解析臺廠“覆晶技術(shù)”如何突破市場困境

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(chǎn)品價格不斷下滑，各廠家近幾年來面臨產(chǎn)能供過于求窘?jīng)r，尤其中國芯片廠主力生產(chǎn)的中低功率芯片產(chǎn)品更是呈現(xiàn)價格紅海。而晶粒廠為突破市場困境，持續(xù)往高價值產(chǎn)品邁進(jìn)，近期更積極拓展覆晶(flipchip)技術(shù)，以期能導(dǎo)入量產(chǎn)，目前PHILIPSLumileds、CREE都已經(jīng)推出運用技術(shù)產(chǎn)品，而臺廠新世紀(jì)也于第2季開始小量出貨，臺積電轉(zhuǎn)投資的臺積固態(tài)照明也見到積極開發(fā)動作。

發(fā)展歷史及其趨勢

盡管覆晶技術(shù)具備高達(dá)19%的年復(fù)合成長率，但并非新技術(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(Cupillarplatform，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)，YoleDeveloppement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。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；YoleDeveloppement先進(jìn)封裝技術(shù)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(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�覆晶封裝正隨著產(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，YoleDeveloppement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(veryfinepitch)、無凸塊下金屬層(UBM)，以及highZstandoff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2.5DIC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3DIC整合方案，預(yù)期將可提供高于4x105cm2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3DIC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)CMOSIC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(solderbump)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)的供應(yīng)鏈生態(tài)帶來前所未有的挑戰(zhàn)。

臺廠著手覆晶技術(shù)突破市場困境

覆晶是將傳統(tǒng)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(fā)光面積大，而有更好的光效，另外還有散熱佳、免打線等優(yōu)點，但因機(jī)臺產(chǎn)線必須要重新購入及架設(shè)，開發(fā)成本極高，使得多數(shù)芯片廠卻步。

目前國際大廠導(dǎo)入覆晶技術(shù)來量產(chǎn)產(chǎn)品的業(yè)者有PHILIPSLumileds、CREE等，其中，PHILIPSLumileds還于今年2月發(fā)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(tǒng)的打線構(gòu)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(qū)動，因此