X-Cube?3D 系列推進(jìn) 3D 封裝工藝發(fā)展

近年來(lái)摩爾定律增速不斷放緩，而新型應(yīng)用對(duì)高效節(jié)能芯片的要求越來(lái)越強(qiáng)烈，半導(dǎo)體業(yè)界正在積極探索解決方案，包括 3D 封裝等技術(shù)。

發(fā)展技術(shù)才是硬道理

作為全球先進(jìn)芯片生產(chǎn)廠商，三星已經(jīng)在制程工藝上取得了很大的成功。近日，三星又對(duì)外宣布其全新的芯片封裝技術(shù) X-Cube，稱(chēng)該技術(shù)可以使封裝完成的芯片擁有更強(qiáng)大的性能以及更高的能效比。

目前現(xiàn)有的芯片都是 2D 平面堆疊的，隨著芯片數(shù)量的增多，占用的面積越來(lái)越大，不利于提高集成度。關(guān)于 3D 芯片封裝，就是將芯片從平面堆疊變成了垂直堆疊，類(lèi)似搭積木那樣一層層疊加，減少了芯片面積，提高了集成度。

衡量一個(gè)芯片封裝技術(shù)先進(jìn)與否的重要指標(biāo)是：芯片面積與封裝面積之比，這個(gè)比值越接近 1 越好，封裝時(shí)主要考慮的因素：

①芯片面積與封裝面積之比，為提高封裝效率，盡量接近 1:1。

②引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠(yuǎn)，以保證互不干擾，提高性能。

③基于散熱的要求，封裝越薄越好。

先進(jìn)封裝技術(shù)受到熱捧

目前業(yè)界領(lǐng)頭羊都在 3D 封裝技術(shù)上面努力著，在三星推出 X-Cube 時(shí)，全球主要的三家半導(dǎo)體代工廠均已經(jīng)擁有 3D 或 2.5D 的封裝技術(shù)了。

前有臺(tái)積電的 CoWoS，Intel 的 Foveros，現(xiàn)在三星也公布了自家的 3D 封裝技術(shù) X-Cube。顯而易見(jiàn)的是，未來(lái)我們買(mǎi)到的電子產(chǎn)品中，使用 3D 封裝技術(shù)的芯片比例會(huì)越來(lái)越高。

臺(tái)積電的 CoWoS 封裝是一項(xiàng) 2.5D 封裝技術(shù)，它可以把多個(gè)小芯片封裝到一個(gè)基板上，這項(xiàng)技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，但主要優(yōu)勢(shì)是節(jié)約空間、增強(qiáng)芯片之間的互聯(lián)性和功耗降低，AMD 的 Fury 和 Vega 系列顯卡就是使用這一技術(shù)把 GPU 和 HBM 顯存封裝在一起的，NVIDIA 的高端 Tesla 計(jì)算卡也是用這種封裝。

英特爾 Foveros3D 堆疊封裝技術(shù)，可以通過(guò)在水平布置的芯片之上垂直安置更多面積更小、功能更簡(jiǎn)單的小芯片來(lái)讓方案整體具備更完整的功能。官方表示，除了功能性的提升之外，F(xiàn)overos 技術(shù)對(duì)于產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)最吸引的地方在于他可以將過(guò)去漫長(zhǎng)的重新設(shè)計(jì)、測(cè)試、流片過(guò)程統(tǒng)統(tǒng)省去，直接將不同 IP、不同工藝的各種成熟方案封裝在一起，從而大幅降低成本并提升產(chǎn)品上市速度。

X-Cube 3D 可大規(guī)模投產(chǎn)

而三星的 X-Cube 意為拓展的立方體。不同于以往多個(gè)芯片平行封裝，全新的 X-Cube?3D 封裝允許多枚芯片堆疊封裝，使得成品芯片結(jié)構(gòu)更加緊湊。而芯片之間的通信連接采用了 TSV 技術(shù)，而不是傳統(tǒng)的導(dǎo)線。

據(jù)三星介紹，目前該技術(shù)已經(jīng)可以將 SRAM 存儲(chǔ)芯片堆疊到主芯片上方，以騰出更多的空間用于堆疊其他組件，目前該技術(shù)已經(jīng)可以用于 7nm 甚至 5nm 制程工藝的產(chǎn)品線，也就是說(shuō)離大規(guī)模投產(chǎn)已經(jīng)十分接近。

三星封裝將發(fā)展更多領(lǐng)域

三星表示，TSV 技術(shù)可以大幅減少芯片之間的信號(hào)路徑，降低功耗的同時(shí)提高了傳輸?shù)乃俾?。該技術(shù)將會(huì)應(yīng)用于最前沿的 5G、AI、AR、HPC、移動(dòng)芯片已經(jīng) VR 領(lǐng)域，這些領(lǐng)域也都是最需要先進(jìn)封裝工藝的地方。

至于芯片發(fā)展的路線，三星與各大芯片廠商保持一致，將會(huì)跳過(guò) 4nm 的制程工藝，直接選用 3nm 作為下一代產(chǎn)品的研發(fā)目標(biāo)。目前三星計(jì)劃和無(wú)晶圓廠的芯片設(shè)計(jì)公司繼續(xù)合作，推進(jìn) 3D 封裝工藝在下一代高性能應(yīng)用中的部署。

結(jié)尾：

無(wú)論從哪個(gè)層面來(lái)看，封裝技術(shù)在很大程度上都能夠成為推動(dòng)摩爾定律繼續(xù)向前發(fā)展的第二只輪子，這也讓整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)開(kāi)辟了全新的發(fā)展路徑和空間。
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