先進(jìn)封裝技術(shù)解讀 | 三星

集成電路產(chǎn)業(yè)通常被分為芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測(cè)試三大領(lǐng)域。其中，芯片制造是集成電路產(chǎn)業(yè)門(mén)檻最高的行業(yè)，目前在高端芯片的制造上也只剩下臺(tái)積電（TSMC）、三星（SAMSUNG）和英特爾（Intel）三家了。

隨著先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展，芯片制造和封裝測(cè)試逐漸融合，我們發(fā)現(xiàn)，在先進(jìn)封裝領(lǐng)域的高端玩家，竟然也是臺(tái)積電、三星、英特爾三家，而傳統(tǒng)的封測(cè)廠商，已經(jīng)被他們遠(yuǎn)遠(yuǎn)地拋在身后。

那么，這三家的先進(jìn)封裝到底有什么獨(dú)到之處呢？他們?yōu)楹文艹絺鹘y(tǒng)封測(cè)廠商，引領(lǐng)先進(jìn)封裝？本公眾號(hào)通過(guò)三期文章來(lái)解讀三家的先進(jìn)封裝技術(shù)。前兩期文章，我們分別解讀了臺(tái)積電和英特爾的先進(jìn)封裝技術(shù)。今天，我們?cè)敿?xì)解讀三星的先進(jìn)封裝技術(shù)。

在高端芯片制造領(lǐng)域，三星一直試圖與臺(tái)積電一爭(zhēng)高下，率先采用GAA全環(huán)繞柵極等最新技術(shù)，可惜在良率方面一直被臺(tái)積電力壓一頭。

在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，與臺(tái)積電和英特爾相比，三星的存在感稍低，在我的印象中，除了FoPLP是三星首創(chuàng)之外，更多的時(shí)候，三星是作為一個(gè)跟隨者存在。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，首先提出技術(shù)的未必能笑到最后，在持久戰(zhàn)中能堅(jiān)持到最后并勝出的往往不是前浪而是后浪。正如三星曾經(jīng)是HBM的首創(chuàng)和領(lǐng)導(dǎo)者，如今卻被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手超越并在競(jìng)爭(zhēng)中處于下風(fēng)。

今天，我們一起來(lái)解讀三星的先進(jìn)封裝技術(shù)。

三星的先進(jìn)封裝技術(shù)主要分為兩大類(lèi)：屬于2.5D封裝的I-Cube和屬于3DIC 的X-Cube。為了更加容易理解三星先進(jìn)封裝技術(shù)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，我們可以將其和臺(tái)積電，英特爾的先進(jìn)封裝技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。I-Cube首先分為?I-Cube S和I-Cube E，其中S代表Silicon Interposer, E代表Embedded?Silicon Bridge.

I-Cube S

三星對(duì)I-Cube S介紹如下,?I-Cube S兼具高帶寬和高性能的優(yōu)勢(shì)，即使在大中介層下，仍具有出色的翹曲控制能力。它不僅具有超低存儲(chǔ)損失和高存儲(chǔ)密度的特點(diǎn)，同時(shí)還大幅改進(jìn)了熱效率控制能力。?此外，I-Cube S 是一種異構(gòu)技術(shù)，將邏輯芯片與一組高帶寬存儲(chǔ)器 (HBM) 裸片水平放置在一個(gè)硅中介層上，實(shí)現(xiàn)了高算力、高帶寬數(shù)據(jù)傳輸和低延遲等特點(diǎn)。下圖所示是I-Cube S的示意圖，從圖中可以看出，I-Cube S 和臺(tái)積電的CoWoS-S的結(jié)構(gòu)相同，都是將芯片安裝在硅轉(zhuǎn)接板上，然后再安裝在基板上。

?I-Cube E

I-Cube E?和I-Cube S采用的整體硅轉(zhuǎn)接板不同，I-Cube E 采用將硅橋嵌入RDL Interposer中，不僅具有硅橋的精細(xì)成像優(yōu)勢(shì)，也同時(shí)擁有大尺寸、無(wú)硅通孔 (TSV) 結(jié)構(gòu)的RDL 中介層。這樣，在高密度互連區(qū)域，可以采用硅橋，其它區(qū)域則名采用RDL?Interposer進(jìn)行互連。下圖所示是I-Cube E的示意圖：

從圖中可以看出，三星的I-Cube E和臺(tái)積電的CoWoS-L結(jié)構(gòu)相近，二者都是取經(jīng)Intel的EMIB技術(shù)。

?H-Cube

H-Cube采用了混合基板結(jié)構(gòu)，首先將Silicon Interposer安裝ABF 基板上，然后再安裝到HDI基板上。H-Cube 將精細(xì)成像的 ABF（Ajinomoto Build-up Film）基板和 HDI（高密度互連）基板技術(shù)相結(jié)合，可在 I-Cube 2.5D 封裝中實(shí)現(xiàn)較大的封裝尺寸。

從結(jié)構(gòu)上看，H-Cube是在I-Cube S的基礎(chǔ)上增加了一層ABF基板，可以進(jìn)一步提高布線密度。但從基板技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，H-Cube應(yīng)該只是一種過(guò)渡產(chǎn)品，因?yàn)橹灰狧DI基板支持的布線密度足夠高，ABF基板則完全可以省略。因此，三星也沒(méi)有將H-Cube單獨(dú)分離出來(lái)，而是劃分到了I-Cube的類(lèi)別中。I-Cube 和H-Cube都屬于2.5D封裝，在三星的劃分中，H-Cube 屬于I-Cube。

?X-Cube

X-Cube屬于3D封裝，也可以稱(chēng)之為3D IC，通過(guò)TSV技術(shù)將上下芯片直接進(jìn)行電氣連接。X-Cube分為，X-Cube (bump) 和?X-Cube (Hybrid Bonding)，區(qū)別就在于上下芯片界面的連接方式，前者采用bump凸點(diǎn)連接，后者采用Hybrid Bonding混合鍵合連接。下圖所示為X-Cube (bump) 的結(jié)構(gòu)示意圖：

下圖所示為X-Cube (Hybrid bonding) 的結(jié)構(gòu)示意圖：

比較可以看出，二者結(jié)構(gòu)完全相同，只是在界面連接上采用不同的技術(shù)。采用了Hybrid bonding界面連接的X-Cube，可實(shí)現(xiàn)更高的互連密度和更好的熱傳導(dǎo)系數(shù)。關(guān)于Hybrid bonding的介紹，讀者可參考上期文章先進(jìn)封裝技術(shù)解讀 | 英特爾， 里面有Hybrid bonding工藝的詳細(xì)介紹。下面表格是對(duì)TSMC，Intel和SAMSUNG的先進(jìn)封裝技術(shù)的總結(jié)，可供讀者參考。

三星和英特爾因?yàn)楸旧砭褪切酒圃焐蹋湎冗M(jìn)封裝技術(shù)多為自己所用，而臺(tái)積電作為純代工廠，本身并無(wú)芯片產(chǎn)品，其先進(jìn)封裝技術(shù)為眾多的大廠所用，市場(chǎng)知名度頗高，這也和本身的市場(chǎng)定位相關(guān)。

英特爾的先進(jìn)封裝有獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，例如EMIB一開(kāi)始雖然被業(yè)內(nèi)嘲笑為“膠水”，而后卻因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而被臺(tái)積電和三星所效仿。

在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，三星更多作為跟隨者，其I-Cube和X-Cube和臺(tái)積電的產(chǎn)品有相似的特點(diǎn)，但其產(chǎn)品的知名度和市場(chǎng)影響力相對(duì)較低。如果想要趕超臺(tái)積電和英特爾，三星還需在先進(jìn)封裝領(lǐng)域發(fā)力，投入更多的資源和技術(shù)。不過(guò)，先進(jìn)封裝畢竟是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)成熟度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到頂峰。也許有一天，后浪或?qū)⒛苌w過(guò)前浪，讓我們拭目以待。

作 者 著 作

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關(guān)注SiP、先進(jìn)封裝、微系統(tǒng)，以及產(chǎn)品小型化、低功耗、高性能等技術(shù)的讀者推薦本書(shū)。