چه ریسک‌های رابط CoWoS به شواهد تأیید صلاحیت نیاز دارند؟
| حالت خرابی | علت رابط | شواهد مفید |
|---|---|---|
| عدم ترشوندگی یا قطع اتصال BGA | تاب‌برداشت پکیج/برد، عدم تطابق فرآیند لحیم، مشکل طراحی پد | اندازه‌گیری تاب‌برداشت، پروفایل مونتاژ، X-ray، مقطع‌برداری |
| ترک‌خوردگی پد یا تنش برد | نگهداری مکانیکی، جابه‌جایی، بار خنک‌کننده | اندازه‌گیری تنش، تحلیل مکانیکی |
| افت توان یا نویز | اندوکتانس پلن، ساختار خروج، دکوپلینگ ناکافی، پاسخ VRM | شبیه‌سازی PDN، اندازه‌گیری امپدانس، آزمون گذرا |
| کاهش حاشیه کانال | ناپیوستگی ویا، افت بیش از حد، کراس‌تاک، اختلال مسیر بازگشت | شبیه‌سازی کانال، TDR/VNA، آزمون BER |
| کاهش فرکانس به دلیل حرارت | مسیر خنک‌سازی، رابط TIM، محدودیت جریان هوا یا خنک‌سازی مایع | مدل حرارتی و اندازه‌گیری سیستم |
| خستگی لحیم | عدم تطابق CTE، تاب‌برداشت، سیکل حرارتی، سختی برد | سیکل قابلیت اطمینان و تحلیل خرابی |
چه کنترل‌های تولیدی برای PCB سیستم CoWoS اهمیت دارند؟
فرآیند تولید PCB سیستم باید جزئیات رابطی را که بر مونتاژ پکیج تأثیر می‌گذارند تثبیت کند.
کنترل‌های مهم شامل موارد زیر هستند:
- انتخاب لمینیت و جایگزین‌های تأییدشده؛
- ضخامت و پروفایل مس؛
- ساختارهای HDI و بک‌دریل؛
- ثبت BGA و هندسه آنتی‌پد؛
- الزامات پرکردن و کپ‌کردن ویا-این-پد؛
- تختی برد و هم‌صفحه‌گی موضعی؛
- سازگاری پوشش سطحی؛
- راهبرد بازرسی SPI، AOI، X-ray و CT؛
- تست boundary scan، آزمون توان، لوپ‌بک پرسرعت، آزمون BER و تله‌متری حرارتی.
محدودیت‌های تعمیرکاری باید پیش از شروع تولید با مالک پکیج تعیین شوند.
مهندسان چگونه تأمین‌کننده مناسب PCB برای CoWoS را انتخاب کنند؟
ارزیابی تأمین‌کننده باید قابلیت زیرلایه پکیج را از قابلیت برد سیستم جدا کند.
| مورد ارزیابی | پرسش تصمیم‌گیری برای تأمین‌کننده |
|---|---|
| دامنه تولید | آیا تأمین‌کننده PCB سیستم، زیرلایه پکیج، برد تست یا محصول رابط دیگری را پیشنهاد می‌دهد؟ |
| قابلیت HDI | آیا تأمین‌کننده می‌تواند ساختارهای ویا و تلرانس‌های ثبت مورد نیاز را تولید کند؟ |
| قابلیت پرسرعت | آیا تأمین‌کننده می‌تواند امپدانس، افت و عملکرد کانال را اعتبارسنجی کند؟ |
| پشتیبانی تأمین توان | آیا تأمین‌کننده از ساختارهای مسی و الزامات اعتبارسنجی پشتیبانی می‌کند؟ |
| دانش مونتاژ | آیا تأمین‌کننده محدودیت‌های مونتاژ BGA پیشرفته را می‌شناسد؟ |
| شواهد کیفیت | آیا سوابق بازرسی، رهگیری و قابلیت اطمینان موجود است؟ |
| پشتیبانی مهندسی | آیا تأمین‌کننده می‌تواند استک‌آپ، SI/PI و ریسک‌های تولیدپذیری را بررسی کند؟ |
یک شریک تأمین PCB سیستم باید توانایی ساخت رابط تأییدشده را نشان دهد، نه اینکه مالکیت فرآیندهای نیمه‌رسانایی خارج از محدوده تولید خود را ادعا کند.
بسته RFQ برای PCB مربوط به CoWoS باید شامل چه مواردی باشد؟
یک بسته کامل RFQ باید شامل موارد زیر باشد:
- تأمین‌کننده پکیج، شماره قطعه و بازبینی؛
- اطلاعات ابعاد پکیج و الگوی لند BGA؛
- مدل‌های الکتریکی، حرارتی و مکانیکی تحت NDA در صورت نیاز؛
- الزامات استک‌آپ PCB؛
- لمینیت، پروفایل مس و اهداف امپدانس؛
- الزامات مسیریابی خروج، HDI، ویا و بک‌دریل؛
- نقشه توان، اهداف PDN و اطلاعات رابط VRM؛
- محدودیت‌های خنک‌سازی، نگهداری و تنش برد؛
- الزامات جانمایی، BOM و تست؛
- الزامات نمونه اول، رهگیری و اطلاع‌رسانی تغییرات؛
- بیانیه شفاف محدوده تولید.
الزامات معمول PCB/برد رابط را از طریق صفحه درخواست قیمت PCB ارسال کنید. محدوده زیرلایه پکیج پیشرفته باید با تأمین‌کنندگان تأییدشده بسته‌بندی نیمه‌رسانا انجام شود.
چه استانداردهایی برای تأیید صلاحیت PCB سیستم CoWoS کاربرد دارند؟
استانداردها و مراجع مرتبط شامل موارد زیر هستند:
- سری JEDEC JESD235 — حافظه با پهنای‌باند بالا
- سری JEDEC JESD22 — روش‌های آزمون قابلیت اطمینان تجهیزات نیمه‌رسانا
- IPC-6012 — تأیید صلاحیت و عملکرد بردهای چاپی سخت
- IPC-9701 — روش‌های آزمون عملکرد و الزامات تأیید صلاحیت اتصالات لحیم قطعات نصب سطحی
- IEEE 1149.1 — دسترسی آزمون boundary-scan در صورت پیاده‌سازی
الزامات تأمین‌کننده پکیج و بازبینی‌های فعلی استانداردها باید برای هر پروژه تأیید شوند. «CoWoS صنعتی» یک دسته‌بندی مستقل مواد PCB یا یک استاندارد جهانی تأیید صلاحیت نیست.
پرسش‌های متداول زیرلایه حامل CoWoS
آیا زیرلایه حامل CoWoS همان PCB چندلایه است؟
خیر. زیرلایه حامل آلی بخشی از یک پکیج پیشرفته نیمه‌رسانا است و از فرآیندهای تولید در سطح پکیج، ساختارهای مسیریابی ریز و روش‌های تأیید صلاحیت فراتر از ساخت معمول PCB استفاده می‌کند.
آیا تولیدکننده PCB می‌تواند اینترپوزر سیلیکونی CoWoS را بسازد؟
خیر، نه به‌عنوان یک سفارش معمول PCB. فرآیندهای اینترپوزر، RDL و مونتاژ پکیج پیشرفته متعلق به زنجیره‌های تأمین تأییدشده بسته‌بندی نیمه‌رسانا هستند.
یک تأمین‌کننده PCB سیستم چه چیزی می‌تواند تولید کند؟
یک تأمین‌کننده PCB سیستم می‌تواند بردهای شتاب‌دهنده، بردهای ارزیابی، بردهای رابط و دیگر سخت‌افزارهای سطح برد را زمانی تولید کند که داده‌های رابط تأییدشده پکیج را دریافت کرده باشد.
چرا تاب‌برداشت CoWoS اهمیت دارد؟
تاب‌برداشت پکیج و برد بر تماس لحیم، بازده مونتاژ و قابلیت اطمینان مکانیکی تأثیر می‌گذارد. پکیج، PCB و ساختار خنک‌کننده باید به‌صورت یک مجموعه ارزیابی شوند.
پیش از شروع مسیریابی PCB چه اطلاعاتی لازم است؟
حداقل مجموعه داده شامل ابعاد پکیج، نقشه BGA، الگوی لند، مدل‌های الکتریکی، اطلاعات حرارتی، الزامات توان و محدودیت‌های مونتاژ است.