發布時間:2025/1/25 07:12
圖文/鏡週刊
隨著AI應用百花齊放,讓先進半導體的重要性與日俱增。本刊調查,輝達(nVidia)、超微(AMD)、蘋果(Apple)、博通(Broadcom)等科技大咖,紛紛以台積電開發的CoWoS先進封裝,當作新一代高速運算晶片決戰關鍵。龐大的需求,不但逼著台積電加速擴產,就連長期合作的弘塑、辛耘、萬潤、志聖等台灣設備老廠,也因早早配合成為國家隊,不僅在營運上展現新樣貌,也成為AI潮流的重要推手。
沿著西濱快速道路駛進新竹香山的弘塑科技總部,剛翻新的迎賓門牆上出現公司英文縮寫「GPTC」,而且特地放大「GPT」三字母,很難讓人不與AI應用「ChatGPT」產生聯想。
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此時,弘塑發言人梁勝銓手持一支附有按鍵的全黑手機,向記者走來,熟悉半導體產業的人都知道,這應是台積電給外包廠的專用機。面對提問,梁勝銓未正面回應,僅笑著說:「AI晶片帶動先進封裝龐大需求,讓設備商迎來前所未有的大好機會!」
為何梁勝銓如此看好先進封裝帶來的設備需求?關鍵就在AI晶片封裝與過往的晶片設計不同。「AI晶片把GPU與記憶體(如HBM)整合成模組,與傳統兩種晶片獨自分開封裝不同,封裝結構從過去平面轉為2.5D/3D。」DIGITIMES分析師陳澤嘉向本刊解釋先進封裝最大改變及商機之所在。
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回顧先進封裝技術發展,陳澤嘉指出,蘋果(Apple) iPhone 7的A10處理器,率先採用台積電的整合扇出型(InFO)封裝,是業界第一個先進封裝案例。「後來,台積電又推出以矽中介層(interposer)為介面的CoWoS平台,主攻高效能運算(HPC)晶片,一開始成本太貴,月產能不到一萬片,但等生成式AI落地,隨即成為高階AI晶片的封裝主流。」陳澤嘉說。
本刊調查,不只有輝達(nVidia)、超微(AMD)在AI伺服器晶片導入CoWoS,就連蘋果、高通(Qualcomm)也將其視為AI PC與AI手機晶片的開發重點;為此,台積電正加速建置CoWoS產能鞏固客戶,一手扶植的本土設備商也跟著動起來。
志聖發言人吳晏城向本刊分析,CoWoS封裝對應的設備,從切割、揀選、黏晶、點膠、清洗、植球、烘烤等,都隨著晶片越趨精密而改變,且對於精度要求更是大大提高,無形中拉高技術門檻,讓市場生態洗牌。
像1993年成立的弘塑科技,20年前領先開發後段12吋先進製程所需的單晶圓濕式清洗設備(Single Wafer),靠著長期緊密的合作關係,順利搭上台積電CoWoS先進封裝擴產列車。
「所謂的濕製程,就是把晶片上有機物或汙染源,用強酸強鹼移除(蝕刻)或去除(清洗),相關設備大量應用在半導體製程。」梁勝銓向本刊說明,傳統作法是採浸泡處理,用的是充滿化學液體的酸槽(Tank),一次清洗至少25片的批次設備(Wet Bench),「一次批量清洗雖有規模效益,但每片晶圓擺放位置順序不一樣,接觸到化學液反應時間也不同,倘若電晶體不斷微縮,對清潔度的容忍會越來越低。」
「單晶圓一次只清洗一片,透過設備參數設定,讓化學液體流量、噴頭方式(直線或霧狀)、溫控維持一致,等於第一片到第N片都會出現一致的清洗結果。」梁勝銓繼續補充說,「CoWoS先進封裝,晶片相互堆疊且電晶體又小,舉凡鍵合、填膠、塗布、蝕刻,任何一丁點不乾淨都疏忽不得,就必須採取單晶圓清洗。」
其實,弘塑一開始在半導體後段設備市場的發展並不順利。梁勝銓回憶,公司一開始曾在4/6吋晶圓設備市場碰到惡性競爭,差點倒閉。2000年,創辦人顏錫鴻毅然決然轉型12吋晶圓濕洗設備,公司才脫胎換骨。
梁勝銓說,弘塑與德國及日本設備商技術合作,開發國內第一台後段12吋單晶圓旋轉設備。而據同業透露,弘塑免費提供機台供矽品測試,並藉此取得認證。台積電四五奈米導入先進的覆晶(FC)封裝,原有意採用美商新拓(Semitool)的單晶圓濕洗設備,也主動找上門,經過測試與調校(Tune),2006年台積電正式採購相關設備,讓弘塑擺脫連續13年的虧損,至今沒再賠過錢。
此外,成立於1966年、2023年登上台積電「年度優良供應商卓越表現獎」榜單而聲名大噪的志聖,也是CoWoS設備國家隊重要成員。
「志聖主要提供暫時鍵合與烘烤設備,前者用在CoW端,後者用在WoS端。」發言人吳晏城說,公司從PCB、面板所需的壓合貼模設備起家,約2012年被客戶找上,希望藉由壓熱專業開發高精密貼合設備。
「當時並不知這叫CoWoS。」吳晏城透露,CoWoS初期量少,內部一度也好奇有無市場,但考量客戶地位舉足輕重,故團隊一路堅持。「後來更是每2週就開一次會,針對參數來回不斷校正,全力滿足客戶要求。」他說。
談及暫時鍵合設備對CoWoS的重要性,吳晏城表示,堆疊的晶片附著在矽中介層需壓平防翹曲,「但電晶體小又密,對壓貼重量、精度的控制要求大為提高,一旦壓破,根本賠不起。」
志聖野心不只如此,5年前入主自動化設備商均豪,並投資由均豪半導體部門分割、負責挑揀的均華,成立「G2C聯盟」,揪團共享CoWoS大餅。
專家並指出, CoWoS的生產流程還有除泡、光學檢測、散熱等新需求,相關設備商都磨刀霍霍,1996年成立的萬潤,憑著壓電閥的自主技術能力嶄露頭角。被本刊問及封填技術有何門檻?萬潤董事長特助盧慧萱低調表示,萬潤的點膠設備,須在電晶體微縮、填封速度加快與精細度提高等挑戰下,在WoS階段,順利達成封填以保護元件的效果。
「10年前,我父親(董事長盧鏡來)眼光獨到,透過產學合作,成功領先同業自主開發壓電閥,針對膠量、精度控制有所掌握,順利協助客戶達成良率目標。」盧慧萱表示,以往晶圓生產,前段設備商多跟著客戶推進摩爾定律獲得大批研發支持,但這現象將從先進封裝翻轉,後段的重要性將跟前段平起平坐,也讓台灣設備商的未來更值得期待!
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