一、前言

由於晶片尺寸已逐漸微縮至物理極限，前段製程(晶片製造)技術進展正逐漸趨緩，產業重心開始往後段製程(晶片封裝測試)發展。先進封裝(Advanced Packaging)能優化半導體產品的性能，包括提升運算速度、降低功耗、增加功能，同時能降低成本，被視為能延續摩爾定律(Moore's Law, 處理器與運算速度每2年提升一倍)的關鍵。

此外，主要國家近幾年亦相當重視先進封裝產業的發展與本土供應鏈之建立。美國商務部於2022年9月發布「A Strategy for the CHIPS for America Fund」策略文件，文中規劃推出國家先進封裝製造計劃(NAPMP)，以強化美國於電路板生產、異質整合(heterogeneous integration)等先進封裝的能力；國家標準與技術研究院(National Institute of Standards and Technology, NIST)於今年2月發布「成功願景：商業化製造設施(Vision for Success: Commercial Fabrication Facilities)」文件，提出先進封裝的發展目標，包括：2030年前美國將具備大量先進封裝設施；美國將成為全球先進封裝產業的技術領導者等。英國則於今年5月發布「國家半導體策略(National Semiconductor Strategy)」，文中表示政府支持先進封裝技術(包括異質整合、3D封裝)研發，並規劃擴大基礎設施。

本文將透過市場、供應鏈與技術等三個面向之趨勢觀察，描繪全球先進封裝產業之發展樣貌。

二、市場趨勢：預估 2027年前先進封裝市場將超過傳統封裝

根據Yole Développement產業分析報告，2021年IC封裝市場規模為840億美元，其中先進封裝市場規模約為380億美元，佔IC封裝市場的44%。先進半導體晶片以及複雜封裝結構等需求之增加，為先進封裝市場成長的主要動力。預計​​2027年先進封裝市場將成長至650億美元，年均複合成長率約為10%，且市場占比亦將逐年增加，估計2027年前將成長至50%以上。

(一) 依封裝平台類型區分
依照封裝平台類型，先進封裝可區分為覆晶(Flip-Chip)、扇出型(Fan-out)、扇入型(Fan-in)、2.5D/3D、嵌入式裸晶(Embedded Die)等封裝平台。2021年時Flip-Chip平台的市場占比最大(可達到70%)，其次為2.5D/3D封裝平台(市場占比為18%)。然而，嵌入式裸晶封裝平台於2021年至2027年間將有最高的年均複合成長率(24%)，成長主因來自於行動裝置、汽車與5G基地台等裝置的大量採用。2.5D/3D封裝平台則具有次高的年均複合成長率(14%)，人工智慧、高效能運算(High Performance Computing, HPC)、數據中心、微機電系統(MEMS)與感測器等裝置的需求為2.5D/3D封裝成長的主因。

(二) 依應用範疇區分
依照應用領域，先進封裝市場可進一步細分為行動裝置與消費性電子、汽車與運輸、電信與基礎設施、其他(包括工業、航太、醫療等)等領域。其中行動裝置與消費性電子應用領域有著最大的市場規模，2021年佔先進封裝市場的73%，2022-2027年的CAGR約為7%。其次為電信與基礎設施(20%)應用，預估2022-2027年間的CAGR可達到17%。各應用領域之市場趨勢請參閱圖二。

三、供應鏈趨勢觀察：不同商業模式的半導體業者(如代工廠、IC基板製造商)正在投入先進封裝

半導體供應鏈正在發生劇烈變化。半導體供應鏈中的參與者，如代工廠、IC基板製造商等，正積極投入先進封裝發展，以探索新技術領域並且拓展業務。此趨勢將嚴重威脅傳統半導體外包組裝與測試商(outsourced semiconductor assembly and test, OSAT)(如中國長電科技、台灣日月光等)原有之先進封裝市場占比。

(一) 台積電、英特爾和三星
現階段先進封裝技術，正逐漸朝向更微小、複雜且更高技術層次的晶片/裸晶間整合封裝發展。此發展趨勢使台積電、英特爾和三星等業者得以將晶片製造之技術能量與優勢投入先進封裝領域，成為先進封裝技術之關鍵創新者。英特爾規劃2022年投資47.5億美元於先進封裝，並且計劃在美國新墨西哥州、馬來西亞等地擴增先進封裝產能，以及在義大利建立新先進封裝工廠。台積電2022年的資本支出(Capital Expenditure)估計為400-440億美元，其中約10%的資本支出用於先進封裝和光罩製造。其於2020年在台灣竹南新建先進封裝廠(先進封測六廠)，並已於2023年6月宣布正式啟用。

(二) 晶圓代工廠
除了台積電以外，聯電(UMC)、中芯國際(SMIC)、武漢新芯(XMC)等晶圓代工廠(foundry)亦積極跨足先進封裝領域。聯電是2.5D封裝矽中介層(Silicon Interposer)的主要供應商，並且與Xperi合作開發出適用於先進封裝領域裡晶圓與裸晶鍵結(bonding)之技術平台。武漢新芯則為影像感測器和高頻寬記憶體(High Bandwidth Memory, HBM)等產品提供先進封裝解決方案。前述趨勢除了會影響OSAT的業務以外，亦會對垂直整合製造商(Integrated device manufacturer, IDM)等業者(如英特爾、三星電子)造成衝擊。例如蘋果、小米、Google等電子產品製造商將自行設計晶片，並且委託晶圓代工廠製造與封裝，而非直接交由IDM業者統包晶片設計與生產。

(三) IC基板和PCB製造商
SEMCO、Unimicron、AT&S和Shinko等IC基板(substrate)和PCB製造商利用其基板製造的專業知識與產能，跨足面板級扇出型封裝(FOPLP)、嵌入式裸晶等先進封裝領域。例如SEMCO利用FOPLP技術封裝Galaxy智慧手錶；AT&S 為嵌入式裸晶封裝的重要業者。前述趨勢將威脅OSAT業者原有的市場。

(四) OSAT廠商
長電科技、日月光等全球領先OSAT業者正在強化與擴展IC測試方面之專業知識與能力。長電科技收購Analog Devices位於新加坡的IC測試工廠；日月光2021年於測試設備的資本支出達到5億美元，且於2023年6月宣布投資半導體檢測設備供應商牧德科技。另外，京元電子和Sigurd Microelectronics等測試機構，亦透過併購或投資研發，以增加其封裝與組裝能力，例如Sigurd收購封測業者Winstek，以提供晶圓級封裝(Wafer Level Package, WLP)服務。

四、先進封裝技術趨勢

以下針對兩項值得關注之先進封裝技術，分別為小晶片(Chiplet)與混和鍵結(Hybrid Bonding)技術，介紹其發展趨勢與待克服之挑戰。

(一) 小晶片(Chiplet)
小晶片技術能將不同製程節點之晶片整合，改善系統效能、提升良率、降低成本，晶片設計架構可沿用且易於擴充，能減少晶片設計的時間。近期半導體相關業者已利用小晶片技術推出多項產品，包括英特爾的Stratix 10 FPGA裝置；AMD的Ryzen 3000處理器、MI2000系列伺服器；蘋果的M1 Ultra晶片等。另外，2022年Google Cloud、英特爾、微軟、AMD、三星、台積電、日月光等國際科技大廠，共同成立UCIe產業聯盟(Universal Chiplet Interconnect Express )聯盟，以標準化小晶片互連技術。
儘管小晶片仍有許多待克服的挑戰，包括散熱與電源管理、設計與測試工具等挑戰，但業界普遍相信小晶片在未來數年仍將持續蓬勃發展：將有更多全球性標準完成制訂，產官學於小晶片的合作與協作亦將更為頻繁，並且吸引更多業者投入創新。

(二) 混合鍵結(Hybrid Bonding)
混合鍵結為目前迅速發展中的互連(interconnect)技術。過去兩裸晶(或晶圓)的接點(pad)在進行互連時，常利用錫球凸塊(Bump)作為接合的媒介(錫球加熱至約200度會融化，可將兩接點接合)。然而當裸晶尺寸縮小且接點密度增加時，融化的錫球容易沾附到周遭非預期的接點。混合鍵結技術不須使用錫球，而是透過加熱或加壓等製成步驟，直接將兩裸晶(或晶圓)接合，能進一步縮小封裝體積並且可降低互連的電阻。目前許多業者正在使用混合鍵結技術發展先進的系統單晶片(System on a Chip, SoC)或用於高效能運算和數據中心的晶片，例如AI晶片公司Graphcore推出IPU處理器即是採用了台積電的混合鍵結技術。
然而，混合鍵結技術難度高，目前仍面臨許多製程挑戰。鍵結表面的平坦度與清潔程度、接點的對齊程度、鍵結的溫度等因素，皆會嚴重影響產品的效能與品質，因此現階段混合鍵結的良率與產量仍受到相當大的限制。