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光互連先落地,HBM仍驗證,混合鍵合推進3D封裝

產業評析   2026/07/20

過去一年,市場一談到混合鍵合,幾乎都聚焦於下一代HBM,甚至認為若三星、SK海力士及美光未在HBM4大規模導入混合鍵合,相關設備與材料需求恐將延後釋放。然而,從產品設計與量產策略來看,HBM導入節奏放緩,反映的並非AI記憶體需求降溫,而是記憶體廠在成本、良率、供貨穩定性與量產成熟度之間尋求更務實的平衡。HBM的核心架構,是透過矽穿孔將多層DRAM晶粒垂直堆疊,大幅縮短記憶體與運算晶片之間的資料傳輸距離,以提升頻寬並降低單位資料傳輸能耗。

隨著產品由8層、12層逐步邁向16層甚至20層以上,晶粒厚度、封裝高度、熱管理、翹曲控制及製程良率等挑戰同步升高,因此混合鍵合被視為高層數HBM的重要技術方向。相較於傳統熱壓鍵合採用微凸塊互連,混合鍵合以介電層與銅對銅直接接合,可進一步縮小互連間距、提升I/O密度、改善訊號完整性,並降低傳輸功耗,因此仍被業界視為下一世代高密度記憶體堆疊與3D整合的重要技術。

混合鍵合雖具備更高互連密度與更佳功耗表現,但技術領先並不代表所有產品都會立即全面導入。HBM量產仍須兼顧客戶認證、製程良率、成本控制及供貨穩定性,因此實際導入時程取決於整體量產成熟度,而非單一技術優勢。近期固態技術協會(JEDEC)放寬HBM封裝高度規範後,部分高層數HBM產品仍可沿用既有熱壓鍵合方案,使Samsung持續評估熱壓鍵合搭配非導電薄膜(NCF)等製程,而SK Hynix則延續MR-MUF技術路線,降低短期內全面切換混合鍵合的必要性。SK Hynix亦表示,16層及更高堆疊HBM將依產品世代、堆疊層數、客戶需求及��產良率,評估MR-MUF與混合鍵合等不同封裝方案。長期而言,隨著HBM持續提升堆疊層數、單顆容量與資料傳輸速率,傳統微凸塊在互連間距、I/O密度、寄生效應及熱管理等方面將逐漸逼近物理極限,而混合鍵合透過介電層與銅對銅直接接合,可進一步縮小互連間距、提升訊號完整性及能源效率,因此仍被視為下一世代高密度記憶體堆疊的重要技術方向。

當前GPU/HBM即使具備極高運算能力,若資料長時間停留於交換器、網路介面及高速電互連之間,昂貴的AI算力仍可能因等待資料交換而無法充分發揮效益。因此,AI基礎建設正從單純增加運算晶片數量,逐步轉向提升資料傳輸效率、降低互連功耗的新階段,CPO也由過去的前瞻技術,逐步成為大型AI網路的重要驗證方案。隨著單通道傳輸速度由100G推進至200G,交換器總頻寬由51.2Tb/s提升至102.4Tb/s以上,高速電訊號的傳輸距離愈長,插入損耗、功耗、散熱負擔及訊號補償需求也隨之提高,因此促使光引擎逐步向交換器晶片靠近,成為CPO技術快速發展的重要驅動力。

CPO的核心概念,是將光引擎及相關光學元件移至交換器ASIC附近,甚至與交換器晶片共同封裝於同一封裝基板,大幅縮短高速電訊號傳輸距離,使資料能更早完成光電轉換。博通(AVGO.US)對CPO的官方定義,即為將光學元件與矽晶片異質整合於同一封裝基板,以因應下一代AI網路在頻寬、功耗及成本上的挑戰。其BCM78919 102.4Tb/s CPO交換器已整合102.4Tb/s交換能力、200G SerDes與CPO架構,可支援64個1.6TbE、128個800GbE、256個400GbE等多種連接埠配置,代表CPO已由概念驗證逐步邁向產品化與系統部署階段,並開始支撐新一代AI資料中心的高速光互連架構。

隨著光電整合密度持續提升,混合鍵合也成為CPO的重要發展方向。混合鍵合透過介電層與銅對銅(Cu-Cu)直接接合,可進一步縮小互連間距、降低訊號傳輸距離,並整合不同製程、不同材料及不同功能晶粒。混合鍵合亦與3D堆疊技術密切相關,台積電SoIC即利用高密度3D晶粒堆疊,整合同質或異質晶粒,使多顆晶片能以近似單晶片的方式運作,藉由更高互連密度、更短傳輸路徑及更佳能源效率,滿足AI資料中心、雲端運算、高速網路與邊緣運算對頻寬、延遲及功耗的持續要求。

台廠供應鏈真正的優勢在於能將各項技術整合於同一半導體生態系與量產體系,加速新技術導入與量產。隨著AI晶片由單一大型晶粒逐步轉向Chiplet與異質整合架構,晶圓代工與封裝服務的界線日益模糊,客戶不再僅採購先進製程晶圓,而是同步導入涵蓋製程節點、SoIC 3D堆疊、CoWoS先進封裝、HBM整合,以及未來COUPE光電整合等完整平台方案。

其中,SoIC負責高密度3D邏輯晶粒整合,CoWoS提供運算晶片與HBM的2.5D異質整合,COUPE則將光引擎導入共同封裝,逐步建立涵蓋運算、記憶體與高速光互連的完整異質整合架構。目前混合鍵合的應用已由HBM延伸至邏輯晶片與光電異質整合,其中邏輯晶片導入速度最快,主因AI處理器已逐漸受限於光罩尺寸、單晶粒良率與功耗,需透過Chiplet架構搭配2.5D/3D封裝提升整體效能。隨著台積電持續擴大3DFabric平台布局,部分封裝、測試及相關製程亦將與專業封測供應鏈協同合作。

日月光投控(3711)推出的VIPack為先進異質整合平台,涵蓋先進互連、晶片嵌入(Embedded Die)、Fan-out、2.5D/3D封裝等多項技術,反映專業封測廠的角色已由傳統後段封裝,逐步轉向協助客戶整合多晶粒系統。另一方面,京元電子(2449)則受惠於AI晶片測試內容與測試時間同步增加。相較於傳統消費性晶片著重基本功能與成本控制,GPU、AI ASIC及高速網路晶片除了功能驗證外,還需進行高速I/O、功耗、熱穩定性、高速記憶體介面及長時間可靠度測試。當晶片架構逐步走向多晶粒整合時,只要任一晶粒、高密度互連、混合鍵合接面或高速訊號通道發生異常,都可能影響整體封裝系統的可靠度,因此AI時代的封裝與測試價值正同步提升。

中砂(1590)則是混合鍵合發展中關鍵的耗材廠,其CMP研磨、鑽石碟、晶圓薄化及清洗等產品,均是混合鍵合製程的重要環節之一。由於混合鍵合要求兩個接合面在極小間距下直接接合,任何表面高低差、刮痕、顆粒或汙染,都可能造成空洞(Void)、接點失效及良率下降,因此當晶圓持續朝更薄、更高平坦度與更高潔淨度發展時,高階CMP、研磨及表面處理的重要性也同步提升。市場普遍將中砂視為SoIC、3D IC及混合鍵合相關製程的潛在受惠者,主因2.5D/3D整合、高密度互連及先進製程將持續提升CMP、晶圓薄化、研磨及清洗等高階耗材需求,而混合鍵合對平坦度與潔淨度的更高要求,也為高階耗材帶來結構性成長動能。

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