IC封裝基板市場蓬勃發展
目前IC封裝技術的發展主流是:倒裝芯片(Flip Chip,FC)、晶片級(Wafer Level)封裝及銅制程相關的封裝技術。其中,倒裝芯片技術近幾年在國外已得到很大發展,許多企業已相繼投入開發。而晶片級封裝技術因具有短小輕薄、高的電氣特性及低廉的制造成本等優點,預計在未來3至5年內將邁入發展的成熟期,并將會首先應用在存儲IC(Memory IC)封裝器件上。
以BGA、CSP、TAB、MCM為代表的封裝基板(Package Substrate,簡稱PKG基板),是半導體芯片封裝的載體,封裝基板目前正朝著高密度化方向發展。而積層法多層板(BUM)是能使封裝基板實現高密度化的新型PCB產品技術。
世界封裝市場發展趨勢
由于電子信息產品的高密度化及小型化的需求,半導體IC封裝器件從原來的采用低引腳數(200個以下)的QFP封裝方式,演變、發展至目前較多引腳數(300個以上)的BGA(Ball Grid Array)、FC(Flip Chip)、Bare Chip(裸芯片安裝)等封裝方式。這一加多引腳數的趨勢仍將迅速發展。在封裝方面,今后幾年I/O引腳將按1680、3280、8440的數量而進展。引腳節距將迅速向更微小方向發展。與此相對應的是,搭載半導體集成電路的封裝基板將會出現更高密度的布線。
另外,近年來為了適應便攜式產品要求,在IC設計方面,正朝著單芯片化(One Chip)技術方向發展。而在封裝形式上,也向著芯片級封裝(Chip Scale Package/Chip Size Package,簡稱CSP)方向進展。
根據Electronic Trend Publication(ETP)公司的調查結果,1999~2004年期間,世界IC封裝的產量年均增長率為10.78%。其中BGA的年均增長率達到28.92%,而CSP為53.04%。由此可見,可以實現多引腳、高密度化、更加小型化的BGA(FC-BGA)及CSP封裝基板的市場將持續高速地增長。
世界IC封裝基板市場現狀
電子信息產品在輕薄短小方面的不斷需求,驅動著印制電路板朝著細線化、微小孔化技術方向發展。加上小型化的表面安裝技術的不斷進步,使得對高檔次IC封裝基板的需求不斷提高。
由于目前電子安裝以高密度化、體積小型化為主要目標,這使得高密度互連(HDI)PCB的市場得到了快速發展。另外,未來具有發展前景的新型封裝形式主要是BGA、CSP,它們的技術層次高且附加值高。基于上述兩方面原因,目前日本、美國、我國臺灣地區、韓國、歐洲等都對發展這類高密度互連的PCB十分重視。封裝所用的基板成本占整個封裝器件產品制造成本的比例是很高的。以BGA為例,約占40~50%。而Flip Chip用基板,則占的成本比例更高,約達到70~80%。圖1為Prismark調查全世界IC封裝基板生產值統計,采用BUM工藝技術制造IC封裝基板產值統計為表1所示。
表1:BUM技術制造IC封裝基板產值統計 單位:百萬美元
1999年 2004年 年均增長率(CAGR)%
剛性IC封裝基板 1179 3222 22.3
饒性IC封裝基板 173 492 23.2
積層法IC封裝基板 792 3462 34.2
總計 2143 7173 27.3
日本在積層法多層板技術方面捷足先登,并且目前已走向成熟階段。因此它在世界在BUM方面占有大部分的市場。若按封裝形態來看,全球1999年PGA、BGA、CSP及MCM-L基板,所占的比例分別為11.6%、71.9%、4.91%及11.57%。預計在2004年PGA基板的市場需求量將會降至3.91%。而CSP基板的市場需求量將會相應地有所增加。
根據Prismark對2000年全世界BGA基板市場以及安裝技術發展的調查認為,未來幾年,陶瓷基板將越來越多地被具有低成本、小型化優勢的有機樹脂基板所替代,倒裝芯片型BGA(FC-BGA)是未來小型化電子產品生產中的主導性尖端技術之一(見表2)。
表2 2000—2004年世界BGA基板市場需求值 單位:百萬美元
CBGA 1MTBGA 2MTBGA 2SPBGA Cavity BGA FCBGA 總計
2000年 305.5 53.9 166.6 565.3 439.4 812.2 2193
2004年 275 80.1 35 1009 507.4 3255 5161.5
CAGR(5) -2.08 8.25 16.09 12.29 2.96 32 18.27
表3 2000—2004年世界CSP基板市場需求 單位:百萬美元
封裝基板類型 引線框架型CSP基板 TAB 陶瓷基板 剛性基板 饒性基板 FC-CSP 總計
2000年 26.3 44.6 19.2 36.5 119 32 277.4
2004年 16.6 63.8 38.2 196.1 217.8 560.7 1093.2
CAGR(%) -8.79 7.42 14.75 39.97 12.85 77.30 31.56
而CSP基板2000年的全球市場規模為2.8億美元,到2004年將會達到10.9億美元,年均增長率為31.56%。表3顯示了不同類型的CSP基板2000年、2004年的預測市場需求量。可以看出:傳統的引線架型封裝方式已無法適應高密度、小型化半導體IC器件發展的需求。未來的電子安裝趨勢將是以FC-CSP為主流的方式。
IC封裝基板的主要生產基地
目前,世界上IC封裝基板產值排前三名的地區依次是:日本、亞洲(除日本)及美國。日本在世界IC封裝基板市場上的占有率接近80%,亞洲約為12%,美國為8%左右。而歐洲及世界其它地區所占有的比例則相當小。
一般將能實現高密度的積層法多層板制成的封裝基板為高檔次IC封裝基板。高密度化PCB就是具有高可靠度的微細導線及微細導通孔化的PCB,它一般的導線寬度為75um,導通孔孔徑在150um以下。積層法多層板是最典型的高密度化PCB。這種高密度化的PCB尤其符合IC封裝基板的發展趨勢。
積層法多層板在世界上的主要生產廠家大多數來自于日本。但近兩、三年我國臺灣、韓國等地區已出現了不斷擴大積層法多層板產量的勢頭。這種發展主要表現在為滿足IC封裝基板等高密度化PCB產品的需求,而投資添置激光鉆孔機等高檔次設備方面。目前,日本已有較多PCB廠家擁有幾臺或幾十臺激光鉆孔機。而我國臺灣地區目前已擁有十幾臺激光鉆孔機(2000年底統計),并且還在不斷地增加,也初步具有了在世界上爭奪IC封裝基板市場的競爭實力。
在美國,目前僅剩Honeywell ACI公司有實力以激光鉆孔技術制造積層法多層板。而其它公司,如IBM、Hadcu及Multek等公司都無此技術。未來美國將會朝著適于高檔次IC封裝基板工藝的相關設備研制、開發的方向努力。
歐洲地區目前有能力以激光鉆孔技術生產積層法多層板的廠商有:AT&S(奧地利)、Aspocomp(芬蘭)、PPE等三家公司。估計該三個廠商將以50%以上的增長速度去發展積層法多層板。
目前PBGA基板及CSP基板的主要生產供應商有JCI(日本)、Ibiden(日本)、Samsung(韓國)、LG(韓國)及PPT等公司。值得重視的發展動向是,近幾年來在市場上的占有率有迅猛增長的趨勢。因此,自2001年起的今后幾年發展中,世界PBGA基板市場格局將會有很大改變。
在TBGA基板方面,目前日本廠商仍然占據主導地位。日本的主要供應商包括:Shinko、Hitachi Cable、Mitsui及Sumitomo等公司。另外,我國香港地區的Compass公司以及3M公司,都有投資此市場的動向。