摩爾定律逼近盡頭,封裝接管霸權。當英特爾、三星以傾國之力抄近路突圍,台積電回防祭出次世代面板級封裝CoPoS:「以方代圓、產能翻倍」。
這張王牌,不僅是護國神山續寫獨霸神話的戰略制高點,更是拉動整體產業升級的關鍵。
CoPoS屬扇出型面板級封裝(Fan-Out Panel-Level Packaging,FOPLP)的一種,是將封裝的中介層,從傳統的圓形晶圓片,改為方形的玻璃或有機面板(見圖解)。

封裝技術「從W到P」、「以方代圓」,不僅突破形狀限制,更因中介層的利用面積,可從圓形的六五%,跳升至方形的九五%,大幅減少圓形晶圓邊角無法使用的浪費空間;加上材料改變,不再受限十二吋晶圓尺寸,空間放大,可產出的晶片變多。
以輝達此刻主力的B200晶片為例,晶片組內包括兩顆四奈米邏輯裸晶(die),周圍放上八顆高頻寬記憶體,整包封裝尺寸達到八公分見方,非常大,再扣除風險區域、預留的切割線之後,直徑三十公分的十二吋晶圓上,只能封裝四組,但改在邊長三十公分的方形中介層上封裝,則可擺上九至十六組。
因此,若原本晶圓級封裝僅封裝四組,保守估算的面板級封裝,就可增加至九組,逾一倍的增幅,如同「隱形增建」一倍的封測產能!大幅減少的材料浪費,更是有助推進ESG,效益非常迷人。
台積電預計首波試產的尺寸為三十一公分見方,面積約當十二吋晶圓,據傳去年曾嘗試更大的尺寸,但圓改方已經非常困難,若同時放大尺寸,恐影響發展進程,於是退打保守牌,先從小尺寸開始練兵。
圓改方,難度在哪?陽明交大國際半導體學院院長陳冠能分析,最大的挑戰來自方形結構的「不對稱性」與「尺寸放大」效應,使得熱膨脹與材料內部機械應力分布更不均勻,難以維持整體平整性。
他指出,過去圓形結構因為對稱性高,即使多層堆疊仍能維持相對平整,「但方形結構在邊角位置容易出現應力集中,導致翹曲變形,這是第一個需要克服的天敵。」
其次是設備面的限制。既有半導體設備多以圓形晶圓為設計基礎,許多製程步驟,例如清洗、研磨、拋光,皆利用旋轉對稱來達成均勻處理;一旦轉為方形基板,不僅設備需重新設計,整體製程流程也可能需要重構。
「更關鍵的是如何完成系統整合,」陳冠能表示,現行半導體製造已是高度自動化的連續製程,各步驟之間的搬運方式、流程銜接與節拍控制,都必須重新設計,「這些看似細節的環節,其實正是面板級封裝CoPoS試產能否成功的關鍵。」
協力廠商表示,新一代先進封裝大概需要經過三百多道程序,台積電試產線一方面想辦法串起設備與系統,另一方面嘗試刪減或合併部分程序,縮短製程,「時間就是成本,程序太多,用時就長,那就不見得划算了。」
台積電不惜在技術高難度下與時間賽跑,不只是為了降本增效的紅利,更是因為後頭有著不得不迎戰的追兵,這股高度警戒的氛圍,從供應商拿到的「封口令」可見一斑。
從國際視野觀察,台積電去年已推進至二奈米,先進製程的量產能力,領先三星﹑英特爾至少一個世代,但在先進封裝技術加持下,倍增單位效能的方式,不再只限於電晶體縮小,透過排放、堆疊,整體效能仍可保持倍增速度。
然而,過去四年,CoWoS讓台積電在AI領域一枝獨秀的同時,也彷彿告訴對手,先進封裝是一條可彎道超車的絕佳路徑,足以讓三星、英特爾「醒」過來,看到機會。

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