800G高速线缆技术之COB+mSAP技术
800G高速线缆技术对决：封装芯片 vs. 裸片方案，谁才是未来？
背景：数据洪流下的高速互连挑战
云计算、人工智能、自动驾驶……这些技术的背后，是数据中心内部海量数据的实时交换。为了满足不断增长的带宽需求，网络接口速率从100G、400G一路飙升至800G，甚至1.6T已经在路上。然而，速率越高，信号在传输过程中就越容易衰减、失真，这对连接服务器和交换机的高速线缆提出了严苛的要求。
在800G有源电缆（AEC）中，核心器件是重定时器芯片，它负责接收受损的信号，将其“清洗”并重新发送，从而保证数据能稳定传输数米甚至更长距离。这类芯片的性能直接决定了线缆的传输质量。
传统上，这类芯片采用封装形式——芯片被塑封或陶瓷封装在一个外壳里，再焊接到电路板上。这种方式虽然成熟，但在800G这样的超高速应用中，封装带来的信号损耗和散热瓶颈开始显现。于是，一种“反传统”的思路应运而生：去掉封装，让芯片以裸片形式直接贴装。这种KGD（已知合格裸片）方案，搭配先进的PCB制造工艺，有望在信号完整性和热管理上实现突破。
两种方案正面交锋：封装芯片 vs. KGD裸片
下图直观展示了传统封装芯片与KGD裸片在结构上的核心差异：
传统封装芯片与KGD裸片结构对比示意图（图：上侧为传统封装芯片，信号需经过封装基板、引线、焊球等；下侧为KGD裸片，芯片直接贴装于PCB，路径更短）
下面我们从多个维度详细对比这两种技术路径。
1. 信号完整性：谁能让信号跑得更“干净”？
| 指标 | 封装芯片方案 | KGD裸片方案 | 差异解读 |
|---|---|---|---|
| 插入损耗（IL） | 主机侧约1.4~1.6dB@26.56GHz | 主机侧约1.0dB@26.56GHz | KGD方案降低约0.5dB，信号衰减更小，意味着同样的芯片可以驱动更长的线缆。 |
| 回波损耗（RL） | 主机侧< -9dB@30GHz | 主机侧< -10dB@30GHz | KGD方案改善1dB，阻抗匹配更佳，信号反射减少，链路稳定性提升。 |
| 串扰（XTALK） | 40GHz时NEXT超过-40dB | 40GHz时NEXT保持在-40dB以下 | KGD方案高频串扰抑制更优，差分对间距更大，相邻通道干扰更小。 |
为什么KGD方案信号更好？
路径更短：去掉了封装基板、引线、焊球等中间环节，信号从芯片到PCB的路径缩短，寄生电感和电容大幅降低。 过孔更小：KGD桨卡设计采用更小直径的过孔，减小了电容，阻抗更接近设计目标。 布线更优：裸片面积小，PCB上可以拉大差分对间距（如40mil），有效降低串扰。
2. 热管理：谁能在高功耗下保持冷静？
| 指标 | 封装芯片方案 | KGD裸片方案 | 差异解读 |
|---|---|---|---|
| 芯片面积 | 12×12 mm | 约为封装的1/10 | 裸片面积小，单位面积热流密度更高，散热难度理论上更大。 |
| 热管理方式 | 导热膏 + 铜板辅助散热 | 导热膏 + 大面积铜带直接导热 | 裸片虽小，但通过优化热界面材料（TIM）和扩大散热面积，依然能有效控温。 |
| 最高温度 | 84.9°C（加铜板后） | 84.2°C | 在相同功耗（<10W）和环境温度70°C下，裸片方案温度更低0.7°C，散热效率更高。 |
KGD方案如何破解散热难题？
直接接触：裸片背面直接涂抹高导热膏（导热系数11.2 W/mK），热量迅速传导。 大面积铜带：用16×68 mm的铜带覆盖裸片，相当于把热量“摊开”，再通过导热膏传递给金属外壳。 短路径：热量从芯片到外壳的路径更短，热阻更低。
3. 空间利用：谁能让线缆接口更紧凑？
| 指标 | 封装芯片方案 | KGD裸片方案 | 差异解读 |
|---|---|---|---|
| 芯片占板面积 | 大 | 小（1/10） | 裸片方案节省出宝贵空间，可用于优化布线或增加散热结构。 |
| 差分对间距 | 受限于封装尺寸，间距较小（<20mil） | 可拉大至40mil | 更大的间距显著降低串扰，提升信号质量。 |
| PCB工艺要求 | 常规HDI（线宽≥3mil） | 需mSAP精细线路（线宽2mil） | 裸片方案对PCB制造精度要求更高，但换来的是性能提升。 |
4. 工艺复杂度与成本
| 指标 | 封装芯片方案 | KGD裸片方案 |
|---|---|---|
| 芯片采购 | 标准封装芯片，供应链成熟 | KGD裸片，需严格筛选，供应链门槛高 |
| 贴装工艺 | SMT表面贴装，工艺成熟 | COB（板上芯片）贴装，需专业设备，工艺要求高 |
| PCB工艺 | 传统减成法，线宽≥3mil | mSAP工艺，线宽2mil，制造成本略高 |
| 综合成本 | 封装成本高，但生产良率高 | 省去封装成本，但贴装和PCB成本增加，总体需视批量而定 |
关键技术支撑：COB与mSAP
KGD裸片方案之所以能实现上述优势，离不开两项核心工艺——COB和mSAP。它们一个负责“怎么把芯片贴上去”，一个负责“怎么把线路画出来”。
COB（Chip-On-Board）：让芯片“裸”着上板
COB是一种直接将裸芯片贴装并键合到PCB上的技术。流程大致如下：
在PCB的预定位置涂导电胶或焊料； 将裸芯片精确放置并固定； 用金线或铜线将芯片的焊盘与PCB焊盘键合； 滴上黑胶（环氧树脂）保护芯片和引线。
COB的核心价值：
最短的信号路径：芯片直接连接PCB，没有中间层，寄生效应最小化。 最优的散热路径：芯片背面可直接接触导热材料，热量快速导出。 最小的占板面积：无封装外壳，适合高密度集成。
mSAP（Modified Semi-Additive Process）：画出比头发丝还细的线路
mSAP是一种高精度PCB制造工艺，能够实现线宽/线距≤2mil（约50微米），同时保证铜层平整、阻抗精准。
mSAP与传统减成法的区别：
传统减成法：在覆铜板上蚀刻出线路，受蚀刻工艺限制，线宽难以做细。 mSAP：先覆薄铜，用光刻胶定义线路，再电镀加厚，最后闪蚀掉多余的薄铜，线宽可做到2mil以下。
mSAP在本设计中的作用：
将信号线宽从4mil压缩到2mil，在固定板面积内将差分对间距从不足20mil提升到40mil，串扰大幅降低。 铜层更平整，阻抗控制更精准（87.5Ω），回波损耗改善约1dB。 为未来224G产品预留了布线空间，具备良好的演进能力。
总结与展望
通过对比可见，KGD裸片方案在信号完整性、热管理和空间利用上都优于传统封装方案，尽管对工艺要求更高，但带来的性能收益是显著的。
| 维度 | 封装方案 | KGD裸片方案 | 胜出方 |
|---|---|---|---|
| 信号完整性 | 一般 | 优秀 | ✅ KGD |
| 热管理能力 | 一般 | 优秀 | ✅ KGD |
| 空间利用 | 受限 | 灵活 | ✅ KGD |
| 工艺成熟度 | 高 | 中等 | 封装方案 |
| 综合成本 | 封装成本高 | 工艺成本高 | 视批量而定 |
随着数据中心向800G、1.6T演进，信号频率越来越高，封装带来的损耗和散热瓶颈将愈发突出。去封装化、高密度互连正成为行业的重要方向。COB与mSAP的结合，为高速线缆提供了一条高性能、可扩展的技术路径。
可以预见，未来我们会看到越来越多“裸着”的芯片出现在高速互连产品中，而这背后，正是COB和mSAP这些看似低调的工艺，在默默支撑着数据洪流的畅通无阻。
本文内容参考自论文：
Chip-On-Board & Modified-SAP Design for the 100G PAM4 & Beyond Active Cable & Optical Transceivers
作者：Rehan Khan, Xianlong Zeng, Yu Lei, Tianyu Zhao, Neema Shafigh
