突破摩爾定律的刺客殺手——為什麼台積電進軍先進封裝技術
台積電在7奈米以上先進製程技術領先全球，其中一個關鍵因素是在「先進封裝」技術上取得突破及創新。這項從二○○九年就開始投入的研發計畫，如今在技術及量產上都已形成經濟規模，成為半導體業挑戰摩爾定律的重大突破，也是台積電面對後摩爾時代發展瓶頸下最重要的致勝武器。
過去台積電主要發展半導體晶圓製造前段的先進製程技術，客戶的後段封裝工作，通常是交給像日月光這樣的專業廠商承包。如今台積電為何也要朝封裝技術發展，還名為「先進封裝」？就是因為製程技術遇到瓶頸。
所謂的「先進封裝」技術，顧名思義，就是有別於傳統「只蓋一層樓」的封裝技術。當製程技術發展到7、5、3奈米後，IC愈來愈難做，成本也愈來愈高，因此台積電很早就想到，如果能把IC疊上去再封裝起來，不管2.5D或3D，讓晶片往上堆疊，就像在蓋大樓一樣。
當晶片不斷往上堆疊時，先進封裝技術就是要讓這些小晶片得以整合在一起，並發揮更大的效能。在台積電先進技術開發成功後，如蘋果、超微、輝達等客戶就大量採用小晶片（chiplet）進行新一代異質晶片的設計架構，台積電再將異質小晶片整合為單一晶片，透過這些先進2.5D/3D封裝技術，讓人工智慧及高效能運算（HPC）處理器得以成為市場新顯學。
根據市場研究公司Yole的預估，二○二○至二○二六年先進封裝市場年複合成長率（CAGR）將達到一五％，預計二○二六年先進封裝產業市場將達四百八十億美元，超越傳統封裝的市場。
台積電投入先進封裝技術的研發，背後也有一個小故事。時間是在二○○九年，張忠謀重新回任台積電執行長，並邀請已退休的前資深研發副總蔣尚義一起回台積電負責研發工作。
蔣尚義當時大膽向張忠謀提議，因為製程技術進展速度已變慢，摩爾定律逼近極限，但系統端的效率提升還有很大的改進空間，因此可以透過先進封裝技術，解決電路板上每個晶片單元各自為政的問題。
蔣尚義向張忠謀仔細分析先進封裝技術的重要性，主張投入更多人力與資金做研發。大約談了一個小時，張忠謀就決定撥出四百名研發人力與一億美元購買設備，要蔣尚義盡快啟動先進封裝技術的開發。
台積電這個投資，當時還沒有人看出來有什麼重要性。台積電做先進封裝部門的人員原本都快要解散了，蔣尚義回鍋之後，把這些人才找了回來。先進封裝也成為蔣尚義二度回台積電後，投入時間最多的研發重點。
最後，台積電把這條路走成了，很多同業也都跟進。大家都同意，這是後摩爾時代應該走的一條路。
後來，台積電開發出得以從三星手中搶走iPhone處理器訂單的InFO（整合型扇出封裝）技術，以及用在輝達深度學習晶片的CoWoS（基板上晶片封裝）技術，奠定台積電近幾年的榮景。
高通主管的一句話，啟發了研發團隊
在研發先進封裝的過程中，蔣尚義與多年研發夥伴、現任台積電卓越科技院士的研發副總余振華，一起帶領數百名精兵進行開發，於二○一二年推出第一代台積電封裝技術，名為CoWoS，但採用該技術的客戶非常少，只有賽靈思與華為之下的海思半導體。
雖然蔣尚義向每位客戶鼓吹此技術方案，但客戶多半沒興趣，直到一位美商高通公司副總裁告訴他：「我們對封裝成本的期待，是晶片的每平方毫米為一美分。」後來蔣尚義請部屬計算CoWoS的價格，發現台積電的成本是每平方毫米為七美分，這時蔣尚義才意識到，原來技術先進是一回事，當成本遠超過客戶的目標時，卻又完全是另一回事。
於是，台積電後續開發的InFO先進封裝技術，就成功將成本降到每平方毫米一美分以下。InFO後來吸引相當多台積電客戶採用，包括蘋果也因此技術而捨棄原本在三星代工的晶片，來台積電大量下單。
對於蔣尚義及台積電開發團隊來說，高通主管的建議猶如醍醐灌頂。身為技術研發者四十餘年，他很少從客戶角度與市場需求來思考，但高通主管的一句話，啟發了蔣尚義的研發團隊，讓他們開始思考如何解決成本過高的問題，並在達到客戶成本目標時，讓這個全新的技術解決方案有推動及實現的可能。
如今，台積電先進封裝技術命名為TSMC 3DFabric，其中包括SoIC（系統整合晶片）、InFO、CoWoS等3DIC技術平台，繼續提供業界完整且多用途的解決方案，用於整合邏輯小晶片、高頻寬記憶體、特殊製程晶片，實現更多的創新產品設計。
這裡再補充一下，蔣尚義赴大陸中芯擔任副董事長時，也曾想在中芯內部推動先進封裝。當時蔣尚義對先進封裝技術和小晶片技術仍然很有熱情，與當時中芯董事長周子學談了很久，想在中芯國際實現他的理想。可惜，中芯並未重視他的看法，事後他也覺得加入中芯是一個錯誤決定。
中芯想發展先進製程技術，除了EUV機台無法取得是一大障礙外，沒有及早認識先進封裝的重要性，也是一大致命傷。
為了突破摩爾定律的限制，台積電內部成立一個「超越摩爾辦公室」。一方面繼續研發更精密的製程技術，另一方面則跨入先進封裝，尋找突破IC限制的方法，兩者都在墊高台積電領先同業的競爭障礙。
除了在先進封裝技術上已有突破，台積電也加緊擴大在先進封裝的產能規模。目前在苗栗、竹南打造名為AP6（先進封測六廠）的最新先進封測廠，規模是原來四座舊廠產能加起來的一．三倍，並已經於二○二二年第三季進入量產。
台積電先進封測廠原來就有四座，分別位於新竹、台南、桃園龍潭及台中，不過，為了避開華人不喜歡的數字「四」，這四座廠房分別是以先進封測一、二、三、五廠命名。
竹南封測廠產能配置與其他封測廠不同，主要布建屬於前段3D領域台積電系統整合晶片（TSMC-SoIC）封裝項目的WoW、CoW等先進封裝。而為了讓技術自主及設備零組件更在地化，台積電也積極培養本地供應商，希望做到材料在地化、技術目主化，以及外商設備製造在地化、先進封裝設備國產化等。
過去在先進晶圓製造領域，屬於晶圓廠前段的設備本來就由國際五大廠：應材、科林、科磊、艾司摩爾、東京威力科創等公司壟斷（市占高達七成以上），反觀後段的封裝設備競爭沒那麼激烈，而且封裝設備難度及價錢都比較低，所以國產設備是有競爭機會的。
例如萬潤科技生產的點膠機，由於產品技術、價錢及交期都不錯，已經取得不少訂單。另外，像提供濕式設備的辛耘、供應光罩運送盒及晶圓盒的家登，以及提供半導體靶材的光洋科，都已成為台灣先進封裝設備及材料的本地供應商。在台積電積極發展先進封裝技術及產能下，台灣半導體的本土設備廠、材料廠及檢測廠等也跟著乘勢而起，形成緊密合作的台積大同盟。
