集成电路(IC)封装是伴随集成电路的发展而前进的。随着宇航、航空、机械、轻工、化工等各个行业的不断发展,整机也向着多功能、小型化方向变化。这样,就要求IC的﹐集成度越来越高,功能越来越复杂。相应地要求集成电路封装密度越来越大,引线数越来越多,而体积越来越小,质量越来越轻,更新换代越来越快,封装结构的合理性和科学性将直接影响集成电路的质量。
1IC封装基板概述
1.1封装概述
传统的IC封装,是使用导线框架作为IC导通线路与支撑IC的载具,它连接引脚于导线框架的两旁或四周。随着IC封装技术的发展,引脚数增多(超过300个引脚),传统的QFP(四侧引脚扁平封装)封装形式已对其发展有所限制。这样,在20世纪90年代中期一种以BGA(球门阵列封装)、CSP(芯片尺寸封装)为代表的新型IC封装形式问世,随之也产生了一种半导体芯片封装的必要新载体,这就是IC封装基板。目前,IC基板依其封装方式的主流产品包括BGA、CSP及FC(倒装封装)三类基板,后两者是主流。
封装的主要作用:①将裸露的芯片与空气隔绝,防止芯片上的电路腐蚀;②物理机械支撑作用,防止外力对芯片的破坏;③高精细化的芯片与较低精细化的印制电路板之间需要一个较精细化的封装基板作为传递信息中间桥梁。
封装一般可以分为5个封装等级,如图7-1所示。
(1)零级封装(level 0):指还没有进行封装的芯片或晶元(wafer/die)。(2)一级封装(level 1):指基板(substrate)和芯片(die)的封装。
(3)二级封装(level 2):指一级封装结构封装到印制电路板上。(4)三级封装(level 3):指组装后的系统级。
(5)四级封装(level 4):系统之间的联接,如电脑之间的联接。
1.2IC封装技术
从20世纪70年代前后,电子封装从无到有,从三极管到芯片部件封装,从插入式封装到表面贴装式封装,从金属封装、陶瓷封装、金属陶瓷封装到塑料封装。而塑料封装成本低、工艺简单,且适于大批量生产,因此其具有极强的生命力,自诞生起发展越来越快,在封装中占的份额也越来越大。
IC封装工艺制作流程可以分为两大部分:在用塑料封装之前的工序称为前段工序,成形之后的工序称为后段工序。图7-2为IC封装的基本流程。
1.硅片减薄
芯片厚度对芯片的分割带来一定的困难,因此芯片线路层制作完成后,需要对硅片背面进行减薄,使其达到需要的厚度,在芯片背面贴装一层带有金属环或是塑料框架的薄膜(蓝膜)以保护芯片线路,再进行后续切割。
硅片背面减薄技术主要有磨削、研磨、化学抛光、干式抛光、电化学腐蚀、湿法腐蚀、等离子增强化学腐蚀、常压等离子腐蚀等。
2.芯片切割
通过晶圆切割分离为各个芯片的过程,称为芯片切割。采用的设备称为切割机,也可称为划片机。
现在切割机都采用自动的,刀片一般采用脉冲激光或金刚石。切割分为部分切割(不·划到底,留有残留厚度)和完全切割划片。完全切割一般切割边缘整齐很少会有裂口;部分切割,采用顶针顶力使芯片间完全分开,故端口或多或少会出现少量微裂纹和凹槽。
通常,减薄工艺和芯片切割通常合在一起形成两种技术:其一,先切割后减薄(dicing before grinding,DBG)。在背面磨削前,将硅片的正面切割出一定深度的切口,然后再进行磨削。其二,减薄切割(dicing by thinning,DBT)。在减薄之前先用机械的或化学的方法切割出一定深度的切口,然后用磨削方法减薄到一定的厚度后,采用常压等离子腐蚀技术去除剩余加工量。这两种技术都可以避免或减少减薄引起的硅片翘曲以及划片引起的边缘损害,增加了芯片的抗碎能力。DBT还能去除硅片背面研磨损伤,并去除芯片引起的微裂和凹槽。
3.芯片贴装
芯片贴装(die mount)又称芯片粘贴,是将芯片固定于封装基板或引脚架承载座上的工艺过程。芯片贴装的设备称为贴片机。芯片贴装方式主要可分为4种方法:共晶粘贴法、焊接粘贴法、导电胶粘贴法及玻璃胶粘贴法。
1)共晶粘贴法
共晶反应是指在一定的温度下一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应。开始发生反应的点叫做共晶点。所生成的两种固相机械地混合在一起,形成有固定﹐化学成分的基本组织,被统称为共晶体。
把芯片置于已经镀了金膜的陶瓷基板的芯片承载座上,在一定的压力下(摩擦或超声),以氮气作为保护气体,再加热到共晶点温度,当温度高于共晶温度时,金硅合金化成液态的Au-Si共融体。冷却后,当共熔体由液相变为以晶粒形式互相结合的机械混合物——金硅共熔体而全部凝固,从而形成了牢固的欧姆接触,即共晶粘贴。
2)焊接粘贴法
焊接粘贴法是一种利用合金反应进行芯片粘贴的工艺方法。其工艺流程是在热氮气气氛下把芯片背面沉积一定厚度的金或者镍,焊盘上淀积金一钯-银或者铜的金属层,用铅一锡合金制作的合金焊料把芯片焊接在焊盘上。合金焊料可分为硬质焊料和软质焊料。硬质焊料和软质焊料优缺点对比如表7-1所示。
3)导电胶粘贴法
导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂,它通常以基体树脂(如环氧树脂)和导电填料即导电粒子(如银粉)为主要组成成分,通过基体树脂的黏结作用把导电粒子结合在一起,实现材料的导电连接。导电粒子起导电作用,而基体树脂起黏结作用。高分子树脂与铜引脚的热膨胀系数相近,导电胶法是封装常用的芯片粘结法。导电胶分为膏状导电胶和固体薄膜。
膏状导电胶:把芯片精确置于用针筒或注射器将导电胶(黏结剂)涂覆合适的厚度和轮廓的芯片焊盘上进行固化。
固体薄膜:将其切割成合适的大小放置于芯片和基柱之间,然后再进行热压接合。采用固体薄膜导电胶能自动化大规模生产。
4)玻璃胶黏结法
玻璃胶与导电胶类似,是把起导电作用的金属粉、低温玻璃粉和有机溶剂混合制成膏状。采用玻璃胶粘贴时,用盖印、丝网印刷、点胶等方法将玻璃胶涂布在基板的芯片座上,将芯片置放在玻璃胶上,将基板加温到玻璃熔融温度以上即可完成粘贴。由于完成粘贴的温度比导电胶高,所以只适用于陶瓷封装中。
表7-2为各种芯片黏结法原理、技术要点以及优缺点的比较表。
4.芯片互连
芯片互连是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属焊区相连接。常见的芯片互连方式有引线结合( wire bonding,WB)、倒装芯片键合(flip chip bonding,FCB)和载带自动键合(tape automate bonding,TAB)。
三种连接技术对于不同的封装形式和集成电路芯片集成度的限制各有不同的应用范围:打线键合适用引线数为3~257;载带自动键合的适用引脚数为12~600;倒装芯片键合适用引脚数为6~16000。故倒装芯片键合适用于高密度组装。
1) Wire bonding工艺技术
Wire bonding(简称WB)工艺技术是封装前芯片内部电路与基板或芯片之间采用高纯金属导线把芯片的焊区和微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区(pad)键合起来的工艺技术。确保芯片与封装基板外部电气互连、输入/输出畅通,是封装流程中重要的一步。打线键合技术可分为超声波键合、热压键合和热超声波键合。
连接线包括:金线、铝线以及铜线。其中金线具有良好的抗腐蚀性、韧性强、电导率大以及导热性良好等优点,故使用广泛;铝线由于加热易氧化,故不宜形成焊球,韧性和耐热性均不及金线,同时,铝线的延展波动大,同一批次产品性能相差较大;铜线成本低,强度高、导电性好及导热性强,但抗腐蚀能力较弱,键合需要的压力大易破坏芯片。综上所述金线是目前最理想的键合线。芯片与封装基板通过键合引线连接后,再用具有特殊保护功能的有机材料精密覆盖时使之与外界隔离,具有较高的稳定性及抗氧化、抗腐蚀性。
目前,评估WB是否良好主要通过拉力测试以及延展性测试。以金线为例,选取固定长度金线,将两头固定,以稳定的速度对其进行拉扯,读取其被拉断时延展的长度以及被拉断时所施加的力度。
WB工艺实现简单、成本低,是目前使用最为广泛的封装形式。图7-3为WB封装基板实物图,图7-4(a)是打金线的过程图,图7-4(b)是封装后的3d截面图,图7-4(c)是引线键合连接结构,图7-4(d)是封装厚的切面示意图。
2)载带自动键合技术
载带即带状载体,是指带状绝缘薄膜上载有由覆铜箔经蚀刻而形成的引线框架,载带一般由PI制作,两边设有与电影胶片规格统一的送带孔。载带自动键合技术是指用蜘蛛式引线图像的金属箔丝把芯片焊区与电子封装外壳的I/O或基板上的金属布线焊区互连的工艺技术。其制作流程:首先在高聚物上完成元器件引脚的导体图样,然后将晶片按其键合区对应放在上面,最后通过热电极一次性将所有的引线进行批量键合。如图7-5所示为TAB基板实物图。
TAB的关键技术是芯片凸点技术。IC芯片表面均镀有钝化保护层,厚度高于电镀的键合点,因此必须在芯片的键合点或者TAB载带的内引线前段先长成键合凸块才能进行后续键合,通常把TAB载带技术分为凸块化载带和凸块化芯片两大类。图7-6为金凸块的制作流程图。
TAB技术与WB技术相比的优点:
(1)TAB引线的键合平面低,其结构轻、薄、短、小、高度<1mm。(2)TAB的电极尺寸、电极和焊区的间距比WB减小。
(3)相应可容纳的I/O引脚更多,安装密度更高。
(4)TAB的引线R、C、L均比WB小,速度更快,高频特性较好。(5)采用TAB互联可对IC芯片进行电老化、筛选和测试。
(6)TAB采用Cu箔引线,导热、导电好,机械强度高。(7)TAB焊点键合拉力比WB高3~10倍。
(8)载带的尺寸可实现标准化和自动化,可规模生成,提高效率,降低成本。3)Flip chip工艺技术
Flip chip(简称FC)是指通过芯片上的焊球直接将元器件朝上互连到基板,也可称为DCA(direct chip attach)。图7-7为FC封装基板实物图,图7-8为FC封装后切面结构图,图7-9为FC倒装片微互联用电极凸点的结构。其凸点的制作方法主要有蒸发/溅射凸点制作法、电镀凸点制作法、置球及模板印刷制作焊料凸点法。.
WB封装的芯片是芯片正面朝上,FC封装的芯片则为正面朝下,芯片上的焊区直接与基板上的焊区互连,因而FC技术的互连线非常短;产生的杂散电容、互连电阻、互连电感均比WB小得多,从而更适用于高频、高速的电子产品;芯片安装和互连可同时进行,工艺简单、快速;在FC封装中,芯片所占面积小,故芯片的安装密度增大,大大增加了I/O数,而且集成性以及互联性得到大大提高。但是,FC封装安装互连工艺有难度,芯片朝下,焊点检查困难;凸点工艺复杂,成本高;同时,其散热效果较低,有待提高。
5.成型技术
芯片互连完成后,将芯片和引线框架包装起来的技术称为成型技术。成型技术有金属封装、塑料封装、陶瓷封装等,但从成本的角度和其他方面考虑,塑料封装是最为常见的封装方式,它占据90%左右的市场。
塑料封装的成型技术包括转移成型技术( transfer molding)、喷射成型技术(inject molding)、预成型技术( pre-molding)等。目前,主要使用的是转移成型技术。转移成型技术使用材料一般为热固化聚合物。热固性塑料成型工艺是将“热流道注塑”和“压力成型”组合的一种工艺,即传统热流道注塑成型中,熔体腔室中保持一定的温度﹐在外加压力作用下,熟料进行芯片成型,并在模具型腔体内获得一定性质的芯片外形。
6.去飞边毛刺
飞边毛刺现象是指塑料封装中塑料树脂出现溢出、贴带毛边、引线毛刺等现象。去毛刺的主要工艺流程为:介质去飞边毛刺→溶剂去飞边毛刺→水去飞边毛刺。
介质去飞边毛刺:是将研磨料(如颗粒状的塑料球)与高压空气一起冲洗模块。此过程中介质会将框架引脚的表面轻微擦磨,有助于焊料和金属框架的黏连。
溶剂去飞边毛刺:通常只适用于很薄的毛刺,溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)或双甲基呋喃(NMF)。
水去飞边毛刺:是利用高压的水流冲击模块,有时会将研磨料与高压水流一起使用。
7.切筋成型
切筋成型工艺是指切除框架以外引脚之间的堤坝以及在框架带上连在一起的地方,把引脚弯成一定形状,以适合装配的需要。切筋成型工艺分成两道工序,可同时在机械上完成。先切筋,然后完成上焊锡,再进行成型工序,其好处是可以减小没有上焊锡的截面面积,如切口部分的面积。
8.打码
打码是在封装模块上的顶面印上去不掉的、字迹清晰的标识,包括制造商的信息、国家、期间代码等。最常用印码方式是油墨码和激光码两种。
油墨打码:用橡胶来刻制打码标识。油墨是高分子化合物,需要进行热固化或使用紫外光固化。油墨打码对表面要求较高,表面有污染油墨则打不上。
激光印码:利用激光在模块表面写标识。激光打码最大的优点是印码不易擦去,工艺简单;缺点是字迹较淡。
9.上焊锡
封装后对框架外引线进行上焊锡处理,其目的是在框架引脚做保护层和增加其可焊性。目前上焊锡主要有两种方法:电镀和浸锡。
电镀工序流程:
清洗→在电镀槽中进行电镀→冲洗→吹干→烘干(烘箱中)。浸锡工序流程:
去飞边→去油→去除氧化物→浸助焊剂→热浸锡→清洗→烘干。
浸锡容易引起镀层不均匀,中间厚,边上薄(表面张力作用引起),电镀中间薄四周尤其是边角厚(电荷聚集效应引起)。电镀液还会造成粒子污染。
1.3 一种新型封装技术——埋嵌芯片技术
埋嵌芯片技术是指将芯片嵌入封装基板后,再进行图形电镀使芯片与基板的线路相互连接的一种工艺技术。埋嵌技术按不同的焊盘连接方式以及导通孔连接方式进行分类,
1.埋嵌芯片技术的优点
1)使系统具有更高密度化或微小型化
常规的芯片是安装在封装基板的表面的,所有的信号连线都是设计且排设在PCB表面焊盘上。而把芯片埋置到封装基板内部而形成的系统封装,将明显缩短和减少连接点、导线、焊盘和导通孔,因而具有更大的集成度、灵活性和适应性。
2)提高系统功能的可靠性
把芯片埋置到封装基板内部与“大气”环境隔离开来,使这些芯片受到最有效的保护﹔同时,由于这些芯片埋置到印制板内部的位置而具有最短的导线(或导通孔)连接,因而消除和减少“连接”的故障率。
3)改善信号传输的性能
由于芯片隔绝大气环境得到最好的保护,所以信号传输更加稳定;连接线、焊盘和导通孔的减短或减少,保证了信号传输的完整性。
4)可更快进入市场、降低生产成本
芯片与基板同时同地生产,既减少了运输、存储和管理过程,又减少了“反复”检验、复查等步骤。生产周期缩短,则能够更快进入市场,且成本降低,提高了产品市场的竞争力。
2.有源元件埋置于基板之间的缺点
有源元件埋置于基板之间的缺点有下述几点:
(1)作为传统封装载体的封装基板的制造工程,要进行重大改变,因此现有许多封装基板厂家难以适应这种转变。
(2)对于印制电路板厂来说,由于受生产效益和经济利益制约,不能保证埋置有源元件的制品完全合格。对此,当务之急是建立一套设计、检查测定方法和标准。
(3)在产业结构上需要解决的问题很多,例如需要建立从多个厂家供应芯片的体制等。
3.埋嵌芯片技术的种类
埋嵌芯片技术可分为:先埋嵌芯片再制作基板、中途埋嵌芯片和最后埋嵌芯片。图7-1l为埋嵌芯片结构示意图,首先将芯片贴合在半成品的基板上,再通过层压将树脂灌入芯片与基板之间,通过图形电镀将芯片线路与基板线路导通,最后继续制作基板线路。该技术可以极大地降低封装基板和芯片的总厚度,且可靠性更好。埋嵌芯片的技术需要十分成熟的封装基板制作技术,一旦出现报废,芯片也会同时报废。
1.4IC封装基板概念、特点及作用
1.IC封装基板的概念
集成电路封装基板即IC封装基板,又称IC封装衬底、IC封装载板,是半导体芯片封装不可缺少的载体,在芯片与传统印制电路板连接中起关键性作用。随着现代技术向“短小轻薄化”以及高效、高密和高性能的方向发展,对封装基板大小、功耗、阻抗、散热、结构、I/O引脚数、可测性以及成本都有更高的要求。
封装基板是将较小体积的芯片(die)和较大体积的印制电路板连接在一起的中间结构。图7-12为芯片、封装基板以及印制电路板的关系示意图。
根据线宽线距可对电路板进行如下分类:
(1)传统的印制电路板,也称为“母板”:线宽/线距≥>50pm/50um。(2)低端封装基板:线宽/线距50~30um/50~30um。
(3)中端封装基板:线宽/线距30~10um/30-10pm。(4高端封装基板:线宽/线距<10um/10um。
2.IC封装基板的特点
与传统的印制电路板相比,封装基板有如下特点:
(1)从结构上讲,封装基板与传统的印制电路板类似。但封装基板的体型更小更薄,线路精度要求更高,其孔径一般在40~120um。
(2)几乎不存在电镀通孔制程,均是由电镀盲孔或铜柱进行层间连接。(3)封装基板的层数一般为1一8层,10层及以上的情况比较少见。(4)制作流程更复杂,通常需要上百道工序。
3.IC封装基板的作用
(1)最重要的作用是连接芯片和传统印制电路板。芯片一般引脚细且密,传统PCB并不能满足这样的精度要求,故需要较为精密的封装基板作为过渡体连接芯片与PCB。
(2)对芯片的物理防护作用。承载芯片,为其提供机械支撑保护作用。
(3)封装基板作为芯片的直接接触环境,其散热性和防静电能力直接影响到芯片的性能。
(4)制作形成小型的埋容、埋感或埋阻元器件。
1.5IC封装基板的分类
封装基板从线路制作工艺上与印制电路板制作类似可分为减成法、全加成法、半加成法、改良型半加成法。
(1)减成法。这类方法通常先用光化学法或者丝网漏印法或电镀法在覆铜箔板表面,将一定的电路图形转移上去,这些图形都由一定的抗蚀材料组成,然后用化学腐蚀的方法将不必要的部分蚀刻,留下所需要的电路图形,主要用于高密度互联工艺( highdensity interconnect,HDI)制作。
(2)全加成法。在绝缘有机基材表面选择性沉积导电金属而形成导电图形的方法。全加成法避免了大量蚀刻铜以及由此带来的蚀刻溶液废水。
(3)半加成。在化学镀铜(PTH)制作得到的底铜起导通整板的作用,再在其上通过电镀铜制作线路,最后蚀刻掉底铜,这种将电镀加成与快速蚀刻相结合的方法称半加成法。其价格较低,但化学镀铜药水存在剧毒物甲醛,故生产制造具有一定的风险。
(4)改良型半加成。用磁控溅射(sputter)的方式代替化学镀铜制作底铜。与化学镀铜相比较其可控性更好,结合力更好,且无污染,但成本相对比较昂贵。目前,sputter溅射钛、铜在封装基板的底铜制作得到广泛使用。
根据对外层处理工艺的不同可分为化学镀镍钯金+有机抗氧化膜(OSP)、阻焊膜+ENEPIG、电镍金+阻焊膜、电镍金+棕化、OSP、OSP+电镀镍金等。
从封装形式上讲可分为引线键合( wire bond,WB)封装技术、载带自动键合封装技术、倒装芯片封装技术(flip chip,FC)及埋嵌芯片封装技术。
从材料上可以将封装基板分为有机封装基板和无机封装基板。作为封装用基板,有机树脂基材与陶瓷材料基材相比,具有如下优点:
(1)有机树脂材料制造不像陶瓷材料基材那样要进行高温烧结,从而可节省能源。(2)它的介电常数(e ,)要比陶瓷材料的低,这有利于导线信息高速传输。
(3)它的密度比陶瓷材料低,表现出基材轻的优点。
(4)它比陶瓷材料易于机械加工,外形加工较自由,可制作大型基板。(5)易实现微细图形电路加工。
(6)易于大批量生产,从而可降低封装的制造成本。
2 基于HDI工艺的有机封装基板制造技术
2.1基于HDI工艺的封装基板制造技术基本概念及分类
HDI是使用微埋孔技术的一种线路分布密度较高的印制电路板制作方式。HDI是在制作是以双面板制作工艺为基础,将多个双面板进行叠加后层压形成芯层(core),再进行外层电路的制作,图7-40是 HDI的基本结构截面图。在封装基板中一般芯板都是一个双面板。
Core:芯层,HDI中用来做内芯的普通层。
Microvia:微孔,孔直径≤0.15mm的盲孔或者埋孔。Target Pad:微孔底部对应Pad。
Capture Pad:微孔顶部对应Pad。
Buried Via:埋孔,没有延伸到基板表面的导通孔
常见的印制电路板包括:一阶工艺、多阶工艺和全层互联,如图7-41所示。
一阶工艺:1+n+1(包含1次积层形成的高密度互联积层的印制线路板)。
多阶工艺: i+n +i(i ≥2)(包含2次及以上积层形成的高密度互联层的印制线路板)。位于不同层次的微盲孔可以是错层式的,也可以是堆叠式的。在一些要求较高的设计中则经常见到电镀填孔堆叠式微盲孔结构。
全层互连:印制线路板的所有层均为高密度互联层,各层的导体可以通过堆叠式的电镀填盲孔结构自由连接。这为手机及移动设备上采用的高度复杂的大引脚数器件,如CPU、GPU等提供了可靠的互联解决方案。
目前,一阶工艺和多阶工艺多用于PCB的制作中,而全层互联工艺可以达到更高的互联,从而降低了层数,故多用于封装基板的制作中。图7-41为常见的三种HDI结构类型。
基于 HDI工艺的封装基板制作技术有4大特点:
(1)使用减成法制作线路,即蚀刻得到线路,其线宽线距最多可做到50pm左右。(2)是一种有芯层(core)的制作方法。
(3)成本低,制作流程简单。
(4)一般制作双数层的基板,奇数层的基板制作较为艰难。
2.2 HDI工艺制造封装基板技术的流程
可以大致将HDI的流程分为两个部分:一是芯层(core)的制作,二是外层线路制作。以4层板为例介绍HDI的制作工艺。
1.芯层的制作
对于全层互连工艺,一般只有一个双面板作为芯层,故芯层的制作与双面板的制作,除无外层表面处理流程以外,其他均相同。其制作也有三种工艺流程,如图7-42所示;为线路及填孔共同完成制作的芯板制作过程。
芯板在整个基板制作过程中,除了具有电气互连的作用,还起着支撑作用。
2.外层线路制作
在芯板的基础上,通过层压、钻孔、电镀、线路制作、外层表面处理等制作流程得到四层封装基板。图7-43所示为外层制作的几种工艺流程。
3全球IC封装基板市场现状及发展
3.1全球IC封装基板市场发展现状
1989~1999年为第一阶段,它是封装基板初期发展的阶段。此阶段以日本抢先占领了世界IC封装基板绝大多数市场为特点。日本企业是IC基板的开创者,技术实力最强,掌握利润最丰厚的CPU基板技术。
2000~2003年为第二阶段,是封装基板快速发展的阶段。此阶段中,中国台湾和韩国封装基板业开始兴起,与日本逐渐形成“三足鼎立”瓜分世界封装基板绝大多数市场的局面,而国内封装基板刚刚起步。韩国和中国台湾企业则依靠产业链配合,韩国拥有全球70%左右的内存产能,三星一直为苹果代工处理器,三星也能够生产部分手机芯片。中国台湾企业则在产业链上更强大,拥有全球65%的晶圆代工产能,80%的手机高级芯片由中国台湾TSMC或UMC代工,这些代工的利润率远高于传统电子产品的利润率,毛利率在50%以上。以联发科的MT6592为例,代工由TSMC或UMC完成,封装由ASE和SPIL完成,基板由景硕提供,测试由KYEC 完成,这些厂家都在一个厂区内,效率极高。
2004年起为C封装基板的第三阶段。此阶段以FC封装基板高速发展为鲜明特点,国内逐步有厂商开始占据一定市场份额。大陆企业在产业链没有任何优势,缺乏晶圆代工厂家和封装厂家支持,落后中国台湾数年乃至十几年。即便有海思和展讯这样出货量不低的大陆企业,中国台湾厂家仍然占据供应链的话语权。
中国台湾的封测产业居全球第一,市场占有率为56%,大陆只有3%。中国台湾之所以有发达的封测产业,主要原因是其有全球最大的晶圆代工厂。全球50nm 以下的IC代工业务60%被台积电占据,智能手机中的所有IC几乎都是由台积电和联电代工。全球前4大封测企业,中国台湾占据3家。全球IC载板封装市场,中国台湾企业市场占有率超过70%。
表7-11为主要IC基板厂家2010~2011年的收入情况。从表可以看出,日本厂家占据PC中的CPU、GPU和北桥IC载板市场,2012年 NGK退出,其市场由中国台湾南亚电路板取代。日本厂家占据技术高端,当年FC-BGA技术是和Intel共同开发的,市场地位非常稳固。IBIDEN正在新建菲律宾基地,试图降低价格。IBIDEN和Shinko 以ABF载板为主,对于通信领域的BT载板不感兴趣。
韩国厂家中 SEMCO是最全面的,一方面有QUALCOMM的大量订单,另一方面其母公司三星电子也有相当多的IC需要采用载板封装,此外还有少量来自英特尔或AMD的订单。SIMMTECH 以内存载板封装为主,该公司也是内存PCB板大厂。预计内存将会大量采用基板封装,尤其MCP内存,2013年可能全部采用基板封装。
中国台湾厂家中 NANYA以英特尔为主要客户,景硕以QUALCOMM 和BROADCOM为主要客户,BT载板占90%。
IC基板行业在2012年和2013年两年收益连续下滑,根源有两方面:一是因为PC出货量下降,而CPU用载板是IC载板的主要类型,是单价(ASP)最高的载板;二是韩国企业为压制日本和中国台湾IC载板厂的发展,大幅度降价,尤其是三星旗下的三星电机(SEMCO)大幅度降价近30%。这导致2013年全球IC载板行业市场规模下跌10.3%,至75.68亿美元。不过苦尽甘来,预计2014年和2015年C载板行业将迎来增长。
2014年增长的动力有几方面。首先,联发科的8核芯片MT6592采用FC-CSP封装,该芯片在2013年10月推出,预计2014年出货量会大增。随着联发科进入28nm时代,联发科会全面采用FC-CSP封装,接下来中国大陆的展讯也会采用;其次,LTE4G网络开始兴建,BASESTATION芯片需要IC载板。其三,可穿戴设备( wearable devices)大量进人市场。这会刺激SiP模块封装,也需要C载板;其四,手机追求超薄,就需要芯片具备良好的散热,FC-CSP封装在散热和厚度方面优势明显,未来手机的主要芯片都会是FC-CSP封装或SiP模块封装,包括电源管理和存储器;其五,PC行业在2014年复苏。平板电脑在2014年高增长不再来,甚至会下滑,消费者意识到平板电脑只能做玩具,完全无法和PC比性能,PC行业将复苏。最后,三星电机(SEMCO)不再杀价竞争,因为苹果处理器A8确定会由中国台湾TSMC代工,而非三星电子代工。三星电机(SEMCO)即便杀价,也不可能让中国台湾TSMC给予其订单。预计2014年全球IC载板行业市场规模增长9.8%,2015年会加速增长,增幅达11.6%。
3.2全球IC封装载板技术发展
电子器件向小型、多功能、高速化发展,对封装基板及布线工程提出越来越高的要求,主要表现在下述几点:①为减小封装体积,减少了封装环节,裸芯片安装最为典型,封装的许多功能要由基板来承担;②多芯片组件(MCM)、芯片上系统(SoC)等的安装,极大地增加了同一块基板的负载,引脚数量增多且引脚尺寸减小;③为减小体积,许多电子元件,如电阻、电容、电感等无源元件,甚至IC等有源元件都要埋置于基板之中,要求冷却和散热高效率;④信号的高速化,要求保证布线长度最短和布线长度偏差最小,为降低反射噪声、串音噪声(cross talk noise)以及接地噪声,需要采用多层布线基板,开发特性阻抗匹配的多端子插接板。
高频PCB的市场迅速发展,这一发展引起了以下三方面的变化:①信息电子产品与影像、无线传输技术的快速结合,它的发展前景必将对消费类电子产品成长带来巨大促进作用,它需要信号传输的高速化,对特性阻抗(Z。)更高精度的控制;②以移动电话为典型代表的无线通信市场的高速增长。它向着更高频率的领域渗透,所使用的频率也逐渐由超短波范围(300MHz~1GHz)进入微波范围(1~4GHz);③半导体IC封装基板,由过去陶瓷基板向有机封装基板方向转变。