LINE memo 2026-10-29 19:35
國泰證期研究部 先進封裝、HBM 與矽光子技術解析 講座Memo 20261029
重點摘要 1. 先進封裝朝 2.5D/3D 發展, CoWoS-L 已成主流。 2. HBM4 16 層堆疊, Hybrid Bonding 將成關鍵。 3. CPO 以 2.5D 量產為主, 布建能力為瓶頸。
先進封裝技術發展趨勢 1. 封裝由打線、覆晶演進至 2.5D/3D。晶片電極間距持續縮小, 有機載板線寬約 10 微米以上, 需以中介層或 RDL 轉接, 2.5D 封裝為先進封裝起點; 3D 封裝以垂直堆疊再提高單位面積晶片密度。關鍵技術包括矽穿孔 (TSV)、中介層/RDL 及凸塊, L/S 達 2/2 微米以下為 HPC 晶片互連門檻。
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矽中介層可採半導體製程, 線寬可達 1 微米以下, 形成晶片間高密度、高頻寬連線。Intel EMIB 不用中介層, 於載板埋入矽晶片做高密度連線, 成本較低, 但其餘區域電極需遷就載板線寬而較疏鬆, 且有對準及材料匹配問題。
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凸塊尺寸約 50 至 100 微米, 微凸塊約 10 至 30 微米; 間距持續縮小後, 凸塊受壓外溢影響密度, 轉向 Hybrid Bonding 以銅對銅直接接合, 熱循環控制及對準精度要求極高, 目前 Sony CIS 做得最好。後續應用包括 HBM、3D NAND、3D DRAM、HBF、台積電 SoIC 及矽光子封裝。
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應用案例: AMD Ryzen 7 5700X3D 以 3D V-Cache 於 32MB L3 快取上再堆疊 64MB, 與 Ryzen 9 5900X 相比 FPS 提升 12%; Graphcore Bow IPU 以 WoW 將 PMIC 垂直堆疊於台積電 7 奈米運算晶片上, 使供電一致; H100 以 CoWoS 於 GPU 旁配置 6 顆 HBM。GPU 面積持續放大, CoWoS-L 已成主流, 台積電另發展 SoW 大面積封裝。系統複雜度提升使 PMIC 用量增加, 推升 8 吋產能需求。
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玻璃基板較有機載板耐熱、翹曲小, 線寬約 2 微米以上, Intel Glass Core Substrate 目標為取代 ABF/BT 載板; 矽中介層線寬可在 1 微米以下, 玻璃取代中介層目前未見聚焦。電晶體未來垂直堆疊至更多通道時, 可能需先進封裝做晶片堆疊, 對準要求更嚴苛。晶背供電台積電 A16 及 Intel 皆已布局, 可紓解布線空間並穩定電壓; A16 尚未推出, 效益待觀察。
HBM 製造與規格發展 6. HBM 取代 L3 快取角色, 底層 Logic Die 負責彙整 DRAM 資料、與 GPU 溝通 (PHY) 及自我測試, 電路日趨複雜, 需以先進製程製作。主講人提及三星新世代 HBM Logic Die 可能委由台積電代工, 未來晶圓代工、記憶體廠與 AI 晶片廠合作將更緊密。
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HBM3E 由海力士領先; HBM4 三星、美光、海力士皆已通過 NVIDIA 認證, 市佔預計今年底較明確。
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TSV 先做導電通道再以晶圓薄化露出。HBM 高度需與 GPU (775 微米, 與 12 吋晶圓厚度相當) 一致以利散熱; HBM3E 以前限 720 微米, 12-Hi 共 13 層晶粒, 單層約 40 微米, 已接近薄化極限; HBM4 16-Hi 共 17 層, 單層需約 35 微米, JEDEC 將高度放寬至 775 微米。薄化、對準及多層堆疊 know-how 目前由三星、美光、海力士掌握。
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Hybrid Bonding 無凸塊, 以 16 層計堆疊厚度由 755 微米降至 595 微米, 降約 20%; 電極間距由 20 微米縮至 10 微米, 通道密度由 2,500 增至 10,000/mm², 約 4 倍。面對 HBM4 16 層堆疊, Hybrid Bonding 將成關鍵, 未來更高層數堆疊亦有機會。
矽光子技術與產品發展 10. 銅線傳輸速度與損耗不及光纖, 資料中心機櫃外已以光纖為主。光收發器為矽光子首要產品, 800G 已量產, 1.6T 開始導入; 核心為光電轉換晶片 (光源、調變器), 中介層採 SOI 晶圓形成導光結構, 光源為紅外線雷射。Cisco、Marvell、NVIDIA、Coherent 等透過併購切入。
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可插拔光收發器於 1RU 交換器僅 32 個插孔; CPO 將光纖延伸至伺服器內部載板封裝, 可增加光纖數量與頻寬並縮短銅線距離。目前量產以 2.5D CPO 為主 (台積電、NVIDIA、Broadcom), 陸廠多採 NPO/OBO; 3D CPO 將光子引擎與交換器晶片直接封裝, 屬下世代產品。今年交換器頻寬標準為 102.4Tbps。
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Broadcom 於 2022 年推出 25.6Tbps CPO 模組並與騰訊建置系統, 2023 年推出 51.2Tbps Tomahawk 5, 2025 年推出 102.4Tbps Tomahawk 6; 以出模組為主, 與鴻海、廣達等電子六哥合作。NVIDIA 模組及系統兩邊做, 與台積電、矽品、鴻海、Coherent 合作, 採台積電 COUPE 平台, 推 Spectrum-X (Ethernet, 102.4T 及 409.6T) 與 Quantum-X (InfiniBand, 115T), 主講人認為因系統價高, 目前購買者應不多。CPO 量產挑戰包括光纖連接、維護測試置換、熱管理、整合複雜度及互通性, NVIDIA、Broadcom 正與電子六哥討論量產流程。
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台積電 AP7 (嘉義)、AP8 (台南) 今年啟用, CoWoS 產能由 Amkor、日月光、矽品分攤; 台積電與 Amkor 在美國合作 Apple 訂單, 台積電另於 2022 年組 3DFabric 聯盟整合跨領域業者。台廠以較成熟技術及較少堆疊層數發展客製化 AI 記憶體, 鎖定高頻寬中容量的 Edge AI 應用。主講人認為台廠已建立完整矽光子供應鏈, 可協助大廠制定產品規格與標準。
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