详细解读三星的先进封装技术

文章来源：SiP与先进封装技术

原文作者：Suny Li

本文主要讲述三星所用的先进封装技术。

集成电路产业通常被分为芯片设计、芯片制造、封装测试三大领域。其中，芯片制造是集成电路产业门槛最高的行业，目前在高端芯片的制造上也只剩下台积电（TSMC）、三星（SAMSUNG）和英特尔（Intel）三家了。

随着先进封装技术的发展，芯片制造和封装测试逐渐融合，我们发现，在先进封装领域的高端玩家，竟然也是台积电、三星、英特尔三家，而传统的封测厂商，已经被他们远远地抛在身后。

那么，这三家的先进封装到底有什么独到之处呢？他们为何能超越传统封测厂商，引领先进封装？今天，我们详细解读三星的先进封装技术。

在高端芯片制造领域，三星一直试图与台积电一争高下，率先采用GAA全环绕栅极等最新技术，可惜在良率方面一直被台积电力压一头。

在先进封装领域，与台积电和英特尔相比，三星的存在感稍低，在我的印象中，除了FoPLP是三星首创之外，更多的时候，三星是作为一个跟随者存在。

在半导体领域，首先提出技术的未必能笑到最后，在持久战中能坚持到最后并胜出的往往不是前浪而是后浪。正如三星曾经是HBM的首创和领导者，如今却被竞争对手超越并在竞争中处于下风。

今天，我们一起来解读三星的先进封装技术。

三星的先进封装技术主要分为两大类：属于2.5D封装的I-Cube和属于3DIC 的X-Cube。为了更加容易理解三星先进封装技术的结构和特点，我们可以将其和台积电，英特尔的先进封装技术进行对比。

I-Cube首先分为 I-Cube S和I-Cube E，其中S代表Silicon Interposer, E代表Embedded Silicon Bridge。

I-Cube S

三星对I-Cube S介绍如下, I-Cube S兼具高带宽和高性能的优势，即使在大中介层下，仍具有出色的翘曲控制能力。它不仅具有超低存储损失和高存储密度的特点，同时还大幅改进了热效率控制能力。

此外，I-Cube S 是一种异构技术，将逻辑芯片与一组高带宽存储器 (HBM) 裸片水平放置在一个硅中介层上，实现了高算力、高带宽数据传输和低延迟等特点。

下图所示是I-Cube S的示意图，从图中可以看出，I-Cube S 和台积电的CoWoS-S的结构相同，都是将芯片安装在硅转接板上，然后再安装在基板上。

I-Cube E

I-Cube E 和I-Cube S采用的整体硅转接板不同，I-Cube E 采用将硅桥嵌入RDL Interposer中，不仅具有硅桥的精细成像优势，也同时拥有大尺寸、无硅通孔 (TSV) 结构的RDL 中介层。

这样，在高密度互连区域，可以采用硅桥，其它区域则名采用RDL Interposer进行互连。

下图所示是I-Cube E的示意图：

从图中可以看出，三星的I-Cube E和台积电的CoWoS-L结构相近，二者都是取经Intel的EMIB技术。

H-Cube

H-Cube采用了混合基板结构，首先将Silicon Interposer安装ABF 基板上，然后再安装到HDI基板上。

H-Cube 将精细成像的 ABF（Ajinomoto Build-up Film）基板和 HDI（高密度互连）基板技术相结合，可在 I-Cube 2.5D 封装中实现较大的封装尺寸。

从结构上看，H-Cube是在I-Cube S的基础上增加了一层ABF基板，可以进一步提高布线密度。

但从基板技术的发展来看，H-Cube应该只是一种过渡产品，因为只要HDI基板支持的布线密度足够高，ABF基板则完全可以省略。因此，三星也没有将H-Cube单独分离出来，而是划分到了I-Cube的类别中。

I-Cube 和H-Cube都属于2.5D封装，在三星的划分中，H-Cube 属于I-Cube。

X-Cube

X-Cube属于3D封装，也可以称之为3D IC，通过TSV技术将上下芯片直接进行电气连接。

X-Cube分为，X-Cube (bump) 和 X-Cube (Hybrid Bonding)，区别就在于上下芯片界面的连接方式，前者采用bump凸点连接，后者采用Hybrid Bonding混合键合连接。

下图所示为X-Cube (bump) 的结构示意图：

下图所示为X-Cube (Hybrid bonding) 的结构示意图：

比较可以看出，二者结构完全相同，只是在界面连接上采用不同的技术。采用了Hybrid bonding界面连接的X-Cube，可实现更高的互连密度和更好的热传导系数。

下面表格是对TSMC，Intel和SAMSUNG的先进封装技术的总结，可供读者参考。

三星和英特尔因为本身就是芯片制造商，其先进封装技术多为自己所用，而台积电作为纯代工厂，本身并无芯片产品，其先进封装技术为众多的大厂所用，市场知名度颇高，这也和本身的市场定位相关。

英特尔的先进封装有独特的技术特点和优点，例如EMIB一开始虽然被业内嘲笑为“胶水”，而后却因其独特的优点而被台积电和三星所效仿。

在先进封装领域，三星更多作为跟随者，其I-Cube和X-Cube和台积电的产品有相似的特点，但其产品的知名度和市场影响力相对较低。如果想要赶超台积电和英特尔，三星还需在先进封装领域发力，投入更多的资源和技术。

不过，先进封装毕竟是朝阳产业，其技术成熟度还远远没有达到顶峰。也许有一天，后浪或将能盖过前浪，让我们拭目以待。