CoWos 是什麼？解密半導體先進封裝的產業趨勢

CoWos 技術因生成式 AI 的快速興起 ，導致市場出現供不應求的狀況，更屢屢傳出台積電 CoWos 先進封裝產能吃緊。本文將介紹什麼是半導體封裝以及何謂 CoWos？目前 IC 大廠在先進封裝遇到佈局以及挑戰有哪些。

隨著 AI、雲端、大數據分析、行動運算等技術蓬勃發展，現代社會對於運算能力有越來越高的需求，再加上 3 奈米之後，晶圓尺寸已遇上物理極限、製造成本提高等等原因，因此半導體業界除了持續發展先進製程之外，也在找其他能使晶片維持小體積，卻可同時保持高效能的方式，因此「異質整合」的概念逐漸萌芽，也讓讓晶片從原先的單層，轉向多層堆疊的「CoWos 先進封裝」。

所謂 CoWos，可以拆成以下定義來解釋：

因此 CoWos 合起來，就是指把晶片堆疊起來，並且封裝於基板上，如此一來可以減少晶片所需要的空間，也能達到減少功耗和成本的益處。其中又可分成：2.5D 水平堆疊（最為人知的就是台積電的 CoWoS）、3D 垂直堆疊版本，將不同的處理器、記憶體等多種晶片模組層層堆疊，做成小晶片（Chiplet）。因為其主要應用的就是在先進製程上，所以又稱為先進封裝。

根據研調機構 Yole Group 的預測，2022 年全球先進封裝達到 443 億美元，預估到了 2028 年規模將達到 780 億美元，年複合成長率為 10%。

隨著 AI 技術在近年的蓬勃發展，使得能將 CPU、GPU、DRAM 等晶片堆疊、將不同製程晶片封裝在一起，達到節省空間、減少功耗，同時還能加速運算、控制成本等多項優勢的 CoWos 先進封裝技術成為半導體公司新的戰場。

以台積電本身提出的預期而言，台積電總裁魏哲家指出，AI 相關的需求增加，預測未來 5 年 將以接近 50% 年平均成長率成長，並且佔台積電營收約 1 成：而到 2024 年台積電 CoWos 產能開出規模將超過 1 倍，因此該公司將持續擴充 CoWos 封裝產能。

台積電董事長劉德音在今（2023）年的國際半導體展大師論壇上就指出，AI 晶片的議題不是晶片本身短缺，而是 CoWos 短缺，「這項技術開發 15 年了，需求突然增加 3 倍。」

需求的突然暴增，也讓台積電無法短期內 100% 供應，只能大概達到 80%，要直到 2024 年底才有可能緩解，主要原因就是雲端服務業者爭相增加產能。也因為市場供不應求，台積電現在先進封裝服務的對象，都是下單 7 奈米以下製程的客戶，包括蘋果（Apple）、輝達（NVIDIA）、超微（AMD）以及博通（Broadcom）、賽靈思（Xilinx）、亞馬遜（Amazon）等等。

台積電在今年 10 月的法說會上指出，規劃 2024 年底達到 CoWos  產能倍增，且在 2025 年會持續擴充 CoWos 封裝產能。

至於台積電的對手：英特爾（Intel），也在今年 8 月透露將在馬來西亞檳城，也就是東方矽谷，興建最新的先進封裝廠，其主要先進封裝技術包括 2.5D EMIB 與 3D Foveros 方案，馬來西亞新廠即是後者，且未來會成為英特爾最大的 3D Foveros 先進封裝據點。

此外，英特爾也規劃到 2025 年，其 3D Foveros 的產能要增加 4 倍，而今年預計累積將在馬來西亞投資 140 億美元，包括已投資的 80 億美元，剩下的 60 億就是聚焦在先進封裝。

如上文所述，CoWos 先進封裝的主要應用，在於 AI 人工智慧、數據中心、超級電腦、雲端運算、5G、物聯網以及車用電子等等。但 CoWos 仍然有其挑戰存在，例如設計複雜性、高成本、產能問題、良率不高以及因為晶片層層堆疊而較難散熱等問題。