ทำความเข้าใจ CoWoS, CoPoS และ CoWoP ในบทความเดียว: เปิดตัวเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงแห่งอนาคต

เมื่อการย่อขนาดชิปเริ่มเข้าใกล้ขีดจำกัดทางฟิสิกส์ การเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมจึงไม่สามารถทำได้เพียงแค่การลดขนาดความกว้างของลายเส้นอีกต่อไป เพื่อรักษาการเติบโตของประสิทธิภาพการคำนวณและประสิทธิผลด้านพลังงาน อุตสาหกรรมจึงเริ่มเปลี่ยนจุดสนใจไปที่เทคโนโลยี การบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง แทน

ด้วยการนำการเชื่อมต่อความหนาแน่นสูงและการซ้อนชิปแบบ 3 มิติมาใช้ เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงสามารถบรรลุการส่งข้อมูลความเร็วสูง การใช้พลังงานต่ำ และการรวมวงจรสูงโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมของชิป ในบรรดาเทคโนโลยีเหล่านี้ เทคโนโลยี CoWoS เป็นโซลูชันบรรจุภัณฑ์ประสิทธิภาพสูงที่โดดเด่นที่สุดในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และได้ก่อให้เกิดรูปแบบที่ต่อยอดออกมาหลากหลาย เช่น CoPoS และ CoWoP ซึ่งเป็นทิศทางการพัฒนาหลักของเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ยุคใหม่

มูลนิธิเทคโนโลยี CoWoS: หัวใจหลักของการบูรณาการ 2.5 มิติและ 3 มิติ

CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) เป็นสถาปัตยกรรมการบรรจุภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นสูง โดยมี ชั้นกลาง เป็นหัวใจสำคัญ แนวคิดในการออกแบบคือการนำชิปหลายตัวมาวางซ้อนและเชื่อมต่อกันในขั้นตอนของเวเฟอร์ (Wafer) ก่อน แล้วจึงนำไปบรรจุลงบนฐานรอง (Substrate) เป็นภาพรวมทั้งหมด โครงสร้างในลักษณะนี้ช่วยลดระยะห่างในการรับส่งสัญญาณ พร้อมทั้งช่วยลดการใช้พลังงานและขนาดของระบบลงได้ในเวลาเดียวกัน

โดยพิจารณาจากวัสดุที่ใช้ในชั้นตัวกลางและวิธีการเชื่อมต่อ เทคโนโลยี CoWoS สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก ได้แก่:

• CoWoS-S: ใช้แผ่นซิลิคอนเป็นตัวกลาง ทำให้มีค่าการนำไฟฟ้าสูงและมีศักยภาพในการรวมวงจรได้ดีที่สุด จึงเหมาะสำหรับการใช้งานด้านการประมวลผลประสิทธิภาพสูง
• CoWoS-R: แทนที่แผ่นเชื่อมต่อซิลิคอนด้วย RDL (rewiring layers) ช่วยลดต้นทุนกระบวนการผลิตและเพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบ
• CoWoS-L: การออกแบบไฮบริดที่ใช้ซิลิคอนและ RDL ซึ่งผสานประสิทธิภาพสูงและความคุ้มค่าเข้าด้วยกัน รองรับการวางซ้อนชิปและหน่วยความจำได้มากขึ้น

CoWoS-L ถือเป็นจุดสมดุลในสถาปัตยกรรมที่มีอยู่ โดยสามารถเอาชนะข้อจำกัดของพื้นที่ตัวเชื่อมต่อ (interposer area) ในขณะเดียวกันก็ยังคงรักษาการส่งสัญญาณความเร็วสูงและประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีไว้ได้

CoPoS: บรรจุภัณฑ์แบบแผง เปิดศักราชใหม่แห่งการ “เปลี่ยนจากทรงกลมเป็นทรงสี่เหลี่ยม”

เนื่องจากขนาดของชิป AI และชิปประมวลผลประสิทธิภาพสูงมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ การใช้พื้นที่และกำลังการผลิตของแผ่นเวเฟอร์ทรงกลมแบบดั้งเดิมจึงค่อยๆ มีข้อจำกัด เพื่อแก้ไขปัญหานี้ แนวคิดการบรรจุภัณฑ์ระดับแผง CoPoS (Chip-on-Panel-on-Substrate) จึงได้ถือกำเนิดขึ้น

CoPoS ใช้ “ชั้น RDL ของแผงสี่เหลี่ยม” (Panel RDL Layer) แทนที่อินเตอร์โพเซอร์แบบเวเฟอร์วงกลม ทำให้สามารถจัดวางชิปบนฐานรองรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าได้โดยตรง และเชื่อมต่อเข้ากับแผ่นฐานรองด้านล่างผ่านกระบวนการบรรจุภัณฑ์ การออกแบบในลักษณะนี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่ม อัตราการใช้พื้นที่และประสิทธิภาพการผลิต เท่านั้น แต่ยังสามารถรวมชิปขนาดต่างๆ เข้าด้วยกัน พร้อมทั้งลดปัญหาการโก่งตัวของบรรจุภัณฑ์และปัญหาด้านอัตราผลตอบแทน (Yield rate) ได้อีกด้วย

วัสดุที่ใช้ทำแผงโซลาร์เซลล์ยังสามารถที่มีอำนาจสูง เช่น หรือแซฟไฟร์ ซึ่งช่วยในการระบายคว ทิศทางขนาดกระแสหลักในปัจจุบัน ได้แก่: 310×310 มม., 515×510 มม., 750×620 มม. ข้อกำหนดเหล่านี้กำลังค่อยๆ ขับเคลื่อนกระบวนการบรรจุภัณฑ์ให้เปลี่ยนจากทรงกลมเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส กลายเป็นกระแสหลักที่มีศักยภาพในยุคหลังกฎของมัวร์

เป็นที่น่าสังเกตว่า แม้ว่า CoPoS และ FOPLP (Fan-out Panel Level Packaging) จะจัดอยู่ในกลุ่มบรรจุภัณฑ์ระดับแผงเหมือนกัน แต่ตำแหน่งของทั้งสองนั้นแตกต่างกันอย่างชัดเจน:

• CoPoS ใช้สำหรับการรวมชิปประสิทธิภาพสูงและตัวเชื่อมต่อ (interposer)
• FOPLP ส่วนใหญ่ใช้ในแอปพลิเคชันระดับต่ำถึงกลาง เช่น ชิปจัดการพลังงานและชิป RF และไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างตัวเชื่อมต่อ (interposer)

CoWoP: แนวทางใหม่ที่ช่วยลดความซับซ้อนของชั้นบรรจุภัณฑ์ให้ดียิ่งขึ้น

แตกต่างจาก CoPoS ที่มุ่งเน้นไปที่การผลิตแบบแผง (Panelization) เป้าหมายของ CoWoP (Chip-on-Wafer-on-Platform PCB) คือ การลดความซับซ้อนของโครงสร้างระดับบรรจุภัณฑ์ ในโครงสร้าง CoWoS แบบดั้งเดิม การเชื่อมต่อระหว่างชิปและโมดูลหน่วยความจำจำเป็นต้องผ่านอินเตอร์โพเซอร์ (Interposer), ฐานรองบรรจุภัณฑ์ (Substrate) และลูกบอลตะกั่ว BGA ทีละชั้นเพื่อเชื่อมต่อกับเมนบอร์ด ซึ่งส่งผลให้โครงสร้างมีความซับซ้อนและเกิดต้นทุนสะสมในแต่ละชั้น

CoWoP จะตัดส่วนของฐานรองบรรจุภัณฑ์ (Substrate) และ BGA ออกโดยตรง แล้วเปลี่ยนมาใช้แผงวงจรหลัก PCB ที่มีความสามารถในการเชื่อมต่อที่มีความแม่นยำสูง (Platform PCB) เป็นชั้นรองรับแทน เพื่อให้ชั้นกลาง (Interposer) และโมดูลชิปสามารถ ติดตั้งลงบน PCB โดยตรง
วิธีการในลักษณะนี้จะช่วยย่อระยะทางการส่งสัญญาณ เพิ่มความสมบูรณ์ของสัญญาณ (Signal Integrity) พร้อมทั้งปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนและการจ่ายพลังงานให้ดียิ่งขึ้น

หากเทคโนโลยีนี้ได้รับการผลิตในปริมาณมากอย่างประสบความสำเร็จ มันอาจจะเปลี่ยนแปลงขอบเขตระหว่างบรรจุภัณฑ์และแผงวงจร และนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการออกแบบสถาปัตยกรรมระบบประสิทธิภาพสูง

WMCM: อีกเส้นทางหนึ่งสำหรับการรวมชิปหลายตัวในระดับเวเฟอร์

นอกจากเทคโนโลยีที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว WMCM (Wafer-Level Multi-Chip Module) ยังเป็นทิศทางการบรรจุภัณฑ์ใหม่ที่น่าสนใจอีกประการหนึ่ง เทคโนโลยีนี้สามารถมองได้ว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของการรวมวงจรระดับเวเฟอร์ ซึ่งเป็นการต่อยอดจากการบรรจุภัณฑ์แบบดั้งเดิมในรูปแบบระนาบ

WMCM ไม่ใช้การเรียงซ้อนชิปในแนวตั้งอีกต่อไป แต่จะรวมชิปตรรกะและระนาบหน่วยความจำไว้ในระดับเวเฟอร์เดียวกัน และแทนที่ตัวเชื่อมต่อด้วยโครงสร้าง RDL การออกแบบนี้สามารถปรับปรุงปัญหาคอขวดด้านความร้อนและความหน่วงของสัญญาณได้พร้อมกัน พร้อมทั้งลดความหนาและต้นทุนของแพ็คเกจลงได้

เนื่องจากกระบวนการรวมวงจรทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์ในขั้นตอนการผลิตเวเฟอร์ จากนั้นจึงตัดเวเฟอร์ออกเป็นชิปแต่ละชิ้น ทำให้สามารถสร้างโครงสร้างโมดูลหลายชิปที่บางกว่าและมีประสิทธิภาพมากขึ้นได้

จากนวัตกรรมด้านบรรจุภัณฑ์สู่การบูรณาการระบบ

จาก CoWoS ไปสู่ ​​CoPoS และจากนั้นไปสู่ ​​CoWoP และ WMCM จะเห็นได้ว่าแนวคิดหลักของเทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์กำลังเปลี่ยนจาก “การวางซ้อนชิป” ไปสู่ ​​”การบูรณาการระบบ”

การกำเนิดของสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน สะท้อนให้เห็นถึงแนวทางการแก้ปัญหาที่หลากหลายของอุตสาหกรรม เมื่อต้องเผชิญกับความท้าทายด้านประสิทธิภาพ อัตราผลตอบแทน (Yield) การระบายความร้อน และต้นทุน ในอนาคต เมื่อการบูรณาการแบบต่างชนิด (Heterogeneous Integration) และการแบ่งส่วนการทำงานของชิปมีความซับซ้อนและลึกซึ้งยิ่งขึ้น เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงจะกลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการสืบทอดเจตนารมณ์ของกฎของมัวร์

ใครก็ตามที่เชี่ยวชาญด้านวัสดุ กระบวนการ และความสามารถด้านการออกแบบที่สำคัญในยุคปฏิวัติการบรรจุภัณฑ์นี้ จะสามารถครองตลาดชิปประสิทธิภาพสูงในอนาคตในยุคหลังการประมวลผลได้

อ้างอิง:

• CoWoS、CoPoS、CoWoP 傻傻分不清，誰才是下一代最該關注的技術？

---

สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ

หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา

เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.

โทร : 07 223 1058

หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~

เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup

---

คุณอาจสนใจ…