凸點(diǎn)技術(shù)精進(jìn) 倒裝芯片市場快速增長
市場研究機(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;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,無論使用哪種封裝技術(shù),最終都還是需要凸點(diǎn)(bumping)這個制程階段。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)1,400萬片12英寸晶圓;晶圓廠裝載率同樣為高水平,特別是銅柱凸點(diǎn)平臺(Cu pillar platform,88%)。
在倒裝芯片市場規(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),Yole Developpement預(yù)期該市場將持續(xù)以每年9%速度增長,在2018年可達(dá)到350億美元規(guī)模。而接下來五年內(nèi),倒裝芯片產(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)用的推動下,銅柱凸點(diǎn)正逐步成為倒裝芯片的互連首選。
如筆電、臺式計(jì)算機(jī)、CPU、繪圖處理器(GPU)、芯片組等傳統(tǒng)應(yīng)用在很長一段時間里都用的是倒裝芯片技術(shù),而且雖然增長速度趨緩但仍占據(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)也將在移動與無線設(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;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)期將徹底改變市場面貌,并驅(qū)動市場對晶圓凸點(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)前所未見的精密系統(tǒng)?!倍寡b芯片正隨著產(chǎn)業(yè)對新式銅柱凸點(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)動力來自數(shù)個方面,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,拉高市場對倒裝芯片的需求,并帶來新的挑戰(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;這種以無凸點(diǎn)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。
簡化的FC BGA技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖
臺灣地區(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(年復(fù)合增長率31%),規(guī)模在2014年達(dá)到900萬片晶圓,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點(diǎn)技術(shù)服務(wù)──包括臺積電(TSMC)、GLOBALFOUNDRIES等晶圓代工大廠;而凸點(diǎn)技術(shù)供貨商(FCI、Nepes等)以及半導(dǎo)體封測業(yè)者,則是專注于投資先進(jìn)凸點(diǎn)技術(shù)。在2012年,半導(dǎo)體封測業(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)域來看,臺灣地區(qū)擁有全球最大的是整體凸點(diǎn)產(chǎn)能(不分冶金技術(shù)),主要來自晶圓代工廠與半導(dǎo)體封測業(yè)者;而臺灣地區(qū)目前是焊錫與銅倒裝芯片凸點(diǎn)外包市場的龍頭。受惠于半導(dǎo)體中段制程聚合趨勢,倒裝芯片市場正在增長,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)。