随着AI与高效能运算（HPC）的快速发展，半导体业界面临前所未有的挑战与转机。过去依赖传统摩尔定律推进的芯片效能增长，逐步逼近物理与经济极限。如何在有限的面积内实现更高密度的晶体管、更快的讯号传输，以及更有效的能量管理？答案正逐渐聚焦于「先进封装（Advanced Packaging）」技术。面对全球对高效能AI芯片的需求持续升温，先进封装在AI芯片制造中扮演关键角色。
台湾地区资策会产业情报研究所（MIC）于9月8日~9日举办第38届MIC FORUM Fall《驭变：科技主权 全球新局》研讨会，其中9日之「前瞻科技发展趋势」单元中，资策会MIC 产业顾问郑凯安以「剖析先进封装技术发展与国际大厂关键布局」为题，分享了最新的市场及技术动态。郑凯安首先简单介绍了从传统封装到先进封装的演变，再阐述先进封装的最新发展。
封装技术的演进：从单纯保护到系统整合
芯片封装的初衷是保护芯片、连接讯号与电源。但随着IC设计越来越复杂、芯片内部电极密度飙升，传统封装方式（如wire bonding）已无法满足现代需求。这促使产业从早期的「导线架封装」走向「覆晶封装（Flip-Chip）」，再迈入2.5D与3D封装的全新世代，实现芯片堆栈、功能整合与效能提升。
从2.5D与3D封装：关键技术全面解析
1. 重布线层（RDL）与中介层（Interposer）
随芯片I/O数量激增，其电极间距变小，但系统载板的布线精度有限，造成讯号对接困难。重布线层（Redistribution Layer, RDL）技术透过在芯片表面制作一层或多层金属布线层，将芯片原有的I/O接点位置重新分布到不同位置，让其与载板匹配，有效提升封装效率。
接着，硅中介层登场，充当芯片与载板之间的桥梁。中介层具备高密度布线能力，不仅能改善I/O匹配，更允许芯片间高速讯号传递，如GPU与HBM之间的高速连接。
2. 嵌入式芯片封装（Embedded Chiplet）
如Intel所采用的「嵌入式多芯片互连」(Embedded Multi-Die Interconnect Bridge, EMIB) 技术，透过细小芯片内嵌于载板，实现高密度连接，同时避开高成本的中介层。虽然效能略低，但成本控制优势明显，适用于特定市场需求，如2.5D及3D封装。
3. 3D堆栈与硅穿孔（TSV）技术
3D封装的核心在于芯片与芯片的垂直堆栈。透过硅穿孔技术（Through-Silicon Via），讯号可直接穿越芯片实现垂直连通，大幅缩短讯号距离与延迟。
早期堆栈方式仰赖侧面打线，造成空间浪费与效能瓶颈。而TSV让芯片得以「无缝对接」，提升堆栈密度与整体效能。
4. 微凸块与Hybrid Bonding
传统的凸块（Bump）从百微米缩小至10微米以下，甚至进一步采用Hybrid Bonding（铜对铜接合）。这种方式取消了凸块的物理突起，让芯片与芯片之间几乎无间隙堆栈，连接密度与导电性大幅提升。Hybrid Bonding透过高温加压让铜原子键结，形成紧密、可靠的连接，现已广泛应用于高阶HPC与传感器模块。
封装走向制程：垂直整合逻辑与封装技术
总的来说，现在芯片已不能单仅靠制程微缩来提升效能，而是要透过「封装制程整合」来堆栈更多晶体管。
例如，GAA（Gate-All-Around）晶体管结构若需进一步堆栈，就需借助封装技术实现垂直整合，而这类结构的对准精度需达到奈米等级，对封装设备与制程能力提出极高要求。
同时，背面供电（Backside Power Delivery）技术也逐渐成形。透过芯片背面布线供电，将原本复杂的供电电路从上层移除，不仅提升讯号层空间，还可降低IR Drop，提高供电稳定性，这也是关键的技术趋势之一。
实际应用案例：先进封装如何驱动AI与HPC
资策会MIC表示，台湾在先进封装位居全球领先地位，主要晶圆厂或封测厂均积极投入技术发展。郑凯安指出，不同于先进制程，先进封装更强调跨领域、多元化的整合，因而吸引更多不同产业的业者参与，主要大厂纷纷推出技术平台、扩充产能，领导厂商也组建联盟并透过联盟的整合与标准化推动，促成跨领域技术与应用整合。展望2026年，有意投入先进封装的台厂面对百家争鸣的产业局势，如何找到合适的切入定位将是关键课题。
以下是一些国际大厂的动态参考。
- AMD CPU堆栈快取芯片
AMD藉由3D V-Cache封装技术，将额外的高速缓存透过3D堆栈的方式直接堆栈在CPU芯片上，以显著增加快取容量，进而大幅提升AI与游戏效能。关键技术包括Hybrid Bonding与TSV垂直连接。
2. Cerebras AI芯片的供电创新
Cerebras的大面积AI芯片，透过将电源管理芯片直接堆栈于逻辑芯片之上，实现电源垂直分布，保证整片芯片的电压一致性与稳定性。
3. NVIDIA H100与HBM封装
NVIDIA 的H100核心芯片与多层HBM内存模块透过CoWoS封装技术堆栈实现高速存取。TSV与Hybrid Bonding是实现低延迟、高带宽的关键。
4. Sony堆栈式影像传感器
Sony利用Hybrid Bonding将影像感测层与讯号处理层完全对准堆栈，实现更快的读出速度与更高画质，为CMOS传感器带来革命性进展。
5. 硅光子封装：光电整合迈向数据中心
随着数据中心对传输带宽要求剧增，光讯号传输成为新趋势。硅光子封装将雷射与调变器封装进芯片内，让光讯号可直接从芯片传输至光纤，大幅提升数据交换效率。
未来趋势甚至将光收发器内嵌于服务器内部，彻底解放I/O带宽瓶颈。
封装基板演进：从硅中介到玻璃基板
另一方面，随着封装面积与讯号密度增加，传统硅中介层面临成本与扩充瓶颈。业界正积极开发玻璃基板（Glass Substrate），有具有更大面积、更低热膨胀与更佳电气特性等优点。
不过，目前玻璃基板制作仍面临线宽控制困难、成本高昂等挑战，预计将应用于CoWoS-L等大型封装架构，成为未来AI芯片封装的重要基础材料。
封装已成为半导体创新的核心战场
从传统封装到先进封装，封装已不再只是芯片制程的附属环节，而是推动半导体创新与AI时代的核心力量。从垂直堆栈、Hybrid Bonding、TSV，到光电整合与背面供电，每一项技术的进展都在改写芯片的性能边界。
未来的逻辑芯片设计、AI加速器、数据中心、甚至传感器与通讯芯片，将越来越依赖封装的创新与突破。这场「从封装制胜」的技术战，才正要开始。
