先進封裝成為AI算力關鍵,日月光、京元電、力成站上浪頭

在半導體產業的發展歷程中,前段晶圓製造(Front-end)與後段封裝測試(Back-end)長期扮演著各司其職、緊密扣連的關鍵角色。過去,產業的鎂光燈多聚焦於奈米製程的微縮競賽,封裝測試則默默承擔著保護晶片、確保電性連接的基石重任,是產業鏈中穩定且不可或缺的一環。
然而,隨著摩爾定律(Moore''s Law)逼近物理極限,單純依賴製程微縮來換取效能提升,已不再是一條可無限延伸的道路。先進製程的研發成本呈指數型攀升,單一晶片面積與功耗也面臨天花板,產業開始意識到,未來算力的競爭關鍵,不只存在於電晶體的尺寸,而是在於如何把多顆晶片有效整合成一個高效能系統,也就是異質整合的能力。
而AI浪潮的全面爆發也強化了先進封裝的重要性。以輝達最新世代的資料中心GPU為例,其效能的實現,不再是一顆單一顆晶片的成果,而是多顆邏輯晶片、記憶體晶片與高速互連架構高度整合的系統。在這樣的背景下,台灣半導體產業長年累積的製造密度與供應鏈優勢,也開始在全球舞台上顯現顯著的影響力。其中,台積電(2330)無非是最受矚目者,其之所以能在AI晶片代工領域獨佔鰲頭,除了先進製程的絕對優勢外,更在於台積電建構了完整先進封裝平台。
台積電近年持續強化3DFabric平台,將先進封裝視為晶圓製造不可分割的一環,而非單純的後段外包流程;最具代表性的技術莫過於CoWoS與SoIC,兩者分別代表了當前市場的剛性需求與未來的技術高地。
在當前AI與高效能運算市場中,最具代表性的技術是CoWoS(Chip on Wafer on Substrate),其技術本質在於解決運算晶片與記憶體之間長期存在的頻寬瓶頸。透過將邏輯晶片與多顆高頻寬記憶體(HBM)並排整合於矽中介層上,再封裝至基板,資料傳輸距離大幅縮短,功耗與延遲同步下降。對於動輒搭載數10GB HBM的AI加速器而言,CoWoS幾乎已成為不可或缺的物理基礎。
台積電在CoWoS上的優勢,不只體現在技術本身,更體現在量產經驗與良率控制。特別是針對高效能運算需求所發展的CoWoS-S製程,其矽中介層能提供極高密度的互連能力,至今仍是頂級AI晶片的主流選擇。也正因如此,CoWoS產能一度成為全球AI晶片供給的實質瓶頸,迫使台積電在竹南、龍潭乃至嘉義科學園區加速布局,試圖在未來兩年內釋放足以支撐產業成長的封裝能量。
若說CoWoS代表的是當下最迫切的市場需求,那麼SoIC(System on Integrated Chips)則體現了台積電對未來封裝型態的想像。SoIC採用銅對銅的混合鍵合技術,讓晶片之間能以極短距離進行垂直堆疊,省去傳統凸塊結構所帶來的限制,進一步提升訊號速度與能源效率。這項技術已率先在AMD的高階運算產品中實際導入,而蘋果預計也將在未來的晶片設計中導入,因此SoIC亦被視為未來高整合度系統晶片的重要方向。
值得一提的還有,隨輝達AI晶片正式進入Rubin世代,單一封裝內需整合更多運算核心與HBM,現行的CoWoS技術已面臨物理極限。由於12吋圓形晶圓邊緣利用率偏低,加上光罩尺寸限制導致的拼接誤差,不僅影響良率,更推升了生產成本。為了突破瓶頸,台積電正加速推進CoPoS(面板級封裝) 技術,將矽中介層轉向大型「方形面板」,使面積利用率大幅提升至約81%,藉此拉升產能效率並支援更大尺寸的AI與HPC模組。業界預期,CoPoS技術將於今年進入試產,台積電位於嘉義的AP7廠區最快將在今年啟動工程試產,並規劃於28至29年邁入量產。
台積電持續深化先進封裝能力,也曾引發市場對OSAT(委外封裝測試)產業空間遭壓縮的疑慮。然而,實際發展顯示,這並非單向取代,反而讓封測產業的分工更加精細。原因在於,即便台積電資本實力雄厚,其資源配置仍需優先服務高毛利、具戰略性的製程與封裝環節,龐大的後段產能需求,反而為專業封測廠創造了新的切入點。
在台積電產能吃緊的當下,日月光投控(3711)成為台積電產能外溢的首要受惠者,特別是在CoWoS製程後段的基板封裝工序上,日月光扮演了關鍵的協力角色。更重要的是,並非所有晶片都需要用到極致昂貴的CoWoS技術,對於網通、高階消費電子或車用晶片而言,日月光的FOCoS(扇出型基板上晶片封裝)技術提供了性價比更優的2.5D解決方案。為網通、車用與高階消費性晶片提供了更具成本效益的選項,讓其在AI以外的市場同樣保有獨立競爭力。
日月光去年全年營收創歷史次高,而受惠AI半導體需求強於預期,且目前產能有限,日月光CoWoS年底產能有望擴充至每月3萬片,高於先前預估的兩萬片,美系外資也預期日月光將上調後段封裝測試服務價格5到20%不等,可望推升毛利率表現,因此上修日月光EPS表現,預期今年可望重回一個股本水準,明年更上看兩個股本的新高紀錄,目標價亦同步調升,並重申增持的投資評等。
在封裝之外,測試環節的重要性在AI時代也被大幅拉升,這讓京元電(2449)等專業測試廠的角色愈發吃重。AI晶片的結構極其複雜,內含數百億個電晶體與昂貴的HBM,一旦在封裝完成後才發現瑕疵,其報廢成本將是天文數字。因此,晶片製造商願意投入更多資源進行長時間的預燒測試與系統級測試,以確保產品的可靠度。京元電憑藉其全球最大的測試產能與自研測試設備的能力,使其能配合AI晶片客戶設計更嚴謹的驗證流程。
外資Aletheia資本指出,京元電脫穎而出的關鍵在於其具備處理下一代AI GPU及ASIC所需的高功率燒錄測試能力。隨著晶片功耗不斷攀升,京元電已通過3KW至5KW的燒錄測試認證,且8KW的技術研發已接近完成;相較之下,多數競爭對手仍在2KW以下。這項技術差距使京元電與頂尖AI客戶如輝達、博通的合作關係更為穩固。隨晶片散熱與熱設計功耗(TDP)朝10KW演進,京元電的技術領先優勢將轉化為更高的議價能力與毛利率表現。而為滿足市場需求,京元電今年預計擴大測試產能3到5成,並在隨後幾年內達成產能翻倍的目標。
而在記憶體封裝領域,力成科技則站在另一個關鍵位置。隨著AI應用向邊緣裝置延伸,對高頻寬、低功耗記憶體的需求日益提升,力成在LPDDR與高階記憶體封裝上的經驗,使其有機會在未來異質整合架構中扮演更吃重的角色。公司在FOPLP領域深耕多年,與多家AI及網通晶片客戶合作開發,且良率已突破量產門檻,正式邁入商業化階段,預期今年將開始挹注營收;公司先前亦表示,今年將是FOPLP產能擴張的關鍵年,整體投資規模上看十億美元。
除一線指標大廠外,在AI應用與需求持續高升下,也帶動周邊相關電源管理、網通晶片封測需求等持續提升,訂單也由一線廠逐步外溢到二、三線廠,帶動欣銓(3264)、超豐(2441)、矽格(6257)等業者接單增長,可望同步推動營運表現。
