一、前言 
恢復美國在半導體製造領域的領導地位，為美國政府近期關注的焦點。美國國會近期通過了晶片法案(Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors for America Act, CHIPS Act)。2022年6月，美國政策研究機構CSET(Center for Security and Emerging Technology)發布先進半導體封裝回歸美國本土(Re-Shoring Advanced Semiconductor Packaging)研究報告，認為強化美國先進封裝能力，為振興半導體產業不可或缺的關鍵。文中概述了全球先進封裝的市場趨勢與各國布局現況，以及建置先進封裝生態體系需考量的關鍵要素，同時提出相關建議。

二、國際概況
半導體生產過程主要包含三個階段，分別為：設計、晶圓製造(或稱前段製程)、封裝測試(ATP，或稱後段製程)。目前提供ATP服務的廠商主要有三類，分別為外包組裝與測試商(outsourced semiconductor assembly and test, OSAT)，如日月光、Amkor；垂直整合製造商(integrated device manufacturers, IDM)，如三星、Intel；晶圓代工廠(Foundry)，如台積電。
近期由於晶片尺寸已逐漸微縮至物理極限，前段製程技術進展正逐漸趨緩，產業重心開始往後段製程轉移，尤其是先進封裝技術，成為半導體技術發展之軸心。另外，許多國際科技業者亦逐步認識到先進封裝為人工智慧、電動車等新興科技創新之關鍵，並且積極與先進封裝業者展開合作，例如：特斯拉等汽車公司與台積電合作生產與封裝其自動駕駛晶片；蘋果和AMD等公司與台積電建立之合作夥伴關係已擴大到先進封裝服務。

1. 市場趨勢
2014 年ATP市場規模為530億美元，其中先進封裝約佔38% (約200億美元)。由於先進封裝能改善晶片性能，且有更大的利潤空間，將持續吸引著業者投入先進封裝技術、設備與系統之發展。估計2024年ATP市場規模為960億美元，其中先進封裝將提升至50%(約480億美元)。先進封裝各類技術之市場分布請參閱圖一。
在應用方面，過去先進封裝主要應用於行動消費性電子產品。近期，先進封裝應用範疇已逐步擴張至電信與基礎設施、運輸等領域之電子設備。2020 年，行動消費性電子產品佔先進封裝市場的71%，其次為電信與基礎設施(20%)以及汽車與運輸(7%)。

2. 封裝測試(ATP)與先進封裝主要國家布局概況
相較於前段製程，ATP過去被視為勞動密集且低利潤的後端生產階段，因此，許多美國公司將封測轉移到海外地點，尤其是亞洲國家。以下將針對東亞地區、中國以及美國，分別簡述各地區ATP與先進封裝產業鏈之發展現況（主要國家先進封裝產業摘要請參閱圖二）。

(1)東亞 – 台灣佔有全球最大的先進封裝產能；日本為先進封裝設備之領導者
台灣、日本和韓國有接近80家公司於先進封裝領域。在產能方面，台灣佔總先進封裝總產能的48%，代表性廠商有日月光、台積電、頎邦科技、南茂科技等，韓國占總產能的9%，代表性廠商有三星、Nepes。
在封裝設備、材料方面，東亞也位居世界領先。其中先進封裝設備以日本廠商為領導者，例如：USHIO提供用於先進封裝的曝光機；Nichigo提供先進的貼合設備(laminating equipment)。在封裝材料上，IC基板(substrates)主要由東亞地區的工廠生產。其中日本、韓國和台灣有超過20家IC基板生產業者，合計約佔全球產能的70%。另外，近期許多企業亦規劃投入適用於先進封裝之基板生產，以支持台積電、英特爾等大型廠商的需求，例如三星電機(SEMCO)與Intel展開合作；台積電亦強化與Ibiden和欣興電子的合作。

(2)中國 – 先進封裝技術有迎頭趕上之潛力
在ATP方面，中國的ATP業者（如江蘇長電科技和通富微電子）約佔全球ATP市場27%。另外，由於許多大型國際IDM業者於中國建立封裝廠，例如，Onsemi、Qorvo 和Micron，因此依位於中國之封裝設備估計，中國約占全球封裝產能之4成，其中包括成熟封裝與先進封裝產能。
在先進封裝方面，2020年，中國佔先進封裝總產能的14%，代表性廠商有江蘇長電科技、華天科技等。儘管目前中國先進封裝技術略顯落後，但預計在政府支持以及商業併購下，具備迎頭趕上之潛能，例如2020年中芯國際募集約66億美元資金，研判將投資與建立先進封裝產線，提供先進封裝代工服務。
在封裝設備與材料方面，中國業者在封裝設備之競爭力較弱，但在封裝材料上頗具競爭力。中國IC基板生產約佔全球產能的18%，且代表性廠商深南電路近期已宣布將投入9.3億美元於廣州建立基板生產工廠。

(3)美國 – 生產設施主要位居海外；在先進封裝設備發展上佔據優勢
儘管美國在ATP產業仍佔有一席之地，例如美國OSAT業者即佔全球ATP產能的15%，但幾乎所有美國的封裝業者(Intel除外)，皆將其大部分資產(包含生產設備)設置於亞洲。Amkor為世界領先的ATP公司，然而其超過 99%的資產位於海外，主要位於韓國、中國和台灣等國家。若以建置於美國的工廠量能估計，美國工廠僅佔全球 ATP 產能的3%。先進封裝亦有相同的趨勢。儘管2020年美國有Amkor與Intel兩家業者之先進封裝產能位居全球前十，但僅有Intel之工廠設置於美國。
在封裝設備方面，美國公司佔有先進封裝設備市場的23%。預計該比例將隨著多家大型美國公司的投入而擴大，例如Applied Materials、Lam Research、KLA等在先進封裝設備與測量系統等部分正進行大規模投資。然而，在封裝材料方面，美國僅有一家供應商提供適用於先進封裝之基板。
目前已有數家美國公司宣布計劃在美國設立工廠或擴充封裝產能。SkyWater正在佛羅里達州投資設置先進封裝產線；Intel與美國國防部合作開發先進封裝技術；同時Intel投資35億美元擴充其先進封裝產能。

三、關鍵先進封裝技術
CSET報告認為目前尚未有明顯的經濟誘因吸引全球領先的代工廠和OSAT於美國建立先進封裝工廠。因此，需要有明確的政策規劃，將資金投入先進封裝生態系統中的特定技術。前述政策應包括三項主軸，分別為：提高美國先進封裝設施的產能；強化美國先進封裝材料的供應，以提升供應鏈韌性；支持先進封裝關鍵技術研發。
在關鍵技術方面，CSET認為小晶片(Chiplets)與異質整合(Heterogeneous Integration)、晶圓級封裝和設備自動化等先進封裝技術為需關注的焦點：

1. 小晶片(Chiplets)與異質整合(Heterogeneous Integration)
隨著先進晶片的生產成本增加，小晶片技術逐漸受到關注。小晶片技術為將來自於不同製程、不同材料以及具有不同功能(如數據儲存、計算、電源管理等功能)之小晶片，透過異質整合封裝技術，堆疊成具有完整且複雜功能之晶片，以達到縮小晶片面積、降低成本與提升晶片效能之目的。
小晶片技術具備許多優勢，包括：能夠在單一系統上，藉由異質整合將先進製程與成熟製程晶片整合，提高整體系統效能；客戶可以針對特定需求，混合或定制各類型的小晶片；不會受到半導體材料(如氮化鎵)限制，能夠將使用不同材料之晶片整合。
預計小晶片將成為半導體未來10-20年進步的重要推動力。2022年，Intel、日月光、台積電、Microsoft、Qualcomm、三星等全球領先的科技公司組成UCIe產業聯盟(Universal Chiplet Interconnect Express)，規劃建立裸片到裸片（die-to-die）的互連標準，以促進小晶片生態系統發展。

2. 扇出型晶圓級封裝(Fan-Out Wafer-Level Packaging, FOWLP)
扇出型晶圓級封裝、扇入型晶圓級封裝(Fan-In Wafer-Level Packaging, FIWLP)等晶圓級封裝(wafer-level packaging)技術可在整片晶圓上進行封裝，封裝完成後再切割成個別的晶片。FOWLP相較於FIWLP能提供更多的I/O(輸入/輸出)接點。FOWLP與覆晶(flip chip)封裝、傳統打線(wire bond)等方式相比，FOWLP具有薄型化、低熱阻(thermal resistance)效應、高性能、低寄生效應(parasitic effects)等優勢。
FOWLP的供應鏈正逐漸擴大。2019年僅有約5家公司從事 FOWLP，2021年已成長至11家。另外，台積電正積極推廣該技術，導致其客戶採用FOWLP的比例越來越高。截至 2020 年，台積電佔有約2/3的FOWLP市場。
    FOWLP對人工智慧發展亦有所助益。以美國新創公司Cerebras為例，Cerebras開發出號稱為全球最大的晶圓級處理器- WSE(Wafer-Scale Engine)，該處理器專門針對人工智慧/機器學習而設計。Cerebras透過與台積電合作，利用台積電的FOWLP製程發展出先進的晶圓級封裝技術，以維持WSE在計算方面的優勢性能。根據美國能源部的研究報告，Cerebras的技術能大幅度縮短模擬所需要的時間(速度可快300倍)。封裝技術的進步能持續提升WSE的運算能力，且能進一步造福美國政府與使用者。

3. 先進封裝設備創新
隨著FOWLP等先進封裝技術的發展，支持前述技術的生產設備與工具亦須同步進行創新以滿足需求。自動化為生產設備創新之關鍵。自動化有助於降低勞動力成本，並且可以透過模擬分析，管控封裝設備的成本。另外，晶圓級封裝的特殊需求亦有待滿足，包括能夠在晶圓上檢驗各個晶片封裝後性能的先進設備。
   前述需求可望為美國半導體製造設備商提供極具前景的發展機會。以美國 KLA設備供應商為例：KLA為前端製程量測設備的全球領導者，能提供先進的半導體製程管控系統。KLA近期開始為晶圓級封裝提供高靈敏度的缺陷檢測工具。

四、策略建議
CEST認為透過針對性的投資獎勵等措施，提升美國先進封裝產能，將有助提高半導體供應鏈的彈性。建議措施包括：利用CHIPS法案資金擴增國內先進封裝產能；優先將資金用於有規劃投入先進封裝之半導體製造計畫，包括鼓勵台積電和三星於美國的建廠計畫中，並將先進封裝生產設備納入；鼓勵先進封裝IC基板供應商在美國成立合資企業；鼓勵領先的OSAT在美國建立先進封裝設施；將國家先進封裝製造計畫(National Advanced Packaging Manufacturing Program)的資金用於促進先進封裝技術創新，例如推動小晶片、晶圓級封裝和封裝設備自動化的創新。