台積電 CoWoS 技術深究與供應鏈分析
日期: 2026-01-05 主題: CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) 技術深究 相關標的: TSMC, NVDA, AMD, ASE, Amkor 及設備供應鏈
1. 執行摘要 (Executive Summary)
CoWoS 已成為 AI 運算時代的「新摩爾定律」與供應鏈最關鍵的瓶頸。隨著 AI 加速器 (如 NVIDIA H100/Blackwell) 在尺寸與記憶體頻寬上的擴展，產業正從標準的 CoWoS-S (矽中介層) 轉向 CoWoS-L (LSI 局部矽互連)。此轉變是為了突破光罩尺寸限制 (Reticle Limit) 並整合更多 HBM (高頻寬記憶體)。預計 2023 至 2026 年產能將以超過 50% 的年複合成長率 (CAGR) 擴張。
2. 技術變革：從 CoWoS-S 到 CoWoS-L
CoWoS 是一種 2.5D 封裝技術，將邏輯晶片 (GPU/CPU) 與記憶體 (HBM) 並排封裝在一個中介層上。
2.1 CoWoS-S (Standard - Silicon Interposer)
- 技術架構: 使用一整片矽晶圓作為中介層。此矽層包含矽穿孔 (TSV) 與重分佈層 (RDL) 以連接 GPU 與 HBM。
- 優勢: 互連密度最高，技術最成熟 (用於 NVIDIA V100/A100/H100)。
- 劣勢:
- 尺寸限制: 受限於微影光罩尺寸 (約 858mm²)。雖然可透過拼接 (Stitching) 製作達 3-4 倍光罩尺寸的中介層，但良率會隨尺寸增加而急劇下降，且成本極高。
- 成本: 大面積的矽中介層昂貴且易碎。
2.2 CoWoS-R (RDL)
- 技術架構: 使用有機載板取代矽中介層，利用重分佈層 (RDL) 進行互連。
- 優勢: 成本較低 (無大型矽片)；訊號完整性較佳 (有機線路電阻/電容較低)。
- 劣勢: 互連密度低於矽中介層；因熱膨脹係數 (CTE) 不匹配較易有翹曲 (Warpage) 問題。
- 應用: 對成本敏感的高效能網通晶片。
2.3 CoWoS-L (Local Silicon Interconnect - LSI)
- 技術架構: 混合型架構。使用有機 RDL 載板為基底，僅在需要高密度互連的區域 (如 GPU 與 HBM 之間) 嵌入小塊的「矽橋接晶片」(LSI)。
- Blackwell (B100/B200) 採用的關鍵原因:
- 超大封裝尺寸: 有機基底不像矽晶圓易碎，可實現超大封裝 (達 6 倍以上光罩尺寸)，以容納兩顆大型 GPU 晶粒與 8 顆 HBM3e。
- 成本/良率: 避免了製作巨型單一矽中介層的良率損失。
- 彈性: 更易於擴充電源傳輸與訊號佈線。
結論: 轉向 CoWoS-L 是必然趨勢，因為 Blackwell 的封裝尺寸已超出單一矽中介層 (CoWoS-S) 的物理與經濟極限。
3. 產能擴張預估 (Capacity & Growth)
台積電正積極採購設備以解決短缺問題。
- 2023 (基期): 月產能約 12,000 - 15,000 片。
- 2024 (爬坡): 年底目標 32,000 - 35,000 片 (產能倍增)。
- 2025 (擴張): 目標 55,000 - 60,000 片。需求來自 Blackwell 放量及 AMD MI300、ASIC (Broadcom/Marvell)。
- 2026 (成熟): 預估達 70,000 - 80,000+ 片 (含 OSAT 支援可能更高)。成長率雖可能趨緩，但隨著 AI 推論走向邊緣/企業端，絕對需求量仍高。
註：數據為約當 12 吋晶圓計算。
4. 關鍵製程瓶頸 (Key Bottlenecks)
4.1 中介層製造
- 瓶頸: 蝕刻 TSV 與製造大型矽中介層需要高精度的微影與蝕刻機台。
- 趨勢: 轉向 CoWoS-L 雖減輕了「巨型」矽中介層的良率壓力，但增加了 LSI 橋接晶片精準置放的複雜度。
4.2 HBM 整合 (關鍵路徑)
- 挑戰: HBM3e/HBM4 涉及垂直堆疊 8, 12 或 16 層 DRAM。
- 良率: 若一顆 HBM 在接合到 GPU 後失效，整個昂貴的封裝可能報廢。
- 散熱: HBM 堆疊的散熱是重大挑戰，需先進的熱介面材料 (TIM) 與散熱蓋設計。
4.3 接合技術: TCB vs. Hybrid Bonding
- TCB (熱壓接合): 目前將 HBM/GPU 接合至中介層的主流技術。
- 限制: 微凸塊 (Micro-bump) 間距縮小面臨物理極限 (~20-30um)。
- Hybrid Bonding (混合接合): 銅對銅直接接合，無須銲錫。
- 未來: SoIC 技術的基礎 (如 AMD 3D V-Cache)，可實現 <10um 間距。
5. 供應鏈與投資標的 (Supply Chain & Tickers)
CoWoS 生態系為設備與材料商創造了巨大機會，特別是台灣與日本廠商。
5.1 中介層與載板製造
- TSMC (2330.TW / TSM): CoWoS-S 中介層與 CoWoS-L 組裝的主要製造商。
- 聯電 (2303.TW / UMC): 被動矽中介層合作夥伴。隨著 TSMC 專注於主動邏輯，部分中介層訂單外溢至聯電。
- 欣興 (3037.TW) / Ibiden (4062.JP): 提供 CoWoS 模組底部的 ABF 載板。
5.2 關鍵設備 (CoWoS 淘金熱)
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濕製程 (清洗/蝕刻):
- 弘塑 (3131.TW): 主要受惠者。提供先進封裝用的濕製程清洗與金屬剝離設備。
- 辛耘 (3583.TW): 代理國際設備 (如 Semes) 並製造單晶圓濕製程機台。
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接合與點膠 (Bonding & Dispensing):
- 萬潤 (6187.TW): 關鍵玩家。提供點膠 (Underfill) 與散熱貼合自動化設備，與 CoWoS 產能擴充高度相關。
- Shinkawa (Yamaha) / Toray Engineering: TCB 接合機。
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切割與研磨 (Dicing & Grinding):
- Disco Corp (6146.JP): 全球獨佔。提供精密研磨與雷射切割機，為晶圓薄化與晶片切割之必要設備。
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檢測 (Inspection):
- Camtek (CAMT) / Onto Innovation (ONTO): 凸塊與 RDL 層的檢測設備。
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材料與傳載:
- 家登 (3680.TW): 提供先進封裝用的晶圓傳載盒 (FOUPs/MAC)。
- 中砂 (1560.TW): CMP 鑽石碟。
5.3 測試與 OSAT
- 京元電 (2449.TW): 首選標的。NVIDIA 晶片預燒 (Burn-in) 與終測 (Final Test) 的主要夥伴。
- 日月光投控 (3711.TW / ASX): 全球最大 OSAT。承接 CoWoS 後段組裝 (oS) 與測試訂單，並提供競爭的 VIPack 平台。
附註：本報告僅供研究參考。