提到晶圆代工，台积电*是首屈一指的行业“领头羊”。
而如今，随着摩尔定律放缓、AI浪潮推动，先进封装作为提升芯片性能的关键技术路径，正被进一步推至半导体行业的前沿。
根据Yole最新发布的《2024年先进封装状况》报告，预计2023-2029年先进封装市场的复合年增长率将达到11%，市场规模将扩大至695亿美元。
市场潜力之下，前后道头部厂商纷纷抢滩，积极投资先进封装技术。
在这个过程中，我们可以明显观察到，传统封测厂（OSAT）在市场竞争中逐渐处于一定的落后位置，许多原本专注于代工的企业也开始进军先进封装市场，从台积电的CoWoS，到英特尔的EMIB，再到三星的X-Cube，各类2.5D与3D封装陆续涌现并走向成熟，在封装这片蓝海中，掀起了犹如千帆竞逐的热潮。
其中，台积电逐渐逼近先进封装市场首位。
近日，研究机构ALETHEIA断言，台积电不仅是先进制程领头羊，先进封装明年也将起飞，有望成为*封装服务供应商，堪称半导体产业*的存在。
得益于Chiplet架构加速采用，驱动2.5D/3D封装技术进展，台积电2026年先进封装产能将是2023年的十倍，2027年更会达到2023年的15倍。
可以预见，如今后摩尔时代，先进封装备受资本与产业瞩目。台积电作为执牛耳者，更是在大力入局先进封装，技术创新、产能迭代异常活跃。
01 台积电，引*进封装市场
回顾过去多年发展历程能看到，台积电推出了支持先进封装和开启异构集成新时代的技术战略。
早在2008年，台积电便成立集成互连与封装技术整合部门（IIPD）入局先进封装。
彼时，在金融危机的背景和影响下，台积电陷入了经营亏损、被迫减薪裁员的困境。与此同时，28nm制程工艺环节，研发成本快速提升；台积电同时还面临三星、英特尔、格芯以及联电的强力挑战。
内忧外患下，张忠谋重新出山执掌台积电，同时请回已经退休的蒋尚义掌舵研发，开发先进封装技术进行差异化竞争。
近年来，台积电每年资本开支中约10%投入先进封装、测试、光罩等，目前已形成2.5D封装CoWoS、扇出型封装InFO和3D封装SoIC等技术阵列。
笔者在一文中曾有过介绍：2011年，台积电带来了*个产品——CoWoS，正是台积电独霸全球先进封装领域的秘密武器之一。
CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）是一种2.5D的整合生产技术，由CoW和WoS组合而来：CoW就是将芯片堆叠在晶圆上(Chip-on-Wafer)，而WoS就是基板上的晶圆(Wafer-on-Substrate)，整合成CoWoS。
台积电CoWoS结构示意图
据悉，这是蒋尚义在2006年提出的构想。
CoWoS的核心是将不同的芯片堆叠在同一片硅中介层实现多颗芯片互联。在硅中介层中，台积电使用微凸块（μBmps）、硅穿孔（TSV）等技术，代替传统引线键合用于裸片间连接，大大提高了互联密度以及数据传输带宽。
CoWoS技术实现了提高系统性能、降低功耗、缩小封装尺寸的目标，从而也使台积电在后续的封装技术保持*。这也是目前火热的HBM内存、Chiplet等主要的封装技术。
根据不同的中介层（interposer），台积电“CoWoS”封装技术分为三种类型：
CoWoS_S：使用Si衬底作为中介层。该类型是2011年开发的*个“CoWoS”技术，在过去，“CoWoS”是指以硅基板作为中介层的先进封装技术；
CoWoS_R：它使用重新布线层（RDL）作为中介层；
CoWoS_L：它使用小芯片（Chiplet）和RDL作为中介层，结合了CoWoS-S和InFO技术的优点，具有灵活的集成性。
台积电通过早期的技术积累和大量成功案例，CoWoS封装技术目前已迭代到了第5代。
CoWoS 封装技术的路线图
然而，如今火热的CoWoS在刚推出时一度处境尴尬。
由于价格昂贵，台积电CoWoS封装只得到了FPGA大厂赛灵思的订单，这也是台积电先进封装项目组在2012年收到的*订单。
对此，台积电决定给CoWoS做“减法”，开发出了廉价版的CoWoS技术，即InFO技术。
InFO封装把CoWoS封装中的硅中介层换成了polyamide film材料，从而降低了单位成本和封装高度。这两项都是InFO技术在移动应用和HPC市场成功的重要标准。
得益于InFO技术的推出，当年苹果的iPhone7、iPhone 7Plus处理器，采用的便是InFO封装技术。这也成为台积电后来能独占苹果A系列处理器订单的关键因素。
而真正引爆CoWoS封装的产品是AI芯片。2016 年，英伟达推出*采用CoWoS封装的GPU芯片GP100，为全球AI热潮拉开序幕；2017年Google、英特尔产品相继交由台积电代工，采用CoWoS封装。
至此，因成本高昂而坐冷板凳多年的CoWoS技术迎来新局面，产能也相继扩充。
此外，台积电还公布了创新的系统整合单芯片多芯片3D堆叠技术——SoIC。
SoIC是一种基于台积电的CoWoS与多晶圆堆叠(WoW)封装技术开发的新一代多芯片堆叠技术，这两种方案在混合和匹配不同的芯片功能、尺寸和技术节点时提供了出色的设计灵活性。
SoIC的推出也标志着台积电已具备直接为客户生产3D IC的能力。相较2.5D封装方案，SoIC的凸块密度更高，传输速度更快，功耗更低。
2020年，台积电宣布将其2.5D和3D封装产品合并为一个全面的品牌3DFabric，进一步将制程工艺和封装技术深度整合，以加强竞争力。
为了使所有这些封装技术在整个生态系统中发挥作用，台积电在2022年成立了3DFabric联盟，与包含EDA、IP、DCA/VCA、内存、OSAT、基板、测试7个环节的头部企业开展合作，旨在将其自有的封装技术标准化，以便提前抢占未来市场的主导地位。该组织还推动整个3Dfabric堆栈的工具、流程、IP 和互操作性的 3DIC 开发。
02 台积电先进封装技术，持续升级
在前不久的北美技术研讨会上，台积电详细介绍了其半导体和芯片封装技术的未来路线图。
CoWoS技术迭代趋势
首先是CoWoS封装技术，当前的CoWoS迭代支持中介层（硅基层）的尺寸高达光刻中使用的典型光掩模的3.3倍。预计到2026年，台积电的“CoWoS_L”将使其尺寸增加到大约5.5倍的掩模尺寸，为更大的逻辑芯片和多达12个HBM内存堆栈留出空间。而仅仅一年后的2027年，CoWoS将扩展到8倍掩模版尺寸甚至更大。
在近日的专题演讲上，台积电高效能封装整合处处长侯上勇表示，作为能满足所有条件的*解决方案，台积电的先进封装重点会从CoWoS-S 逐步转移至CoWoS-L，并称CoWoS-L 是未来蓝图关键技术。
由于顶部晶片（Top Die）成本非常高，CoWoS-L是比CoWoS-R、CoWoS-S更能满足所有条件的*解决方案，且因为具有灵活性，可在其中介层实现异质整合，会有其专精的尺寸与功能。CoWoS-L可兼容于各式各样的高效能*芯片，例如先进逻辑、SoIC和HBM。
SoIC演进路线图
针对SoIC-X（无凸块）封装技术，台积电预计，到2027年，SoIC-X技术将从目前的9μm凸块间距一路缩小到3μm间距，将A16和N2芯片组合堆叠在一起，改进的混合键合技术旨在让台积电的大型HPC客户（AMD、博通、英特尔、NVIDIA等）能够为要求苛刻的应用构建大型、超密集的分解式处理器设计，大大提高组装芯片的带宽密度和产品性能。
此外，除了针对需要极高性能的设备开发无凸块SoIC-X封装技术外，台积电还将在不久的将来推出凸块SoIC-P封装工艺。SoIC-P专为更便宜的低性能应用而设计，这些应用仍需要3D堆叠，但不需要无凸块铜对铜TSV连接带来的额外性能和复杂性。这种封装技术将使更广泛的公司能够利用SoIC，虽然台积电不能代表其客户的计划，但更便宜的技术版本可能会使其适用于更注重成本的消费者应用。
根据台积电目前的计划，2025年将提供正面对背面 (F2B) 凸块SoIC-P技术，该技术能够将0.2光罩大小的N3（3纳米级）顶部芯片与N4（4纳米级）底部芯片配对，并使用25μm间距微凸块 (µbump) 进行连接。2027年，台积电将推出正面对背面(F2F)凸块SoIC-P技术，该技术能够将N2顶部芯片放置在间距为16μm的N3底部芯片上。
为了让SoIC在芯片开发商中更受欢迎、更容易获得，还有很多工作要做，包括继续改进其芯片到芯片接口。但台积电似乎对行业采用SoIC非常乐观，预计到2026-2027年将发布约30种SoIC设计。
台积电强调，3D IC是将AI芯片存储器与逻辑芯片集成的关键方法。预估2030年全球半导体市场将成为万亿产业，其中HPC与AI为关键驱动力，占比达40%，这也让AI芯片成为3D IC封装的关键驱动力。
03 光电封装，台积电的下一个目标
在大力发展传统电封装的时候，光也成为了台积电的关注点。
在今年的技术研讨会上，台积电还透露了“3D Optical Engine”战略，旨在将闪电般快速的光学互连集成到其客户设计中。随着带宽需求的激增，铜线逐渐无法满足前沿数据中心和HPC工作负载的需求，利用集成硅光子学的光学链路可提供更高的吞吐量和更低的功耗。
据了解，台积电正在开发紧凑型通用光子引擎 (COUP) 技术，以支持AI热潮带来的数据传输爆炸式增长。COUPE使用SoIC-X芯片堆叠技术将电子芯片堆叠在光子芯片之上，从而在芯片间接口处提供*阻抗，并且比传统堆叠方法具有更高的能效。
台积电计划在2025年使COUPE获得小型可插拔器件的认证，随后在2026年将其作为共封装光学器件（CPO）集成到CoWoS封装中，将光学连接直接引入封装中。
从其路线规划图中能看到，台积电*代产品以1.6Tbps的速度插入标准光纤端口，是目前高端以太网的两倍；第二代产品通过将COUPE与处理器一起集成到台积电的CoWoS封装中，将速度提升至6.4Tbps；路线图的最终成果是CoWoS“COUPE中介层”设计，其光纤带宽达到惊人的12.8Tbps。
目前，光学元件、硅光子元件还在比较初期的百花齐放阶段，随着AI时代需要的巨量运算、数据传输大量需求，耗能成为重要议题，硅光子元件的导入成为数据中心重要趋势。
此外，台积电还正在推进扇出式面板级封装（FOPLP）工艺，目前已经成立了专门的研发团队和生产线，只是目前仍处于起步阶段，相关成果可能会在3年内问世。魏哲家还表示未来英伟达和AMD等HPC客户可能会采用下一代先进封装技术，用玻璃基板取代现有材料。
总的来看，台积电正在加码进军先进封测领域，其中一个关键原因在于希望能延伸自己的先进制程技术，通过制造高阶CPU、GPU、FPGA芯片，并提供相应的封测流程，提供完整的“制造+封测”解决方案。
正如台积电董事长兼总裁魏哲家提出的“晶圆代工2.0”概念，即不仅包括传统的晶圆制造，还涵盖了封装、测试、光罩制作等环节，以及IDM（不包括存储芯片）。晶圆代工的界线逐渐模糊，因此扩大了定义。但台积电将专注于*进后段封测技术，以帮助客户制造前瞻性产品。
04 先进封装产能供不应求，台积电加速扩产
随着AI需求全面引爆，台积电CoWoS产能自2023年起面临持续紧缺。台积电总裁魏哲家今年7月表示CoWoS需求“非常强劲”，为应对强劲的客户需求，台积电正火速扩充先进封装产能。台积电将在2024年和2025年均实现产能至少翻倍，目标是在2025至2026年间实现供需的基本平衡，并计划在未来几年内继续加大投入，以确保产能的进一步扩充来满足市场需求。
业界预计，今年底台积电CoWoS月产能上看4.5万~5万片，较2023年的1.5万片呈现倍数增长，2025年底CoWoS月产能更将攀上5万片新高峰。
目前台积电共有五座先进封测厂，分别位于竹科、中科、南科、龙潭与竹南。其中竹南的AP6于2023年6月正式启用，为台积电首座实现3D Fabric整合前段至后段制程以及测试的全自动化工厂，经过了一年的运营，已成为中国台湾*的CoWoS封装基地。
这一扩产计划不仅体现在产能的翻倍上，还涉及多个新工厂的投入使用。2023年8月，台积电斥资171.4亿新台币购买了群创南科4厂（AP8厂区），预计明年下半年投产。该厂房预计未来的封装产能将是台积电竹南先进封装厂的9倍，供应链认为未来先进制程的晶圆代工、扇出型封装以及3D IC等产线都有可能会进驻。台积电此次收购群创南科4厂，主要是为了避免冗长的环评步骤，预计只需进行厂内改装，便可于明年正式投入生产。
除此之外，台积电还在嘉义科学园区建设2座CoWoS先进封装厂，规划中的两座封装厂预计在2028年开始量产，主要以系统整合单芯片(SoIC)为主。
值得一提的是，台积电不仅在台湾扩产，还在全球范围内寻找合适的建厂地点，甚至考虑在日本和美国建设先进封装厂。
近日有消息披露，台积电和芯片封装公司Amkor宣布，两家公司已签署了一份谅解备忘录，将在美国亚利桑那州合作进行芯片生产、封装和测试。台积电将利用这些服务来支持其客户，特别是那些使用台积电在凤凰城先进晶圆制造设施的客户。
此外，台积电还将与委外OSAT持续合作布局先进封装，以满足客户需求。
与此同时，CoWoS并不是台积电希望快速扩大产能的*先进封装技术生产线。该公司还拥有集成芯片系统 (SoIC) 3D堆叠技术，该技术的采用率有望在未来几年内不断增长。为了满足对其 SoIC 封装方法的需求，台积电将在2026年底之前以100%的复合年增长率扩大SoIC产能。
该产能计划从2023年底的约2000片月产能，在2024年底跃升至4000-5000片，并有望在2025年突破8000片，2026年再翻倍。由于大厂全数包下产能，台积电相关产能利用率将维持高档水平。
目前台积电SoIC技术已在竹南六厂（AP6）进入量产阶段，台积电还规划在嘉义先进封测七厂（AP7）分阶段扩建，不仅包括CoWoS技术，也涵盖SoIC。
上述一系列举动背后，体现出台积电积极应对市场需求的决心和策略。
从市场角度来看，台积电的新动作预示着它在全球半导体产业链中的重要性。随着技术的不断演进，竞争对手如三星、英特尔等也在加大对先进封装技术的投资。这使得台积电必须不断创新，以保持市场的*地位。通过对新工厂的布局，台积电可以快速提高市场份额，特别是在当前对高性能芯片需求激增的趋势下。
05 台积电的两把“利剑”
后摩尔时代，先进封装获重视，芯片封装测试随着半导体产业发展重要性日渐提升。
Yole强调，先进封装供应链正在经历显著转型。OSAT正在扩大其测试能力，而纯测试公司正在投资封装和组装。代工厂正在进入封装领域，对传统OSAT构成竞争威胁。来自不同背景的参与者正在进入市场。
不同商业模式的企业都在同一个高端封装市场空间展开竞争。但是不同业态的厂商，在封装业务方面投入的资源也有所不同，技术发展路线也存在差异。
针对代工厂来讲，由于2.5D/3D封装技术中涉及前道工序的延续，晶圆代工厂对前道制程非常了解，对整体布线的架构有更深刻的理解，走的是芯片制造+封装高度融合的路线。因此，在高密度的先进封装方面，Foundry比传统OSAT厂更具优势。
回顾台积电的迅速布局与目标，台积电的集成商业模式，结合前端制造与先进封装能力，正在成为行业的基准，将直接影响未来的市场格局。
ALETHEIA估计，台积电2026年来自封装事业的营收将会达到惊人的250亿美元，不只比2023年成长3.5～4倍，更超越所有成熟制程的总和，并与4、5纳米制程规模旗鼓相当，届时将贡献全年营收近2成比重。若进一步将台积电针对先进制程与CoWoS涨价考虑进来，台积电2026年营收上看1400亿美元，足足是2023年的2倍，获利部分更是2023年的近2.5倍。
再就半导体晶圆代工产业来看，目前完全没看到AI减速的迹象，反而在2/3/5纳米制程昂扬趋势与CoWoS扩产带动下，对台积电后市依然乐观。
正如文章开头所言：“台积电不仅是先进制程领头羊，先进封装明年也将起飞，有望成为*封装服务供应商，堪称半导体产业*的存在。”
