台積電董事長劉德音直言，AI晶片缺的不是晶片，而是CoWoS產能。

圖文／鏡週刊

由台積電深耕10多年的CoWoS先進封裝，因AI（人工智慧）旋風一夕爆紅，不但吸引科技巨擘輝達（NVIDIA）、超微（AMD）、谷歌（Google）爭相下單，導致產能供給嚴重不足。本刊調查，除台積電加速擴產外，包括日月光、穎崴、中華精測、萬潤等封裝、測試及設備業者也積極搶進，在台積電領頭下，台廠齊心齊力、分進合擊打造完整的CoWoS產業鏈，鞏固台灣在全球半導體製造的領先地位。

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「現在AI晶片短缺，缺的不是晶片，而是缺CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封裝產能。」今年9月SEMICON Taiwan 2023大師論壇會後，台積電董事長劉德音在接受記者採訪時，一語道出CoWoS先進封裝製程對AI晶片的重要性。

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技術門檻高　需晶圓級設備

劉德音口中的CoWoS先進封裝，有別於傳統的封裝技術，CoWoS在前段就直接先施行晶圓封裝，再將晶圓切割成晶粒排列在矽中介層（Interposer）上，而後再做二次封裝，讓晶片體積可以更小、更省電，因應AI高速運算需求。

據市調機構Yole Group資料顯示，2022年全球先進封裝市場規模約443億美元，而受惠於5G、AI、高效能運算（HPC）、自駕車等需求的推波助瀾，預估2028年將成長至786億美元，年均複合成長率（CAGR）約10％。「CoWoS價格是傳統封裝兩倍，為廠商帶來高利潤率，因而刺激晶圓廠、封裝測試、設備等半導體相關業者加足馬力投入。」該報告中提及。

 

CoWoS先進封裝在晶圓上就先施行封裝，讓晶片體積可以更小、更省電，因應AI高速運算的需求。（台積電提供）

一名IC設計大廠資深主管坦言，「現在全球最厲害的封裝技術就是CoWoS，從設計來看，CoWoS中間夾一片晶圓（Wafer）來負責訊號間的傳輸、串聯，若無這片晶圓，只用矽中介層電路板會弄不好，而這個晶圓目前三星、美光都做不出來。」

他更進一步表示，先進封裝最大的挑戰，就是中間那片晶圓，連很多晶圓廠都做不出來的東西，更何況封測廠商。也因先進封裝技術難度越來越高，內部諸多精細設計已經非一般封測設備足以應付，需要晶圓等級的設備才能夠實現。

「現在要蓋一座先進封裝廠，造價至少是傳統封測廠的十幾倍；因此，台積電在銅鑼園區新蓋的先進封裝廠，才會豪擲新台幣九百多億元。」業界人士透露。

蔣尚義催生　華為首家採用

究竟CoWoS是如何橫空出世，成為當紅炸子雞？原來與半導體老將—台積電前共同營運長蔣尚義有關。蔣尚義日前接受媒體訪問中提及，「2009年跟隨台積電創辦人張忠謀回鍋台積電時，向張忠謀表示，摩爾定律已快達到物理極限，因為封裝技術也逐漸變成瓶頸之一，因此主動向張忠謀爭取成立先進封裝技術研發團隊，張忠謀隨即心領神會，馬上應允給我四百位工程師、一億美元設備的要求，終於催生出CoWoS。」

 

CoWoS先進封裝技術在人工智慧的需求推力下，吸引輝達、超微等晶片大廠爭相下單。圖為輝達執行長黃仁勳。

對於台積電CoWoS的催生，曾任職日月光核心能力中心部副理、現任高雄大學先進構裝整合技術中心主任吳松茂向本刊透露另一段歷史，早在2002、2003年，台積電就攜手日月光合作研發先進封裝；但當時，消費性電子尚無使用CoWoS的必要性，所以進展緩慢。「2006年，全球最大私募基金凱雷集團宣布將收購日月光，雖最終以失敗告終，卻讓台積電警覺，決定自行投入先進封裝研發，終於讓CoWoS發光發熱。」吳松茂說

讓令人意外的是，全世界第一個採用CoWoS技術的晶片商，並非高通（Qualcomm）、蘋果（APPLE）或輝達，而是當時才跨入晶片領域不久的華為。「當許多客戶因CoWoS成本高昂不予採用，反而是剛跨進消費性電子的華為，是首家採用CoWoS技術的廠商。」蔣尚義透露，可見中國搶進先進封裝的野心。

美貿易制裁　拖緩中國發展

一位曾任職海思（華為旗下晶片商）的專家就向本刊透露，海思早在多年前就開始研究CoWoS技術。先前在海思時，就看過內部有許多晶圓封裝（CoW）的計畫，因為海思也知道中美間的矛盾，不想技術受限於台積電單一業者，希望能扶植大陸封測廠。「晶圓級封裝最大難度在良率，如何將所有東西整合在一起不出問題是一大考驗；台積電若出錯，重新拿一個晶圓補上就好，但是封測廠賠不起，畢竟要封起來的東西都是高頻寬記憶體（HBM）、小晶片（Chiplet）內的高階晶片，壞掉所費不貲。」該專家點出關鍵。

 

2009年台積電前研發大將蔣尚義（右）跟著創辦人張忠謀（左）回鍋台積電，就已開始著手規劃研發先進封裝技術。（聯合知識庫）

中國德邦證券資料指出，因應AI晶片應用需求，先進封裝成為產業技術演進的關鍵路徑。而先進封裝從系統應用出發，利用3D封裝、系統級封裝（SiP）等方式實現元件功能的融合和產品的多樣化，將是未來持續提升高階製程晶片性能的重要手段，也是中國半導體產業能否彎道超車的關鍵。

先進封裝包含多個晶片、高密度、高引腳數和大功率，因應此設計亟需更高階測試設備與速度。

吳松茂向本刊直言，中國意識到先進封裝的重要性，在這一塊非常努力，不過在美國貿易制裁下，掐住其實現先進封裝的「咽喉」，也就是（EDA）電子設計自動化工具，不讓歐美業者安矽思（Ansys）、益華電腦（Cadence）、新思科技（Synopsys）等與中國半導體業者往來，進而拖緩中國發展速度。

穎崴布局早　客戶遍及全球

就連半導體行業向來較不被重視的「測試」產業，也因先進封裝熱潮有了新樣貌。半導體測試介面業者穎崴科技表示，先進封裝包含多個晶片、高密度、高引腳數和大功率，需要更高階的測試設備和更高的測試速度。「穎崴與其他同業最大差異就是客戶遍布全球，特別是一級供應商（Tier 1）IC設計公司、整合元件大廠（IDM）都是客戶，故在產品的規劃、驗證，都比其他同業早。」穎崴董事長王嘉煌自豪地向本刊說。

 

華為身先士卒成為首家採用CoWoS的業者，也間接凸顯中國搶進先進封裝的背後野心。（東方IC）

王嘉煌進一步分析，「穎崴在先進封裝優勢在於電信測試結構，讓高頻傳輸可不受訊號干擾，現在已有這方面的專利，同時也因應相關先進封裝需求，積極開發新的測試方案。」王嘉煌開心地說。對於接下來先進封裝所需的各方面，穎崴可說是全力備戰，大展身手。

雖然近日張忠謀提到地緣政治恐將讓台灣半導體業弱化，但隨著CoWoS先進封裝製程需求興起，在台積電領頭，包括日月光、穎崴、中華精測、萬潤等台廠齊心努力之下，又多了項新武器，也讓台灣繼續在國際半導體舞台上發光發熱。

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