先進封裝是什麼｜淺顯解說HBM・CoWoS・小晶片・TSV

先進封裝（Advanced Packaging）是指在1個封裝內，以高密度堆疊、整合多顆半導體晶片（晶粒）的後段製程技術總稱。相較於傳統的打線接合或覆晶，晶片間的連接間距大幅微縮，在頻寬、功耗與整合度上全面大幅提升。搭載於AI GPU的HBM，以及台積電（TSMC）的CoWoS技術，都是代表例。

本文重點

先進封裝＝將多顆晶片以3D堆疊、整合到1個封裝中的後段製程技術

實現超越打線接合極限的高密度連接（TSV、混合鍵合）

HBM以超短距離連接TSV堆疊的DRAM晶粒與AI GPU，實現超高頻寬

小晶片將依功能分割的晶粒以最適節點製造後再整合—輝達（NVIDIA）、超微（AMD）、英特爾（Intel）皆已採用

CoWoS是台積電在矽中介層上搭載邏輯晶片+HBM的2.5D技術

為什麼需要先進封裝

在摩爾定律帶動的微縮逐漸逼近物理與經濟極限之際，先進封裝作為維持晶片效能提升的手段而備受矚目。比起製作單一大型晶片，將依功能分割的小晶片以最適製程分別製作、之後再整合成1個，在良率、成本與設計效率上更有利。尤其AI模型大型化帶動記憶體頻寬需求急增，加速了HBM與CoWoS等先進封裝技術的普及。

TSV（矽穿孔）是什麼

TSV（Through Silicon Via）是在垂直貫穿矽晶圓的微細孔中填入銅所形成的垂直導線。透過在上下方向直接電性連接堆疊的晶片，能以打線接合數百分之一的長度傳遞訊號。HBM即是以TSV堆疊多顆DRAM晶粒與基底晶粒，實現超高頻寬的記憶體。TSV的形成需要經過DRIE深蝕刻→絕緣膜沉積→電鍍銅→CMP平坦化，由多種設備協同運作的複雜製程。

混合鍵合是什麼

混合鍵合是同時進行銅（Cu）電極直接金屬接合與絕緣膜直接接合的無凸塊接合技術。由於不像覆晶那樣使用焊料凸塊，能將連接間距縮小到數μm以下。在台積電的SoIC（System on Integrated Chips）、三星（Samsung）X-Cubing等GAA世代的3D IC構裝中採用持續擴大，也被期待應用於次世代HBM。

CoWoS與中介層構裝

CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）是台積電開發的2.5D先進封裝技術，在矽中介層上並排安裝邏輯晶片與HBM。透過中介層內的微細導線，晶片之間可以高頻寬連接，已用於NVIDIA H100、H200、B100等主要AI GPU。除了矽中介層（CoWoS-S）之外，也推出了降低成本的CoWoS-R（有機基板）與CoWoS-L（LSI 橋接）。

小晶片是什麼

小晶片（Chiplet）是依功能分割的小型晶粒。將CPU、GPU、I-O、記憶體控制器等分別製造，在封裝內連接後作為1顆處理器運作。已用於超微的EPYC（Zen）、英特爾的Meteor Lake、輝達的Blackwell架構等。在小晶片之間的連接方面，UCIe等標準介面規格正逐步完備。

延伸閱讀

常見問題

先進封裝是什麼？▾

先進封裝（Advanced Packaging）是指在1個封裝內，以高密度堆疊、整合多顆晶片的後段製程技術總稱。包括TSV、混合鍵合、中介層、小晶片等技術，可大幅提升晶片間的連接頻寬、功耗表現與整合度。

先進封裝為什麼對AI半導體很重要？▾

AI的訓練與推論，需要能將大量資料高速供應給GPU的記憶體頻寬。透過先進封裝（特別是HBM＋TSV、CoWoS），記憶體與邏輯晶片能以超短距離高密度連接，實現DDR5的10倍以上頻寬。NVIDIA H100/B100等主要AI GPU，沒有先進封裝就無法成立。

HBM與DDR5有什麼不同？▾

HBM（High Bandwidth Memory）是以TSV堆疊多顆DRAM晶粒，以寬匯流排（1024bit以上）實現超高頻寬的記憶體。DDR5是傳統的記憶體規格，匯流排寬度為64bit。HBM用於AI GPU與HPC，頻寬是DDR5的10倍以上，但成本高、功耗也較大。

2.5D與3D封裝有什麼不同？▾

2.5D封裝（CoWoS等）是將多顆晶片並排安裝在中介層上。3D封裝（TSV堆疊、混合鍵合等）則是將晶片垂直堆疊。3D在連接密度與頻寬上較有利，但熱設計困難；2.5D熱管理較容易，製造成本也較低。

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先進封裝是什麼｜解說HBM・CoWoS・小晶片・TSV的原理