一、前言

由於晶片尺寸已逐漸微縮至物理極限，半導體技術發展之焦點逐漸往後段製程轉移。先進封裝能優化半導體產品的性能，同時能降低成本，被視為能延續摩爾定律(Moore's Law)的關鍵。此外，根據IEEE 電子封裝協會(Electronics Packaging Society)的異質整合路線圖(Heterogeneous Integration Roadmap)報告，先進封裝為人工智慧、雲計算、IOT、醫療等科技領域先進產品創新之關鍵。例如先進封裝能將電源、感測器、通訊等晶片整合於更小的空間內，有助於穿戴式、植入式等裝置微型化，同時能滿足低功耗、低成本、多功能等需求。

目前英特爾、三星電子、台積電以及全球前3大委外封測代工(OSAT)業者(包括日月光、Amkor、長電科技)等6家廠商，佔全球超過80%的先進封裝的產能(領先廠商產能占比請參閱圖一)。本文將簡介先進封裝領導業者之技術佈局。

二、代表性業者先進封裝發展趨勢

以下闡述台積電、三星電子、英特爾等三家代表性業者之先進封裝技術與應用(技術佈局摘要請參閱圖二)：

(一) 台積電：先進封裝領域的領導者，推出CoWoS、InFO、3D Fabric等先進封裝解決方案
台積電自2012年推出結合矽穿孔(Through-Silicon Via, TSV)以及矽中介層(Silicon Interposer)等技術的CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)封裝解決方案以來，已成為先進封裝領域的領導者。迄今，台積電已發展出多項先進封裝技術與平台，涵蓋：新世代的CoWoS解決方案；以扇出型晶圓級封裝(Fan-Out Wafer Level Packaging, FOWLP)技術為基礎的整合扇出型(Integrated Fan-Out, InFO)系列解決方案；以及新穎的3D Fabric解決方案。

新世代的CoWoS解決方案包括CoWoS-R、CoWoS-L等。其中，CoWoS-R使用由聚合物與銅線組成RDL (Redistribution Layer)中介層取代矽中介層。與過去的CoWoS解決方案(CoWoS-S)相比，具備體積小、成本低、訊號完整度較佳等優勢，適用於高頻寬記憶體(High Bandwidth Memory, HBM)或人工智慧晶片等應用，如創意電子的Glink產品採用了CoWoS-R解決方案。另外，CoWoS-L為目前最新的CoWoS系列解決方案，預計將於2023年量產。該解決方案採用LSI(Local Silicon Interconnect)技術，於RDL中介層中插入LSI晶片，能提高局部的互連(interconnect)密度，進而優化產品效能。CoWoS-L適用於高性能運算，如AMD的MI200系列加速器。

InFO系列解決方案包括InFO_AiP (Antenna in Package)、InFO_SoW (System-on-Wafer)、InFO_LSI等。其中InFO_AiP適用於毫米波無線通訊設備，具備低傳輸耗損與優異的天線性能等優勢。InFO_SoW為整合了InFO、電源與散熱模組的晶圓級系統解決方案，不須使用基板或PCB，能直接將晶片陣列緊密封裝成緊湊型系統(compact system)，具備低延遲、高頻寬和低電源分配網路(Power distribution network, PDN)阻抗等優勢，以獲得更為強大的計算效能和電源使用效率。Cerebras專門針對人工智慧而設計的晶圓級處理器WSE，即是採用該解決方案；另外Tesla的人工智慧D1晶片，推測也是採用InFO_SoW。InFO_LSI解決方案則整合了LSI技術，以進一步縮小產品的體積與提升產品效能，代表性案例為蘋果的M1 ultra處理器。

另外，2020年時，台積電推出3D Fabric解決方案。3D Fabric解決方案可區分為前端封裝與後端封裝兩部分。前端封裝採用SoIC(System on Integrated Chips)技術，能將不同類型與功能的裸晶或小晶片3D堆疊成一個類似SoC(System on a Chip)的晶片。相較於當前其他業者的先進封裝解決方案，SoIC於尺寸、功耗、訊號完整性(Signal integrity, SI)等方面佔據優勢。後端封裝則是將前端封裝完成的SoIC 晶片，利用CoWoS 或InFO系列解決方案完成後續的封裝。同時，3D Fabric能與台積電之先進晶片製造技術互相搭配，發揮相輔相成的效果，以滿足業者對先進產品性能、功能和成本的要求。

2022年10月，台積電宣佈成立新的開放創新平台(Open Innovation Platform, OIP)-3DFabric聯盟。該聯盟提供半導體設計、基板技術、測試、製造及封裝等全方位的解決方案與服務。聯盟成員能夠及早採用台積電的3D Fabric技術，並且能與台積電同步開發及優化解決方案。2023年6月，台積電啟用首座實現3DFabric之先進封裝廠(先進封測六廠)，預估該廠每年能提供上百萬片晶圓的3DFabric先進封裝服務，以支持下一世代高效能運算(HPC)、人工智慧和行動裝置等產品創新。

(二) 三星電子：推出I-Cube、X-Cube、H-Cube等先進封裝解決方案
三星電子為全球頂尖的記憶體供應商，並且擁有超過25年的封裝經驗。過去三星電子發展許多領先的先進封裝技術，包括適用於固態硬碟(SSD) NAND快閃記憶體的垂直堆疊技術，以及適用於行動裝置的矽穿孔封裝技術。且自2018年起陸續推出I-Cube、X-Cube、H-Cube等先進封裝平台。

I-Cube結合了矽穿孔以及矽中介層等技術，能支持AI、高效能運算、網路等設備對於記憶體頻寬的要求。X-Cube則為三星電子推出的首款3D封裝解決方案，採用7奈米製程，並且使用矽穿孔技術將靜態隨機存取記憶體(Static random-access memory, SRAM)堆疊於邏輯裸晶(logic die)上，能縮小封裝後產品的尺寸，並且可縮短裸晶之間的訊號傳遞路徑，提高數據傳輸速度與效能。另外，由於在整合六個以上高頻寬記憶體時，大面積基板的製造難度會顯著增加，並且會導致系統效能下降。三星電子採用混合基板(hybrid-substrate)，發展出H-Cube解決方案，以克服前述挑戰。同時也發展出獨特的訊號與電源供應分析技術，可以在堆疊多個邏輯裸晶和HBM時，仍保持供電穩定，並且減少訊號損失或失真。H-Cube解決方案特別適用於需要高效能以及大面積封裝的AI、高效能運算、網路等設備。

另外，三星電子已經開始發展混合鍵結(Hybrid Bonding)技術與設備。目標是減少矽穿孔的使用，增加可堆疊的裸晶數量，並且減小裸晶的間距，主要將應用於AI、雲端、手機與穿戴式等裝置。

(三) 英特爾：推出EMIB、Foveros、Co-EMIB等先進封裝解決方案，且近兩年先進封裝資本支出位居全球首位
英特爾近幾年發展出EMIB(Embedded Multi-Die Interconnect Bridge)、Foveros、Co-EMIB等系列的解決方案。EMIB不須透過矽中介層與矽穿孔等技術，直接在有機基板中插入矽橋(Silicon Bridge)，以局部提升裸晶間的互連(interconnect)密度。該技術可有效減少封裝的體積，並可減少訊號失真與能源耗損，但會大幅提升基板製造的複雜度。EMIB目前於英特爾的處理器(如Sapphire Rapids)與加速器(如Stratix)中採用。Foveros解決方案採用矽穿孔與矽中介層等技術，主要特色為在矽中介層中進一步埋入多個不同功能且互相堆疊的裸晶(如邏輯裸晶能控制電源的低功耗I/O裸晶)，形成複雜的3D堆疊結構。該技術主要應用於低功率的手機與平板電腦，如三星電子的Galaxy Book S、微軟的Surface Neo、聯想的ThinkPad X1等產品。Co-EMIB解決方案整合了Foveros和EMIB解決方案，能將多個裸晶透過Foveros封裝形成晶片，並且透過EMIB將多個晶片封裝成產品。該解決方案的代表性產品為英特爾Ponte Vecchio繪圖處理器。

另外，英特爾也於2021年推出兩款新一代的Foveros解決方案，分別為Foveros Omni以及Foveros Direct，預計將於2023年實現量產。Foveros Omni解決方案擴大了適用的裸晶類型，包括能將來自不同晶圓廠與製程節點(node)的裸晶封裝，並且採用銅柱取代部份的矽穿孔，以優化訊號的傳遞。Foveros Direct則採用混合鍵結技術進行封裝。

三、結語

Yole Développement產業分析報告評估，由於先進封裝發展資源需求高，該領域之創新將持續由英特爾、三星電子、台積電等三大晶片生產製造之巨擘領導。英特爾已宣佈將在美國與意大利等國進行後端製程投資，且2022年先進封裝之資本支出總額接近50億美元(全球領先業者資本投入請參閱圖一)，計劃成為美國與歐洲主要的半導體供應商。台積電則具備全球領先的混合鍵結與3D堆疊技術與專利，且近年來積極擴建新廠，同時與日月光展開合作，以確保有足夠的產能與英特爾競爭。此外，台積電也大幅引進智慧科技，進而優化先進封裝生產效率。例如先進封測六廠即以人工智慧技術實現製程精準控制與異常即時偵測。三星電子亦持續推動先進封裝技術發展，期望藉由先進封裝的能量(如3D堆疊技術)，爭取晶圓代工訂單。