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近年來由於智慧型手持式裝置盛行，產品外型強調輕薄、短小、多功能、省電、廉價、快速、美觀且4C匯流，促使應用處理器與下世代記憶體的元件與模組更加輕薄短小且須具較高的傳輸速率，因此半導體除了傳統封裝製程外，構裝方式必須考慮先進製程，致使構裝材料包括承載IC的載板需要面對更精密的規格挑戰，導線架除了連接功能外，也須關注模組的散熱效果，模封材料除了既有的功能外，同時面臨殘酷散熱的考驗，面對未來先進構裝材料的需求方向與構裝趨勢，材料供應商又如何因應。 一、半導體構裝材料產業綜觀半導體構裝材料包括承載用IC載板、導線架、連接用線材、模封材料、錫球以及其他材料。估計2014年全球構裝材料在產值190億美元中IC載板的比重為最大佔40%，其次是線材與導線架，兩者所佔比重伯仲之間，大約在18%~19%，主要在於成本價格的變動使然，因為製作線材的原料過去以黃金為主，金價從2008年的每盎司800美元逐年攀升到2012年超過1800美元，直至今年（2014）才慢慢降回至1200~1300美元，加上下游構裝市場不斷擴張對於導線的需求量亦同步增加，為了降低成本早在幾年前構裝供應商紛紛尋找銅線或銀線作為取代之途，而銅、銀價比金價成本低很多，也是成為市場規模下降的因素之一。（如圖一所示）模封材料包括：固態模封材料、液態模封材料以及底部模封材料，三者加總比重大約14%，另外還有固定晶片用的粘晶材料以及導通用錫球（錫膏）各佔4%與1%。 構裝材料市場近年來因為金價逐漸下跌，市場規模自2012年的200億美元，逐漸下跌至今年(2014)的190億美元；也因上述緣由金價止跌、銅、銀線的取代早已就位，致使2014年的構裝材料總體產值有止跌回升之勢，並預估2015年全球產值可達198億美元。而由於國內構裝材料產品項目偏重於IC載板與導線架，僅受到金價變動微量影響，因此看到國內構裝材料自2012年30億美元成長至2014年達38億美元，並預估2015年可達43億美元且未來仍是逐年攀升中。（如圖二） ; \( m. H0 U3 E9 y0 R/ {& Q
圖一 2014年構裝材料各分項產品需求比重 2 \8 d4 l j2 w- _& g0 }+ K! a7 M; I
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圖二 全球構裝材料市場規模與台灣產值
2 C, C+ h- k& W$ q6 o6 m) _我國構裝材料涵蓋內容包括：IC載板（主要以FC-BGA,FC-CSP為主）、導線架（含LED與二極體等離散元件以及傳統IC封裝用）、少量的錫球（國內產業大多以錫膏為主）以及少量模封材料與線材。在所有構裝材料裡，我國IC載板供應量因為拜PCB產業發達之賜，單一材料生產比重台商市占率高達33%；導線架產業技術較成熟且離散元件以及中低腳數產品用量廣，國內供應商多以中國大陸為生產基地；近年來有國產的固態模封材料順利被下游構裝廠採用，市占率緩步攀升中，其餘在供應構裝製程所需求之液態與底部模封材料大部分仍仰賴進口，主要以日本產品市占率為最大，其次是歐美, 另有部分產品已由韓國供應商緊追在後（，例如軟性基板構裝材料）。因此統計全球構裝材料總體產值，2014年日本供應商的市占率約為48%，台灣占20%，韓國占12%。
+ v$ _# v8 B" b4 f2 R( d圖三 全球構裝材料各國生產比重二、從半導體構裝演化方向看材料自主供應的差距
/ J$ k6 @! H& K1 a對於未來構裝趨勢的推測，主要因應終端產品便於攜帶以及多方面的功能需求，構裝的製程發展不斷往前推進，總體而言，目前構裝產品追求的製程目標包括：元件/模組尺寸縮小35%，使用耗能減半，功率降低50%，但頻寬又因功能增加而成長8倍，為了將半導體元件與模組的功能性與整合度發揮到極致，構裝技術的發展甚至以超越摩爾定律來挑戰未來。
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圖四 半導體構裝演化方向與材料自主供應的差距
" h# c6 J+ t6 G* C) r6 Q' w追朔構裝製程技術的發展，3D 堆疊技術早在利用金導線連接的時代就有，並且構裝製程技術的演進速度也隨著摩爾定律的腳步，如圖四所整理，其中3D堆疊技術已從2005/2006年的打線接合（Wire Bond），到2007/2008年的覆晶（Flip Chip）結合打線接合，到2009/2010年的嵌入式晶圓級封裝（Embedded WLP）加打線接合，一直發展到近年大家所關注的堆疊式晶圓級構裝(Stacked Chip Scale Package, SCSP)、疊層構裝（Package on Package，PoP）以及矽穿孔（TSV）等，從技術發展脈絡可以發現，半導體構裝產業不斷在追求可以減少晶片厚度及材料成本、提升晶片效能、降低電磁干擾與功率消耗的3D堆疊封裝技術，然而堆疊式的晶圓級構裝、疊層構裝以及矽穿孔製程又在未來的何時能夠落實量產化？答案主要還是在於成本的考量。 半導體構裝成本不僅在製程技術還有製程用材料。先進2.5D/3D IC構裝的關鍵材料包括（一）重分佈層（Redistribution Layer簡稱RDL）為有機介電材料（Organic dielectric）、鈍化材料（passivation material）包含多層介電材料（Multi-layer dielectric material）及感光性絕緣高分子材料（Photosensitive isolation polymer）；（二）黏接材料（Bonding Material）包括暫時性接合材料以及永久性接合材料（Temporary bonding /Permanent bonding）；（三）低熱膨脹係數增層材料（Low CTE build-up material）；（四）晶圓級非導電性底部封裝材料（Wafer-level NFU/NCF/NCA underfill）（五）CIS(CMOS Image Sensor )用玻璃封裝材料及（六）內埋或種子層沉積製程用電鍍材料(Barrier/seed layer deposition with Electroless plating)。 三、先進構裝產業發展面臨瓶頸與建議稱為泛3D IC（包含2.5D/3D）的先進構裝技術也帶來全球設備和材料廠商商機，並且對於我國半導體製程與構裝都是材料國產化重大契機，然而，看得到這個商機，國人吃得到嗎？目前在材料供應商中，國內有多家廠商積極投入，但有些品質與技術還在光電等級，達到先進製程所用的半導體等級者已有長興、長春、永光、新應材以及光洋應材等供應商，且目前有的已達送樣階段。但是國內半導體產業較為保守，根據以往的行銷經驗，從送樣到測試、認證，所經歷的時間非常冗長，廠商若非有雄厚的財力能夠經得起送樣與測試認證成本的負擔與不確定成功的等待考驗，恐怕早已被龐大的樣品支出所拖累。另一方面，對於半導體構裝製程而言，材料總成本佔不到出廠價的一半，若是構裝廠要為了材料的不適用性去擔負著極大的信賴度的考驗，相信不是一般業者樂見的。 不僅材料如此，設備亦如此。然而，構裝製程所需要的材料又可分為與設備具依存性與不具依存性兩類。不具依存性的材料或許可以以較短的時效順利通過考驗而成功的打入產品線，具依存性的材料更需搭配著設備的適用性才能順利推展，時效上若沒有結盟策略的後盾，恐怕不易存活。 3D IC是未來半導體構裝產業的願景，拜未來終端產品需求之賜，面對此一先進的構裝趨勢，我國半導體上下游廠商對處於3D IC關鍵地位的材料領域，都應該有更深的著墨，發展過程中不論是結合上下游產業鏈的整合或是因循國際大廠積極進行策略聯盟，或是從充分應用工協會或財團法人研發機構，作為製程技術與材料研發的公共認證平台，都是台灣供應商取得3D IC的入門關鍵所在。
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发表于 2015-6-16 20:30
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