發(fā)展三十年 新技術(shù)驅(qū)動覆晶封裝市場邁向下一波成長
[導(dǎo)讀]來自法國的市場研究機(jī)構(gòu) Yole Developpement 發(fā)布最新覆晶封裝(Flip Chip)市場及技術(shù)發(fā)展趨勢報告，更新了覆晶封裝市場的最新商業(yè)動態(tài)，其中包括TIM、底部填充膠(underfills)、基板(substrates)及覆晶封裝焊接器(Fli
來自法國的市場研究機(jī)構(gòu) Yole Developpement 發(fā)布最新覆晶封裝(Flip Chip)市場及技術(shù)發(fā)展趨勢報告，更新了覆晶封裝市場的最新商業(yè)動態(tài)，其中包括TIM、底部填充膠(underfills)、基板(substrates)及覆晶封裝焊接器(Flip-Chip bonders)之資訊；該報告更新了對該市場2010~2018年的預(yù)測數(shù)據(jù)、詳細(xì)的技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖，以及從細(xì)節(jié)到總體性的方法途徑，并探討了針對 3DIC 與2.5D IC制程應(yīng)用的微凸塊(micro bumping)封裝技術(shù)。
Yole Developpement表示，盡管具備高達(dá)19% 的年復(fù)合成長率，覆晶封裝其實并非新技術(shù)，早在三十年前就由IBM首次引進(jìn)市場；也因為如此，覆晶封裝很容易被視為是一種舊的、較不吸引人的成熟技術(shù)。但事實上，覆晶封裝不斷隨著時代演進(jìn)，甚至發(fā)展出新型的微凸塊封裝方案，以支援3DIC及2.5D等最先進(jìn)IC制程技術(shù)。
事實上，無論使用哪種封裝技術(shù)，最終都還是需要凸塊(bumping)這個制程階段。2012年，凸塊技術(shù)在中段制程領(lǐng)域占據(jù)81%的安裝產(chǎn)能，約當(dāng)1,400萬片12寸晶圓；晶圓廠裝載率同樣為高水準(zhǔn)，特別是銅柱凸塊平臺(Cu pillar platform，88%)。
在覆晶封裝市場規(guī)模方面，估計其 2012年金額達(dá)200億美元(為中段制程領(lǐng)域的最大市場)，Yole Developpement預(yù)期該市場將持續(xù)以每年9%速度成長，在2018年可達(dá)到350億美元規(guī)模。而接下來五年內(nèi)，覆晶封裝產(chǎn)能預(yù)期將于以下三個主要領(lǐng)域產(chǎn)生大量需求：
1. CMOS 28nm IC，包括像是APE/BB等新應(yīng)用；
2. 下一代DDR記憶體；
3. 使用微凸塊技術(shù)的3D/2.5D IC 矽中介層(interposer)。
在以上應(yīng)用的推動下，銅柱凸塊正逐步成為覆晶封裝的互連首選。
而除了已經(jīng)使用覆晶封裝好一段時間的傳統(tǒng)應(yīng)用──筆電、桌上型電腦、CPU、繪圖處理器(GPU)、晶片組；雖然成長速度趨緩但仍占據(jù)據(jù)覆晶封裝相當(dāng)大的產(chǎn)量──Yole Developpement分析師預(yù)期，覆晶封裝技術(shù)也將在行動與無線裝置(如智慧型手機(jī))、消費性應(yīng)用(平板電腦、智慧型電視、機(jī)上盒)、電腦運算，以及高效能/工業(yè)性應(yīng)用像是網(wǎng)路、伺服器、資料處理中心及HPC等方面產(chǎn)生大量需求。
新一代的覆晶封裝IC 預(yù)期將徹底改變市場面貌，并驅(qū)動市場對晶圓凸塊技術(shù)的新需求；Yole Developpement先進(jìn)封裝技術(shù)分析師Lionel Cadix表示：「在3D整合及超越摩爾定律的途徑方面，覆晶封裝是關(guān)鍵技術(shù)之一，并將讓晶圓整合實現(xiàn)前所未見的精密系統(tǒng)?！苟簿Х庋b正隨著產(chǎn)業(yè)對新式銅柱凸塊及微凸塊技術(shù)的需求而重新塑形，正逐漸成為晶片互連的新主流凸塊冶金技術(shù)。
除了主流的凸塊技術(shù)外，Yole Developpement的新報告也聚焦了逐漸于各種應(yīng)用領(lǐng)域受到歡迎的銅柱凸塊技術(shù)。銅柱凸塊獲得大量采用的驅(qū)動力來自數(shù)個方面，包括超細(xì)間距(very fine pitch)、無凸塊下金屬層(UBM)，以及high Z standoff制程等。
以晶圓片數(shù)量計算，銅柱凸塊覆晶封裝產(chǎn)能預(yù)期將在2010到2018之間達(dá)到35% 的年復(fù)合成長率(CAGR)；銅柱凸塊產(chǎn)能已經(jīng)在第一大覆晶封裝制造商英特爾(Intel)的產(chǎn)能占據(jù)很高比例，預(yù)期到2014年，有超過50%的凸塊晶圓是采用銅柱。
至于運用于2.5D IC與 3DIC 制成的微凸塊技術(shù)，可望在2013年隨著APE、 DDR記憶體等新型態(tài)應(yīng)用，拉高市場對覆晶封裝的需求，并帶來新的挑戰(zhàn)與新技術(shù)發(fā)展。如今的覆晶封裝技術(shù)已可支援各種制程技術(shù)節(jié)點，以因應(yīng)各種應(yīng)用的特定需求。
而最終凸塊技術(shù)將演進(jìn)至直接將IC與銅墊片接合；這種以無凸塊銅對銅接合的3D IC整合方案，預(yù)期將可提供高于4 x 105 cm2的IC對IC連結(jié)密度，使其成為更適合未來推進(jìn)摩爾定律極限的晶圓級3D IC整合方案。
臺灣是全球覆晶封裝凸塊制程產(chǎn)能第一大
全球各大半導(dǎo)體封測業(yè)者正準(zhǔn)備生產(chǎn)以覆晶球柵陣列(fcBGA)為基礎(chǔ)形式的銅柱凸塊制程，也不會限制銅柱凸塊在晶片尺寸覆晶封裝(fcCSP)上的運用，這讓各種元件如CPU、GPU、晶片組、APE、BB、ASIC、FPGA及記憶體等供應(yīng)商，都有機(jī)會采用銅柱凸塊覆晶封裝技術(shù)。估計銅柱凸塊產(chǎn)能將在2010到2014期間快速成長(年復(fù)合成長率31%)，規(guī)模在2014年達(dá)到900萬片晶圓，并支援微凸塊技術(shù)及先進(jìn)CMOS IC凸塊技術(shù)的成長需求。
在正值轉(zhuǎn)變期的中段制程領(lǐng)域，各家CMOS晶圓廠正在大力推廣晶圓凸塊技術(shù)服務(wù)──包括臺積電(TSMC)、GLOBALFOUNDRIES等晶圓代工大廠；而凸塊技術(shù)供應(yīng)商(FCI、Nepes等)以及半導(dǎo)體封測業(yè)者，則是專注于投資先進(jìn)凸塊技術(shù)。在2012年，半導(dǎo)體封測業(yè)者貢獻(xiàn)31%的ECD焊錫凸塊(solder bump)技術(shù)安裝產(chǎn)能，及22%的銅柱凸塊技術(shù)安裝產(chǎn)能。
以區(qū)域來看，臺灣擁有全球最大的是整體凸塊產(chǎn)能(不分冶金技術(shù))，主要來自晶圓代工廠與半導(dǎo)體封測業(yè)者；而臺灣目前是焊錫與銅覆晶封裝凸塊外包市場的龍頭。受惠于半導(dǎo)體中段制程聚合趨勢，覆晶封裝市場正在成長，且可能對傳統(tǒng)「IDM vs.無晶圓廠」的供應(yīng)鏈生態(tài)帶來前所未有的挑戰(zhàn)。
編譯：Judith Cheng
Yole Developpement表示，盡管具備高達(dá)19% 的年復(fù)合成長率，覆晶封裝其實并非新技術(shù)，早在三十年前就由IBM首次引進(jìn)市場；也因為如此，覆晶封裝很容易被視為是一種舊的、較不吸引人的成熟技術(shù)。但事實上，覆晶封裝不斷隨著時代演進(jìn)，甚至發(fā)展出新型的微凸塊封裝方案，以支援3DIC及2.5D等最先進(jìn)IC制程技術(shù)。
事實上，無論使用哪種封裝技術(shù)，最終都還是需要凸塊(bumping)這個制程階段。2012年，凸塊技術(shù)在中段制程領(lǐng)域占據(jù)81%的安裝產(chǎn)能，約當(dāng)1,400萬片12寸晶圓；晶圓廠裝載率同樣為高水準(zhǔn)，特別是銅柱凸塊平臺(Cu pillar platform，88%)。
在覆晶封裝市場規(guī)模方面，估計其 2012年金額達(dá)200億美元(為中段制程領(lǐng)域的最大市場)，Yole Developpement預(yù)期該市場將持續(xù)以每年9%速度成長，在2018年可達(dá)到350億美元規(guī)模。而接下來五年內(nèi)，覆晶封裝產(chǎn)能預(yù)期將于以下三個主要領(lǐng)域產(chǎn)生大量需求：
1. CMOS 28nm IC，包括像是APE/BB等新應(yīng)用；
2. 下一代DDR記憶體；
3. 使用微凸塊技術(shù)的3D/2.5D IC 矽中介層(interposer)。
在以上應(yīng)用的推動下，銅柱凸塊正逐步成為覆晶封裝的互連首選。
而除了已經(jīng)使用覆晶封裝好一段時間的傳統(tǒng)應(yīng)用──筆電、桌上型電腦、CPU、繪圖處理器(GPU)、晶片組；雖然成長速度趨緩但仍占據(jù)據(jù)覆晶封裝相當(dāng)大的產(chǎn)量──Yole Developpement分析師預(yù)期，覆晶封裝技術(shù)也將在行動與無線裝置(如智慧型手機(jī))、消費性應(yīng)用(平板電腦、智慧型電視、機(jī)上盒)、電腦運算，以及高效能/工業(yè)性應(yīng)用像是網(wǎng)路、伺服器、資料處理中心及HPC等方面產(chǎn)生大量需求。
新一代的覆晶封裝IC 預(yù)期將徹底改變市場面貌，并驅(qū)動市場對晶圓凸塊技術(shù)的新需求；Yole Developpement先進(jìn)封裝技術(shù)分析師Lionel Cadix表示：「在3D整合及超越摩爾定律的途徑方面，覆晶封裝是關(guān)鍵技術(shù)之一，并將讓晶圓整合實現(xiàn)前所未見的精密系統(tǒng)?！苟簿Х庋b正隨著產(chǎn)業(yè)對新式銅柱凸塊及微凸塊技術(shù)的需求而重新塑形，正逐漸成為晶片互連的新主流凸塊冶金技術(shù)。
除了主流的凸塊技術(shù)外，Yole Developpement的新報告也聚焦了逐漸于各種應(yīng)用領(lǐng)域受到歡迎的銅柱凸塊技術(shù)。銅柱凸塊獲得大量采用的驅(qū)動力來自數(shù)個方面，包括超細(xì)間距(very fine pitch)、無凸塊下金屬層(UBM)，以及high Z standoff制程等。
以晶圓片數(shù)量計算，銅柱凸塊覆晶封裝產(chǎn)能預(yù)期將在2010到2018之間達(dá)到35% 的年復(fù)合成長率(CAGR)；銅柱凸塊產(chǎn)能已經(jīng)在第一大覆晶封裝制造商英特爾(Intel)的產(chǎn)能占據(jù)很高比例，預(yù)期到2014年，有超過50%的凸塊晶圓是采用銅柱。
至于運用于2.5D IC與 3DIC 制成的微凸塊技術(shù)，可望在2013年隨著APE、 DDR記憶體等新型態(tài)應(yīng)用，拉高市場對覆晶封裝的需求，并帶來新的挑戰(zhàn)與新技術(shù)發(fā)展。如今的覆晶封裝技術(shù)已可支援各種制程技術(shù)節(jié)點，以因應(yīng)各種應(yīng)用的特定需求。
而最終凸塊技術(shù)將演進(jìn)至直接將IC與銅墊片接合；這種以無凸塊銅對銅接合的3D IC整合方案，預(yù)期將可提供高于4 x 105 cm2的IC對IC連結(jié)密度，使其成為更適合未來推進(jìn)摩爾定律極限的晶圓級3D IC整合方案。
臺灣是全球覆晶封裝凸塊制程產(chǎn)能第一大
全球各大半導(dǎo)體封測業(yè)者正準(zhǔn)備生產(chǎn)以覆晶球柵陣列(fcBGA)為基礎(chǔ)形式的銅柱凸塊制程，也不會限制銅柱凸塊在晶片尺寸覆晶封裝(fcCSP)上的運用，這讓各種元件如CPU、GPU、晶片組、APE、BB、ASIC、FPGA及記憶體等供應(yīng)商，都有機(jī)會采用銅柱凸塊覆晶封裝技術(shù)。估計銅柱凸塊產(chǎn)能將在2010到2014期間快速成長(年復(fù)合成長率31%)，規(guī)模在2014年達(dá)到900萬片晶圓，并支援微凸塊技術(shù)及先進(jìn)CMOS IC凸塊技術(shù)的成長需求。
在正值轉(zhuǎn)變期的中段制程領(lǐng)域，各家CMOS晶圓廠正在大力推廣晶圓凸塊技術(shù)服務(wù)──包括臺積電(TSMC)、GLOBALFOUNDRIES等晶圓代工大廠；而凸塊技術(shù)供應(yīng)商(FCI、Nepes等)以及半導(dǎo)體封測業(yè)者，則是專注于投資先進(jìn)凸塊技術(shù)。在2012年，半導(dǎo)體封測業(yè)者貢獻(xiàn)31%的ECD焊錫凸塊(solder bump)技術(shù)安裝產(chǎn)能，及22%的銅柱凸塊技術(shù)安裝產(chǎn)能。
以區(qū)域來看，臺灣擁有全球最大的是整體凸塊產(chǎn)能(不分冶金技術(shù))，主要來自晶圓代工廠與半導(dǎo)體封測業(yè)者；而臺灣目前是焊錫與銅覆晶封裝凸塊外包市場的龍頭。受惠于半導(dǎo)體中段制程聚合趨勢，覆晶封裝市場正在成長，且可能對傳統(tǒng)「IDM vs.無晶圓廠」的供應(yīng)鏈生態(tài)帶來前所未有的挑戰(zhàn)。
編譯：Judith Cheng
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