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。

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

1. 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。

2. 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。

3. 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。

1. 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。

2. 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。

3. 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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