隨著半導體前段製程微縮步伐逐漸放緩，產業從晶片技術轉向利用先進封裝技術來突破效能、功耗與尺寸上的限制。異質整合與小晶片的（Chiplets）概念正迅速興起，其中「中介層（Interposer）」作為連接不同晶片、封裝平台的重要橋樑，扮演著不可或缺的角色。
本文內容將全面整合並改寫現有資料，深入探討中介層技術的定義、製程、應用與未來發展，同時也將整理先進封裝技術的相關分類與比較，期許提供讀者一份詳盡且原創的技術報告。
1. 先進封裝技術的發展背景與趨勢
過去，晶片效能提升主要仰賴製程節點的微縮；但隨著摩爾定理進入瓶頸，加上製程中對良率的嚴格要求，封裝技術日益成為實現功能整合與元件尺寸縮小的重要手段。
隨著晶片設計與電子設計自動化技術的進步，異質整合透過在單一封裝內整合不同製程、功能與尺寸的晶片，不僅可以實現高密度互連，更能針對人工智慧、5G通信、高效能運算（HPC）、智慧汽車和物聯網等應用提供最佳解決方案。
隨著市場對高速、低延遲與高頻寬連接需求日益增加，封裝技術從傳統的線路連接逐步進化到利用矽中介層（Si Interposer）、矽橋（Silicon Bridge）等先進方案。例如，台積電的CoWoS®、ASE的FOCoS-Bridge以及新興的SoIC技術，均依賴中介層實現不同晶片間的高效整合，這些技術細節可參考各大官網資料。
2. 封裝技術基礎與演進
在介紹中介層之前，有必要先理解封裝技術的基本概念與演進歷程：
- 傳統封裝：晶圓製造完成後，將切割成尺寸微小的裸晶（die，亦稱裸片），再與基板（substrate）進行黏貼連接，通常藉由金屬線（Wire Bonding）將晶片接點與基板連結，最後封入環氧樹脂中保護晶片。
- 覆晶封裝（Flip Chip）：晶片在製造過程中直接製作凸塊（Bump），再將晶片翻轉後與基板對接，縮短訊號傳輸路徑並節省空間。
- 先進封裝類型：除了覆晶技術，先進封裝還涵蓋扇出型（Fan-Out Wafer-Level Packaging，FOWLP）、扇入型（Fan-In Wafer-Level Packaging）、2.5D/3D封裝以及嵌入式裸晶技術。這些技術各有優缺點，能夠針對不同應用需求提供高密度、高頻寬與低功耗的解決方案。
下表概述了目前主要的先進封裝技術：
| 封裝類型 | 定義與特性 | 優點 | 缺點與挑戰 | 主要應用 |
|---|---|---|---|---|
| 覆晶（Flip Chip） | 利用凸塊將晶片直接與基板連接，縮短連接距離 | 傳輸路徑短、散熱好 | 製程成本較高、封裝尺寸限制 | 高頻高速運算、手機、消費電子 |
| 扇出型（FOWLP） | 將晶片放置於臨時載體上，利用再分佈層（RDL）擴展I/O，形成扇出結構 | I/O密度高、封裝尺寸可減小 | 對RDL製程要求高、可靠性挑戰 | 行動裝置、感測器 |
| 扇入型（FIWLP） | 所有互連均集中在晶片範圍內，適用於I/O較少的晶片 | 製程較簡單、成本較低 | 擴展性較低 | 低端晶片、特定功能模組 |
| 2.5D/3D封裝（含中介層） | 利用中介層（Interposer）將多個晶片整合在單一封裝內，並用矽通孔、TSV等技術實現垂直連接 | 整合異質晶片、縮短連線、提升訊號完整性 | 製程複雜、成本較高 | AI、高頻運算、大型系統整合 |
| 嵌入式裸晶 | 將晶片嵌入基板材料中，可大幅減少封裝厚度，改善熱管理與機械性能 | 封裝薄、散熱佳、體積小 | 設計與製程要求嚴苛 | 消費電子、穿戴裝置 |
3. 中介層（Interposer）的定義與作用
3.1 中介層概念
「中介層」一詞源自拉丁語 interpōnere，意為「置於中間」。在先進封裝技術中，中介層作為一個特殊的載板，用來連接多顆晶片（或稱Chiplets）以及其他元件，其主要作用在於：
- 高密度互連： 在有限的空間內提供極細間距的連線設計，支援高速訊號傳輸。
- 異質整合： 不同製程、不同功能的晶片可以先在中介層上完成互連，再與基板整合，達到整體系統的最佳化設計。
- 信號與電源完整性： 中介層能夠縮短連線長度、降低寄生效應，從而提升系統的IC訊號傳輸速率及電源效能。
3.2 中介層在2.5D/3D封裝中的應用
在2.5D封裝中，中介層（常以矽或玻璃為基材）位於裸晶與傳統封裝基板之間，利用重佈線層（RDL）實現晶片間的精密連接。這樣的設計允許不同功能的晶片在較小的空間內進行高頻高速數據交換，而不必將所有功能集成於單一大晶片上。進一步的3D封裝則透過垂直堆疊與矽通孔（TSV）的應用，使得封裝內部的訊號傳輸距離更短，延遲更低，並有效提升封裝整體效能。
4. 中介層製程與關鍵技術
4.1 製程關鍵—矽通孔設計
在中介層中，矽通孔（Through Silicon Via, TSV）技術扮演著關鍵角色。其製程大致分為三種方式：
- 先通孔 (Via-first)： 先在晶圓上形成通孔，後續再進行金屬填充與裸晶堆疊。
- 中通孔 (Via-middle)： 在電路布線後，但金屬化之前形成通孔，兼顧設計與製程要求。
- 後通孔 (Via-last)： 在整個堆疊與金屬化後再形成通孔，此方法能避免部分金屬化過程的干擾，簡化後續工序。
這些技術要求精細的蝕刻工藝（如利用SF₆與C₄F₈的Bosch蝕刻），以及高精度的電化學沉積與電鍍，以確保通孔結構穩定並達到微米、奈米級尺寸要求。
4.2 製程挑戰與成本考量
中介層的實現需要兼顧高密度互連與製造成本：
- 精密度要求高： 為達到0.5μm甚至更細的線寬/線距，需要極高的製程控制與設備精度。
- 晶圓利用率： 由於中介層晶片尺寸日益增大，每片晶圓上可生產的數量有限，進而推高單位成本。
- 材料與散熱： 除了連接功能，中介層還必須滿足低介電常數、低熱阻與匹配CTE（熱膨脹係數）的要求，以確保系統在高頻運算環境下穩定運作。
5. 中介層在先進封裝中的應用案例
中介層技術已廣泛應用於多種先進封裝方案，以下介紹幾個代表性案例：
- CoWoS®（Chip on Wafer on Substrate）：
台積電利用矽中介層將不同製程的晶片（如HBM記憶體與邏輯晶片）整合在同一封裝中，藉由重佈線層實現高密度連接，從而滿足AI與高效能運算市場需求。 - FOCoS與FOCoS-Bridge：
日月光等封裝大廠提出的FOCoS技術利用扇出型RDL來整合晶片，達到2μm/2μm的連接精度，而進階的FOCoS-Bridge則引入矽橋技術，部分區域可達0.5μm/0.5μm的極細線寬，兼顧高速與成本效益。 - SoIC（System-on-Integrated-Chips）：
作為一種高密度3D小晶片堆疊技術，SoIC透過晶圓級鍵合方案將多顆小晶片垂直整合，實現超高互連密度，廣泛應用於HPC與AI領域。
這些案例不僅展示了中介層技術在異質整合上的優勢，也體現出封裝設計由單一元件連接向系統級整合（Holistic Design）轉變的趨勢。
6. 產業趨勢與市場展望
根據市場調查機構的預測，先進封裝市場正以年複合成長率超過10%的速度迅速擴展。隨著AI、5G與自動駕駛等應用的不斷發展，高密度、低延遲的封裝解決方案將成為未來主流。中介層作為實現高效能封裝的核心技術，除了在晶片間提供高速連接外，也促使材料、製程、設計工具等全產業鏈的創新升級。未來，隨著UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）等標準的推行，異質整合技術將在全球範圍內形成更大規模的應用效應，台灣及其他先進製造國家在此領域將持續發揮重要影響力。
常見問題
- 什麼是中介層（Interposer）？
中介層是一種位於晶片與基板之間的特殊載板，主要用於連接不同晶片或元件，實現高密度與高速的訊號傳輸，並促進異質整合。 - 中介層在先進封裝中有什麼作用？
它能夠縮短連線距離、降低訊號延遲與寄生效應，同時允許不同製程的晶片以最佳化配置整合，提升整體系統效能與穩定性。 - 中介層技術面臨哪些挑戰？
挑戰主要包括極細線寬的製程要求、晶圓利用率低導致的成本壓力，以及材料在低介電、熱管理與CTE匹配上的要求。 - 先進封裝技術有哪些主要類型？
除了依賴中介層的2.5D/3D封裝，還有覆晶、扇出型（FOWLP）、扇入型（FIWLP）及嵌入式裸晶等多種技術，各有不同應用場景與優缺點。 - 未來中介層技術的發展前景如何？
隨著AI、5G和高效能運算市場的快速發展，中介層技術將持續推動異質整合，市場規模預計持續擴大，並且伴隨標準化進程（如UCIe）而進一步成熟。
總結
中介層（Interposer）技術作為先進封裝的重要組成部分，憑藉其在高密度互連、異質整合及信號完整性方面的優勢，正成為突破製程極限的重要關鍵。從傳統封裝技術的演進到2.5D/3D整合方案的實現，中介層不僅提升了系統性能，更為跨製程、跨功能的整合提供了靈活且高效的解決方案。面對未來市場的高速成長與技術挑戰，如何在精密製程、成本控制與系統設計間取得平衡，將是業界持續努力的方向。