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，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)黃金線來連結(jié)IC組件、制作接腳；但黃金價(jià)格近年來不斷飆漲，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。

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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(jì)就超過4,000臺。

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至于艾克爾(Amkor Technology)等其它廠商，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(rèn)為到2013年，將有七成的半導(dǎo)體組件會改用銅線接合。

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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(jià)格，呈現(xiàn)5%的逐步下降趨勢。

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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」。

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「當(dāng)越來越多客戶改用銅線接合，特別是消費(fèi)性電子與手機(jī)市場的大廠，必然會掀起一波競爭熱潮，因?yàn)闆]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。

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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(rèn)為銅線接合對整體芯片產(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，就能提升利潤空間。

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但這就是爭議所在；可能會有部分投機(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透過改用銅線接合來要求封裝廠降價(jià)；其它人則預(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。

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黃金價(jià)格飆漲廉價(jià)銅材料大獲青睞

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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。

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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(jià)在十年前開始不斷飆高；但銅線接合一直因?yàn)榱悸逝c材料的阻抗問題，無法躍上臺面。然而在過去的五年來，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))。

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芯片商Intersil全球營運(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。

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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。

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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(jìn)行故障分析時(shí)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(diǎn)，但仍面臨一些待克服的技術(shù)挑戰(zhàn)。

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不過對此新科金朋的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)器與儲存設(shè)備領(lǐng)域的客戶，對銅線接合技術(shù)仍有一些疑慮。

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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，包括馬來西亞業(yè)者Unisem；該公司在印度尼西亞與中國的據(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、馬來西亞、中國、韓國與泰國的據(jù)點(diǎn)裝設(shè)銅線接合機(jī)臺；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)。

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臺灣封裝業(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(jì)在2010年達(dá)到三成，并在2013年達(dá)到七成。

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另一家2010年資本支出規(guī)模預(yù)計(jì)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(jì)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。

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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(cái)報(bào)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(jià)、低階產(chǎn)品為大宗，高階產(chǎn)品不太多。[!--empirenews.page--]

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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(jìn)。

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