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突破摩爾定律極限:先進封裝技術的全球版圖與市場動態
新電子林宗輝
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隨著傳統摩爾定律放緩,先進封裝技術已成為半導體產業突破效能瓶頸的關鍵推手。從2.5D、3D堆疊到扇出型封裝,這些創新方案不僅提升了晶片效能,更使異質整合成為可能,為人工智慧、高效能運算等領域帶來革命性變革。

市場研究機構Yole Group預測,先進封裝市場規模將從2023年的443億美元成長至2028年的786億美元,年複合成長率達12%,顯示其在產業價值鏈中的戰略地位與發展潛力。

全球供應商的先進封裝技術布局

表:主要封裝技術比較

特性扇出封裝覆晶封裝2.5D 封裝3D 封裝
主要原理連接延伸超出晶粒周邊;模塑上的 RDL晶粒倒裝,焊錫凸塊連接基板多個晶粒放置在帶有 TSV 的中介層上多個晶粒透過 TSV 或鍵合垂直堆疊
性能改良的電氣和散熱性能優異的電氣性能,增強的散熱性能高頻寬,低延遲最高頻寬,最低延遲
密度更高的 I/O 密度最高的封裝密度高整合密度最高的整合密度
功耗由於路徑較短,功耗較低由於路徑較短,功耗較低降低功耗最有效率的功耗
成本可能具有成本效益,尤其是面板級對於高性能通常具有成本效益由於中介層和 TSV,成本較高由於複雜性和 TSV,成本最高
尺寸可能實現薄型、小尺寸小尺寸比 2D 尺寸更小最小尺寸
主要應用行動裝置、電源管理 IC、射頻、網路高效能處理器、GPU、射頻模組高效能運算、AI 加速器、網路設備高效能運算、AI 加速器、高階記憶體系統
主要供應商台積電 (InFO)、日月光、艾克爾
(SWIFT)
艾克爾、長電科技、台積電、三星、
英特爾
台積電 (CoWoS)、英特爾 (EMIB)、
日月光

台積電 (SoIC)、三星 (SAINT)、

英特爾 (Foveros)、日月光、艾克爾

台積電:CoWoS與SoIC的創新進程

台積電作為先進封裝領域的領導者,持續強化其技術優勢。2024年台積電宣布CoWoS產能將較2023年成長150%,顯示其對市場需求的積極回應。2025年即將推出的第六代CoWoS技術(CoWoS-L)採用局部矽互連(LSI)與RDL中介層,實現更高密度整合,特別適用於AMD的MI300系列AI加速器。

在SoIC技術方面,台積電已進入小規模試產階段。2025年SoIC將支援3奈米與4奈米晶片的正面對背面(F2B)堆疊,微凸塊間距縮至25μm,主要應用於汽車電子與中端HPC市場。專家預測,2027年SoIC將進一步升級至正面對正面(F2F)結構,間距縮至16μm,有效降低成本。產能方面,台南AP8與嘉義AP7封裝廠預計2025年底投產,專注於CoWoS與SoIC技術,進一步鞏固台積電在先進封裝領域的領導地位。

三星電子:HBM4與X-Cube技術的特色與競爭策略

三星電子在記憶體與先進封裝領域同步發力,2024年底公布的HBM4規格提供每秒1.4TB的高頻寬,計劃2025年量產,搭配其I-Cube封裝技術,將有效支援AI訓練與資料中心應用。

X-Cube技術是三星的另一個重要布局,採用7奈米製程與矽穿孔(TSV)技術,實現多晶片3D堆疊,目標客戶包括輝達與中國伺服器廠商。三星也計畫以混合基板(H-Cube)解決大面積封裝難題,進一步強化與台積電的競爭力。三星積極吸引SK海力士與輝達等客戶,同時與中國廠商如華為洽談X-Cube應用,展現其市場拓展策略。

英特爾:Foveros Direct與EMIB的發展規劃

英特爾在先進封裝領域同樣有顯著進展,2024年開始試產採用混合鍵合(Hybrid Bonding)技術的Foveros Direct,晶片間距縮至9μm,預計2025年應用於下一代邏輯晶片與互連器,2026年進一步縮至3μm。嵌入式多晶片互連橋(EMIB)技術也進行升級,支援更高I/O密度,應用於Meteor Lake與未來伺服器晶片。

英特爾的封裝技術主要用於自身產品,同時與戴爾、惠普等PC大廠合作,Foveros技術逐步滲透雲端市場。其採取自主研發的策略與台積電和三星形成明顯區隔,為客戶提供差異化的技術選擇。

專業封測廠:日月光與艾克爾的技術差異化戰略

日月光積極拓展先進封裝技術,推出FOCoS-Bridge與FOCoS-CL(Chip Last)技術,2024年已應用於高通5G晶片與汽車雷達,強調成本效益與靈活設計。VIPack平台整合多種封裝技術,支援AIoT與高效能應用,2025年預計擴大產能以滿足汽車電子需求。日月光主要客戶包括高通、聯發科,汽車領域則與博世、電裝(Denso)合作,應用於ADAS與車載資訊系統。

艾克爾(Amkor)同樣專注先進封裝發展,與日月光在CoWoS相關訂單上形成競爭。根據市場分析,艾克爾積極擴大接單能力,尤其專注於處理AI加速器相關的高階封裝訂單,顯示出專業封測廠在先進封裝生態系統中的重要角色。

市場需求與應用趨勢分析

表:各封裝技術的主要應用

應用領域主要性能驅動因素相關的先進封裝技術
高效能運算與人工智慧高頻寬、低延遲、高運算密度2.5D (CoWoS, EMIB)、3D (HBM 整合、小晶片)、高 I/O 扇出型
行動裝置小型化、低功耗、成本效益、效能扇出型 (InFO)、覆晶、堆疊封裝 (PoP)、系統級封裝 (SiP)
車用電子可靠性、在嚴苛環境下的性能、整合覆晶、2.5D/3D、強固型扇出解決方案
網路與資料中心高速資料傳輸、高頻寬、低延遲2.5D/3D、高 I/O 扇出型、共封裝光學 (新興)
AI與高效能運算的封裝需求特性

AI與高效能運算(HPC)領域對先進封裝技術有極高需求,CoWoS與HBM需求持續飆升,台積電2025年產能預計仍供不應求。社群專家指出,生成式AI(如ChatGPT後續版本)對運算密度要求將推動3D封裝普及。這些應用具有密集的運算需求,先進封裝能以更小、更省電的組態提供更多功能。

輝達(NVIDIA)因Blackwell GPU需求追加CoWoS訂單,AMD則依賴CoWoS-L與SoIC打造MI300系列,蘋果計畫2025年採用SoIC於M系列AI伺服器晶片。AI領域對高頻寬記憶體(HBM)與多晶片整合的需求尤為迫切,推動2.5D與3D封裝技術的持續創新。

行動裝置市場的輕薄化與高整合需求

行動裝置市場對先進封裝的主要需求為輕薄化、低功耗與高整合度。扇出型封裝(FOPLP)因成本優勢在此領域受到青睞,聯發科Dimensity系列與高通Snapdragon晶片需求穩定成長。Package-on-Package(PoP)技術也廣泛應用於行動裝置,將處理器與記憶體垂直堆疊,節省寶貴的板面空間。

先進封裝使行動裝置能在有限空間內集成更多功能,同時有效控制功耗,滿足消費者對輕薄高效產品的追求。隨著行動運算需求提升,系統級封裝(SiP)技術將更廣泛應用於穿戴裝置與新一代智慧手機。

汽車電子封裝的可靠性與高溫挑戰

汽車電子是先進封裝技術成長最快速的應用領域之一。自動駕駛與電氣化趨勢帶動SiP與耐高溫封裝需求,市場預估2025-2030年CAGR達15%。汽車應用對封裝的可靠性要求極高,需要在寬廣溫度範圍內穩定運作,同時抵抗震動與腐蝕等環境挑戰。

日月光與Denso合作的ADAS模組採用FOCoS技術,展現了先進封裝在汽車安全系統中的應用。隨著電動車與自動駕駛技術普及,汽車對高效能運算與感測器整合的需求將持續提升,進一步推動先進封裝技術在此領域的創新與應用。

邊緣運算與物聯網的低功耗封裝解決方案

根據TechNews 2025年預測,邊緣AI市場將達362億美元,晶圓級封裝與小晶片(Chiplet)技術將支撐穿戴裝置與感測器發展。邊緣運算和物聯網裝置對先進封裝的主要需求為超低功耗、小型化和成本效益。

先進封裝使物聯網裝置能集成多種功能,如處理器、記憶體、通訊模組和感測器,同時優化功耗管理。嵌入式扇出型封裝(eWLFO)在智慧型感測器中的應用日益增加,而系統級封裝(SiP)則適用於需要整合多功能模組的複雜邊緣裝置,如智慧型監控系統和工業物聯網控制器。

技術發展挑戰與未來展望

小晶片封裝的標準化與互連挑戰

小晶片設計已成為克服單一大晶片製造難度的重要方法,但其互連標準化仍是產業挑戰。社群專家(如@ShintoStudent)看好SoIC長期潛力,認為其成本降低後將取代部分CoWoS應用,尤其在汽車與邊緣運算領域。然而,不同廠商小晶片之間的互操作性與介面標準化仍待解決。

小晶片介面的高頻寬、低延遲和低功耗要求,推動了互連技術的持續創新。隨著異質整合需求增加,更高密度、更高效率的晶片間通訊成為先進封裝技術的關鍵發展方向。專家普遍認為,異質整合與小晶片設計將主導未來五年發展,2025-2026年將是SoIC量產與市場驗證的關鍵期。

散熱管理的技術瓶頸與創新方案

眾所周知,3D堆疊後功耗密度增加,CoWoS與SoIC需更先進散熱方案,例如微流道冷卻。隨著晶片堆疊層數增加和功率密度提高,散熱已成為先進封裝技術的關鍵瓶頸。傳統散熱方法如熱沉和風扇在高功率密度3D封裝中效果有限。

業界正積極探索創新散熱解決方案,包括直接液體冷卻、相變材料和微流道冷卻技術。這些先進的散熱方案將有助於解決3D封裝中的熱集中問題,為更高整合度和更高性能的多晶片系統鋪平道路。但需要注意的是,微凸塊微細化導致封裝材料滲透性下降,影響生產效率,需材料創新突破。

供應鏈多元化與地緣政治影響

先進封裝產業面臨ABF基板與矽中介層短缺等供應鏈挑戰,台積電與日月光積極與日本Ajinomoto等供應商合作,以確保關鍵材料供應。地緣政治因素也對產業布局產生深遠影響,美國CHIPS Act和相關政策推動先進封裝產能向美國本土轉移。

中國持續加大在先進封裝領域的投資,華為等企業加速本土化技術發展。產業供應鏈多元化趨勢明顯,多家業者在東南亞和美國建立新產能,以分散地緣政治風險,確保供應安全。分析師警告,AI熱潮若降溫,非AI領域需求可能放緩,導致產能過剩風險。

先進封裝技術將快速演進

Yole分析師指出,先進封裝將由台積電、英特爾、三星主導,占全球80%產能,中小型封測廠難以追趕技術門檻。這種集中化趨勢反映了先進封裝技術的高門檻與規模經濟特性。專家普遍認為,未來五年將是先進封裝技術快速演進的關鍵期,其中帶有混合鍵合(Hybrid Bonding)的先進3D封裝將成為焦點。

對於多晶片異質整合,業界預計將出現更加模組化和標準化的設計方法,輔以專用EDA工具支援。玻璃基板被視為下一代先進封裝的潛力材料,有望在2026年後實現商業化。總體而言,先進封裝技術將持續朝向更高密度、更低功耗和更佳整合性發展,成為半導體產業創新的關鍵推手。

先進封裝領域的關鍵發展與挑戰

截至2025年3月,先進封裝技術在AI與HPC驅動下保持高速成長,台積電憑藉CoWoS與SoIC領先,三星與英特爾則在HBM與Foveros領域急起直追,日月光則專注多元應用。市場需求聚焦高效能與低功耗,技術挑戰如散熱與良率仍待解決。

專家普遍認為,異質整合與小晶片設計將主導未來五年發展,地緣政治與供應鏈因素將持續影響產業布局,而創新材料與製程技術將為先進封裝帶來新的發展空間。

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