芯片封裝技術(shù)改革：打線接合由金轉(zhuǎn)銅
多年來，打線接合一直是芯片產(chǎn)業(yè)所采用的主要封裝技術(shù)，并以細黃金線來鏈接IC組件、制作接腳；但黃金價格近年來不斷飆漲，幅度甚至已達200%，讓很多(但不是全部)芯片廠商有了個好借口轉(zhuǎn)換技術(shù)，紛紛改用銅線進行打線接合。據(jù)估計，采用銅線的封裝成本比采用黃金線便宜了至少三成。
基于以上理由，包括博通(Broadcom)、聯(lián)發(fā)科(MediaTek)、意法半導(dǎo)體(ST)與德州儀器(TI)等廠商，都悄悄提高了采用銅線接合的組件產(chǎn)量。而芯片封裝廠如日月光(ASE)、硅品精密(SPIL)與新科金朋(STATS ChipPAC)，也正大力推廣銅線接合制程技術(shù)。根據(jù)業(yè)界預(yù)測，光是臺灣兩家封裝廠日月光與硅品精密，今年內(nèi)采購的銅線接合設(shè)備，總計就超過4,000臺。
至于艾克爾(Amkor Technology)等其他廠商，卻仍看到市場對黃金線接合技術(shù)的需求較高，因此對銅制程并不熱衷。目前市面上有九成的芯片仍采用金線接合技術(shù)；雖然各方預(yù)測數(shù)字不一，但黃金在芯片封裝領(lǐng)域正迅速失寵，有人認為到2013年，將有七成的半導(dǎo)體組件會改用銅線接合。
針對此一議題，打線接合設(shè)備供應(yīng)大廠Kulicke & Soffa Industries Inc. (K&S)資深營銷副總裁Christian Rheault表示，與采用黃金的打線接合技術(shù)相較，銅線接合大約能減少兩到三成的整體IC封裝成本；而這接下來可望讓單芯片平均價格，呈現(xiàn)5%的逐步下降趨勢。
芯片封裝改用銅線接合技術(shù)，也可望催生更廉價的終端電子產(chǎn)品如手機、個人計算機(PC)等，但Rheault指出，這也可能產(chǎn)生一些負面效應(yīng)──成本較低的銅線接合制程可能讓芯片產(chǎn)業(yè)的利潤與銷售被反咬一口，也就是說，芯片產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域可能因此出現(xiàn)“結(jié)構(gòu)性變化”。
“當越來越多客戶改用銅線接合，特別是消費性電子與手機市場的大廠，必然會掀起一波競爭熱潮，因為沒有人想落后?！毙录悠翴C封裝大廠新科金朋技術(shù)項目副總裁Flynn Carson表示。全球最大IC封測廠日月光的北美市場資深副總裁Rich Rice則將打線接合由黃金轉(zhuǎn)換至銅制程的趨勢，比喻為扭轉(zhuǎn)市場局勢的推手。
‘
Rice表示，黃金線接合技術(shù)并不會完全消失，但銅線接合在各主要應(yīng)用領(lǐng)域的能見度會越來越高；他并認為銅線接合對整體芯片產(chǎn)業(yè)其是有利的。他進一步解釋，依據(jù)不同產(chǎn)品，銅線接合可降低8~15%的整體IC封裝成本，而如果芯片制造商趕搭這波技術(shù)熱潮的同時，仍將產(chǎn)品平均售價維持在差不多的水平，就能提升利潤空間。
但這就是爭議所在；可能會有部分投機芯片商藉由改用銅線接合技術(shù)降低產(chǎn)品售價，并因此引爆市場價格戰(zhàn)、顛覆整個IC產(chǎn)業(yè)。此外也許是一廂情愿的想法，雖然很多都堅信芯片制造商并不會透過改用銅線接合來要求封裝廠降價；其他人則預(yù)期芯片商會想改用銅線接合來節(jié)省成本，并藉此敲詐他們的封裝代工伙伴。
黃金價格飆漲廉價銅材料大獲青睞
回到技術(shù)層面來看，目前仍是芯片封裝主流的打線接合，最常使用的材料是鋁、銅與黃金；在某種程度上，鋁跟銅線較適用于功率組件，但考慮材料產(chǎn)量與其阻抗、表面腐蝕度等整體性能表現(xiàn)，大多數(shù)組件封裝仍采用黃金線。
過去十幾年來，K&S等廠商致力將銅線推廣至主流打線接合制程，特別是金價在十年前開始不斷飆高；但銅線接合一直因為良率與材料的阻抗問題，無法躍上臺面。然而在過去的五年來，黃金價格已經(jīng)漲價172%，由2005年8月時的每盎司430.9美元，來到每盎司1,244.99美元(9月9日收盤價)；相較之下，銅價格目前每盎司僅3.42美元(同樣為9月9日收盤價)。
芯片商Intersil全球營運與技術(shù)資深副總裁Sagar Pushpala表示，黃金價格每上漲100美元，就會讓整體IC封裝成本增加5%，這幾年來，該公司芯片封裝成本已經(jīng)成長了30~40%。因此，業(yè)界改用銅線接合的趨勢近來有加速現(xiàn)象；很早就開始采用銅線接合技術(shù)的TI就表示，該公司藉此取得了競爭優(yōu)勢。
以材料性能來看，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，銅線在室溫之下的電阻率為0.017 micro-ohm-m，同樣在室溫下，黃金線的電阻率則為0.022 micro-ohm-m，因此銅線的導(dǎo)電性比黃金線高出25~30%。此外銅的溫度傳導(dǎo)性也比金高出25%，用于芯片封裝中，散熱與省電表現(xiàn)也比黃金來得好。
但銅線也有以下劣勢：1. 銅的氧化溫度相對較低；2. 銅的硬度較高；3. 銅線在進行故障分析時會有一些困難；4. 銅線接合制程的良率較低?？偟恼f來，銅線接合與黃金線、鋁線接合技術(shù)相較雖然有不少優(yōu)點，但仍面臨一些待克服的技術(shù)挑戰(zhàn)。
不過對此新科金朋的Carson表示，其實銅線封裝技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，很多客戶也認可了該制程的可靠度、并進行量產(chǎn)；除了態(tài)度較為保守的汽車、服務(wù)器與儲存設(shè)備領(lǐng)域的客戶，對銅線接合技術(shù)仍有一些疑慮。
在芯片封裝廠這廂，最早采用銅線技術(shù)的其實是小型分包商，包括馬來西亞業(yè)者Unisem；該公司在印度尼西亞與中國的據(jù)點都已量產(chǎn)銅線接合制程，并計劃持續(xù)擴充產(chǎn)能。此外排名全球第四大封裝代工廠的新科金朋，已在新加坡、馬來西亞、中國、韓國與泰國的據(jù)點裝設(shè)銅線接合機臺；該公司新加坡?lián)c的產(chǎn)量，有13~15%是屬于銅制程(2009年底資料)。
臺灣封裝業(yè)者也是銅線接合技術(shù)的擁護者。2010年資本支出規(guī)模約7億美元的日月光，也在銅線接合技術(shù)方面大筆投資；截至第二季，該公司的銅線接合機臺總數(shù)為2,775臺，其下半年將采購的700~750臺打線設(shè)備中，也有多數(shù)將采用銅制程。在2009年銅制程占據(jù)日月光打線接合總產(chǎn)能的10%以下，該數(shù)字預(yù)計在2010年達到三成，并在2013年達到七成。
另一家2010年資本支出規(guī)模預(yù)計為6.58億美元的臺灣封裝大廠硅品精密，目前擁有6,199臺打線接合設(shè)備，該公司計劃在第三季裝設(shè)800臺新的銅線接合設(shè)備，并在第四季再加裝400~500臺。
但來自美國的封裝代工廠艾克爾，對銅線接合技術(shù)的態(tài)度較為不同；盡管在官方網(wǎng)站上宣稱擁有4,000臺支持銅制程的打線接合設(shè)備，該公司總裁暨執(zhí)行長Ken Joyce在最近的分析師財報會議上卻表示，多數(shù)產(chǎn)品較高階的客戶還是偏好采用黃金線接合技術(shù)，會選用銅線接合的以低價、低階產(chǎn)品為大宗，高階產(chǎn)品不太多。[!--empirenews.page--]
但日月光表示，該公司銅材料也已開始大量應(yīng)用在BGA、QFP、QFM等封裝制程中，該公司采用銅封裝制程的產(chǎn)品，平均為128接腳，可見該技術(shù)并不是僅用于簡單的組件。新科金朋也在傳統(tǒng)QFN、QFP、FBGA與PBGA制程中采用銅接合技術(shù)，并表示該技術(shù)已逐漸往較復(fù)雜的應(yīng)用邁進。
下載文檔
