從今年上半年開始,LED照明需求已較過去幾年同期間有更高的成長力道,且市場更看好下半年需求仍會再放大,但即使需求量明顯增加,然隨著產品價格不斷下滑,各廠家近幾年來面臨產能供過于求窘況,尤其中國芯片廠主力生產的中低功率芯片產品更是呈現價格紅海。而晶粒廠為突破市場困境,持續往高價值產品邁進,近期更積極拓展覆晶(flipchip)技術,以期能導入量產,目前PHILIPSLumileds、CREE都已經推出運用技術產品,而臺廠新世紀也于第2季開始小量出貨,臺積電轉投資的臺積固態照明也見到積極開發動作。
發展歷史及其趨勢
盡管覆晶技術具備高達19%的年復合成長率,但并非新技術,早在三十年前就由IBM首次引進市場;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。但事實上,覆晶封裝不斷隨著時代演進,甚至發展出新型的微凸塊封裝方案,以支援3DIC及2.5D等最先進IC制程技術。
事實上,無論使用哪種封裝技術,最終都還是需要凸塊(bumping)這個制程階段。2012年,凸塊技術在中段制程領域占據81%的安裝產能,約當1,400萬片12寸晶圓;晶圓廠裝載率同樣為高水準,特別是銅柱凸塊平臺(Cupillarplatform,88%)。
在覆晶封裝市場規模方面,估計其2012年金額達200億美元(為中段制程領域的最大市場),YoleDeveloppement預期該市場將持續以每年9%速度成長,在2018年可達到350億美元規模。
而除了已經使用覆晶封裝好一段時間的傳統應用──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據覆晶封裝相當大的產量。預期覆晶封裝技術也將在行動與無線裝置(如智慧型手機)、消費性應用(平板電腦、智慧型電視、機上盒)、電腦運算,以及高效能/工業性應用像是網路、伺服器、資料處理中心及HPC等方面產生大量需求。
新一代的覆晶封裝IC預期將徹底改變市場面貌,并驅動市場對晶圓凸塊技術的新需求;YoleDeveloppement先進封裝技術分析師LionelCadix表示:「在3D整合及超越摩爾定律的途徑方面,覆晶封裝是關鍵技術之一,并將讓晶圓整合實現前所未見的精密系統!苟簿Х庋b正隨著產業對新式銅柱凸塊及微凸塊技術的需求而重新塑形,正逐漸成為晶片互連的新主流凸塊冶金技術。
除了主流的凸塊技術外,YoleDeveloppement的新報告也聚焦了逐漸于各種應用領域受到歡迎的銅柱凸塊技術。銅柱凸塊獲得大量采用的驅動力來自數個方面,包括超細間距(veryfinepitch)、無凸塊下金屬層(UBM),以及highZstandoff制程等。
以晶圓片數量計算,銅柱凸塊覆晶封裝產能預期將在2010到2018之間達到35%的年復合成長率(CAGR);銅柱凸塊產能已經在第一大覆晶封裝制造商英特爾(Intel)的產能占據很高比例,預期到2014年,有超過50%的凸塊晶圓是采用銅柱。
至于運用于2.5DIC與3DIC制成的微凸塊技術,可望在2013年隨著APE、DDR記憶體等新型態應用,拉高市場對覆晶封裝的需求,并帶來新的挑戰與新技術發展。如今的覆晶封裝技術已可支援各種制程技術節點,以因應各種應用的特定需求。
而最終凸塊技術將演進至直接將IC與銅墊片接合;這種以無凸塊銅對銅接合的3DIC整合方案,預期將可提供高于4x105cm2的IC對IC連結密度,使其成為更適合未來推進摩爾定律極限的晶圓級3DIC整合方案。
臺灣是全球覆晶封裝凸塊制程產能第一大
全球各大半導體封測業者正準備生產以覆晶球柵陣列(fcBGA)為基礎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及記憶體等供應商,都有機會采用銅柱凸塊覆晶封裝技術。估計銅柱凸塊產能將在2010到2014期間快速成長(年復合成長率31%),規模在2014年達到900萬片晶圓,并支援微凸塊技術及先進CMOSIC凸塊技術的成長需求。
在正值轉變期的中段制程領域,各家CMOS晶圓廠正在大力推廣晶圓凸塊技術服務──包括臺積電(TSMC)、GLOBALFOUNDRIES等晶圓代工大廠;而凸塊技術供應商(FCI、Nepes等)以及半導體封測業者,則是專注于投資先進凸塊技術。在2012年,半導體封測業者貢獻31%的ECD焊錫凸塊(solderbump)技術安裝產能,及22%的銅柱凸塊技術安裝產能。
以區域來看,臺灣擁有全球最大的是整體凸塊產能(不分冶金技術),主要來自晶圓代工廠與半導體封測業者;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,且可能對傳統的供應鏈生態帶來前所未有的挑戰。
臺廠著手覆晶技術突破市場困境
覆晶是將傳統式LED倒置后,LED芯片上的電極將直接與基板上直接接觸,因發光面積大,而有更好的光效,另外還有散熱佳、免打線等優點,但因機臺產線必須要重新購入及架設,開發成本極高,使得多數芯片廠卻步。
目前國際大廠導入覆晶技術來量產產品的業者有PHILIPSLumileds、CREE等,其中,PHILIPSLumileds還于今年2月發表LUXEON LED倒裝芯片,鎖定客群為燈具制造廠。PHILIPSLumileds表示,相較于傳統的打線構造使封裝和LED功率遭受遇局限,LUXEON LED倒裝芯片可被封裝得更緊密,且能在高電流下驅動,因此