封裝基板(Package Substrate)是由電子線路載體(基板材料)與銅質(zhì)電氣互連結(jié)構(gòu)(如電子線路、導(dǎo)通孔等)組成,其中電氣互連結(jié)構(gòu)的品質(zhì)直接影響集成電路信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性,決定電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能的正常發(fā)揮。封裝基板屬于特種印制電路板,是將較高精密度的芯片或者器件與較低精密度的印制電路板連接在一起的基本部件。20世紀(jì)初期,“印制電路”的概念被Paul Eisler首次提出,并研制出世界上第一塊印制電路板(Printed Circuit Board,PCB)。集成電路封裝基板是隨著半導(dǎo)體芯片的出現(xiàn)而從印制電路板家族中分離出來的一種特種印制電路板,其主要功能是構(gòu)建芯片中集成電路與外部電子線路之間的電氣互連通道。封裝基板作為載體結(jié)構(gòu)起到保護(hù)芯片中半導(dǎo)體元器件的作用;實(shí)現(xiàn)芯片中集成電路功能模塊電子線路與外部功能元器件之間的電氣連接;為芯片功能組件提供支撐體與散熱通道;為其他電子元器件搭載提供組裝平臺(tái)。此外,封裝基板可實(shí)現(xiàn)集成電路多引腳化、封裝產(chǎn)品體積縮小、電性能及散熱性改善、超高密度或多芯片模塊化等目的。
當(dāng)前封裝基板可以簡單的理解為是具有更高性能或特種功能的PCB,是可為芯片、電子元器件等提供電氣連接、保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效,以實(shí)現(xiàn)多引腳化,縮小封裝產(chǎn)品體積、改善電氣性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化以及高可靠性的電子基板。到目前為止,世界半導(dǎo)體封裝基板業(yè)歷程可劃分為三個(gè)發(fā)展階段:第一發(fā)展階段:是有機(jī)樹脂封裝基板初期發(fā)展的階段,此階段以日本搶先占領(lǐng)了世界半導(dǎo)體封裝基板絕大多數(shù)市場為特點(diǎn);第二發(fā)展階段:是封裝基板快速發(fā)展的階段,此階段中,我國臺(tái)灣、韓國封裝基板業(yè)開始興起,與日本逐漸形成'三足鼎立'瓜分世界封裝基板絕大多數(shù)市場的局面。同時(shí)有機(jī)封裝基板獲得更加大的普及應(yīng)用,它的生產(chǎn)成本有相當(dāng)大的下降;第三發(fā)展階段:此階段以FC封裝基板高速發(fā)展為鮮明特點(diǎn),更高技術(shù)水平的MCP(多芯片封裝)和SiP(系統(tǒng)封裝)用CSP封裝基板得到較大發(fā)展。世界整個(gè)半導(dǎo)體封裝基板市場格局有較大的轉(zhuǎn)變,臺(tái)灣、韓國占居了PBGA封裝基板的大部分市場。而倒裝芯片安裝的BGA、PGA型封裝基板的一半多市場,仍是日本企業(yè)的天下。封裝、實(shí)裝、安裝及裝聯(lián)的區(qū)別:
封裝是指構(gòu)成“體”的過程(packaging)。即通過封裝(如將可塑性絕緣介質(zhì)經(jīng)模注、灌封、壓入、下充填等),使芯片、封裝基板、電極引線等封為一體,構(gòu)成三維的封裝體,起到密封、傳熱、應(yīng)力緩和及保護(hù)等作用。此即狹義的封裝。封裝技術(shù)就是指從點(diǎn)、線、面到構(gòu)成“體或塊”的全部過程及工藝。實(shí)裝此詞來自日文,此處借用?!皦K”搭載在“板”上稱為實(shí)裝,裸芯片實(shí)裝在模塊基板(BGA基板、TAB基板、MCM基板)上可分別構(gòu)成BGA、TAB、MCM封裝體,稱其為一級(jí)封裝(或微組裝);DIP、PGA等采用引腳插入方式實(shí)裝在PCB上;QFP、BGA、CSP、TBA等采用表面貼裝方式實(shí)裝在PCB之上,稱其為二級(jí)封裝;裸芯片也可以直接實(shí)裝在PCB上,如COB、COF等,在此一級(jí)封裝、二級(jí)封裝合二為一。
即實(shí)裝專指上述的“塊”搭載在基板上的連接過程及工藝,涵蓋常用的插入、插裝、表面貼裝(SMT)、安裝、微組裝等。模塊:與下面將要涉及的“板”可以看成是多維體。帶有引線端子的封裝體即為“塊”,進(jìn)行裸芯片安裝的芯片也可以看成塊。板是搭載有半導(dǎo)體集成電路元件,L、C、R等分立器件,變壓器以及其他部件的電子基板即為“板”。安裝即將板(主板或副板)通過插入、機(jī)械固定等方式,完成常規(guī)印制電路板承載、連接各功能電子部件,以構(gòu)成電子系統(tǒng)的過程稱為安裝。裝聯(lián)將上述系統(tǒng)裝載在載板(或架)之上,完成單元內(nèi)(板或卡內(nèi))布線、架內(nèi)(單元間)布線以及相互間的連接稱為裝聯(lián)。封裝基板是可為芯片、電子元器件等提供電氣連接、保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效,以實(shí)現(xiàn)多引腳化,縮小封裝產(chǎn)品體積、改善電氣性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化以及高可靠性的電子基板。封裝基板可以簡單的理解為是具有更高性能或特種功能的PCB或薄厚膜電路基板。封裝基板起到了芯片與常規(guī)印制電路板(多為母板、副板,背板等)的不同線路之間的電氣互聯(lián)及過渡作用,同時(shí)也為芯片提供保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效。PWB(printed wiring board,印制線路板):泛指表面和內(nèi)部布置有導(dǎo)體圖形的絕緣基板。PWB本身是半成品,作為搭載電子元器件的基板而起作用。通過導(dǎo)體布線,進(jìn)行連接構(gòu)成單元電子回路,發(fā)揮其電路功能。PCB(printed ciruid board,印制電路板)是指搭載了電子元器件的PWB的整個(gè)基板為印制電路板。在多數(shù)情況下,通常將PWB與PCB按同義詞處理而不加區(qū)分。實(shí)際上PWB和PCB在有些情況下是有區(qū)別的,例如,PCB有時(shí)特指在絕緣基板上采用單純印刷的方式,形成包括電子元器件在內(nèi)的電路,可以自成一體;而PWB更強(qiáng)調(diào)搭載元器件的載體功能,或構(gòu)成實(shí)裝電路,或構(gòu)成印制電路板組件。通常簡稱二者為印制板。主板:又稱為母板。是在面積較大的PCB上安裝各種有源、無源電子元器件,并可與副板及其它器件可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的電子基板。通訊行業(yè)一般稱其為背板。實(shí)裝此詞來自日文,此處借用?!皦K”搭載在“板”上稱為實(shí)裝,裸芯片實(shí)裝在模塊基板副板:又稱子板或組件板,是在面積較小的PCB上安裝部分電子元器件,構(gòu)成具有各種功能的卡、存儲(chǔ)組件、CPU組件以及帶有其它元器件的基板。再通過連接器(接插件、電纜或剛撓板等)實(shí)現(xiàn)與主板的承載與互聯(lián)。這樣使得故障元器件的維修及電子產(chǎn)品的升級(jí)變得更為簡便。即實(shí)裝專指上述的“塊”搭載在基板上的連接過程及工藝,涵蓋常用的插入、插裝、表面貼裝(SMT)、安裝、微組裝等。模塊:與下面將要涉及的“板”可以看成是多維體。帶有引線端子的封裝體即為“塊”,進(jìn)行裸芯片安裝的芯片也可以看成塊。載板:承載各類有源、無源電子器件、連接器、單元、子板及其它各式各樣的電子器件的印制電路板。如封裝載板、類載板、各種普通PCB及總裝板。類載板(SubstrateLike-PCB,簡稱SLP):顧名思義是類似載板規(guī)格的PCB,它本是HDI板,但其規(guī)格已接近IC封裝用載板的等級(jí)了。類載板仍是PCB硬板的一種,只是在制程上更接近半導(dǎo)體規(guī)格,目前類載板要求的線寬/線距為≤30μm/30μm,無法采用減成法生產(chǎn),需要使用MSAP(半加成法)制程技術(shù),其將取代之前的HDIPCB技術(shù)。即將封裝基板和載板功能集于一身的基板材料。但制造工藝、原材料和設(shè)計(jì)方案(一片還是多片)都還沒有定論。類載板的催產(chǎn)者是蘋果新款手機(jī),在2017年的iPhone8中,首度采用以接近IC制程生產(chǎn)的類似載板的HDI板,可讓手機(jī)尺寸更輕薄短小。類載板的基材也與IC封裝用載板相似,主要是BT樹脂的CCL與ABF*樹脂的積層介質(zhì)膜。多層板:隨著LSI集成度的提高、傳輸信號(hào)的高速化及電子設(shè)備向輕薄短小方向的發(fā)展,僅靠單雙面導(dǎo)體布線已難以勝任,再者若將電源線、接地線與信號(hào)線在同一導(dǎo)體層中布置,會(huì)受到許多限制,從而大大降低布線的自由度。如果專設(shè)電源層、接地層和信號(hào)層,并布置在多層板的內(nèi)層,不僅可以提高布線的自由度而且可防止信號(hào)干擾和電磁波輻射等。此要求進(jìn)一步促進(jìn)了基板多層化的發(fā)展,因此,PCB集電子封裝的關(guān)鍵技術(shù)于一身,起著越來越重要的作用。可以說,當(dāng)代PCB是集各種現(xiàn)代化技術(shù)之大成者。HDI基板:一般采用積層法(Build-up)制造,積層的次數(shù)越多,板件的技術(shù)檔次越高。普通的HDI板基本上是1次積層,高端HDI采用2次或以上的積層技術(shù),同時(shí)采用疊孔、電鍍填孔、激光直接打孔等先進(jìn)PCB技術(shù)。高端HDI板主要應(yīng)用于4G手機(jī)、高級(jí)數(shù)碼攝像機(jī)、IC載板等。在電子封裝工程中,電子基板(PCB)可用于電子封裝的不同層級(jí)(主要用于1~3級(jí)封裝的第2~5層次),只是封裝基板用于1、2級(jí)封裝的2、3層次,普通PCB用于2、3級(jí)封裝的3、4、5層次。但是它們都是為電子元器件等提供互聯(lián)、保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效,以實(shí)現(xiàn)多引腳化,縮小封裝產(chǎn)品體積、改善電氣性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化以及高可靠性為目的。主板(母板)、副板及載板(類載板)常規(guī)PCB(多為母板、副板,背板等)主要用于2、3級(jí)封裝的3、4、5層次。其上搭載LSI、IC等封裝的有源器件、無源分立器件及電子部件,通過互聯(lián)構(gòu)成單元電子回路發(fā)揮其電路功能。隨著電子安裝技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展,電子安裝各階層的界限越來越不清晰,各階層安裝的交叉、互融,此過程中PCB的作用越來越重要,對PCB及其基板材料在功能、性能上都提出了更高、更新的要求。20世紀(jì)80年代以后,新材料、新設(shè)備的廣泛應(yīng)用,集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)按照“摩爾定律”飛速發(fā)展,微小敏感的半導(dǎo)體元件問世,大規(guī)模集成電路與超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出現(xiàn),高密度多層封裝基板應(yīng)運(yùn)而生,使集成電路封裝基板從普通的印制電路板中分離出來,形成了專有的集成電路封裝基板制造技術(shù)。目前,在常規(guī)PCB板的主流產(chǎn)品中,線寬/線距50μm/50μm的產(chǎn)品屬于高端PCB產(chǎn)品了,但該技術(shù)仍然無法達(dá)到目前主流芯片封裝的技術(shù)要求。在封裝基板制造領(lǐng)域,線寬/線距在25μm/25μm的產(chǎn)品已經(jīng)成為常規(guī)產(chǎn)品,這從側(cè)面反映出封裝基板制造與常規(guī)PCB制造比,其在技術(shù)更為先進(jìn)。封裝基板從常規(guī)印制電路板中分離的根本原因有兩方面:一方面,由于PCB板的精細(xì)化發(fā)展速度低于芯片的精細(xì)化發(fā)展速度,導(dǎo)致芯片與PCB板之間的直接連接比較困難。另一方面,PCB板整體精細(xì)化提高的成本遠(yuǎn)高于通過封裝基板來互連PCB和芯片的成本。目前,在封裝基板行業(yè)還沒有形成統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。通常根據(jù)適用基板制造的基板材料、制作技術(shù)等方面進(jìn)行分類。根據(jù)基板材料的不同,可以將封裝基板分為無機(jī)封裝基板和有機(jī)封裝基板。無機(jī)封裝基板主要包括:陶瓷基封裝基板和玻璃基封裝基板。有機(jī)封裝基板主要包括:酚醛類封裝基板、聚酯類封裝基板和環(huán)氧樹脂類封裝基板等。根據(jù)封裝基板制作方法不同,可以將封裝基板分為有核(Core)封裝基板和新型無核(Coreless)封裝基板。有核封裝基板在結(jié)構(gòu)上主要分為兩個(gè)部分,中間部分為芯板,上下部分為積層板。有核封裝基板制作技術(shù)是基于高密度互連(HDI)印制電路板制作技術(shù)及其改良技術(shù)。無核基板,也叫無芯基板,是指去除了芯板的封裝基板。新型無核封裝基板制作主要通過自下而上的電沉積技術(shù)制作出層間導(dǎo)電結(jié)構(gòu)—銅柱。它僅使用絕緣層(Build-up Layer)和銅層通過半加成(SemiAdditive Process,縮寫為SAP)積層工藝實(shí)現(xiàn)高密度布線。- 電傳輸路徑減小,交流阻抗進(jìn)一步減小,而且其信號(hào)線路有效地避免了傳統(tǒng)有芯基板上的PTH(鍍銅通孔)產(chǎn)生的回波損耗,這就降低電源系統(tǒng)回路的電感,提高傳輸特性,尤其是頻率特性;
- 可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的直接傳輸,因?yàn)樗械木€路層都可以作為信號(hào)層,這樣可以提高布線的自由度,實(shí)現(xiàn)高密度配線,降低了C4布局的限制;
- 除部分制程外,可以使用原來的生產(chǎn)設(shè)備,且工藝步驟減少。
- 沒有芯板支撐,無芯基板制造中容易翹曲變形,這是目前最普遍和最大的問題;
- 需要引進(jìn)部分針對半導(dǎo)體封裝無芯基板的新設(shè)備。因此,半導(dǎo)體封裝無芯基板的挑戰(zhàn)主要在于材料與制程。
封裝基板的主要功能是實(shí)現(xiàn)集成電路芯片外部電路、電子元器件之間的電氣互連。有核封裝基板可以分為芯板和外層線路,而有核封裝基板的互連結(jié)構(gòu)主要包括埋孔、盲孔、通孔和線路。無核封裝基板的互連結(jié)構(gòu)則主要包括銅柱和線路。無核封裝基板制作的技術(shù)特征主要是通過自下而上銅電沉積技術(shù)制作封裝基板中互連結(jié)構(gòu)—銅柱、線路。相比于埋孔和盲孔,銅柱為實(shí)心銅金屬圓柱體結(jié)構(gòu),在電氣傳輸方面性能更加優(yōu)良,銅柱的尺寸也遠(yuǎn)低于盲孔的尺寸,直接在40μm左右。半導(dǎo)體封裝基板層間互聯(lián)、積層精細(xì)線路制作方法是從高密度互聯(lián)/積層多層(High Density Interconnection/Build up Multilayer,HDI/BUM)衍生而來,HDI/BUM板制造工藝技術(shù)種類繁多,通過可生產(chǎn)性、可靠性和成本等各方面的優(yōu)勝劣汰和市場選擇,目前比較成熟的工藝集中在3-5種。早期的集成電路封裝基板由于封裝芯片I/O數(shù)有限,其主流制作技術(shù)是印制電路板制造通用技術(shù)—蝕刻銅箔制造電子線路技術(shù),屬于減成法。IC設(shè)計(jì)趨勢大致朝著高集成化、快速化、多功能化、低耗能化及高頻化發(fā)展,對應(yīng)的半導(dǎo)體封裝基板呈現(xiàn)出“四高一低”的發(fā)展趨勢,即高密度布線、高速化和高頻化、高導(dǎo)通性、高絕緣可靠性、低成本性。在近年的電子線路互連結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域,相比于蝕刻銅箔技術(shù)(減成法),半加成法主要采用精確度更高、綠色的電沉積銅技術(shù)制作電子電路互連結(jié)構(gòu)。近十幾年來,在封裝基板或者說整個(gè)集成電路行業(yè),互連結(jié)構(gòu)主要是通過電沉積銅技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,其原因在于金屬銅的高性能和低價(jià)格,避免了蝕刻銅流程對互連結(jié)構(gòu)側(cè)面蝕刻,銅的消耗量減少,互連結(jié)構(gòu)的精細(xì)度和完整性更好,故電沉積銅技術(shù)是封裝基板制作過程中極其重要的環(huán)節(jié)。常規(guī)的HDI技術(shù)線路制作是靠減成法(蝕刻法)完成,改良型HDI技術(shù)主要是采用半加成法(電沉積銅技術(shù))同時(shí)完成線路和微孔制作。減成法(Subtractive),在敷銅板上,通過光化學(xué)法,網(wǎng)印圖形轉(zhuǎn)移或電鍍圖形抗蝕層,然后蝕刻掉非圖形部分的銅箔或采用機(jī)械方式去除不需要部分而制成印制電路PCB。加成法(Additive),在絕緣基材表面上,有選擇性地沉積導(dǎo)電金屬而形成導(dǎo)電圖形的方法。半加成法(Semi-Additive Process,SAP),利用圖形電鍍增加精細(xì)線路的厚度,而未電鍍加厚非線路區(qū)域在差分蝕刻過程則快速全部蝕刻,剩下的部分保留下來形成線路。封裝基板制作技術(shù)-高密度互連(HDI)改良制作技術(shù)高密度互連(HDI)封裝基板制造技術(shù)是常規(guī)HDI印制電路板制造技術(shù)的延伸,其技術(shù)流程與常規(guī)HDI-PCB板基本相同,而二者的主要差異在于基板材料使用、蝕刻線路的精度要求等,該技術(shù)途徑是目前集成電路封裝基板制造的主流技術(shù)之一。由于受蝕刻技術(shù)的限制,HDI封裝基板制造技術(shù)在線路超精細(xì)化、介質(zhì)層薄型化等方面遇到了挑戰(zhàn),近年出現(xiàn)了改良型HDI封裝基板制造技術(shù)。根據(jù)有核封裝基板的結(jié)構(gòu),把HDI封裝基板制作技術(shù)流程主要分為兩個(gè)部分:一是芯層的制作;二是外層線路制作。改良型HDI封裝基板制造技術(shù)主要是針對外層線路制作技術(shù)的改良。常規(guī) HDI 技術(shù)制作封裝基板的流程封裝基板新型的制造技術(shù)--改良型半加成法基于磁控濺射種子層的電沉積互連結(jié)構(gòu)是一條全新的封裝基板制造技術(shù)途徑,該制作技術(shù)被稱為改良型半加成法。此外,由于該技術(shù)途徑不像HDI技術(shù)需要制作芯板,因此被稱為無核封裝基板制作技術(shù)。無核封裝基板制作技術(shù)不需要蝕刻銅箔制作電子線路,突破了HDI途徑在超精細(xì)線路制作方面存在的技術(shù)瓶頸,成為高端封裝基板制造的首選技術(shù)。另外,該技術(shù)采用電沉積銅制作電氣互連結(jié)構(gòu),故互連結(jié)構(gòu)的電沉積銅技術(shù)已經(jīng)是無核封裝基板制作的核心技術(shù)之一。
即使是最古老的封裝技術(shù)仍然在使用今天。但是,通過從線鍵到倒裝芯片外圍設(shè)備再到陣列封裝、縮小I/O間距、更小的封裝體和多組件模塊,以實(shí)現(xiàn)更高密度封裝是明顯的趨勢。封裝基板在晶圓制造和封裝材料中價(jià)值量占比
晶圓制造和封裝材料主要包括引線框架、模封材料(包封樹脂、底部填充料、液體密封劑)、粘晶材料、封裝基板(有機(jī)、陶瓷和金屬)、鍵合金屬線、焊球、電鍍液等。
在高密度封裝中,為了降低反射噪聲、串音噪聲以及接地噪聲,同時(shí)保證各層次間連接用插接端子及電纜的特性阻抗相匹配,需要開發(fā)高層數(shù)、高密度的多層布線基板。按基板的基體材料,基板可分為有機(jī)系(樹脂系)、無機(jī)系(陶瓷系、金屬系)及復(fù)合系三大類。一般來說,無機(jī)系基板材料具有較低的熱膨脹系數(shù),以及較高的熱導(dǎo)率,但是具有相對較高的介電常數(shù),因此具有較高的可靠性,但是不適于高頻率電路中使用;有機(jī)系基板材料熱膨脹率稍高,散熱較差,但是具有更低的介電常數(shù),且質(zhì)輕,便于加工,便于薄型化。同時(shí)由于近幾十年內(nèi)聚合物材料的不斷發(fā)展,有機(jī)系基板材料的可靠性有極大提升,因此己經(jīng)被廣泛應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的有機(jī)基板材料有環(huán)氧樹脂,雙馬來醜亞胺三嘆樹脂(聚苯醚樹脂,以及聚醜亞胺樹脂等。2019年封裝材料市場規(guī)模在200億美金左右,封裝基板約占64%21世紀(jì)初,封裝基板已經(jīng)成為封裝材料細(xì)分領(lǐng)域銷售占比最大的原材料,占封裝材料比重超過50%,全球市場規(guī)模接近百億美金。根據(jù)SEMI的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2016年有機(jī)基板以及陶瓷封裝體合計(jì)市場規(guī)模達(dá)104.5億美元,合計(jì)占比53.3%。引線框架的市場規(guī)模為34.6億美元,占比17.6%,封裝承載材料(包括封裝基板和引線框架)合計(jì)市場規(guī)模約為140億美元,占封裝材料的比重達(dá)70%。而傳統(tǒng)引線框架在其自身性能和體積的局限性,以及各種新型高端技術(shù)發(fā)展替代的趨勢下,占比在17%左右波動(dòng),且隨著對密度要求的提高,預(yù)計(jì)未來會(huì)逐漸減小。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù),2017年全球封裝材料市場為191億美金,其中層壓基板、引線框架、鍵合金屬線、塑封料四大主要材料的占比分別為32.46%、16.75%、16.23%和6.81%,主要是SEMI統(tǒng)計(jì)口徑發(fā)生變化。2000年到2011年之間全球封裝材料的銷售額是逐步增加的,而2011年至2017年封裝材料的絕對銷售額則出現(xiàn)平緩下降的態(tài)勢,在190億到200億美金之間波動(dòng)。SEMI預(yù)計(jì)預(yù)測封裝材料市場2017-2021年將以2%左右的復(fù)合增長率增長,2019年封裝材料市場約為198億美金。封裝基板市場將以6.5%左右的復(fù)合增長率增長,2019年封裝基板市場(有機(jī)和陶瓷,層壓只是從工藝上的另一種分類)在126億左右美元。根據(jù)國內(nèi)亞化咨詢預(yù)測,2019年中國半導(dǎo)體封裝材料市場規(guī)模將超400億元人民幣,約折合57億美元左右。
在大約2500億套集成電路封裝中,1900億套仍在使用銅線鍵合技術(shù),但倒裝芯片的增長速度快了3倍。1500億套仍在使用鉛框架,但有機(jī)基質(zhì)和WLCSP的增長速度快了三倍。只有約800億半導(dǎo)體封裝是基于有機(jī)基板,有機(jī)封裝基板市場大約80億美元,相當(dāng)于整個(gè)PCB行業(yè)的13%。直到幾年前,封裝基板市場實(shí)際上出于景氣度下行的階段。自上世紀(jì)90年代以來,隨著有機(jī)封裝基板在更多I/O應(yīng)用中取代鉛框架和陶瓷封裝,該市場持續(xù)增長,2011年達(dá)到約86億美元的峰值,并在2016年開始穩(wěn)步下滑,2016年僅達(dá)到66億美元。這種下降的部分原因是由于個(gè)人電腦和移動(dòng)電話市場進(jìn)入了成熟期,停滯不前的出貨量和組件和集成封裝降低了對先進(jìn)封裝包的需求。更重要的是向更小系統(tǒng)的全面推進(jìn),這需要從更大的線結(jié)合PBGA到更小的FCCSP的轉(zhuǎn)變。這減少了單位封裝基板使用的面積,而且這種轉(zhuǎn)變也要求每個(gè)基板具有更高的路阻密度,以允許更緊密的倒裝芯片互連。封裝基板的另一個(gè)重要的不利因素來自WLCSP的流行,尤其是在智能手機(jī)中。當(dāng)較小的WLCSP取代引線框封裝時(shí),較大的WLCSP(包括扇出式WLCSP)取代了引線鍵合和倒裝芯片CSP,從而消除了潛在的有機(jī)封裝基板。另一方面,由于供應(yīng)商之間的競爭,導(dǎo)致封裝基板市場進(jìn)一步受到?jīng)_擊,導(dǎo)致高于平均水平的價(jià)格下降。2011-2016年,封裝基板市場需求的減少是由于以下原因:降低了系統(tǒng)和半導(dǎo)體的增長減少臺(tái)式電腦和筆記本電腦的出貨量—個(gè)人電腦歷來占承印物市場的50%。2017年占27%。更小的基片和芯片組集成從更大的BGA包到更小的csp的趨勢——這是我們從筆記本到平板電腦的潛在趨勢。但在筆記本電腦、汽車、打印機(jī)、路由器、游戲、數(shù)字電視領(lǐng)域也出現(xiàn)了一種趨勢。機(jī)頂盒。藍(lán)光等。在所有的領(lǐng)域,減少的基音包允許更小的封裝尺寸來自WLCSP和扇出WLCSP的威脅:仍然存在向WLCSP轉(zhuǎn)變的趨勢。蘋果現(xiàn)在已經(jīng)將其所有的移動(dòng)電話處理器轉(zhuǎn)換為fow-lp,這在2017年將是4.5億美元的基板機(jī)會(huì)。封裝基板市場在2017年趨于穩(wěn)定,在2018年和2019年的增長速度明顯快于整個(gè)PCB市場,預(yù)計(jì)將在未來五年仍然保持超過平均增長速度6.5%。封裝基板市場的好轉(zhuǎn)和持續(xù)增長主要是由用于高端GPU、CPU和高性能計(jì)算應(yīng)用ASIC的先進(jìn)FCBGA基板需求,以及用于射頻(如蜂窩前端模塊)和其他(如MEMS/電源)應(yīng)用的SiP/模塊需求驅(qū)動(dòng)的。內(nèi)存封裝需求,盡管它們的影響更具周期性,例如用于DRAM的FCBOC封裝和用于Flash的WBCSP,也是封裝基板強(qiáng)勁需求的驅(qū)動(dòng)因素。2017年主要增長動(dòng)力包括:FCCSP中的密碼貨幣挖掘?qū)S眉呻娐稦CBGA中的GPU和CPU服務(wù)器DRAM和NAND在CSP中的線鍵合。
有機(jī)封裝基板市場一直很小,直到1997年英特爾開始從陶瓷基板向有機(jī)基板過渡,在基板封裝的基板價(jià)值可以占封裝總價(jià)值(不包括模具)的15%至35%。目前,世界上半導(dǎo)體封裝基板生產(chǎn)主要在亞洲(除日本和中國)、日本、中國、美國及歐洲。從產(chǎn)值上看,封裝基板的生產(chǎn)國家主要是日本、亞洲(除日本和中國以外,以韓國和臺(tái)灣為主)和中國。2019年封裝基板的市場價(jià)值預(yù)計(jì)為81億美元,預(yù)計(jì)未來五年將以每年近6.5%的速度增長。其中,亞洲(除日本和中國以外,以韓國和臺(tái)灣為主)的占有率接近61%,日本約為26%,中國,13%左右,而美國、歐洲及世界其它地區(qū)占有比例則相當(dāng)小。根據(jù)2019年P(guān)rismark的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),目前全球載板的市場容量約為81億美元,量產(chǎn)公司近30家。從生產(chǎn)地來看,全球載板主要在韓國、中國臺(tái)灣、日本和中國內(nèi)陸四個(gè)地區(qū)生產(chǎn)(99%)。近年來中國內(nèi)陸量產(chǎn)廠商數(shù)量增長明顯,但產(chǎn)值仍較小;2019年全球前十五大載板公司如下表所示。從表中可以看出,載板公司基本上都是PCB產(chǎn)品多元化,即非從事單一的載板業(yè)務(wù)(唯一例外的是日月光材料(僅從事BGA載板制造),主要是由于該公司的母公司從事的是封測代工服務(wù)。期初,日本供應(yīng)商主導(dǎo)封裝基板供應(yīng)鏈。目前日本仍以超過50%的份額主導(dǎo)著高端FCBGA/PGA/LGA市場,我們認(rèn)為未來五年內(nèi)這種情況不會(huì)有實(shí)質(zhì)性變化。在所有其他封裝基板類別中,臺(tái)灣/中國大陸和韓國的供應(yīng)商占據(jù)市場主導(dǎo)地位。日本
長期以來,日本代表著全球高端PCB(特別載板)的制造水平和引導(dǎo)著全球PCB的發(fā)展方向,但近年來,由于其市場策略、價(jià)格水平,削弱了其競爭力。當(dāng)前日本主要的載板制造商有Ibiden、Shinko、Kyocera、Daisho、MGC-JCI(逐步退出)、Eastern(已被韓國的Simmtech收購)等。揖斐電成立于1912年,開始從事的是碳化物的生產(chǎn)和銷售,后逐步擴(kuò)大業(yè)務(wù),進(jìn)入了電化學(xué)、住宅建材、陶瓷、電子等領(lǐng)域。現(xiàn)有員工14290名。PCB產(chǎn)品包括HDI、BGA和FCBGA,F(xiàn)CBGA技術(shù)一直稱冠全球。目前揖斐電在日本、菲律賓、馬來西亞、中國內(nèi)陸共有7個(gè)生產(chǎn)基地,具體為:日本岐阜縣大垣市4個(gè):大垣廠(FCBGA)、大垣中央廠(FCBGA)、青柳廠(HDI)、河間廠(FCBGA),菲律賓廠(FCBGA)、馬來西亞檳榔嶼廠(HDI),北京廠(HDI)。新光電氣成立于1946年9月,現(xiàn)有員工4838名,歸屬于富士通集團(tuán),富士通占新光電氣50%的股份。主要產(chǎn)品包括:載板(BGA和FCBGA)、引線框架、封測、電子元器件等。2018年4月,公司決定投資1.9億美元新建載板產(chǎn)線擴(kuò)充產(chǎn)能20%。2017財(cái)年,它的載板及封裝營收額為849.23億日元(約7.4億美元,其中載板約5.6億)。京瓷成立于1959年4月,是全球領(lǐng)先的電子零部件(包括汽車等工業(yè)、半導(dǎo)體、電子元器件等)、設(shè)備及系統(tǒng)制造公司(信息通信、辦公文檔解決、生活與環(huán)保等),京瓷集團(tuán)有265家公司,員工人數(shù)75940名。2017財(cái)年,整個(gè)集團(tuán)的營收額為15770.39億日元(約137億美元)。京瓷的PCB,包括有機(jī)載板(BGA、FCBGA)、HDI、高層數(shù)板、陶瓷基板等。2017財(cái)年,它的PCB營收額約6.6億美元,其中載板約3億。2006年中國臺(tái)灣第一次PCB產(chǎn)值超過日本,居全球第一;之后在規(guī)模上,一直領(lǐng)跑全球的PCB產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前,臺(tái)灣主要的載板制造商有Unimicron、Nanya PCB、Kinsus、ASE Material、Boardtek先豐、Subtron旭德(欣興持股30%)、ZDT臻鼎(制造在秦皇島)、PPt恒勁(C2iM)等。欣興成立于1990年,聯(lián)電為最大股東,2001年合并群策電子、恒業(yè)電子,2002年合并鼎鑫電子,2009年合并全懋,2011年收購德國Ruwel100%的股權(quán)和日本Clover75%的股權(quán)。產(chǎn)品包括PCB(其中,多層板占15%、FPC占5%、HDI占35%、載板占45%)、連接器等。目前欣興在全球共在4個(gè)國家/地區(qū)建有13個(gè)工廠,其中臺(tái)灣6個(gè)(合江廠、合江二廠生產(chǎn)HDI和背板,蘆竹二廠、蘆竹三廠生產(chǎn)HDI,山鶯廠生產(chǎn)HDI、BGA和FCBGA,新豐廠生產(chǎn)BGA和FCBGA),中國內(nèi)陸5個(gè)(昆山欣興同泰生產(chǎn)FPC及組裝,昆山鼎鑫生產(chǎn)多層板和HDI,深圳聯(lián)能生產(chǎn)HDI和背板,蘇州群策生產(chǎn)BGA、黃石欣益興生產(chǎn)多層板和HDI),日本北海道的Clover生產(chǎn)多層板和HDI,德國Geldern的RUWEL生產(chǎn)多層板和HDI。2017財(cái)年,它的營收額為649.92億元新臺(tái)幣(約22.4億美元,其中載板約9.9億,產(chǎn)值位列全球第一);在整個(gè)載板中,F(xiàn)CBGA占營收的53%,F(xiàn)CCSP占17%,一般BGA占29%。南亞電路板原為臺(tái)塑集團(tuán)旗下南亞塑料的PCB事業(yè)部(始于1985年),于1997年10月獨(dú)立。它的PCB產(chǎn)品主要包括BGA、FCBGA、HDI和多層板。它在臺(tái)灣、昆山建有PCB工廠,其中,臺(tái)灣工廠主要從事中高端BGA、FCBGA的生產(chǎn)(桃園蘆竹一、二、五、六、七廠、新北市樹林八廠),昆山工廠(一、二廠)主要從事多層板、HDI和中低端BGA的生產(chǎn)。2010年以前,南亞主要承接來自日本NGK前段的英特爾訂單(南亞負(fù)責(zé)前段制程生產(chǎn)、NGK負(fù)責(zé)后段),NGK自2010年3月底起停止供貨給英特爾后,南亞直接承接英特爾訂單(于2010年6月底通過英特爾的全制程認(rèn)證)。南亞電路板現(xiàn)有員工12072人。2017財(cái)年,它的營收額為266.23億元新臺(tái)幣(約9.0億美元,其中載板約5.9億)。其中,F(xiàn)CBGA約42%,BGA約24%,HDI及其他約34%。景碩成立于2000年9月,為華碩投資。它的PCB產(chǎn)品主要包括BGA、FCBGA、HDI、FPC和多層板(其中載板占營收的80%以上)。它在臺(tái)灣、蘇州建有工廠,其中,臺(tái)灣工廠主要從事中高端BGA、FCBGA等的生產(chǎn)(石磊廠BGA,清華廠FCBGA、BGA,楊梅廠FPC,新豐廠FCBGA、BGA),蘇州工廠主要從事多層板、HDI和中低端BGA的生產(chǎn)。2017財(cái)年,它的營收額為223.35億元新臺(tái)幣(約7.5億美元,其中載板約6.2億)。ASEMaterial(或稱作ASEE,日月光電子)為全球最大的半導(dǎo)體封測商日月光集團(tuán)旗下載板制造公司,它在臺(tái)灣高雄、上海、昆山建有工廠,主要產(chǎn)品為BGA載板,包括BOC、FBGA、PBGA、MemoryCard、FCCSP等。2017財(cái)年,它的載板營收額約2.9億美元。2018年3月,日月光與TDK合資15億元新臺(tái)幣(約0.5億美元)在臺(tái)灣高雄正式成立日月旸電子股份有限公司(ASE Embedded Electronics);將來日月旸電子將采用TDK授權(quán)的SESUB(Semiconductor Embedded in SUBstrate)技術(shù)制造埋入式載板。韓國的載板公司數(shù)量較多,這主要?dú)w功于近年來韓國快速發(fā)展的半導(dǎo)體以及消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè),但單個(gè)PCB公司的規(guī)模較小。當(dāng)前,韓國主要的載板制造商有SEMCO、Simmtech、Daeduck、LGInnotek、KCC(Young Poong旗下)、Cosmotech、HDS等。三星電機(jī)成立于1973年,屬三星集團(tuán),是全球排名前列的的電子元器件制造公司。主要業(yè)務(wù)包括PCB、積層陶瓷電容、攝像頭模組、WiFi模組等。其PCB產(chǎn)品包括HDI、剛-撓性結(jié)合板、BGA和FCBGA,公司自2015年起全力開發(fā)PLP封裝技術(shù)。目前共有5個(gè)工廠:韓國釜山廠生產(chǎn)HDI,剛-撓性結(jié)合板和FCBGA,韓國世宗廠生產(chǎn)BGA,韓國天安廠生產(chǎn)PLP,中國昆山廠生產(chǎn)HDI,越南廠生產(chǎn)HDI和剛-撓性結(jié)合板。2017財(cái)年,它的PCB營收額為14694億韓幣(約13.5億美元,其中載板約6.6億)。信泰成立于1987年,它的產(chǎn)品主要包括HDI和BGA載板。它在韓國清州、日本茅野、中國西安建有PCB工廠(韓國:HDI和BGA,日本:BGA(原Eastern工廠),西安:HDI)。2017財(cái)年它的營收額為8116億韓幣(約7.5億美元,其中載板約5億)。大德成立于1965年1月,是韓國最早的PCB制造企業(yè)。旗下有兩家PCB公司:Daeduck GDS和Daeduck,Daeduck GDS的產(chǎn)品主要包括多層板、FPC和HDI,Daeduck的產(chǎn)品包括高層板、HDI和載板(BGA)。它在韓國、菲律賓和中國天津建有PCB工廠。2017財(cái)年兩家PCB公司的營收額合計(jì)為9686億韓幣(約8.9億美元),其中載板約3.1億。中國內(nèi)陸的載板起步較晚,第一家實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)BGA載板的公司于2002年正式投產(chǎn),為當(dāng)時(shí)屬港資美維科技集團(tuán)的上海美維科技公司(后被美資TTM收購);第一家實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)FCBGA載板的公司則于2016年2月正式投產(chǎn),為屬奧地利的奧特斯科技(重慶)有限公司。上海美維科技有限公司成立于1999年08月25日,注冊地位于上海市。經(jīng)營范圍包括研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)新型片式電子元器件,包括高密度互連(HDI)印刷板,晶片基板以及相關(guān)測試儀器,銷售自產(chǎn)產(chǎn)品并提供相關(guān)技術(shù)服務(wù)。主要生產(chǎn)HDI板,PBGA、FPBGA、CSP載板、SIP載板和MCM載板等,封裝基板。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于數(shù)碼、集成電路、儲(chǔ)存卡、DDR、和汽車、藍(lán)牙組件等領(lǐng)域。美龍翔微電子科技(深圳)有限公司(英文名:Substrate Technologies (ShenZhen) Limited)創(chuàng)建于1999年底,原由香港微電子封裝科技有限公司和美國STI公司共同主辦的企業(yè),2003年4月,成為香港微電子封裝科技有限公司的全資子公司。首期投資總額將近1900萬美元,是國內(nèi)首家專業(yè)從事微電子封裝材料(基板)的研究、開發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)公司。公司的主要產(chǎn)品定位于高速、高性能IC的封裝產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于高檔嵌入式微處理器芯片、高速通訊及網(wǎng)絡(luò)處理芯片、高速圖像處理芯片、高速存儲(chǔ)芯片等領(lǐng)域。產(chǎn)品種類包括:散熱增強(qiáng)型BGA封裝基板(EBGA substrate),倒置芯片BGA封裝基板(FlipChip BGA)。公司是一家專業(yè)從事柔性電路板(簡稱FPC)設(shè)計(jì)、制造、銷售、電子元器件采購及銷售及薄膜覆晶組件封裝的香港上市公司,產(chǎn)品廣泛銷往日本、韓國、美國、歐洲及大中華地區(qū)。公司在中國設(shè)立了廣州工廠和蘇州工廠,同時(shí)分別在中國華南、華東等地設(shè)立銷售辦事處,并在韓國、美國和歐洲設(shè)立銷售公司和銷售代理,為客戶提供最快捷周到的本地化服務(wù)。2020年1月20日,買方安捷利美維電子(廈門)有限責(zé)任公司(為公司間接持有6%股權(quán)的合資公司)與賣方(迅達(dá)科技中國有限公司)及賣方的最終控股股東迅達(dá)科技公司訂立股權(quán)購買協(xié)議,買方向賣方收購目標(biāo)公司的全部股權(quán),代價(jià)為5.50億美元。目標(biāo)公司為廣州美維電子有限公司、上海美維電子有限公司、上海美維科技有限公司及上海凱思爾電子有限公司。公司成立于1984年,專注于電子互聯(lián)領(lǐng)域,致力于“打造世界級(jí)電子電路技術(shù)與解決方案的集成商”,擁有印制電路板、封裝基板及電子裝聯(lián)三項(xiàng)業(yè)務(wù),形成了業(yè)界獨(dú)特的“3-In-One”業(yè)務(wù)布局。公司的主營業(yè)務(wù)繼續(xù)圍繞PCB業(yè)務(wù)、軍品業(yè)務(wù)、半導(dǎo)體業(yè)務(wù)三大業(yè)務(wù)主線開展,其中PCB業(yè)務(wù)包含樣板快件、小批量板的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售以及表面貼裝;軍品業(yè)務(wù)包含PCB快件樣板和高可靠性、高安全性軍用固態(tài)硬盤、大容量存儲(chǔ)陣列以及特種軍用固態(tài)存儲(chǔ)載荷的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)和銷售;半導(dǎo)體業(yè)務(wù)產(chǎn)品包含IC封裝基板和半導(dǎo)體測試板。公司成立于2006年,最早由中、以兩國企業(yè)合資組建,專注于高端有機(jī)無芯封裝基板的發(fā)明專利的產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過不斷的創(chuàng)新與發(fā)展,公司成為世界上首家采用“銅柱法”生產(chǎn)高密度無芯封裝基板并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的創(chuàng)新型企業(yè)。2012年7月31日正式由珠海越亞封裝基板技術(shù)有限公司更名為珠海越亞封裝基板技術(shù)股份有限公司。公司自成立以來專注于FPC、COF柔性封裝基板及COF產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售,致力于在微電子領(lǐng)域?yàn)榭蛻籼峁┤娴娜嵝曰ミB解決方案及基于柔性基板技術(shù)的芯片封裝方案。公司是全球極少數(shù)有完整產(chǎn)業(yè)鏈布局的廠商,是國內(nèi)極少數(shù)不依賴進(jìn)口封裝基材,而通過自產(chǎn)封裝基材批量制造COF柔性封裝基板的廠商。康源電子始建于1977年,總部位于香港。1993年在虎門建廠投產(chǎn),2008年轉(zhuǎn)型為外商獨(dú)資,現(xiàn)已成為一個(gè)擁有10萬平方廠房、2000名智慧員工的專業(yè)印刷電路板制造商。公司專注于高端PCB和FPC產(chǎn)品的工藝研發(fā)、產(chǎn)品制造和銷售,主要產(chǎn)品包括高密度互連積層板、多層撓性板、剛撓性印刷電路板、封裝載板、HDI和高新科技領(lǐng)域電路板,廣泛應(yīng)用于通訊、汽車、消費(fèi)、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域,客戶遍布北美、歐洲、中國及亞太等地區(qū)。本公司專注于傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、通訊、金融硬件、計(jì)算機(jī)及其他電子產(chǎn)品行業(yè)的印制電路板的制造與銷售,本公司為主要集中在傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、通訊、汽車類、金融硬件、計(jì)算機(jī)及其他電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)提供技術(shù)含量較高的印制電路板。主要產(chǎn)品包括MEMS系列印制電路板、內(nèi)埋器件系列印制電路板、貼片式麥克風(fēng)印制電路板、精細(xì)線路印制電路板、光模組、常規(guī)印制電路板。奧地利AT&S集團(tuán)在中國擁有五個(gè)奧特斯集團(tuán)生產(chǎn)工廠(萊奧本-Hinterberg(Leoben-Hinterberg),奧地利費(fèi)靈(Fehring),韓國安山(Ansan),印度加古德(Nanjangud),中國(上海),中國(重慶)。奧特斯科技(重慶)有限公司于2011年注冊成立,是奧特斯集團(tuán)在中國設(shè)立的第二家獨(dú)資企業(yè)。自2008年起,奧特斯上海工廠是全球最大的高科技HDI印制電路板制造基地。重慶項(xiàng)目于2011年3月啟動(dòng),分三期進(jìn)行建設(shè),一期項(xiàng)目產(chǎn)品為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體封裝載板。目前,中國內(nèi)陸實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的BGA公司有昆山南亞、蘇州欣興、蘇州景碩、秦皇島臻鼎等臺(tái)資,上海美維科技等美資,美龍翔、安捷利電子等港資,興森快捷、深南電路、越亞、丹邦、東莞康源電子、普諾威電子等內(nèi)資;實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的FCBGA公司則有重慶奧特斯1家。目前僅深南電路、興森科技、丹邦科技、珠海越亞具備封裝基板生產(chǎn)技術(shù),2019年5月,崇達(dá)技術(shù)收購普諾威35%股權(quán),進(jìn)軍IC載板。在美國,目前僅剩HoneywelACI公司有實(shí)力以激光鉆孔技術(shù)制造積層法多層板。未來美國將會(huì)朝著適于高檔次半導(dǎo)體封裝基板工藝的相關(guān)設(shè)備研制、開發(fā)的方向努力。歐洲地區(qū)目前有能力以激光鉆孔技術(shù)生產(chǎn)積層法多層板的廠商有:AT&S(澳地利)、Aspoeomp(芬蘭)、PPE等三家公司。
封裝基板按基材材質(zhì)可分為剛性有機(jī)封裝基板、撓性封裝基板和陶瓷封裝基板。一般工藝(單面、雙面、多層板)和積層法的多層板,多用于BGA封裝產(chǎn)品中,占三類產(chǎn)品生產(chǎn)總量85%-88%。剛性CSP/PBGA/FC-PGA/FC-PBGA/Cavity PBGA以聚酰亞胺薄膜為基膜的基材,如BGA、D2BGA、T一BGA、T一CSP.μCSP等,增長快。'陶瓷封裝基板:氧化鋁基板、氮化鋁基板、低溫共燒陶瓷多層基板。'封裝基板按照制造工藝可分為剛性基板(含陶瓷基板)、撓性基板、積層法多層基板(BUM)。封裝基板按照性能可分為:低膨脹系數(shù)(a)封裝基板、高玻璃化溫度(Tg)封裝基板、高彈性率封裝基板、高散熱性封裝基板、埋入元件型封裝基板。根據(jù)封裝基板不同的用途,可將封裝基板分為:用于智能手機(jī)的存儲(chǔ)模塊、固態(tài)硬盤等;微機(jī)電系統(tǒng)封裝基板(MEMS)用于智能手機(jī)、平板電腦穿戴式設(shè)備的傳感器等;用于智能手機(jī)等移動(dòng)通信產(chǎn)品的射頻模塊;用于智能手機(jī)、平板電腦等的基帶及應(yīng)用處理器等;用于數(shù)據(jù)寬帶、電信通訊、FTTX、數(shù)據(jù)中心、安防監(jiān)控和智能電網(wǎng)中的轉(zhuǎn)換模塊;主流封裝基板產(chǎn)品市場規(guī)模和結(jié)構(gòu)
封裝基板產(chǎn)品多樣化,從產(chǎn)值分布來看,2019年封裝基板主要以FC BGA/PGA/LGA(Flip Chip Ball / Pin / Land Grid Array,倒裝芯片球/針/平面柵格陣列封裝基板)、FC CSP(Flip Chip Scale Packaging,倒裝芯片級(jí)封裝基板)、FCBOC(Flip Chip Board on Chip for DRAM,動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器用芯片封裝基板)及WB PBGA(Wire Bond PBGA,鍵合塑料球柵陣列封裝)WB CSP(Wire Bond Chip Scale Packaging鍵合芯片級(jí)封裝基板),RF&Digital Module(頻射及數(shù)字模塊封裝基板)為封裝基板市場的六類主要產(chǎn)品。從供給來看,2019年全球主要有5個(gè)地區(qū)生產(chǎn)封裝基板,分別是日本、中國、亞洲(除去日本和中國,主要是臺(tái)灣、韓國和其他地區(qū))、美國和歐洲。Prismark按照WB PBGA/CSP、FC BGA/PGA/LGA、FC CSP/BOC和RF AND Digital Module四類統(tǒng)計(jì),預(yù)計(jì)2019年共計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值81.39億美元,同比增速為7.74%,四類產(chǎn)品產(chǎn)值分別為20.07、33.52、17.24和10.55億美元,占比分別為24.66%、41.18%、21.19%和12.96%。WB(wire-bonding,引線鍵合封裝技術(shù)),用金屬絲將芯片的I/O端(內(nèi)側(cè)引線端子)與相對應(yīng)的封裝引腳或者基板上布線焊區(qū)(外側(cè)引線端子)互連,實(shí)現(xiàn)固相焊接的過程。PBGA(Plastic ball grid array package)塑料球柵陣列。主要用于滿足200-800I/O引腳數(shù)需求。目前正持續(xù)被高端倒裝芯片及低端低成本CSP封裝搶占市場。20世紀(jì)90年代末,PBGA封裝之后不久出現(xiàn)了線鍵CSP封裝,精細(xì)間距BGA(FBGA)和CSP是完全相同的,但在未來它將被簡單地稱為CSP。CSP是一種更有效的線狀鍵合PBGA封裝,具有更緊密的球間距(0.8mm及以下),因此被稱為細(xì)間距BGA或FBGA。我們也可以進(jìn)一步將CSP定義為:封裝尺寸小于20毫米的所有基板。CSP最初是運(yùn)用于較少引腳數(shù)的設(shè)備,但現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展到容納700個(gè)I/O及以上的設(shè)備。WBCSP用金線將半導(dǎo)體芯片與封裝基板連接,半導(dǎo)體芯片的大小大于基板面積80%的產(chǎn)品通常被稱為“WBCSP”(引線鍵合芯片尺寸封裝)。隨著半導(dǎo)體市場的發(fā)展,對WBCSP的總需求繼續(xù)增長。但因?yàn)楦咚僭鲩L的FCCSP,WBCSP市場份額逐漸減少。但對于許多I/O為20–500的設(shè)備來說,它仍是一種經(jīng)濟(jì)高效的方法。CSP的需求最初主要由大容量移動(dòng)電話市場驅(qū)動(dòng),但如今,大多數(shù)其他便攜式和非便攜式應(yīng)用程序都在使用CSP封裝,以實(shí)現(xiàn)更小的尺寸和更好的電氣性能。2019年全球WBPBGA/CSP封裝基板產(chǎn)值預(yù)計(jì)為20.07美元,占全球封裝基板總產(chǎn)值24.66%。Prismark預(yù)計(jì)2024年全球FC BGA/PGA/LGA封裝基板產(chǎn)值將達(dá)21.98美元,年復(fù)合增長率為1.83%。目前PBGA基板及CSP基板的主要生產(chǎn)供應(yīng)商有JCI(日本)、Ibiden(日本)、Samsung(韓國)、LG(韓國)及PPT等公司。在TBGA基板方面,目前日本廠商仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。日本的主要供應(yīng)商包括:Shinko、Hitachi Cable、Mitsui及Sumitomo等公司。FC BGA/PGA/LGA全稱是 Flip Chip Ball/Pin/Land Grid Array,倒裝芯片球/針/平面柵格陣列封裝基板。隨著芯片集成度不斷提高,其對集成電路封裝要求更加嚴(yán)格。I/O引腳數(shù)的急劇增加,使得FC BGA/PGA/LGA廣泛用于具有高復(fù)雜性的MPU(微處理器和內(nèi)存保護(hù)單元)、CPU(中央處理器)和邏輯器件的封裝。BGA、PGA、LGA三種封裝所用封裝基板相似,但它們與主板的交互方式不同。所有這些封裝都使用倒裝芯片互連,而不是導(dǎo)線連接。2019年全球FC BGA/PGA/LGA封裝基板產(chǎn)值預(yù)計(jì)為33.52億美元,占全球封裝基板總產(chǎn)值41.18%。Prismark預(yù)計(jì)2024年全球FC BGA/PGA/LGA封裝基板產(chǎn)值將達(dá)51.86億美元,年復(fù)合增長率為9.12%。半導(dǎo)體芯片不是通過引線鍵合方式與基板連接,而是在倒裝的狀態(tài)下通過凸點(diǎn)與基板互連,因此而被稱為“FCCSP”(Flip Chip Chip Scale Package)。倒裝芯片CSP(FCCSP)包提供了一個(gè)較低的輪廓,更好的電氣性能,并略高于傳統(tǒng)的電線結(jié)合CSP包I/O。FCCSP與FCBGA的區(qū)別僅在于封裝尺寸(<20mm)、填料節(jié)距(典型的CSP為<0.8mm球節(jié)距),通常為60-1.3001/0。由于FCCSP封裝的高性能(將半導(dǎo)體芯片到PCB間的距離降至最低,信號(hào)損失很少,可確保高性能)和高I/O(得益于精細(xì)bump pitch,形成大量I/O應(yīng)用),主要用于手機(jī)應(yīng)用處理器、基帶等產(chǎn)品封裝中。BOC(Board on Chip for DRAM)主要包括WBBOC和FCBOC兩種。2018年以前,大多數(shù)DRAM設(shè)備都采用WBBOC封裝,尤其是在2017年,三星(Samsung)推出了超過35億個(gè)WBBOC封裝。FCBOC是指使用倒裝技術(shù)的DRAM封裝,三星從2015年前就開始將這項(xiàng)技術(shù)用于圖形DDR(內(nèi)存)或GDDR(顯存),現(xiàn)在正將其用于PC應(yīng)用程序中的主流DDR,2019年及以后FCBOC將逐漸完全取代WBBOC封裝。BOC的主要用戶是存儲(chǔ)器公司-三星、SKHynix和Micron,主要的基板供應(yīng)商包括Simmtech、Eastern、ASE Material、Unimicron等。2019年全球FCCSP/BOC封裝基板產(chǎn)值預(yù)計(jì)為17.25億美元,占全球封裝基板總產(chǎn)值21.19%。Prismark預(yù)計(jì)2024年全球FCCSP/BOC封裝基板產(chǎn)值將達(dá)20.60億美元,年復(fù)合增長率為3.61%。數(shù)字模塊將多個(gè)模具和其他組件被焊接或嵌入主板,從而可以包括任意數(shù)量的模塊應(yīng)用。迄今為止最常見的包括MEMS傳感器、MEMS麥克風(fēng)和攝像頭模塊。用于數(shù)字模塊的基板與用于BGA和CSP封裝的基板相似。他們通常使用簡單的兩到四層基板,但現(xiàn)在加入了更先進(jìn)的薄核組裝基板設(shè)計(jì)。特別是對于許多MEMS麥克風(fēng)來說,一個(gè)獨(dú)特的區(qū)別是在基板中使用了嵌入式電容器和電阻箔。主要數(shù)字模組基板供應(yīng)商包括金星、Unimicron、南亞PCB、深南、森科、LG Innotek等。射頻模塊包括一系列解決方案,通常包括一個(gè)或多個(gè)有源功率器件和無源元件。RF模塊常見于功率放大器(PA)和功率放大器雙工器(PAD)模塊,還用于WLAN/藍(lán)牙和/或GPS的連接模塊,通常使用有機(jī)封裝基板。射頻模塊的尺寸通常為3毫米到10毫米,通??梢园坏剿膫€(gè)有源CMOS或砷化鎵芯片,以及多達(dá)四十個(gè)分立無源元件。2019年全球RF AND Digital Module封裝基板產(chǎn)值預(yù)計(jì)為10.55美元,占全球封裝基板總產(chǎn)值12.96%。Prismark預(yù)計(jì)2024年RFANDDigital Module封裝基板產(chǎn)值將達(dá)17.10美元,年復(fù)合增長率為10.41%。封裝基板技術(shù)發(fā)展驅(qū)動(dòng)因素
用于高性能計(jì)算的大面積FCBGA封裝需求驅(qū)動(dòng)封裝基板需求成長
高性能計(jì)算包括傳統(tǒng)的基于cpu的計(jì)算機(jī),從高端桌面和筆記本電腦到領(lǐng)先的服務(wù)器、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序三大類。
后者越來越多地使用GPU和高級(jí)內(nèi)存總線來實(shí)現(xiàn)超級(jí)計(jì)算和Al應(yīng)用程序所需的高性能。長期以來,高端CPU和GPU一直被封裝在FCBGA、FCLGA或FCPGA中,它們可以通過插槽直接安裝到主機(jī)的主PCB上,也可以使用中間的子卡。
在筆記本電腦中系統(tǒng)級(jí)的尺寸和厚度要求CPU直接安裝在主機(jī)的主板上。然而,在桌面服務(wù)器和許多其他高性能計(jì)算應(yīng)用程序,CPU通常以BGA或LGA包的形式提供,并通過插座或類似的連接器安裝到主板上。
Intel的高端服務(wù)器CPU,包括聯(lián)想服務(wù)器使用的Xeon CPU,都采用了公司的PoINT(Patch on INTerposer)技術(shù)。在英特爾的命名法中,CPU芯片被翻轉(zhuǎn)到一個(gè)“補(bǔ)丁”上,這實(shí)際上是一個(gè)具有高路由密度的BGA基板,以適應(yīng)前沿的CPU芯片。然后將此補(bǔ)丁安裝到插入器上。Intel將補(bǔ)丁稱為HDI(高密度互連),將插入器稱為LDI(低密度互連)。在Prismark的術(shù)語中,兩者都是內(nèi)置的封裝基板,而插入器的路由密度略低。
Al和機(jī)器學(xué)習(xí)帶來了對海量數(shù)據(jù)的處理需求
英特爾的Xeon是一款傳統(tǒng)的、但處于領(lǐng)先地位的CPU,它是專注應(yīng)用于Al和機(jī)器學(xué)習(xí)一種新的高端處理,而這些應(yīng)用使用GPU。所有的應(yīng)用程序都依賴于模式識(shí)別來創(chuàng)建一個(gè)算法來解釋大量的數(shù)據(jù),而GPU比CPU更適合這種類型的數(shù)據(jù)處理。
自動(dòng)駕駛汽車可能是這些新型人工智能應(yīng)用中最具辨識(shí)度的一個(gè)。但機(jī)器學(xué)習(xí)也被用于語音識(shí)別、游戲、工業(yè)效率優(yōu)化和戰(zhàn)爭。Nvidia是這些Al應(yīng)用的GPU的主要供應(yīng)商,該公司的Nvidia的自動(dòng)駕駛汽車驅(qū)動(dòng)平臺(tái)是系統(tǒng)和組件封裝實(shí)踐的一個(gè)很好的例子最初用于特斯拉自動(dòng)駕駛儀的驅(qū)動(dòng)平臺(tái),本質(zhì)上是一個(gè)小型(31x16cm的盒子)超級(jí)計(jì)算機(jī),它可以解讀汽車傳感器的數(shù)據(jù),創(chuàng)建出汽車周圍環(huán)境的虛擬3D地圖。并決定適當(dāng)?shù)男?/span>動(dòng)。值得注意的是,大量數(shù)據(jù)定期上傳到汽車制造商的數(shù)據(jù)中心,在那里,基于數(shù)百萬英里的駕駛經(jīng)驗(yàn),自動(dòng)駕駛算法不斷改進(jìn)。
這些例子的CPU和GPU是大型尺寸的FCBGA封裝驅(qū)動(dòng)的需求復(fù)雜的封裝基板的主要例子。
有機(jī)封裝基板的第二個(gè)重要增長驅(qū)動(dòng)力是SiP/modules。
SiP(System-in-Package)將主動(dòng)和被動(dòng)元器件組合在一個(gè)包含特定功能的封裝體/模塊中。最突出的SiP是用于蜂窩和其他射頻系統(tǒng)的射頻模塊,如功率放大器模塊。前端模塊和WiFi模塊。其他例子包括傳感器模塊,如MEMS加速度計(jì)算或攝像機(jī)模塊,以及電源模塊,比如DC/DC轉(zhuǎn)換器。大多數(shù)這樣的模塊使用剛性PCB基板,雖然有些使用柔性,陶瓷,或引線框載體。與上面討論的高性能計(jì)算設(shè)備相比,IO數(shù)量很低(大多數(shù)遠(yuǎn)低于100),并且封裝的球/墊的間距非常寬松(最多為1毫米)。另一方面,特別是射頻模塊往往有一個(gè)很多且越來越多的器件和元件,必須在模塊內(nèi)互連。這增加了模塊基板的路由密度,增加了它的層數(shù)和設(shè)計(jì)幾何形狀。
新的射頻模塊應(yīng)用是5GmmWave天線模塊
用于5G智能手機(jī)和類似的5G接入設(shè)備。這種應(yīng)用的高頻率要求射頻收發(fā)器和天線之間的近距離。因此,mmlWave天線模塊被設(shè)計(jì)成將收發(fā)器和支撐組件安裝在一側(cè),貼片天線安裝在另一側(cè)。結(jié)果是一個(gè)復(fù)雜的5-2-5基板。每個(gè)5G中使用三或四個(gè)這樣的天線模塊毫米波智能手機(jī)。
非射頻SiP模塊應(yīng)用
蘋果提供了有趣的推動(dòng)力。從蘋果手表,幾乎所有的組件都裝在一個(gè)大的SiP。另一個(gè)interestinoSiP的例子是用在蘋果的新AirPods專業(yè)無線耳機(jī)。之前的AirPods主要使用的是安裝在伸縮電路上的分立元件(還有一些更小的SiP)。新的AirPodsPro將幾乎所有的組件整合到一個(gè)5x10毫米的SiP中。這個(gè)SiP非常復(fù)雜。實(shí)際上,它本身由四個(gè)SiP和一個(gè)跨接PCB組成,所有這些都組合成一個(gè)小的組件。
主SiP結(jié)合了幾個(gè)WLCSP到一個(gè)3-2-3基板的頂部然后集成封裝。該基板的底部支持一個(gè)額外的三個(gè)SiP(一個(gè)藍(lán)牙SiP和兩個(gè)MEMS加速計(jì)SiP)加上一個(gè)跨接PCB用于連接到AirPods Pro flex電路。藍(lán)牙SiP本身是相當(dāng)復(fù)雜的,包括藍(lán)牙芯片和內(nèi)存芯片,加上一個(gè)時(shí)鐘和被動(dòng)式,安裝在一個(gè)6L任意層基板的兩側(cè)并覆蓋成型。每年要交付數(shù)十億個(gè)SiP/模塊,比大型BGA包高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
封裝基板的需求已經(jīng)被持續(xù)使用的晶圓級(jí)CSP削弱。WLCSP發(fā)展迅速,因?yàn)樗麄兲峁┝诵〕叽?,可以非常?<0.4毫米)和提供良好的球間距(0.35毫米),且不使用任何基材或載體。但WLCS廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)和其他便攜式產(chǎn)品中。然而封裝基板的主要增長動(dòng)力是大面積FCBGA封裝和SiP。
在可實(shí)現(xiàn)的布線密度方面,硅的技術(shù)路線圖超過了PCB。封裝基板是用來提供高密度的接口之間的硅模具和更大,低密度PCB主板。但是用于高性能計(jì)算處于領(lǐng)先地位的CPU和GPU,即使是高密度的封裝基板也不足以實(shí)現(xiàn)一級(jí)互連。
以5μm線和空間為例,重點(diǎn)是半導(dǎo)體工藝技術(shù)作為替代。在典型的排列中。采用半導(dǎo)體制造技術(shù)的中間插層,將有源模的高密度布線要求與有機(jī)封裝基板的低密度能力進(jìn)行轉(zhuǎn)換。值得注意的是,這種封裝方法仍然需要有機(jī)封裝基質(zhì),它的大小和層數(shù)都在增加其中一些產(chǎn)品已經(jīng)開始批量發(fā)貨。
英特爾EMIB嵌入式硅插入器
英特爾的酷i7 8705G筆記本處理器實(shí)際上結(jié)合了英特爾的CPU,一個(gè)AMD的GPU和HBM內(nèi)存在一個(gè)單一的FCBGA封裝體。為了獲得最高的性能,GPU和內(nèi)存采用倒裝芯片,直接安裝在附近,并與硅橋芯片互連,在兩個(gè)芯片之間提供高完整性的信號(hào)和電源線。英特爾CPU被單獨(dú)直接放置在BGA基板上。
帶有TSV的硅插入器
AMD提供一系列用于高性能計(jì)算應(yīng)用的CPU和GPU,包括工作站和Al處理器。為了解決高速內(nèi)存訪問的需求,內(nèi)存最好集成在處理器封裝體中。在許多情況下,這是通過在相同的高密度封裝基板上,將內(nèi)存芯片翻轉(zhuǎn)到CPU/GPU芯片旁邊來實(shí)現(xiàn)的。但在前沿應(yīng)用中,存儲(chǔ)芯片是堆疊在一起的,隨后安裝在一個(gè)硅插接器上,該插接器也攜帶處理器芯片。