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李淑蓮╱北美智權報 編輯部
在半導體產業演進的歷程中，摩爾定律（Moore’s Law）長期以來一直是指導電晶體微縮與性能提升的黃金法則。然而，隨著製程節點進入埃米 (Angstrom) 時代[1]，單純依靠縮小電晶體尺寸以提升效能與降低功耗的作法已面臨嚴峻的物理極限與經濟挑戰。當前，全球半導體市場預計將從 2024 年的 0.6 兆美元，以8.6% 的年複合成長率（CAGR）在 2030 年突破1兆美元大關[2]。在這一股成長浪潮中，伺服器與網路領域受惠於生成式人工智慧（Generative AI）的爆發，預計將展現最快的成長勢頭，年成長率達 11.6%[3]。
後摩爾時代的技術範式轉移
為了應對日益增長的運算需求，異質整合技術（Heterogeneous Integration, HI）已從過去的後端封裝角色，躍升為半導體創新架構的核心[4]。異質整合是指將多個獨立製造、甚至採用不同製程節點或材料（如矽、磷化銦、氮化鎵等）的組件，整合到一個更高層級的組裝體中，形成系統級封裝（System-in-Package, SiP），從而提供更強大的功能與優化的操作特性[5]。這種技術轉向不僅是為了延續摩爾定律，更是一種生存戰略，旨在解決傳統單晶片系統（SoC）在良率、成本、頻寬及散熱方面的瓶頸[6]。
表1. 後摩爾時代的半導體市場及關鍵驅動力；製表整理：北美智權報／李淑蓮
這種技術演進的本質是從「以運算為中心」轉向「以數據為中心」的架構[7]。傳統架構在處理分散在雲端、邊緣及端點的海量數據時，往往會遇到數據搬運產生的能效與延遲問題。異質整合透過縮短互連距離，降低了功耗並極大地提升了頻寬，這對於目前參數量已達兆級的人工智慧模型至關重要[8]。
小晶片架構：模組化設計的經濟學
小晶片(Chiplet）技術是異質整合最顯著的體現。隨著晶片尺寸接近光罩極限（Reticle Limit），單一龐大晶片的製造風險與成本呈指數級增長[9]。小晶片架構將大晶片拆分為多個功能模組，如運算晶片、I/O 晶片與記憶體晶片，並在封裝內將其「縫合」（”stitched” together）[10]。
這種模式架構的經濟優勢在於，設計者可以針對不同的功能選擇最合適的製程節點[11]。例如，對於需要極致運算性能的處理單元採用昂貴的2奈米或3奈米製程，而對於技術要求較低的 I/O 接口或模擬電路則採用較成熟、成本較低的節點。這種策略不僅優化了晶圓利用率，還能顯著提升良率，因為製造多個完美的小晶片比製造一個完美的大晶片容易得多[12]。
表2. 小晶片架構優勢整理；製表整理：北美智權報／李淑蓮
然而，小晶片的普及依賴於標準化的互連協定。通用小晶片互連（Universal Chiplet Interconnect Express, UCIe）標準的誕生，打破了大型晶片製造商的封閉體系，為開放的小晶片生態系奠定了基礎[16]。
UCIe 標準的演進與性能指標
UCIe 聯盟自2022年成立以來，迅速發展成為產業標準。2025年8月發布的UCIe 3.0規範標誌著技術上的重大飛躍[17]。UCIe 3.0 最顯著的改進是支援48 GT/s 與64 GT/s的數據傳輸速率，較前代大幅提升，同時維持了極低的延遲與優異的能效比[18]。
此外，UCIe 3.0 引入了針對3D封裝的深度優化。在3D堆疊中，晶片垂直排布，使用微小的穿矽孔（TSV）或混合鍵合進行連接。UCIe 3.0的「UCIe-3D」特性支援銅對銅（Cu-Cu）無凸塊鍵合，其鍵合間距可縮小至1微米，使得多個晶片層在電氣表現上如同一個單一的三維邏輯塊[19]。這種物理層的緊密結合，配合擴展至100mm的側帶（Sideband）通道，讓開發者能夠設計出更複雜的系統級封裝（SiP）拓撲結構，滿足自動駕駛與6G通訊對極速反應的要求[20]。
先進封裝平台：三大巨頭的技術路徑圖
在全球先進封裝市場中，台積電（TSMC）、英特爾（Intel）與三星（Samsung）正展開一場攸關產業主導權的競賽。封裝技術已不再僅僅是後端處理，而是前端設計的重要延伸[21]。
台積電：CoWoS 與 SoIC 的主導地位
台積電憑藉其3DFabric平台，在高效能運算市場佔據了絕對領先地位。其核心技術CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）已成為NVIDIA Blackwell與AMD Instinct系列晶片不可或缺的推手[22]。
台積電的CoWoS技術正從成熟的CoWoS-S向更先進的CoWoS-L與CoWoS-XL邁進[23]。CoWoS-L利用嵌入式矽橋（Silicon Bridge）來達成局部的高密度互連，這使得中介層（Interposer）的尺寸可以突破傳統光罩限制，擴展至4倍甚至更大的尺寸[24]。針對即將到來的NVIDIA Rubin架構，台積電預計將在 2026年初進入試產階段；該架構將採用3nm製程晶片，並整合多達12層的高頻寬記憶體（HBM4）[25]。
為了緩解產能瓶頸，台積電正以前所未有的速度擴張。其位於台南的AP8工廠將成為異質整合的核心基地，預計2026年底 CoWoS 月產能將從2025年底的7.5萬片躍升至13萬片[26]。這種擴張不僅是數量的增加，更是製程速度的優化，建廠週期已從過去的3至5年縮短至不到年[27]。
英特爾：Foveros 與18A 的垂直整合
英特爾則透過 Foveros（3D堆疊）與EMIB（2.5D 橋接）技術，展示了其在系統晶圓代工模式下的實力[28]。於CES 2026發布的Intel Core Ultra Series 3是首款基於Intel 18A製程的運算平台，標誌著英特爾在先進節點與先進封裝結合上的新里程碑[29]。
英特爾的一大技術突破是「Foveros Direct」，它能達成低於 10 微米的鍵合間距，顯著提升了晶片間的互連密度[30]。此外，英特爾率先引入玻璃基板（Glass Substrate）技術，相較於傳統的有機基板，玻璃具有更佳的平整度、機械強度與耐熱性，能支持更高密度的互連，預計將成為下一代超大規模AI系統的結構支柱[31]。
三星：I-Cube與HBM整合的垂直優勢
三星電子的策略則聚焦於其I-Cube（2.5D）與X-Cube（3D）解決方案。作為全球領先的記憶體與邏輯晶片製造商，三星在HBM與邏輯晶片的異質整合方面具備獨特的供應鏈垂直整合優勢[32]。隨著 HBM4 時代的到來，三星正致力於開發先進的混合鍵合技術，以進一步降低垂直堆疊的電阻與熱阻[33]。
表3. 先進封裝三大巨頭技術整理；製表整理：北美智權報／李淑蓮
散熱管理：異質整合的關鍵材料
隨著整合密度與晶片功耗（TDP）的急劇上升，散熱已成為異質整合發展中最艱鉅的技術障礙。NVIDIA 的新款 GPU功耗已從H100的700W增加到B200 的1,000W以上，這要求封裝技術必須具備更高效的熱排除能力。
熱界面材料（TIM）的創新
傳統的散熱膏已難以滿足3D堆疊的需求。市場正加速轉向先進熱界面材料（TIM1 與 TIM1.5），該領域市場規模預計將以31%的年複合成長率增長至 2036年的5億美元[37]。
目前的研究熱點包括以下3項：
- 液態金屬（Liquid Metal）： 具有極高的熱導率，能有效降低高功耗晶片與散熱片間的熱阻[38]。
- 石墨烯片（Graphene Sheets）： 利用石墨烯優異的平面導熱性能，作為高效的熱擴散器[39]。
- 鑽石基材（Diamond Substrate）： 鑽石具有無與倫比的導熱性，部分研究正探索將其用作 3D 堆疊的中介層，以防止內部產生熱點[40]。
液冷技術的全面滲透
到2026 年，液冷系統在伺服器機架中的普及率預計將達到47%[41]。目前的技術發展可分為三個層次：
- 冷板式液冷（Cold Plate）： 透過液體循環冷板接觸晶片封裝表面。這是目前最主流且成熟的方案[42]。
- 浸沒式冷卻（Immersion Cooling）： 將整個電子組件浸入絕緣冷卻液中，適用於極高密度的高效能運算環境[43]。
- 封裝內微流體（In-package Microfluidics）： 最前沿的技術方向，直接在矽片背部或中介層內蝕刻微通道。這種方法能讓冷卻液直接帶走邏輯核心最深處的熱量，被視為解決3D堆疊內部過熱問題的終極方案[44]。
專利布局分析：全球智財權第二戰場
在技術迭代日新月異的背景下，專利布局已成為半導體強國與領軍企業確保市場地位、限制競爭對手的重要手段。先進封裝領域的專利申請量在過去十年中以12%至15%的年複合成長率持續攀升[45]。
區域專利實力與戰略重點
美、中、台、韓在異質整合專利方面的佈局呈現出明顯的差異化特徵：
- 美國：依然是全球專利申請與授權量的領導者，這得益於《晶片與科學法案》（CHIPS and Science Act）對異質整合與小晶片研發的大力資助[46]。美國企業在EDA工具、系統架構及異質整合互連標準方面擁有深厚的專利護城河[47]。
- 中國：專利組合正經歷爆炸式增長，特別是在記憶體封裝與 3D集成領域。中國政府將先進封裝視為繞過前端製程出口限制、實現半導體自給自足的重要途徑[48]。
- 台灣與南韓：分別依賴台積電與三星在製造端的強大實力。台灣在晶圓級扇出型封裝（FOWLP）與 CoWoS 相關製程專利上全球領先；南韓則在HBM 堆疊技術與面板級封裝（PLP）方面展現出強大的專利優勢[49]。
表4. 2025年半導體大廠授權專利數預估(2025 USPTO 數據)及技術動向； 數據來源：Patent Landscape , 2025 Top 100 U.S. Patent Owners, Parola Analytics, December 16, 2025。備註：部分數據為集團總量。
專利訴訟與智財權營運趨勢
隨著異質整合技術進入商業收穫期，專利訴訟也日益頻繁。近期趨勢顯示，訴訟不再僅限於競爭對手之間，專利授權實體（NPE，常被稱為專利蟑螂）在小晶片互連與標準必要專利（SEP）領域的活動顯著增加[50]。此外，由於人才流動頻繁，涉及異質整合關鍵製程細節的商業秘密糾紛也成為法律戰的新焦點[51]。
為了規避風險，大型晶片廠商開始採用更具防禦性的 IP 策略，包括建立龐大的交叉授權網絡以及在研發早期進行廣泛的自由實施（Freedom-to-Operate, FTO）調查。AI 輔助的專利地圖分析（Patent Landscape Analysis）已成為戰略決策的核心工具，用於識別「空白領域」（White Space）並預測技術演進路徑。
矽光子與共封裝光學（CPO）：跨越頻寬限制
隨著單一機架的運算力邁向 Exascale（百億億次），傳統銅纜電訊號傳輸的損耗與能耗已難以承受。矽光子技術將光通訊組件整合至半導體封裝內，被視為解決數據中心能源危機的關鍵之一[52]。
傳輸速率與市場動向
目前主流的人工智慧伺服器（如 NVIDIA H200）每顆 GPU約需2.5個800G光收發器。預計1.6 Tbps 的收發器將於 2026年成為主流，而 3.2 Tbps的技術也已在研發中[53]。
台積電的 COUPE（Compact Universal Photonic Engine）平台代表了矽光子整合的最高水準。該技術利用3D混合鍵合將電子控制晶片直接堆疊在光子晶片之上，消除了傳統電氣路徑上的寄生電容與訊號衰減。台積電預計在2025年完成相關驗證，並在2026年將其全面整合至CoWoS封裝中，這將為未來 6.4 Tbps 甚至 12.8 Tbps的極速網路奠定基礎[54]。
共封裝光學的競爭價值
共封裝光學（Co-Packaged Optics, CPO）不僅提升了速度，更重塑了系統架構。透過將光學引擎移至交換機或處理器封裝內，系統能耗可降低約 30%。IDTechEx 預測，CPO市場在2025年至2035年間將以28.9%的驚人年複合成長率增長，市場規模將突破 12 億美元[55]。NVIDIA 在 GTC 2025 宣佈的 Spectrum-X Photonics 與 Quantum-X Photonics 交換平台，標誌著 CPO 技術正式步入商業化紀元。
異質整合的垂直應用：從 6G 到自動駕駛
異質整合的影響力已遠遠超出數據中心。在次世代通訊與智慧移動領域，異質整合技術正成為實現功能突破的關鍵。
6G 通訊：探索次太赫茲（Sub-THz）頻段
6G通訊預計於2030年商用，其頻率將推升至100 GHz以上（如 140 GHz的D-band），峰值速率要求超過100 Gbits/sec[56]。
在如此高的頻率下，傳統的矽基（Si）功率放大器效率極低。磷化銦（InP）材料因其卓越的電子遷移率與輸出功率，成為6G的理想選擇。然而，InP 材料昂貴且難以大規模集成。異質整合技術透過奈米脊工程（Nano-ridge Engineering）將InP 生長在矽晶圓上，或者利用先進封裝將 InP 射頻組件與低功耗 CMOS 邏輯電路整合，達成了性能與成本的完美平衡[57]。
此外，6G對「覆蓋一切」的需求驅動了衛星與地面網路的整合。這需要在單一終端內整合非地面網路（NTN）天線、大規模 MIMO 陣列以及 AI波形控制器，唯有透過極高密度的異質整合才能達成在手持設備中的部署[58]。
自動駕駛：安全與運算的深度整合
自動駕駛汽車是另一個對異質整合極度渴求的領域。一台 Level 3 或 Level 4 的自駕車需要同時處理來自多個相機、毫米波雷達及光達的數據。
聯發科（MediaTek）與日本 Denso 的合作案即是一個典型的異質整合應用實例。其客製化 SoC 整合了專用的 AI/NPU 加速器、高性能影像處理單元（ISP）以及符合 ISO 26262 ASIL-D 等級的安全性組件。異質整合允許這些功能模組在單一封裝內快速交換數據，對於毫秒級的防碰撞反應至關重要[59]。同時，汽車產業正推動「區域電子/電氣架構」（Zonal E/E Architecture），透過將運算功能整合至少數幾個強大的區域控制單元中，能減少車內線束重量、降低系統複雜度並降低總成本[60]。
測試與良率管理：異質整合的無聲挑戰
當多個晶片被封裝在一起時，系統整體的良率等於所有組成晶片良率的乘積。如果其中任何一個組件失效，整個封裝單元即宣告報廢[61]。
良品裸晶粒（KGD/Known Good Die）的升級
為了保護昂貴的矽資源，產業正將測試流程「左移」（Shift-Left），即在封裝前進行更嚴格的測試。英特爾的 SDx（Singulated Die Sort）系統是這方面的代表[62]。該系統具備極佳的熱控制能力，能在1到2秒內完成125℃的溫度變換，從而模擬封裝後的熱應力環境，精確篩選出潛在的缺陷晶片[63]。
表5. 傳統測試與異質整合測試模式比對；製表整理：北美智權報／李淑蓮
數據顯示，由於異質整合產品結構複雜，其測試時間顯著增長。例如，採用TSV技術的DRAM測試時間增加了60%，這導致每單位測試成本增加約3美元[64]。這促使測試介面廠商（如精測、穎崴）加速研發MEMS垂直探針卡，以因應高頻、高功率及多晶片測試的需求[65]。
產業生態系與政策趨勢
異質整合技術的發展已不再純粹是技術競爭，更演變為地緣政治背景下的產業政策角力。各國政府均意識到，掌握先進封裝技術是確保半導體供應鏈韌性的關鍵。
台灣：Hi-CHIP 聯盟與產業集群
台灣在全球先進封裝領域擁有獨特優勢。不僅有台積電作為技術領頭羊，還有以日月光、力成、京元電為核心的完整封測集群。工研院（ITRI）成立了「Hi-CHIP 異質整合系統級封裝開發聯盟」，旨在建立從設計、測試到先導生產的完整生態系，協助中小規模的設計廠商快速切入高效能運算市場[66]。此外，台灣在南台灣（高屏S廊帶）建立了超過80座後端工廠，形成了全球密度最高的先進封裝產業集群[67]。
美國與中國：技術主權與供應鏈韌性
美國透過《晶片法案》撥款數十億美元，專門用於在本土建立先進封裝研發中心與生產線（如Amkor 在亞利桑那州的70億美元投資案），目標是實現「美國設計、美國製造、美國封裝」的閉環[68]。中國則將異質整合視為突破點，在大規模扇出型封裝與面板級封裝（PLP）方面投入巨資，力圖在成熟製程基礎上透過堆疊技術達成高效能表現[69]。
未來展望
邁進2026年，異質整合技術正引領半導體產業步入「系統整合」的新紀元。透過將不同的材料、製程與功能模組在微觀層面上緊密結合，人類正以前所未有的速度跨越運算力與數據傳輸的障礙。
從2026年的視角來看，以下趨勢將決定先進封裝產業未來10年的走向：
- 3D 混合鍵合的普及： 隨著間距縮小至10微米以下，3D堆疊將從高單價AI加速器擴展至主流行動運算平台[70]。
- 矽光子的轉折點： CPO與光收發器的技術成熟將解決數據中心的熱與能耗瓶頸，光電混合封裝將成為高端交換機的標準配置[71]。
- 散熱技術與材料的戰略價值：散熱不再是附屬品，而是異質整合系統的「第一優先級」。對於鑽石、液態金屬及微流體冷卻技術的專利布局將決定廠商的技術高度[72]。
- 標準化與開放性： UCIe的成功將孕育出一個活躍的小晶片市場，設計公司將能像在電腦城裝機一樣，自由挑選最合適的「小晶片」來構建系統[73] 2。
總結而言，異質整合不僅是解決摩爾定律失效的技術手段，它更是重新定義數位世界的基礎架構。在這個領域中，技術創新、專利防禦與生態系協作同等重要。那些能夠在微小封裝內完美平衡熱量、電力與訊號傳輸的企業，將在未來的萬物互連與人工智慧時代中掌握絕對的主動權。
備註：
[1] 半導體要進入「埃米時代」了？，日經中文網，2023/12/04
[2] Semiconductor and beyond – Global semiconductor industry outlook 2026, PWC, Last Viewes: 2026.01.20
[3] 同註1
[4] The Next Epoch of Silicon: How Three Advanced Packaging Trends are Architecting the Future of Semiconductors in 2025, Uplatz Blog, September 5, 2025
[5] Heterogeneous Integration (HI), ASE, last viewed 2026/01/21
[6] The Chiplet Revolution: How Advanced Packaging and UCIe are Redefining AI Hardware in 2025, Design & Reuse, Dec. 24, 2025
[7] HPC Ignites: How Data-Centric Mindset Revolutionizing Enterprise AI Infrastructure, GIGABYTE, Oct 15, 2025
[8] 同註6
[9] The CoWoS Crunch Ends: TSMC Unleashes Massive Packaging Expansion to Power the 2026 AI Supercycle, TokenRing AI, FinancialContent, January 02, 2026
[10] 同註6
[11] Chiplet Technology 2025-2035: Technology, Opportunities, Applications, Dr Xiaoxi He and Dr Yu-Han Chang, IDTechEx, last viewed: 2026/01/21
[12] 同註6
[13] AMD Disruption Playbook 2025: Bold Predictions, Market Forecasts and Strategic Signals — spark co, November 14, 2025
[14] 同註13
[15] 同註6
[16] 同註6
[17] UCIe Consortium Introduces 3.0 Specification With 64 GT/s Performance and Enhanced Manageability, Chiplet Marketplace, last viewed: 2026/01/21
[18] 同註17
[19] 同註6
[20] 同註17
[21] Semiconductor Packaging Industry Statistics 2024, Strategic Market Research, Strategic Market Research, JUN-2025
[22] The CoWoS Crunch Ends: TSMC Unleashes Massive Packaging Expansion to Power the 2026 AI Supercycle,TokenRing AI, 12. business.smdailypress.com, January 02, 2026
[23] 同註22
[24] 名註22
[25] 同註22
[26] 同註22
[27] TSMC Plans Rapid CoWoS Expansion Through 2026 in Response to Client Demand, TrendForce News, 2024-09-05
[28] 同註21
[29] CES 2026: Intel Core Ultra Series 3 Debut as First Built on Intel 18A, Intel Newsroom, January 5, 2026
[30] 同21
[31] Semiconductor Packaging Market Size, Share, and Growth Analysis, SkyQuest Technology Consulting Pvt. Ltd., December, 2025
[32] 同註21
[33] Heterogeneous Integration Technology Market Opportunity, Growth Drivers, Industry Trend Analysis, and Forecast 2025-2034, Research and Markets, Last Viewed：2026/01/22
[34] tsmc cowos and advanced packaging technologies, michaelbommarito.com, September 5, 2025
[35] Silicon as a Platform Market Projected to Reach US$ 103.26 Billion by 2035, Supported by Investment in Photonic Technologies Says Astute Analytica, GlobeNewswire, January 19, 2026
[36] 同註 33
[37] Thermal Management for Advanced Semiconductor Packaging 2026-2036: Technologies, Markets, and Opportunities, Dr Yu-Han Chang, IDTechEx, Last viewed: 2026/01/22
[38] 同註37
[39] 同註37
[40] 同註37
[41] AI to Reshape the Global Technology Landscape in 2026, Says TrendForce, TrendForce, 27 November 2025
[42] 同註41
[43] 同註37
[44] 同註6
[45] Advanced Semiconductor Packaging: Patent Trends & IP Strategy Guide 2025, Lumenci, June 20, 2025
[46] 同註45
[47] 同註45
[48] 同註45
[49] 同註21
[50] 同註45
[51] 同註45
[52] Silicon as a Platform Market Projected to Reach US$ 103.26 Billion by 2035, Supported by Investment in Photonic Technologies Says Astute Analytica, AstuteAnalytica India Pvt. Ltd., January 19, 2026
[53] Silicon Photonics and Photonic Integrated Circuits 2025-2035: Technologies, Market, Forecasts, Dr Yu-Han Chang, IDTechEx
[54] Exploring packaging technologies, Silicon Technologies, 14th April 2025
[55] 同註54
[56] Heterogeneous integration technologies to enable the next generation of wireless 6G, Nadine Collaert, imec, last viewed: 2026/01/27
[57] 同註56
[58] The Global 6G Market 2026-2046, Future Markets, Inc., last viewed: 2026/01/27
[59] MediaTek and DENSO Collaborate on Automotive SoCs for Advanced Driver-Assistance Systems, MediaTek Press Room, Dec 26, 2025
[60] Automotive Outlook: 2026, Semiconductor Engineering, anuary 8th, 2026
[61] Known Good Die Enables Advanced Packaging & Chiplet Manufacturing, Pat Pisano, Sr. Director, TD Foundry, Intel Foundry, chipletsummit.com, last viewed: 2026/01/27
[62] 同註61
[63] 同註61
[64] 3D TSV Devices Market Size & Share Analysis – Growth Trends and Forecast (2026 – 2031), Reports Go Deep., Last viewed: 2026/01/27
[64] 同註61[65] AI giants vie for CoWoS advanced packaging; TSMC and Taiwanese packaging and testing companies accelerate capacity expansion., Chung Jung-feng, Central News Agency, January 12, 2026
[66]異質整合系統級封裝開發聯盟（Hi-CHIP）, 工業技術研究院, Last Viewed: 2026/01/27
[67] 同註21
[68] Semiconductor Advanced Packaging Market Size & Forecast [2034], Market Growth Reports, Last Viewed: 2026/01/27
[69] 同註21
[70] 同註6
[71] 同註54
[72] 同註37
[73] 同註6
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