金價(jià)狂飆 芯片封裝廠或轉(zhuǎn)向銅鍵合

在芯片封裝領(lǐng)域正掀起一片技術(shù)改革潮，可望大幅降低封裝成本與芯片價(jià)格，并催生更廉價(jià)的終端電子產(chǎn)品；但這波改革與炒得正熱的3D芯片──即所謂的硅穿孔(through-silicon-vias，TSV)芯片堆棧技術(shù)──關(guān)聯(lián)性不大，而是原本以黃金(gold)為主要材料的打線接合(wirebonding)技術(shù)，突然轉(zhuǎn)向采用價(jià)格較低的銅。

多年來(lái)，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(xì)黃金線來(lái)連結(jié)IC組件、制作接腳；但黃金價(jià)格近年來(lái)不斷飆漲，幅度甚至已達(dá)200%，讓很多(但不是全部)芯片廠商有了個(gè)好借口轉(zhuǎn)換技術(shù)，紛紛改用銅線進(jìn)行打線接合。據(jù)估計(jì)，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(cè)，光是臺(tái)灣兩家封裝廠日月光與硅品精密，今年內(nèi)采購(gòu)的銅線接合設(shè)備，總計(jì)就超過(guò)4,000臺(tái)。

?

至于艾克爾(Amkor Technology)等其它廠商，卻仍看到市場(chǎng)對(duì)黃金線接合技術(shù)的需求較高，因此對(duì)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(cè)數(shù)字不一，但黃金在芯片封裝領(lǐng)域正迅速失寵，有人認(rèn)為到2013年，將有七成的半導(dǎo)體組件會(huì)改用銅線接合。

?

針對(duì)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(yíng)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(lái)可望讓單芯片平均價(jià)格，呈現(xiàn)5%的逐步下降趨勢(shì)。

?

芯片封裝改用銅線接合技術(shù)，也可望催生更廉價(jià)的終端電子產(chǎn)品如手機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)等，但Rheault指出，這也可能產(chǎn)生一些負(fù)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(rùn)與銷售被反咬一口，也就是說(shuō)，芯片產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域可能因此出現(xiàn)「結(jié)構(gòu)性變化」。

?

「當(dāng)越來(lái)越多客戶改用銅線接合，特別是消費(fèi)性電子與手機(jī)市場(chǎng)的大廠，必然會(huì)掀起一波競(jìng)爭(zhēng)熱潮，因?yàn)闆](méi)有人想落后?！剐录悠翴C封裝大廠新科金朋技術(shù)項(xiàng)目副總裁Flynn Carson表示。全球最大IC封測(cè)廠日月光的北美市場(chǎng)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(shì)，比喻為扭轉(zhuǎn)市場(chǎng)局勢(shì)的推手。

?

Rice表示，黃金線接合技術(shù)并不會(huì)完全消失，但銅線接合在各主要應(yīng)用領(lǐng)域的能見度會(huì)越來(lái)越高；他并認(rèn)為銅線接合對(duì)整體芯片產(chǎn)業(yè)其是有利的。他進(jìn)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(shí)，仍將產(chǎn)品平均售價(jià)維持在差不多的水平，就能提升利潤(rùn)空間。

?

但這就是爭(zhēng)議所在；可能會(huì)有部分投機(jī)芯片商藉由改用銅線接合技術(shù)降低產(chǎn)品售價(jià)，并因此引爆市場(chǎng)價(jià)格戰(zhàn)、顛覆整個(gè)IC產(chǎn)業(yè)。此外也許是一廂情愿的想法，雖然很多都堅(jiān)信芯片制造商并不會(huì)透過(guò)改用銅線接合來(lái)要求封裝廠降價(jià)；其它人則預(yù)期芯片商會(huì)想改用銅線接合來(lái)節(jié)省成本，并藉此敲詐他們的封裝代工伙伴。

?

黃金價(jià)格飆漲廉價(jià)銅材料大獲青睞

?

回到技術(shù)層面來(lái)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(guò)去十幾年來(lái)，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(jià)在十年前開始不斷飆高；但銅線接合一直因?yàn)榱悸逝c材料的阻抗問(wèn)題，無(wú)法躍上臺(tái)面。然而在過(guò)去的五年來(lái)，黃金價(jià)格已經(jīng)漲價(jià)172%，由2005年8月時(shí)的每盎司430.9美元，來(lái)到每盎司1,244.99美元(9月9日收盤價(jià))；相較之下，銅價(jià)格目前每盎司僅3.42美元(同樣為9月9日收盤價(jià))。

?

芯片商Intersil全球營(yíng)運(yùn)與技術(shù)資深副總裁Sagar Pushpala表示，黃金價(jià)格每上漲100美元，就會(huì)讓整體IC封裝成本增加5%，這幾年來(lái)，該公司芯片封裝成本已經(jīng)成長(zhǎng)了30~40%。因此，業(yè)界改用銅線接合的趨勢(shì)近來(lái)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

?

以材料性能來(lái)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(lái)得好。

?

但銅線也有以下劣勢(shì)：1. 銅的氧化溫度相對(duì)較低；2. 銅的硬度較高；3. 銅線在進(jìn)行故障分析時(shí)會(huì)有一些困難；4. 銅線接合制程的良率較低。總的說(shuō)來(lái)，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(diǎn)，但仍面臨一些待克服的技術(shù)挑戰(zhàn)。

?

不過(guò)對(duì)此新科金朋的Carson表示，其實(shí)銅線封裝技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，很多客戶也認(rèn)可了該制程的可靠度、并進(jìn)行量產(chǎn)；除了態(tài)度較為保守的汽車、服務(wù)器與儲(chǔ)存設(shè)備領(lǐng)域的客戶，對(duì)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(shí)是小型分包商，包括馬來(lái)西亞業(yè)者Unisem；該公司在印度尼西亞與中國(guó)的據(jù)點(diǎn)都已量產(chǎn)銅線接合制程，并計(jì)劃持續(xù)擴(kuò)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(lái)西亞、中國(guó)、韓國(guó)與泰國(guó)的據(jù)點(diǎn)裝設(shè)銅線接合機(jī)臺(tái)；該公司新加坡?lián)c(diǎn)的產(chǎn)量，有13~15%是屬于銅制程(2009年底資料)。

?

臺(tái)灣封裝業(yè)者也是銅線接合技術(shù)的擁護(hù)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(jī)臺(tái)總數(shù)為2,775臺(tái)，其下半年將采購(gòu)的700~750臺(tái)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(jì)在2010年達(dá)到三成，并在2013年達(dá)到七成。

?

另一家2010年資本支出規(guī)模預(yù)計(jì)為6.58億美元的臺(tái)灣封裝大廠硅品精密，目前擁有6,199臺(tái)打線接合設(shè)備，該公司計(jì)劃在第三季裝設(shè)800臺(tái)新的銅線接合設(shè)備，并在第四季再加裝400~500臺(tái)。

?

但來(lái)自美國(guó)的封裝代工廠艾克爾，對(duì)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(tái)支持銅制程的打線接合設(shè)備，該公司總裁暨執(zhí)行長(zhǎng)Ken Joyce在最近的分析師財(cái)報(bào)會(huì)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(huì)選用銅線接合的以低價(jià)、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(jiǎn)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(jìn)。

?

?

?

?