人工智慧(AI)浪潮席捲全球,帶動高階 AI 伺服器需求急劇增長,推升 GPU 運算能力、SoC 與龐大 HBM 記憶體系統的整合需求。然而,隨著 AI GPU 晶片尺寸不斷擴大,晶片互聯與 I/O 數量呈指數級增長,使得現有 12 吋晶圓級封裝產能面臨前所未有的壓力,台積電獨霸市場的 CoWoS 封裝技術亦逐漸遭遇成長天花板。為了突破產能與物理極限的瓶頸,台積電正積極推進次世代面板級封裝技術 CoPoS( Chip-on-Panel-on-Substrate),這項被譽為 「化圓為方」 的技術變革,預計將於 2026 年啟動測試線,並在 2028 年邁入量產,重新定義未來十年的 AI 晶片封裝遊戲規則。

CoWoS 逼近物理極限,產能擴充遭遇瓶頸現有的 CoWoS(Chip-on-Wafer-on-Substrate) 技術是一種以中介層 (Interposer) 為中心的高密度封裝架構,透過在晶圓階段將多顆晶片進行堆疊與連結,以縮短訊號傳輸距離並同時降低功耗與系統尺寸。依照中介層材質不同,可分為採用矽中介層的 CoWoS-S、採用重布線層 (RDL) 的 CoWoS-R,以及混合矽與 RDL 設計的平衡架構 CoWoS-L。

儘管 CoWoS 在 AI 晶片封裝領域稱霸,但以 「12 吋圓形晶圓」 為基礎的製程正面臨嚴峻挑戰。首先是面積利用率嚴重不足,在處理大尺寸的方形 AI 晶片時,圓形晶圓的邊緣會產生大量浪費空間。數據顯示,以輝達 (NVIDIA)B200 晶片為例,在一片 12 吋晶圓上僅能放置 16 顆,相較於前代 H100 晶片可放置的 29 顆大幅下降,這反映出晶片尺寸增長與現有產能的根本矛盾。

其次是晶片翹曲現象所帶來的良率挑戰。隨著 AI 晶片面積不斷擴大,封裝過程中的熱應力極易導致晶片彎曲變形,進而影響電性連接的可靠度與測試良率。此外,即便台積電積極擴產,2024 年底 CoWoS 月產能達 3.5 萬片,2025 年目標為 7 萬片,面對龐大的市場需求仍顯得杯水車薪。法人報告亦曾指出,由於 CoWoS 封裝技術逼近物理極限,市場對新一代先進封裝技術的關注度正急速升溫。

化圓為方 CoPoS 技術架構與面板級封裝優勢

為了解決傳統晶圓產能不夠且成本持續提升的問題,業界催生了 「CoWoS 面板化」 的概念,而台積電的解答正是 CoPoS 技術。CoPoS 本質上是 CoWoS 的面板化演進版本,核心概念是採用方形的 「面板 RDL 層」 取代傳統圓形矽中介層,晶片可直接排列於矩形的基板上,透過 「化圓為方」 大幅提升面積利用率與生產效率。

面板級封裝能提供更高的產能與更低的生產成本,其中以 510×515mm 的方形面板為例,其可放置空間是 12 吋晶圓的 4.5 倍。若採用 600×600mm 面板則為 6 倍,700×700mm 更可達 8 倍之多。目前業界逐步推動的主流尺寸方向,包括3 10×310mm、515×510mm 及750×620mm 等多種規格。

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