AI芯片技术专利系列二－英特尔之逆袭利器EMIB
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本刊之前已剖析过台积电的2.5D版CoWoS，其技术特征在于两金属垫之间插入中介层
(interposer)，并以硅穿孔(Through-Silicon Via, TSV)连结于其间，而台积电正借由这
样的CoWoS技术在3奈米独霸全球。至于昔日在半导体界呼风唤雨的老大哥英特尔(Intel)
，只能站在5或7奈米的位置，眼睁睁看着先进制程的市占率，就这样被台积电的“叠叠乐
”(Jenga)蚕食鲸吞，沦落到只能当老二且差距越来越大。但英特尔当然也不是省油的灯
，也奋力一搏发展出EMIB（Embedded Multi-die Interconnect Bridge，嵌入式多芯片互
连桥接）之2.5D封装技术。
什么是EMIB？如图1所示，是英特尔官网所提供EMIB先进封装概念之示意图。EMIB的技术
特征在于，不论是高频宽内存(High Bandwidth Memory, HBM)、CPU/GPU或现场可程式
化逻辑闸阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)等，于其逻辑芯片(die)的下方，
设置一个硅桥(Silicon Bridge)并将芯片之间予以电性连结，由于芯片之间传导电子的路
径缩短，因而得以加快芯片之间的运算效能。此外，EMIB的另一个优点在于，它不需要中
介层，所以制程上不仅变简单，而且还可降低制造成本。
根据以上所提到EMIB的技术特征，将其输入到自行开发的AI系统Lupix [1]，并针对近10
年的专利数据，扫描出与英特尔的EMIB相关且符合当今具市场价值的已获证专利，我们发
现其中很重要之一件专利标题为“针对用于半导体封装硅桥的传导垫层之交替表面”（以
下称本专利），其台湾专利号为TWI689072B，而对应的美国专利号为US10177083B2
(Alternative surfaces for conductive pad layers of silicon bridges for
semiconductor packages)，分别于2020/03/21和2019/01/08获证。AI系统Lupix根据当下
的技术演化趋势去做计算，推断出本专利在机电技术领域中，专利价值之PR值
(Percentile Rank)为95，也就是说，本专利的价值在机电领域中赢过95%的相关专利。
图2所示为英特尔对于本专利EMIB之示意图。根据其专利保护范围来看，本专利特别针对
EMIB、硅桥上的晶粒形成方法以及封装有所着墨，而所要保护的技术特征，聚焦在EMIB这
样的半导体结构。具体而言，EMIB(200)包含基板(202)、金属化结构(212)以及传导垫
(218)，其中金属化结构(212)又包含用来传导电子讯号的金属线层(210、214、217)，而
金属线层之间又透过通孔(216)，将不同的金属线层(210、214、217)给串联起来，以实现
密集度更高、更复杂的电路结构。传导垫(218)约为2微米的厚度，其包含铜用以电性连接
至金属化结构(212)。EMIB(200)最上层设置一绝缘层(200)，用以保护含有铜的传导层
(218)，以免其他氧化物污染其表面。
图3所示，为将EMIB(200、506)进行先进封装至封装基板(514)后的横截面图。本专利记载
，EMIB(506)本身不属于封装基板(514)，而是被嵌入至封装基板(514)所定义出的空腔内
。当EMIB(506)完成嵌入后，透过凸块(508A、508B、510A、510B)承载不同的晶粒(502、
504)，并将不同的晶粒之间电性连结。举例来说，晶粒(502)可为高频宽内存(HBM)，而
晶粒(504)可为CPU或GPU等处理器；HBM和CPU或GPU之间的讯号传递，可借由硅桥内金属化
结构(206)内的金属线层(210、214、217)，与通孔(216)的电路布线进行沟通。
根据英特尔官网的EMIB白皮书，与笔者搜寻到与硅桥有关的发明专利来看，硅桥最初的发
明概念应该不是英特尔，早期台积电也有相关的发明概念，但英特尔却是将硅桥改良并应
用到2.5D封装后，不仅有良好的运算效能与低功耗，而且还能节省成本。英特尔算是利用
EMIB在先进封装技术走出自己的道路，以避开台积电的CoWoS技术。
图4所示，相较于其他多晶粒整合封装技术，英特尔强调自家的EMIB的优点有：第一、
EMIB小，使得跨晶粒的电子讯号的传输路径短；第二、不需要硅穿孔(TSV)与中介层，所
以制程简单；第三、运算效能提高。
图5所示是英特尔的EMIB在高速讯号传输时的优点，相较于其他多晶粒整合封装技术电路
结构内部的复杂连结，与高达将近1万个硅穿孔来说，由于其增加的串联电阻与电容所带
来的冲击，使得高速讯号传输时，讯号完整性(signal integrity)遭受严重的挑战，然而
因为英特尔的EMIB毋需硅穿孔与中介层之缘故，使得高速讯号传输时具有优异的讯号完整
性，并确保传输讯号是可靠的。
整体来说，英特尔的EMIB主打在不需要中介层与硅穿孔的半导体结构下，透过嵌入在封装
基板内的硅桥，而能够将晶粒与晶粒之间电性连结，不仅可达成低成本、低功耗、低延迟
以及高频宽等优点，而且可以节省多芯片在基板上所占据的面积。然而，台积电的CoWoS
则是利用中介层填入导电材料以形成导电通道，并在中介层上形成微凸块(micro bump)，
进而将不同的SoC与HBM之间电性连结。
心得:
英特尔的EMIB技术在半导体封装领域展现出强大的竞争力。它利用嵌入式多芯片互连桥接
的特性，不需中介层与硅穿孔，大幅简化制程并降低成本。相较于台积电的CoWoS，EMIB
的设计更为精简，提供了高效能的芯片间连接方案，并在高速讯号传输中表现出优异的讯
号完整性。