晶圓代工之外，台積電正成為封裝之王

台積電正成為封裝之王

市場有多大？

半導體封裝市場

根據Towards Packaging報告，2023年全球半導體封裝市場規模達到410.5億美元，預計到2033年將達到1088.2億美元左右，2024年至2033年的預測期內複合年增長率為10.24%。

先進半導體封裝市場

根據Yole最新發布的《2024年先進封裝狀況》報告，預計2023—2029年先進封裝市場的複合年增長率將達到11%，市場規模將擴大至695億美元。

DIGITIMES Research稱，受雲端AI加速器需求旺盛推動，2025年全球對CoWoS及類似封裝產能的需求或將成長113%。

台積電更改公司業務範圍定義

晶圓製造2.0

台積電在2024年10月18⽇召開法說會，隨著晶圓製造與整合元件製造商(IDM)的界線越趨模糊，董事⻑魏哲家也對晶圓製造重新定義，命名為「晶圓製造2.0」，將記憶體外的市場都包括進來，⽽台積電去年在該市場中的市佔率為28%。

納入半導體封裝

重新定義晶圓製造2.0後，台積電在全球產業的市佔率降⾄28%。針對晶圓製造2.0，台積電的定義中除了晶圓製造外，還包含封裝、測試、光罩製作與其他，以及所有除了記憶體製造之外的整合元件製造商。

台積電認為，在這個新定義下，2023年晶圓製造2.0產業規模近2,500億美元，較先前定義的數值1,150億美元⼤幅增加，以此新定義，預測今年晶圓製造產業年增近10%。台積電也預估，去年在全球市佔率28%，預期該數字在今年將持續增加。

為何更改業務範圍定義？

更改公司業務範圍定義，明眼人都知道兩件事：

  • 把自己的市佔率降低，以免引發反壟斷。
  • 對外正式宣佈，擴大自己的業務範圍。

台積電正往封裝之王路邁進

繼晶圓代工佔全球市佔近三分之二後（見下一段全球前十大晶圓代工商），晶圓代工之外，台積電正成為封裝之王，特別是在先進製程方面，幾無敵手。

全球前十大晶圓代工商

根據全球市場研究機構Counter Pointre Search調查顯示，和第一季順序相同，2024年第2季全球前五大廠商依序為（括號中百分比為第二季至第三季市佔）：台積電（62%->62%）、三星（13%->13%）、中芯國際（6%->6%）、聯電（6%->5%）與格羅方德（5%->5%）。

根據全球市場研究機構TrendForce調查顯示，前五大廠商順序和Counter Pointre Search的調查相同。

台積電封裝業務的動態

2023年第四季法說會

晶圓代⼯龍頭台積電總裁魏哲家在2023年第四季法說會上表示，AI 晶片先進封裝需求持續強勁，供不應求狀況可能延續到 2025 年，2024年先進封裝產能規劃持續倍增，2025 年持續擴充先進封裝產能。

分析師問及⼈⼯智慧（AI）晶片先進封裝進展，魏哲家指出，AI晶片先進封裝需求持續強勁，⽬前情況仍是產能無法因應客⼾強勁需求，供不應求狀況可能延續到2025年。

魏哲家表⽰，台積電2024年持續擴充先進封裝產能，2024年先進封裝產能規劃倍增，仍是供不應求，預估2025年持續擴充產能。

魏哲家指出，台積電布局先進封裝技術超過10年，預估CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）、3D IC、SoIC等先進封裝，數年內年複合成⻑率⾄少可超過50%。魏哲家表⽰，台積電持續研發下代CoWoS先進封裝技術。

相關財務營收指標

台積電2024年第三季的法說會上表示，台積電在封裝業務上，最重要的幾項和封裝相關財務營收指標如下：

  • 2024 年第 2 季和封裝業務相關的營收達24億美金。
  • 2024 年第 3 季和封裝業務相關的營收達32億美金，季增36%。
  • 2024 年 CoWoS 封裝產能將會倍增。

華爾街的看法

對比台積電2024年第三季的法說會上的說法，華爾街分析師們的估計如下（目前台積電的CoWoS多是投資機構的估計）：

  • 計入未來五年將在先進封裝上的大幅投入，先進封裝將成為台積營收的第二大來源，未來能占到台積電3成的總營收。
  • 先進封裝目前已占台積電總營收的7％到9％。
  • 花旗證券預估，台積電2024年底的CoWoS產能為每月3萬～4萬片，在買下群創南科四廠之後，到2025年底的CoWoS產能從6萬～7萬片上調到每月9萬～10萬片。
  • Digitiems預測，到2025年第四季末，台積電的月產能預計將增加至6.5萬片以上12吋晶圓當量。
  • 2026年可望達到14到15萬片晶圓。

台積電的封裝產能

華爾街預估，台積電的CoWoS月產能到2024年底可能超過3.2萬片，若加上協力廠商有機會逼近4萬片，到2025年底月產能約在7萬片上下。

台積電營運、先進封裝技術暨服務副總何軍在半導體展時也透露，預期CoWoS先進封裝產能在2022至2026年，年複合成長率達50％以上，到2026年仍會持續擴產，以往3至5年蓋一個廠，現在已縮短到2年內就要蓋好，以滿足客戶需求。

DIGITIMES研究中心在2024年8月中發表的《AI晶片特別報告》中指出，先進封裝成長力道更勝先進製程，在先進封裝領域，AI晶片高度仰賴台積電CoWoS封裝技術，因此台積電2023～2028年CoWoS產能擴充CAGR將超過50％，而2023～2028年晶圓代工產業5nm以下先進製程擴充年均複合成長率將達23％。

封裝產業目前的發展

封裝市場的發展

傳統封測廠（OSAT）在目前新一代的封裝市場競爭中逐漸處於一定的落後位置，許多原本專注於代工的企業也開始進軍先進封裝市場：

  • 台積電的CoWoS
  • 英特爾的EMIB
  • 三星的X-Cube

各類2.5D與3D封裝陸續湧現並走向成熟，在封裝這片藍海中，掀起了猶如千帆競逐的熱潮。其中，台積電逐漸逼近先進封裝市場首位。

封裝市場的市佔

2023年3月時，根據市場研究及調查機構 Yole Group 旗下的 Yole Intelligence 研究數據顯⽰，受惠於⼩晶片和異質結構整合的半導體市場需求，扇形封裝 (FO) 市場預計 2028 年營收規模將達到 38 億美元，⽽2022 年到 2028 年間的年複合成⻑率為 12.5%。⽽⽬前，台積電是扇形封裝市場最⼤的供應商，市占率⾼達76.7%。

封裝市場的規模

Yole Intelligence 的研究數據顯⽰，FO 市場在 2022 年的營收規模為 18.6 億美元，預計 2028 年營收規模將成⻑到 38 億美元，⽽2022年到 2028 年間的年復合成⻑率為 12.5%。當中，超⾼密度扇形裝 (UHD FO) 將是所有市場類別中成⻑最快的領域，年複合成⻑率⾼達 30%，也就是預計從 2022 年的 3.38 億美元，成⻑到 2028 年的 16.3 億美元。另外，前三⼤委外封裝測試廠，包括⽇⽉光投控、艾克爾和中國江蘇⻑電，加上台積電等廠商在 2022 年拿下了全球 90% 以上的 FO 市場占有率。

台積電主要的封裝技術

早在2008年，台積電便成立整合互連與封裝技術整合部門（IIPD）入局先進封裝。

CoWoS

近年來，台積電每年資本開支中約10%投入先進封裝、測試、光罩等，目前已形成2.5D封裝CoWoS、扇出型封裝InFO及3D封裝SoIC等技術陣列。

2011年，台積電帶來了第一個產品－CoWoS，正是台積電獨霸全球先進封裝領域的秘密武器之一。CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）是一種2.5D的整合生產技術，由CoW和WoS組合而來：CoW就是將晶片堆疊在晶圓上(Chip-on-Wafer)，而WoS就是基板上的晶圓(Wafer-on-Substrate)，整合成CoWoS。

CoWoS的核心是將不同的晶片堆疊在同一片矽中介層實現多顆晶片互聯。在矽中介層中，台積電使用微凸塊（μBmps）、矽穿孔（TSV）等技術，取代傳統引線鍵結用於裸片間連接，大大提高了互聯密度以及資料傳輸頻寬。

CoWoS技術實現了提高系統效能、降低功耗、縮小封裝尺寸的目標，從而也使台積電在後續的封裝技術保持領先。這也是目前火熱的HBM記憶體、Chiplet等主要的封裝技術。

由於價格昂貴，台積電CoWoS封裝只得到了FPGA大廠賽靈思的訂單，這也是台積電先進封裝項目組在2012年收到的唯一訂單。

InFO

對此，台積電決定給CoWoS做“減法”，開發出了廉價版的CoWoS技術，即InFO技術。

InFO封裝把CoWoS封裝中的矽中介層換成了polyamide film材料，從而降低了單位成本和封裝高度。這兩項都是InFO技術在行動應用和HPC市場成功的重要標準。

由於採用InFO技術的推出，當年蘋果的iPhone7、iPhone 7Plus處理器，採用的便是InFO封裝技術。這也成為台積電後來能獨佔蘋果A系列處理器訂單的關鍵因素。

而真正引爆CoWoS封裝的產品是AI晶片。 2016 年，英偉達推出首款採用CoWoS封裝的GPU晶片GP100，為全球AI熱潮拉開序幕；2017年Google、英特爾產品相繼交由台積電代工，採用CoWoS封裝。

SoIC

此外，台積電也發表了創新的系統整合單晶片多晶片3D堆疊技術－SoIC。

SoIC是一種基於台積電的CoWoS與多晶圓堆疊(WoW)封裝技術開發的新一代多晶片堆疊技術，這兩種方案在混合和匹配不同的晶片功能、尺寸和技術節點時提供了出色的設計靈活性。

SoIC的推出也標誌著台積電已具備直接為客戶生產3D IC的能力。相較2.5D封裝方案，SoIC的凸塊密度更高，傳輸速度更快，功耗更低。

2020年，台積電宣布將其2.5D和3D封裝產品合併為一個全面的品牌3DFabric，進一步將製程製程和封裝技術深度整合，以加強競爭力。

未來性如何？

華爾街的預估

研究機構ALETHEIA斷言，台積電不僅是先進製程領頭羊，先進封裝2025年也將起飛，預計成為最大封裝服務供應商，堪稱半導體產業獨一無二的存在。

得益於Chiplet架構加速採用，驅動2.5D/3D封裝技術進展，台積電2026年先進封裝產能將是2023年的十倍，2027年將達到2023年的15倍。

台積電的展望

台積電強調，3D IC是將AI晶片記憶體與邏輯晶片整合的關鍵方法。預估2030年全球半導體市場將成為兆產業，其中HPC與AI為關鍵驅動力，佔比達40%，也讓AI晶片成為3D IC封裝的關鍵驅動力。

漲價

2024年11月5日，根據摩根士丹利的最新報告，台積電正考慮對其3nm製程和CoWoS先進封裝工藝提價，以應對市場需求的激增。台積電計畫在2025年實施漲價，預計3nm製程價格將上漲高達5%，而CoWoS封裝價格可能上漲10%至20%。

這點充份說明了，台積電在這個領域具有漲價的權力，也就是典型擁有護城河的企業的特徵。

瘋狂擴廠

目前的廠區

台積電CoWoS產能全部在台灣，共有五座先進封測廠，分別位於龍潭、竹科、竹南、中科、南科。

施工中的廠區

嘉義園區第一座P1廠已於5月動工，施工過程中挖到了疑似遺址，官方的回答是相關清理工作會在2024年10月完成。台積電嘉義園區先進封裝廠規劃2025年第3季裝機不受影響。根據先前規劃，台積電會在嘉義興建2座CoWoS先進封裝廠，原規劃2028年量產。

竹南先進封裝廠（AP6）已經在2023年6月正式啟用，經過了一年的運營，隨著設備移至AP6C廠，已成為台積電最大的CoWoS基地，第三季CoWoS月產能翻倍，由1.7萬片增加至3.3萬片。

除了竹南廠區AP6C外，原本僅承接OS後期製程的中科廠區也將逐步轉為CoWoS。

現有和未來規劃中的廠區列表

目前除了積極進行一般性晶元廠的全球擴廠外，其實最近幾年，台積電也將廠區的擴展延至半導體封裝的領域。這一部份的詳情，和台積電現有廠和未來規劃中的廠區列表，生迒重心，正式落成啟用時程等細節，請參見我的另一篇貼文的內容：《台積電目前和未來共有多少晶圓廠和封裝測試廠？》

最新公佈的封裝廠區

台積電於2024年 8 ⽉公告買下群創台南 4 廠（5.5 代廠），引發市場熱議。2024年十月中旬，業界傳出，台積電拍板再購置另⼀個群創位於南科的舊廠，主要為了因應AI所驅動的CoWoS需求。業界推估，該廠購入後，依時程最快2026年可以投產，該年度CoWoS⽉產能有機會上衝15~16萬片，等於產能拚連三年翻倍增。

台灣以外的廠區

2024年11月11日，台灣媒體更報導；台積電先進封裝需求居高不下，半導體供應鏈傳出，為解決供不應求的壓力，台積電計畫考慮赴美日兩地設立CoWoS廠，以符合當地需求。

台積電正成為封裝之王
credit: Leonardo AI

本人為原文作者，本文精華版原刊登在Smart智富月刋2024年12月號

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作者: Andy Lin

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