在 AI 飛速發展的時代,晶片製造不再只是單純追求製程節點的縮小。過去大家熟知的摩爾定律,意即微處理器晶片上的電晶體數目每隔兩年會增加一倍,如今正逐漸面臨物理極限的挑戰。為了在不改變晶片微縮技術的前提下,繼續榨出更高的效能、更低的耗電量,各大半導體巨頭開始將目光轉向晶片的包裝藝術,也就是先進封裝。
在眾多先進封裝技術中,台積電所研發的 CoWoS 技術無疑是最耀眼的明星。不論是輝達(NVIDIA)用於訓練大型 AI 模型的繪圖晶片,還是超微(AMD)推出的高效能處理器,背後都極度仰賴這項封裝製程。究竟這項讓全球科技業爭相卡位的技術是什麼?一起來看看吧!
CoWoS 是什麼?
CoWoS 的全名是 Chip-on-Wafer-on-Substrate,翻譯成中文就是「晶片在晶圓上再到基板上」。簡單來說,這是一種 2.5D 的高階先進封裝技術,核心概念是把多顆不同的晶片,像是負責邏輯運算的處理器、繪圖晶片,以及負責儲存大量資料的高頻寬記憶體(HBM),透過精密的製程,像拼積木一樣緊密地封裝在同一個載體上。
傳統的封裝方式是把不同的晶片各自封裝好,再用印刷電路板連接起來。但因為晶片之間的距離太遠,訊號傳輸就像在平面道路上塞車,速度慢且耗電。CoWoS 的關鍵創新在於,它在晶片與最下層的基板之間,加入了一層「中介層」。
這層中介層佈滿了極為微小的電子線路,讓不同的晶片可以直接在上面進行超高速的溝通。如此一來,晶片之間的距離從公分級縮短到毫米級,傳輸速度大幅提升,整體功耗也顯著降低,成功突破了傳統封裝的效能瓶頸。
CoWoS 應用在哪裡?
AI 技術的全面爆發,正是讓 CoWoS 需求拉到最高點的關鍵催化劑。當生成式 AI 模型需要處理動輒數千億個參數時,晶片與記憶體之間的資料傳輸速度就決定了運算效率的生死。目前這項技術最主要的應用場景集中在以下四大頂尖領域:
- 高效能運算(HPC): 包含國家級的超級電腦、氣象預測系統以及複雜的科學模擬運算,都需要這種能同時整合多顆核心的強大架構。
- AI 伺服器與資料中心: 像是輝達 Hopper 架構的 H100、H200,以及新世代的 Blackwell 系列晶片,都必須透過這種封裝才能將運算核心與高頻寬記憶體完美結合。
- 網通與 5G 基礎建設: 隨著資料量暴增,核心骨幹網路的路由器與交換器晶片需要極高的傳輸頻寬,也開始大量導入該封裝技術。
- 自駕車與邊緣運算: 雖然目前多用於雲端,但隨著自駕車對即時圖像識別與決策速度的要求提升,高階車載晶片也逐步規劃採用此技術。
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CoWoS 概念股有哪些?
隨著台積電全力擴張產能,整個半導體供應鏈也跟著百花齊放。要完成一個完整的先進封裝,從核心的代工、後段的測試、必備的載板,到工廠運作所需的設備、廠務及耗材材料,缺一不可。以下為最完整的 CoWoS 概念股產業鏈分類:
| 產業鏈環節 | 代表公司與代號 | 在供應鏈中扮演的角色 |
| 核心晶圓代工與封測 | 台積電(2330)、日月光投控(3711)、京元電子(2449)、精材(3374) | 提供核心封裝技術、晶圓級測試以及後段精密測試服務。 |
| 高階 IC 載板 | 欣興(3037)、南電(8046)、景碩(3189) | 供應封裝最底層所需的 ABF 載板,必須具備極高的高頻傳輸穩定度。 |
| 封裝與濕製程設備 | 弘塑(3131)、辛耘(3583)、萬潤(6187)、志聖(2467)、均華(6640)、雷科(6207) | 提供晶圓清洗、蝕刻、精準揀晶、點膠與量測等關鍵精密機台。 |
| 無塵室與廠務工程 | 漢唐(2404)、亞翔(6139)、帆宣(6196)、洋基工程(6691) | 負責台積電及各大封測廠新廠房的無塵室建置、水氣化系統工程。 |
| 材料、耗材與測試介面 | 中砂(1560)、家登(3680)、旺矽(6223)、穎崴(6515) | 供應晶圓研磨鑽石碟、極紫外光光罩盒、以及高階晶片測試所需的探針卡。 |
CoWoS 供應鏈漲價順序
先進封裝供應鏈的漲價與股價輪動,核心邏輯在於大廠「何時買機台(一次性)」與「何時大量生產(消耗性)」。
一、 設備與廠務先行(最早漲)
- 代表股: 弘塑、辛耘、萬潤、漢唐
- 邏輯: 大廠擴產第一步是蓋廠、訂機台。設備交期長達 6 至 9 個月,只要訂單一接獲,市場就會提前大炒「未來營收確定性」,股價往往最先引爆。
二、 設備實質交機(基本面支撐)
- 邏輯: 機台陸續進廠裝機,設備股進入「營收認列高峰」,股價由實質 EPS 支撐。此時敏銳的資金會開始尋找下一個量產受惠者。
三、 材料與耗材爆發(中段主力)
- 代表股: 中砂、家登、旺矽、穎崴
- 邏輯: 工廠開始 24 小時量產晶片。設備是一次性購買,但晶圓研磨、光罩盒、測試探針是「天天消耗的物資」。晶片產量越大、材料營收就越沒有天花板,資金此時會大量轉移至此。
四、 高階載板補漲(最後反應)
- 代表股: 欣興、南電、景碩
- 邏輯: 晶片做出來後,需要大面積的 ABF 載板來承載。載板前期易受成熟製程拖累,股價反應最慢;直到先進封裝規格升級、高階載板產能被塞爆時,才會迎來最後的補漲。
核心記憶口訣:
「建廠看廠務,接單炒設備;量產爆耗材,後段看載板。」 掌握這個產業鏈的實體運作順序,在資金板塊輪動時,就能更清楚現在演到哪一齣,而不至於在高點盲目追逐已經認列完營收的板塊。
台積電 CoWoS 的 3 種技術介紹
為了滿足不同客戶對於效能、成本以及晶片尺寸的需求,台積電將這項技術演進出三種不同的分支結構,主要差異就在於「中介層」所使用的材質:
1. CoWoS-S(Silicon Interposer)
這是最傳統、也是目前技術最成熟的元老級技術。它使用「矽」材質來製作中介層,並利用矽穿孔技術在矽中介層中挖出垂直通道,實現極高密度的線路佈局。它的優點是連線密度最高、傳輸頻寬最大,因此成為輝達 H100 等旗艦級晶片的標配。然而,矽中介層的製作成本非常高,且矽材質較為脆弱,當晶片尺寸想要繼續放大時,良率就會面臨極大挑戰。
2. CoWoS-R(Organic Interposer)
為了克服矽中介層的高昂成本,台積電開發了這個使用「有機材質」取代矽的中介層技術。它利用重布線層的技術在有機基材上拉出精細線路。有機材料具有彈性,可以有效緩衝因熱脹冷縮產生的應力,提升晶片的可靠度,且成本明顯降低。這項技術目前主要應用在對成本相對敏感的網通晶片、邊緣 AI 設備或特殊應用晶片(ASIC)。
3. CoWoS-L(Local Silicon Interconnect)
這項技術完美結合了上述兩者的優點。它在大面積的有機重布線層中,局部埋入微小的「矽互連橋」。簡單來說,在需要超高速傳輸的晶片與晶片交界處,用小小的矽晶片來當橋樑,而其他一般線路則走成本較低的有機層。這種彈性設計不僅大幅降低了成本,還突破了原本矽中介層的面積限制,能塞進更多顆高頻寬記憶體,是當前最受矚目的新一代主流技術。
CoWoS 當前發展
當前的半導體市場中,產能供不應求是普遍的常態。自從各大科技巨頭掀起 AI 軍備競賽後,訂單便源源不絕地湧入。為了滿足客戶的殷切需求,台積電近年來持續以每年複合成長率超過 50% 的驚人速度進行全球擴產。
在市場動態方面,隨著輝達的 Blackwell 等全新架構晶片量產,技術應用的重心正明顯從原本的 S 型轉移到靈活度更高的 L 型。這種轉變不僅代表晶片整合的面積變得更大、速度更快,也帶動了設備供應商與載板廠的規格升級。
此外,為了進一步擴展封裝的面積並控制成本,市場上也開始出現將圓形晶圓「面板化」的全新概念,例如結合面板級扇出型封裝的 CoPoS 技術,或是直接移除封裝基板以改善散熱與訊號損耗的 CoWoP 技術。這些百家爭鳴的延伸技術,都在為下一個世代的晶片架構做足準備。
CoWoS 挑戰與未來趨勢
儘管這項技術在效能上展現了無與倫比的優勢,但在邁向未來的道路上,依然有幾道高牆需要跨越:
首先是散熱與晶片翹曲問題。當大大小小的晶片被緊密壓縮在極小的空間內,且算力全開時,所產生的廢熱非常驚人。不同材質的晶片熱膨脹係數不同,在反覆的高溫與冷卻過程中,極易導致封裝結構發生微小的翹曲,進而影響產品壽命。這需要更先進的液冷技術與材料科學來克服。
其次是良率與成本的平衡。在這種異質整合的製程中,只要其中一顆小晶片有瑕疵,或是封裝過程出現微米級的位移,整顆造價不菲的頂級晶片就會直接報廢。隨著晶片面積越來越大,如何維持高良率並持續降低生產成本,是供應鏈共同的考驗。
展望未來,這項先進封裝技術將會與 3D 堆疊技術(如台積電的 SoIC)進行更緊密的結合。從 2.5D 的水平拼貼,走向真正的 3D 垂直堆疊,並搭配矽光子(CPO)技術,將光訊號直接引入晶片中。這些技術的相互融合,將帶領人類的運算能力邁向全新的巔峰。
CoWoS 常見問題
Q1:CoWoS 是什麼?可以用白話文解釋嗎?
A1:想像你要蓋一間功能超強的複合式豪華別墅。以前的方法是把客廳、廚房、臥室各自蓋在不同的土地上,再蓋路把大家連起來,這樣走路很花時間。CoWoS 就像是把這些房間蓋在同一個非常堅固的大地基(中介層)上,讓房間和房間開門就能互通,不僅省空間,走動的速度也變快很多。
Q2:台積電 CoWoS 為什麼這麼重要?
A2:因為現在最火紅的人工智慧(AI)需要極度強大的晶片來運算。如果沒有這項 CoWoS 先進封裝技術把運算晶片和超快的高頻寬記憶體綁在一起,晶片的效能就發揮不出來。目前這項技術全球做得最好的就是台積電,因此成為決定 AI 晶片能否順利出貨的關鍵瓶頸。
Q3:台積電的 CoWoS 有三種,一般人需要特別記住哪一種嗎?
A3:身為投資人或科技愛好者,建議可以特別留意最新的 CoWoS-L 技術。早期的 S 型雖然效能好但太貴且有尺寸限制,而 L 型結合了便宜與高效能的優點,可以把晶片做得更大、塞更多記憶體,這也是目前大客戶如輝達新一代晶片最主要採用的技術趨勢。
Q4:如果 CoWoS 技術這麼厲害,其他晶圓代工廠不會模仿嗎?
A4:其他對手如三星、英特爾也都有推出類似的先進封裝技術。不過台積電的優勢在於它佈局得非常早,技術成熟度與良率都領先業界,而且擁有完整的供應鏈生態系。當一顆 AI 晶片造價極高時,客戶為了保證良率,通常會優先選擇最穩妥的方案。
Q5:投資 CoWoS 概念股時,需要注意哪些風險?
A5:最大的風險在於市場的預期心理。許多相關設備股或材料股的股價已經提前反應了未來幾年的高成長。如果未來 AI 的需求增速稍微放緩,或者是大客戶更改了技術路線,這些股票的評價就可能面臨修正。因此要密切觀察各大廠的產能擴張進度與實際營收表現。
Q6:除了 CoWoS,新聞常看到的 CoWoP、CoPoS 又是什麼?
A6:這些都是延伸或改良的封裝技術。CoPoS 是把原本圓形的製程改成「方形面板」來做,希望能提高材料利用率並降低成本;CoWoP 則是乾脆把最底層的基板拿掉,讓晶片可以直接連接到主機板上,主要目的是讓晶片的散熱效果更好、傳輸損耗更低。