凸點(diǎn)技術(shù)精進(jìn) 倒裝芯片市場(chǎng)快速增長(zhǎng)
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市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole Developpement表示,盡管具備高達(dá)19% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率,倒裝芯片其實(shí)并非新技術(shù),早在三十年前就由IBM首次引進(jìn)市場(chǎng);也因?yàn)槿绱耍寡b芯片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(shí)上,倒裝芯片不斷隨著時(shí)代演進(jìn),甚至發(fā)展出新型的微凸點(diǎn)封裝方案,以支持3DIC及2.5D等最先進(jìn)IC制程技術(shù)。
事實(shí)上,無(wú)論使用哪種封裝技術(shù),最終都還是需要凸點(diǎn)(bumping)這個(gè)制程階段。2012年,凸點(diǎn)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(wàn)片12英寸晶圓;晶圓廠(chǎng)裝載率同樣為高水平,特別是銅柱凸點(diǎn)平臺(tái)(Cu pillar platform,88%)。
在倒裝芯片市場(chǎng)規(guī)模方面,估計(jì)其 2012年金額達(dá)200億美元(為中段制程領(lǐng)域的最大市場(chǎng)),Yole Developpement預(yù)期該市場(chǎng)將持續(xù)以每年9%速度增長(zhǎng),在2018年可達(dá)到350億美元規(guī)模。而接下來(lái)五年內(nèi),倒裝芯片產(chǎn)能預(yù)期將于以下三個(gè)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內(nèi)存;
3. 使用微凸點(diǎn)技術(shù)的3D/2.5D IC 硅中介層(interposer)。
在以上應(yīng)用的推動(dòng)下,銅柱凸點(diǎn)正逐步成為倒裝芯片的互連首選。
如筆電、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、CPU、繪圖處理器(GPU)、芯片組等傳統(tǒng)應(yīng)用在很長(zhǎng)一段時(shí)間里都用的是倒裝芯片技術(shù),而且雖然增長(zhǎng)速度趨緩但仍占據(jù)據(jù)倒裝芯片相當(dāng)大的產(chǎn)量。另外,Yole Developpement分析師預(yù)期,倒裝芯片技術(shù)也將在移動(dòng)與無(wú)線(xiàn)設(shè)備(如智能手機(jī))、消費(fèi)性應(yīng)用(平板電腦、智能電視、機(jī)頂盒)、移動(dòng)運(yùn)算,以及高效能/工業(yè)性應(yīng)用像是網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理中心及HPC等方面產(chǎn)生大量需求。
市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole Developpement表示,盡管具備高達(dá)19% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率,倒裝芯片其實(shí)并非新技術(shù),早在三十年前就由IBM首次引進(jìn)市場(chǎng);也因?yàn)槿绱耍寡b芯片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(shí)上,倒裝芯片不斷隨著時(shí)代演進(jìn),甚至發(fā)展出新型的微凸點(diǎn)封裝方案,以支持3DIC及2.5D等最先進(jìn)IC制程技術(shù)。
新一代的倒裝芯片IC 預(yù)期將徹底改變市場(chǎng)面貌,并驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)對(duì)晶圓凸點(diǎn)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,倒裝芯片是關(guān)鍵技術(shù)之一,并將讓晶圓整合實(shí)現(xiàn)前所未見(jiàn)的精密系統(tǒng)。”而倒裝芯片正隨著產(chǎn)業(yè)對(duì)新式銅柱凸點(diǎn)及微凸點(diǎn)技術(shù)的需求而重新塑形,正逐漸成為芯片互連的新主流凸點(diǎn)冶金技術(shù)。
除了主流的凸點(diǎn)技術(shù)外,Yole Developpement的新報(bào)告也聚焦了逐漸于各種應(yīng)用領(lǐng)域受到歡迎的銅柱凸點(diǎn)技術(shù)。銅柱凸點(diǎn)獲得大量采用的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自數(shù)個(gè)方面,包括窄間距(very fine pitch)、UBM,以及high Z standoff制程等。
以晶圓片數(shù)量計(jì)算,銅柱凸點(diǎn)倒裝芯片產(chǎn)能預(yù)期將在2010到2018之間達(dá)到35% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR);銅柱凸點(diǎn)產(chǎn)能已經(jīng)在第一大倒裝芯片制造商英特爾(Intel)的產(chǎn)能占據(jù)很高比例,預(yù)期到2014年,有超過(guò)50%的凸點(diǎn)晶圓是采用銅柱。
至于運(yùn)用于2.5D IC與 3DIC 制成的微凸點(diǎn)技術(shù),可望在2013年隨著APE、 DDR內(nèi)存等新型態(tài)應(yīng)用,拉高市場(chǎng)對(duì)倒裝芯片的需求,并帶來(lái)新的挑戰(zhàn)與新技術(shù)發(fā)展。如今的倒裝芯片技術(shù)已可支持各種制程技術(shù)節(jié)點(diǎn),以因應(yīng)各種應(yīng)用的特定需求。
而最終凸點(diǎn)技術(shù)將演進(jìn)至直接將IC與銅墊片接合;這種以無(wú)凸點(diǎn)銅對(duì)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(duì)IC連結(jié)密度,使其成為更適合未來(lái)推進(jìn)摩爾定律極限的晶圓級(jí)3D IC整合方案。
簡(jiǎn)化的FC BGA技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖
臺(tái)灣地區(qū)擁有最大的倒裝芯片凸點(diǎn)制程產(chǎn)能
全球各大半導(dǎo)體封測(cè)業(yè)者正準(zhǔn)備生產(chǎn)以FC-BGA為基礎(chǔ)形式的銅柱凸點(diǎn)制程,也不會(huì)限制銅柱凸點(diǎn)在FC-CSP上的運(yùn)用,這讓各種組件如CPU、GPU、芯片組、APE、BB、ASIC、FPGA及內(nèi)存等供貨商,都有機(jī)會(huì)采用銅柱凸點(diǎn)倒裝芯片技術(shù)。估計(jì)銅柱凸點(diǎn)產(chǎn)能將在2010到2014期間快速增長(zhǎng)(年復(fù)合增長(zhǎng)率31%),規(guī)模在2014年達(dá)到900萬(wàn)片晶圓,并支持微凸點(diǎn)技術(shù)及先進(jìn)CMOS IC凸點(diǎn)技術(shù)的增長(zhǎng)需求。
在正值轉(zhuǎn)變期的中段制程領(lǐng)域,各家CMOS晶圓廠(chǎng)正在大力推廣晶圓凸點(diǎn)技術(shù)服務(wù)──包括臺(tái)積電(TSMC)、GLOBALFOUNDRIES等晶圓代工大廠(chǎng);而凸點(diǎn)技術(shù)供貨商(FCI、Nepes等)以及半導(dǎo)體封測(cè)業(yè)者,則是專(zhuān)注于投資先進(jìn)凸點(diǎn)技術(shù)。在2012年,半導(dǎo)體封測(cè)業(yè)者貢獻(xiàn)31%的ECD焊錫凸點(diǎn)(solder bump)技術(shù)安裝產(chǎn)能,及22%的銅柱凸點(diǎn)技術(shù)安裝產(chǎn)能。
以區(qū)域來(lái)看,臺(tái)灣地區(qū)擁有全球最大的是整體凸點(diǎn)產(chǎn)能(不分冶金技術(shù)),主要來(lái)自晶圓代工廠(chǎng)與半導(dǎo)體封測(cè)業(yè)者;而臺(tái)灣地區(qū)目前是焊錫與銅倒裝芯片凸點(diǎn)外包市場(chǎng)的龍頭。受惠于半導(dǎo)體中段制程聚合趨勢(shì),倒裝芯片市場(chǎng)正在增長(zhǎng),且可能對(duì)傳統(tǒng)“IDM vs.無(wú)晶圓廠(chǎng)”的供應(yīng)鏈生態(tài)帶來(lái)前所未有的挑戰(zhàn)。