异质整合时代来临，谁将主宰先进封装领域

"现在 AI 晶片短缺，缺的不是晶片，而是缺 CoWoS 封装产能。"台积电董事长刘德音去年 9 月受访时的回答，让这项台积电默默耕耘了超过十年的技术，一跃而成为全球关注焦点。

由生成式 AI 激发的硬体需求，也连带使得"先进封装"不仅成为全球投资人的追逐的热门关键字，更是半导体产业显学，从晶圆代工、记忆体到封测厂都纷纷投入先进封装技术的研发与产能扩增。

主导先进封装市场的台积电，屡屡在其法说会中强调正在全力扩充产能，包含扩增在竹南、中科的产能，甚至可能在嘉义兴建先进封装厂房；从英特尔的布局也能看出它同样看重先进封装的发展，英特尔 2023 年在马来西亚槟城刚落成的新厂，正是着眼于布建先进封装产能。

封测厂龙头日月光当然也没缺席先进封装赛局，除了集团旗下硅品已经是 CoWoS 后段封测的供应商外，日月光也正在高雄厂扩充先进封装产能。

而记忆体厂也正全速追赶先进封装产能。去年独家供应 NVIDIA AI 晶片中 HBM 的 SK 海力士，近期传出预计投入 10 亿美元发展先进封装，并将先进封装视做"未来 50 年半导体的发展重心"。

▲ 台积电、英特尔、三星、日月光的先进封装布局。

事实上，先进封装并非新玩意。若摊开封装技术发展历史，2000 年无疑是一道分水岭，从这一年开始，封装技术从传统的打线与覆晶方式，走向在晶圆上进行多数或全部封装测试程序的"晶圆级封装"。

而在 2023 年后声名大噪的 2.5D 封装，其实早在 2010 年即已问世，只是过去因为成本问题，採用的厂商相对有限，多以高效能运算晶片为主。鸿海半导体策略长蒋尚义曾回忆起 CoWoS 技术一开始乏人问津的状况，甚至让当初提出要做先进封装的他"在公司变成一个笑话"。他同时透露，第一个愿意採用成本高昂 CoWoS 技术的公司其实是华为。

▲ 由麦肯锡所整理的半导体封装技术演进史，2000年后技术演进加速。（Source：麦肯锡）

相较于 2D 封装技术，2.5D 封装是透过在晶片和 IC 载板中间放置一项中介层，平行推叠不同晶片。台积电的 CoWoS 几乎已成为 2.5D 封装代名词，CoWoS 即是在晶片和 SiP 基板之间插入硅中介层，并以硅穿孔 (TSV，Through-Silicon Via) 连接上下的金属层，克服过去 SiP 基板难以高密度布线而限制了晶片数量的难关。

儘管被台积电抢尽风头，过往在 CPU 封装累积雄厚技术实力的英特尔仍不容小觑，它在 2.5D 封装战场上是以 EMIB 技术应战。和 CoWoS 不同的是，EMIB 并未採取硅中介层，这项技术的关键在于埋藏在封装基板内、用来连接裸晶的"硅桥 (Silicon Bridge)"。相较于採用大片硅中介层的方案，英特尔认为其 EMIB 更具成本优势。

而过去几年积极耕耘晶圆代工市场的三星同样端得出 2.5D 封装服务，自家的 I-Cube 技术过去正是锁定 HPC 晶片的应用。它在 2021 年推出 I-Cube4 时，即主打将多个逻辑晶粒和 HBM 放置在硅中介层，异质整合成一颗晶片。

随着摩尔定律来到发展极限，加上生成式 AI 引爆的庞大算力需求，以及终端产品越往轻薄短小的道路前进，晶片势必将继续往更多电晶体、更强大的运算能力、更低功耗表现发展。

也因此，封装技术从 2.5D 迈向 3D 无疑是必然的发展。

3D 与 2.5D 封装简单说明其差异，就在于 2.5D 晶片的堆叠是在中介层上採平行堆叠，而 3D 封装的堆叠则是垂直立体的堆叠。3D 封装的优势则是在于能透过堆叠的方式创造一个晶片中塞进更多电晶体、不同裸晶之间距离的缩短也能大幅提升传输效率提升，并减少传输时的功率损耗。

台积电在 3D IC 技术的布局当仁不让。它的 SoIC 技术採用晶圆对晶圆 (Wafer-on-wafer) 的键合技术。SoIC 技术将同质和异质小晶片整合至单个类似 SoC 的晶片中，具有更小尺寸和更薄的外形，并且能整合到 2.5D 的 CoWoS 或是 InFO 上。从外观上看，SoIC 就像一个通用的 SoC 晶片，但异质整合各项功能。

英特尔在 3D 封装则是布局从了 3D Foveros 技术，从它的结构来看最下层是封装基底，之上放置一个底层晶片，作为中介层功能。在中介层里有大量的 TSV 3D 硅穿孔，负责让上层晶片和模组与系统其他部分连结，达到传输的目的。

三星的 X-Cube 3D 封装技术则是使用 TSV 工艺，目前三星的 X-Cube 测试晶片已经能够做到将 SRAM 层堆叠在逻辑层之上，通过 TSV 进行互联，採用自 7nm EUV 製程技术。

目前因承接 NVIDIA AI 晶片製造大单而在先进封装市场具主导地位的台积电，除了持续布局更先进的封装技术之外，更是积极推广其 3D Fabric 平台。

这项平台除了将三大关键封装技术 CoWoS、InFo、SoIC 纳入外，还已扩张成产业联盟，包含 EDA、IP、DCA/VCA、记忆体、封测、基板、测试供应厂都已加入，目标打造 3D Fabric 完整生态系、强化创新与提升客户採用意愿。

这个联盟已让半导体上游供应链重量级厂商都积极参与，就连被视作有竞争关係的封测厂 Amkor、日月光、硅品都是成员，完整的供应体系成为台积电在提供先进封装代工服务上的一大优势。

▲ 台积电 3D Fabric 联盟成员，从 EDA 到封测大厂皆入列。（Source：台积电）

相较之下，英特尔儘管有发展多年的雄厚技术底蕴，并且提出可独立提供晶圆製造或封测的服务，但因其缺乏代工市场经验，成为拓展先进封装市佔率的劣势。另一方面，相较于台积电，三星则是受限于其先进製程良率问题，让 IC 设计公司在考量外包一条龙製造服务下，优先选择良率更稳定的晶圆代工厂。

（首图来源：Image By vecstock）