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摩爾定律後的資本戰場:CoWoS 瓶頸與 FOPLP 的經濟學

  • 作家相片: Sonya
    Sonya
  • 2天前
  • 讀畢需時 3 分鐘

從奈米戰爭到封裝競賽


過去三十年,半導體產業的價值捕獲 (Value Capture) 主要集中在晶圓製造的前段製程 (Front-end),即如何將電晶體做得更小,然而,隨著摩爾定律在 3nm 以下遭遇物理極限與成本指數級上升,戰場已悄然轉移。現在的關鍵不再僅僅是「如何製造更強的晶片」,而是「如何將更多的晶片整合在一起」。


這就是異質整合 (Heterogeneous Integration) 的時代,NVIDIA H100 與 B200 的供應短缺,並非源於光刻機的產能不足,而是卡在先進封裝 (Advanced Packaging) 的瓶頸上,對於資本市場而言,理解 CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) 的成本結構與扇出型面板級封裝 (FOPLP) 的潛在破壞力,是判斷下一個半導體週期贏家的關鍵。



CoWoS 的兩難:矽中介層的成本陷阱


台積電的 CoWoS 技術無疑是目前 AI 運算的皇冠,其核心在於「矽中介層 (Silicon Interposer)」——一層位於晶片與基板之間的矽片,負責提供高密度的微細連線 (RDL),讓 GPU 與 HBM (高頻寬記憶體) 能夠以極高的速度溝通。


光罩極限 (Reticle Limit) 的物理天花板


然而,CoWoS 面臨一個嚴峻的物理限制:光刻機的「光罩極限」,目前標準光罩的最大曝光面積約為 858 mm²,新一代的 AI 晶片架構(如 NVIDIA Blackwell)透過「小晶片 (Chiplet)」設計,將多顆晶片拼接,其總面積已遠超單一光罩的尺寸,這迫使製程必須進行多次曝光與拼接 (Stitching),導致良率挑戰與成本激增。


此外,矽中介層本質上就是一片沒有電晶體的矽晶圓,使用昂貴的半導體級矽晶圓來做單純的線路連接,在單位經濟效益 (Unit Economics) 上極其奢侈,這就是為什麼 CoWoS 產能雖然在擴張,但價格始終居高不下的根本原因。



方形與圓形的幾何博弈:FOPLP 的崛起


如果矽晶圓太貴且面積受限,為何不換個基底?這正是 扇出型面板級封裝 (Fan-Out Panel Level Packaging, FOPLP) 進入投資視野的原因。


面積利用率的數學優勢


傳統晶圓是圓形的 (300mm),而晶片是方形的,在圓形晶圓上切割方形晶片,邊緣必然存在無效區域 (Edge Exclusion),導致約 10-15% 的面積浪費,FOPLP 則採用矩形玻璃或 PCB 載板(例如 600mm x 600mm 面板)。


從幾何學角度看,矩形面板的面積利用率可達 95% 以上,更重要的是,一塊 600mm 面板的可用面積約為 300mm 晶圓的 5 倍以上,這表示在單次製程中,FOPLP 可以產出數倍於 CoWoS 的封裝量,對於對成本敏感但需求巨大的應用(如車用晶片、消費性 AI 裝置),FOPLP 提供了一條極具吸引力的降本路徑。


然而,FOPLP 的挑戰在於「翹曲 (Warpage)」,大面積面板在熱製程中極易發生變形,導致微影對位不準,這也是為何目前 FOPLP 尚未能完全取代 CoWoS 在高階 AI 晶片地位的主因——精度與良率的權衡。


終局之戰:玻璃基板 (Glass Core Substrate)


在矽與有機載板之外,Intel、Samsung 與 SK Hynix 正重金押注「玻璃基板」。


玻璃具有優異的平整度與熱穩定性,能夠在更大的尺寸下維持極低的翹曲量,這解決了 FOPLP 的痛點,更關鍵的是,玻璃的介電損耗極低,允許更高速的訊號傳輸,透過玻璃通孔 (TGV) 技術,可以在玻璃上實現比有機基板更密的連線密度。


從資本支出的角度看,玻璃基板代表了供應鏈的重組,它需要全新的雷射鑽孔設備、濕製程化學品與處理機台,這對於既有的 PCB 與載板廠(如欣興、Ibiden)是巨大的護城河挑戰,也是新進設備商的機會。



結論:從「微縮」到「堆疊」的價值重估


半導體產業的價值鏈正在發生結構性逆轉。過去,封裝被視為低毛利的後段工序;現在,它成為了定義系統性能的瓶頸。


對於投資者而言,觀察重點應從單純的「幾奈米製程」轉向「封裝效率」,短期內,CoWoS 產能的擴張速度決定了 AI 伺服器的出貨上限;中期來看,FOPLP 在良率上的突破將決定邊緣 AI (Edge AI) 的普及速度;而長期而言,誰能率先量產玻璃基板,誰就能掌握下一代高效能運算 (HPC) 的定價權。這是一場關於幾何學、材料科學與單位成本的全新戰爭。

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