封裝技術的革新正在驅動AI晶片效能的提升

人工智慧（AI） 正在重塑半導體的版圖。不僅是快速成長的市場，也成為推動行動裝置、汽車、網路、工業等領域創新的催化劑。台灣技術龍頭正走在轉型的最前線，積極開發對AI半導體至關重要的下一代封裝技術。

面對龐大的資料處理需求，AI推動了特殊晶片架構以達成快速、高效地處理大量數據。 在各大資料中心中，GPU或AI加速器等高效能AI晶片， 支援大量語言模型的運算和推論，應用範圍涵蓋AI聊天機器人等。在運算中，各種裝置仰賴NPU（神經網路處理器） 等高效能晶片，即時做出智慧決策，驅動汽車、智慧相機與行動裝置等創新應用。

這種運算架構的轉變得靠先進封裝。 先進封裝透過邏輯晶片與記憶體更緊密整合，提供更高的運算效能與較低能耗，以支援複雜的運算。 台灣在先進封裝方面的專業知識，加上其龐大的半導體供應鏈，正在加速先進封裝的變革。

異質整合為何是高效能的關鍵

隨著電晶體數量不斷增加，複雜性也越來越高，摩爾定律縮放的成本也與日俱增。因此，創新正在走向多元化。 高數值孔徑極紫外光（NA EUV） 微影技術，還有閘極全環電晶體（GAA） 等電晶體新設計，繼續推動先進製程的發展。晶背供電網路（BPDN） 可提供更穩定電源，提升整體效能。而創新的半導體封裝技術，發揮關鍵的作用。

半導體封裝技術已不再只是保護和連接晶片，而是進一步成為驅動裝置效能的關鍵。 異質整合成是此轉變的核心，將多個晶片整合為單一晶片的能力。 為所此模組化方法彈性且低成本，將多功能整合於封裝晶片中，而非整合於單一晶片上，一方面可符合要求，另一方面無須完全依賴傳統線寬微縮。

先進封裝技術驅動AI

AI 晶片越來越複雜，有人預期到本世紀末，單一晶片的封裝將包含多達 1 兆個電晶體。先進封裝透過在整合運算晶片與記憶體來支援這種發展。

高頻寬記憶體（HBM） 扮演關鍵角色。 HBM透過垂直堆疊記憶體，並將其放置在GPU附近，減少延遲並加快數據傳輸速度，同時降低功耗。 中介層和基板加速元件之間的通訊。 在許多現代AI設計中，封裝晶片中包含數百個邏輯與記憶體晶片，以符合規格。

為支援不斷成長的晶片需求和半導體晶片演進所帶來的要求，業界正在推進2D、2.5D與3D封裝架構。其中2D封裝架構將晶片並排列在基板上，2.5D封裝架構將晶片排列在中介層上，3D封裝架構則將晶片垂直堆疊。混合鍵合、嵌入式橋接器、晶圓與面板中介層、玻璃基板與共同封裝光學元件等技術，有助於提高互連密度並改善系統效能。這些創新提供多種新方法，透過縮短訊號路徑來增加頻寬和降低功耗，是AI成功的關鍵。

先進封裝創新為製造帶來挑戰

隨著封裝日趨複雜，封裝製造也面臨各種挑戰。 每個封裝所承載的晶片設計越來越多、晶片尺寸也越來越大，然而特徵尺寸卻越來越小、連線密度越來越高，加上新材料不斷出現，都為封裝帶來了更高的要求。

隨著單一封裝中的元件與互連數量增點，潛在的風險也隨之增加。 單一晶片或互連失效就可能影響整個多晶粒封裝，導致價值不菲的良率損失。在此環境下，更嚴格的製程控制成為確保高良率與可靠性的關鍵。

異質整合帶來的挑戰，與前端半導體製造的挑戰相似，需要更高的缺陷量測靈敏度和更嚴謹的量測精度。 KLA 回應上述挑戰的方法，是採用全面的先進封裝製程控制與製程支援解決方案，這些方案適用於晶圓、面板與元件，而且都是為配合先進封裝的複雜度而設計，且不會影響品質。

AI 需要智慧整合

2024年11月，PwC預測半導體產業的全球規模將擴至1兆美元，成長由各種應用推動，包括由資料中心至邊緣裝置所帶來的急增AI需求。AI 需要卓越的運算能力與最佳化的電源使用，突破半導體晶片設計與整合的極限。 台灣的半導體製造商歡迎這些機會。

眾所周知，全球90%的先進半導體在台灣生產。根據工業技術研究院（ITRI） 發布的統計資料，2024年台灣所貢獻的半導體總產值超過5兆新台幣，較2023年增升22.4%。 AI晶片的全球需求正在飆升。

AI也在推動半導體內容的多元化。 碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬頻隙半導體，提供更高的功率、更快的速度以及更佳的熱轉換效率，因此在 AI 系統中，這些半導體對於高效供電的重要性日益提升。

在資料中心和HPC環境中，AI的發展也推動光子學與共封裝光學元件的發展，以提高數據傳輸速度與能源效率。 量子運算仍處於早期階段，但最終可能重塑AI的運算方式。

在上述各個領域中，先進封裝是把不同技術整合成小巧高效系統的基礎。 台灣的技術領導者正在推動這種先進封裝創新，KLA很榮幸能成為他們的合作夥伴。

2025年是KLA在台灣的35週年。 KLA總部位於美國，是半導體檢測與量測領域的全球領導者，在全球擁有超過15,000名員工。 KLA台灣與我們尊貴客戶攜手合作，累積了30年的專業知識和見解，彰顯出公司在AI時代對技術卓越的承諾。在這個時代，晶片製造的要求比以往任何時候都更加複雜，更具挑戰性。

半導體的未來不僅在於更小的電晶體，更在於更智慧的整合。 封裝已成為高效能的關鍵。 在摩爾定律的盡頭，先進封裝已成為滿足下一代半導體裝置要求的關鍵。

KLA在製程、製程控制和客戶協作方面擁有深厚的專業知識，正在幫助半導體產業締造未來。 AI重新定義了可能性，而支援AI的技術也必須同樣快速演進。 KLA旗下敬業的工程師、物理學家和數據科學家團隊深明這次轉型的規模和意義，他們正幫助塑造AI時代半導體創新的未來—先進封裝在此時代扮演關鍵角色。