電子產(chǎn)品覆晶封裝與扇出型封裝之間的競爭分析

一、高階電子產(chǎn)品有較高之I/O接口數(shù)及較大體積

全球電子終端產(chǎn)品日新月異，不論是手機/無線通訊應(yīng)用、消費性電子應(yīng)用或是高速運算應(yīng)用等，都可觀察到電子產(chǎn)品朝向高整合度發(fā)展趨勢，其中越高性能和多功能產(chǎn)品，除伴隨之半導(dǎo)體芯片I/O數(shù)越高多，其所需芯片之?dāng)?shù)量也越高，整體封裝芯片之面積亦越大。

圖1 ：電子應(yīng)用產(chǎn)品之封裝晶片之I/O數(shù)及面積關(guān)系。資料來源： Yole(2017/02)

二、終端產(chǎn)品推動封裝技術(shù)進化

當(dāng)終端產(chǎn)品由手持式產(chǎn)品、物聯(lián)網(wǎng)消費性產(chǎn)品、車用電子再發(fā)展到高速運算處理器發(fā)展過程中，產(chǎn)品之復(fù)雜度激增情況下，能選擇的芯片封裝方式亦逐漸受限，這主要是因為高效能產(chǎn)品同時搭配先進制程芯片，同時需高整合度(細線寬線距)之封裝技術(shù)，而高整合之封裝技術(shù)往往伴隨著低制程良率議題(Low Yield Issue)，因此高效能產(chǎn)品能選擇的封裝技術(shù)甚至是能提供此製程技術(shù)的從業(yè)者亦甚是稀少，大多數(shù)封裝業(yè)者亦會擔(dān)心低封裝良率傷害昂貴芯片所付出之代價甚大，此乃反應(yīng)現(xiàn)今高階2.5D中介層封裝大多在晶圓廠進行的原因，因晶圓廠具備提供芯片之能力，相較專業(yè)封測廠具產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢。

圖2 ：終端產(chǎn)品推動封裝技術(shù)進化。資料來源： Amkor(2017/09)

先進封裝技術(shù)中，大多具備芯片整合能力，如目前不論是量或產(chǎn)值最大的覆晶封裝技術(shù)，或是發(fā)展快速之扇出型及2.5D/3D封裝技術(shù)等，其2015至2021年之產(chǎn)值年複合成長率分別高達49%及43%, 相對之下覆晶封裝之5%年複合成長率確實遜色許多，此亦反應(yīng)覆晶封裝之載板不論在整合度，亦或在價格上都存在著技術(shù)瓶頸，因此對高頻寬及高速運算需求之電子產(chǎn)品帶動扇出型封裝甚至更高階之2.5D/3D封裝需求興起。

圖3 ：先進封裝技術(shù)之產(chǎn)值及年複合成長率趨勢。資料來源：Yole(2018/03)

三、扇出型封裝逐漸挑戰(zhàn)覆晶封裝之地位

覆晶封裝(Flip Chip)技術(shù)起源于1960年代，最早是IBM在大型主機上研發(fā)出之覆晶技術(shù)，而扇出型封裝技術(shù)主要是源于星科金朋在2008年與意法半導(dǎo)體((STMicroelectronics))、英飛凌(Infineon)協(xié)議在英飛凌第一代嵌入式晶圓級球閘陣列(Wafer-Level Ball Grid Array；eWLB)技術(shù)基礎(chǔ)上，共同合作開發(fā)新一代的eWLB技術(shù)，開發(fā)時程及設(shè)備機臺落差導(dǎo)致扇出型封裝之發(fā)展落后覆晶封裝許久，而覆晶封裝主要使用的設(shè)備之一是面板級載板製程，亦即其繞線層是載板製程，目前已可融合單一或多晶片以覆晶或打線方式整合在載板上，但載板之線寬(Line)線距(Space)在10/10 um以下之製程受挑戰(zhàn);另一方面，扇出型封裝發(fā)展時程雖較覆晶封裝短，但因其製程主要以晶圓級封裝設(shè)備進行，其繞線層主要是薄膜(Thin film)製程，因此具發(fā)展高密度線寬線距(Line/Space<8/8 um)製程之優(yōu)勢，唯目前主要仍以單一晶片扇出型封裝(Single die fan-out)為主，在以扇出型封裝進行多晶片整合製程仍備受重佈線層(RDL)良率挑戰(zhàn)。

圖4： 覆晶封裝與扇出型封裝之比較。資料來源：Yole;工研院IEK (2018/03)

現(xiàn)今之覆晶封裝技術(shù)較扇出型封裝技術(shù)成熟，許多覆晶封裝面積大于15*15mm^2以上，同時搭配上百個I/O數(shù)，而具備晶片整合之覆晶封裝(FCBGA;Flip Chip Ball Grid Array)更是大于55*55mm^2以上，同時I/O數(shù)大于3000個以上，而扇出型封裝目前則主要仍以單一晶片封裝為主，封裝面積小于15*15mm^2，同時I/O數(shù)小于1500個，主要以手機通訊等相關(guān)應(yīng)用為主。

圖5： 現(xiàn)今之覆晶仍較扇出型封裝技術(shù)成熟。資料來源：Yole(2017/09)

未來五年扇出型封裝將逐漸走向多晶片系統(tǒng)級封裝(Multi-die System-in-Package)，同時扇出型封裝亦朝向高密度(High I/O Density)-亦即細線寬線距發(fā)展，并併隨朝向更大的扇出型多晶片系統(tǒng)級封裝發(fā)展，但封裝面積大于40*40 mm^2之封裝將仍以覆晶封裝為主，而覆晶封裝之載板亦朝向細線寬線距發(fā)展。

圖6 未來五年扇出型封裝走向多晶片SiP封裝。資料來源：Yole(2017/09)

未來十年后多晶片系統(tǒng)級扇出型封裝SiP，已逐漸可與覆晶封裝技術(shù)競爭，同時線寬/線距<10/10 um之載板亦逐漸發(fā)展成熟，而FOSiP亦逐漸發(fā)展成熟，覆晶封裝與扇出型封裝之競爭將加遽，在高密度扇出型封裝逐漸發(fā)展成熟趨勢下，將嚴重侵蝕單一或多晶片覆晶封裝(FCCSP-Single die/FCBGA-Multi die)之市場份額，在兩種技術(shù)之成本及效能接近同時，其封裝大小(Package Form Factor)、產(chǎn)業(yè)鏈與客戶關(guān)系將是決定要使用哪種封裝的重要關(guān)鍵所在。

圖7 未來十年扇出型封裝之SiP已可與覆晶封裝競爭。資料來源：Yole(2017/09)

四、產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

在電子終端產(chǎn)品需求帶動下，晶片同質(zhì)/異質(zhì)整合趨勢已成市場共識，而整合度由過去從PCB及載板提升至薄膜制程或2.5D中介層等高度晶片整合方式，以產(chǎn)業(yè)鏈而言，即將面臨的是載板廠與封測廠甚至晶圓廠之競爭關(guān)系，但載板廠一直以來都是封測廠之重要合作伙伴，也因此即便客戶對高整合度封裝有興趣，但已俱備覆晶封裝產(chǎn)能之封測廠是否會愿意拋棄發(fā)展已久之覆晶封裝技術(shù)，改以再投入資金成本購買大量薄膜製程發(fā)展扇出型封裝技術(shù)呢？亦或是以既有之覆晶產(chǎn)能，協(xié)同載板廠進行高密度載板之開發(fā)？很明顯后者可能性較高，因前者再投資成本以封測廠為主，但因覆晶產(chǎn)能可能因此空缺，故未必對封測廠獲利有益處，而后者之投資成本以載板廠為主，而載板廠為取得競爭優(yōu)勢，勢必得持續(xù)朝高密度載板發(fā)展，因此，除非無覆晶封裝技術(shù)及產(chǎn)能包伏之封測廠較有可能積極發(fā)展扇出型封測技術(shù)外，具覆晶產(chǎn)能之封測廠則對扇出型封裝之再投資意愿相對較低。