全球IC封装材料市场发展趋势(1)

全球IC構裝材料市場發展趨勢一、前言近年来随着终端消费性电子产品，朝向「轻、薄、短、小」及多功能化发展的趋势，IC构装技术亦朝向高密度化、小型化、高脚数化的方向前进。IC构装技术发展从1980年代以前，IC晶粒与PCB的连接方式以插孔式为主，1980年代以后，在电子产品轻薄短小的要求声浪中，构装技术转以SOP(SmallOut-LinePackage)、SOJ(SmallOut-LineJ-Lead)、QFP(QuadFlatPackage)等型态为主，1990年代构装技术的发展更着重于小型化、窄脚距、散热等问题的改善，1.0mm或0.8mm厚的TSOP(ThinSOP)更应声而起成为构装产品的主流，构装产业已然蓬勃发展，目前BGA(BallGridArray)、FlipChip、CSP(ChipScalePackage)等先进构装技术已成为业者获利的主流。随着构装技术的发展，构装制程对材料特性的要求也愈来愈严苛，也顺势带动构装材料市场的发展。二、全球构装材料市场概况IC构装制程所使用的材料主要有导线架、粘晶材料、模封材料、金线、锡球、IC载板等。1、导线架全球导线架产品主要由日本导线架生产厂商所供应，其中新光、大日本印刷、凸版印刷、住友与三井等5大制造厂商更囊括全球7成市长，但由于日本国内生产成本过高，加上高阶构装技术快速鲸吞导线架市场，业者纷纷进行减产，或淡出该市场，欧美与韩国等业者亦采策略性放弃或将产品转型，以因应全球市场变化。2000年全球导线架需求量为127,900公吨/年，市场规模约870亿日圆，2001年因全球经济衰退，估计导线架需求将呈现衰退现象，推估需求量约为114,726公吨，市场规模约780亿日圆，预估2001-2005年全球导线架市场规模，每年成长幅度仅约1-2﹪，预测2005年需求量约170,587公吨，市场规模约1,149亿日圆，显示未来导线架成长空间受到构装形态转变而有所限制。2、粘晶材料粘晶材料主要功能在于将IC晶粒粘贴于导线架或基板上，目前市场上最常见的粘晶材料主要以环氧树脂为基本树脂，并填充银粒子做导电粒子用，成分上亦会依需求加入硬化剂、促进剂、接口活性剂、偶合剂等，以达到各项特性之要求，此类亦常称之为银胶。同时为因应产品耐热性之要求，亦有少数以聚醯亚胺树脂为基本树脂，但此类粘晶材料因单价过高，故市面上需求量相当少。1999年全球粘晶材料需求量推估约15.2公吨，市场值约43亿日圆，2000年需求量成长8.6%，需求量约为16.5公吨，市场规模约46.5亿日元，其中日本和东南亚地区是最主要的需求市场，日本市场规模为18.4亿日圆，约为全球市场规模的四成，加上台湾、韩国、东南亚等全球IC构装产业重镇，估计整个亚洲地区几乎占全球粘晶材料市场的9成。2001年全球景气普遍不佳，推估全球粘晶材料在半导体需求衰退的情况下，2001年全球粘晶材料市场需求量将衰退至1999年的水准约为15.2公吨，市场规模约42.78亿元，较2000年衰退约8%。未来预估粘晶材料因半导体微细加工技术的进步，在一般用IC芯片小型化和LSI大集积化、内存大容量化所需芯片尺寸大型化的互相调节下，预估未来粘晶材料的需求仍会呈现小幅的成长，预估2002年全球景气将反转复苏，预测2005年全球IC半导体用粘晶材料需求量约24.5公吨/年，全球市场规模约64.8亿日圆，成长幅度约在8-9%左右。3、模封材料模封材料是IC构装制程中非常重要的材料之一，内容组成包含硅填充物、环氧树脂以及其它添加剂，主要功能在于保护晶圆和线路，以免受到外界环境的影响及破坏。环氧树脂应用在模封材料上，依应用制程、外观之不同，有分为固态环氧树脂模封材料(EpoxyMoldingCompound，简称EMC)或称移转注模成型材料(TransferMoldingCompound)、液态模封材料(LiquidMoldingCompound)、底部充填胶三大类，在规模上以固态环氧树脂模封材料最大。2000年全球固态环氧树脂模封材料EMC需求量为110,000公吨/年，市场规模约1,060亿日圆，较1999年仅维持持平的状况，模封材料在IC构装产业景气带动下已有好转，成长幅度在5~6%左右。目前全球固态环氧树脂模封材料单一市场以日本规模最大，2000年日本的需求量为44,000公吨/年，维持1999年的水准，占全球总需求量的40%，市场规模为430亿日圆。整体来看，亚洲地区(含日本)为全球IC构装主要区域，因此亚洲地区对EMC的需求量占全球总需求量比例已接近90%。2001年全球经济面临衰退，加上美国911恐怖攻击相关事件影响，全球半导体需求不振，IC构装材料亦连带受到冲击，推估2001年全球EMC需求量将衰退至101,200公吨/年，市场规模约为975亿日圆。今后全球固态EMC的需求量，若依IC构装产品需求量成长幅度来看，预估全球景气将在2002年回复，届时EMC需求量将会回复到2000年的水准。预测2005年全球EMC需求量将成长至163,282公吨/年，市场规模约1,573亿日圆。但现阶段IC电子相关产品的设计方向多朝向小型化和薄型化进行，例如携带式产品行动电话、笔记型计算机等，传统DIP、SO系列等构装技术比重逐渐下降，BGA、CSP构装级数已成主流，因此业者对模封材料性能要求相继提升、单位用量也逐渐下降，使得未来EMC的市场需求量成长空间受限，因此上述之需求推估量将向下修正。若以2000年PKG厚度0.5mm，预计2005年PKG厚度下降至0.4mm，总计厚度下降幅度达20%计算，2005年全球EMC需求量将修正至130,626公吨，预估平均年成长率仅3-4%。4、金线以208脚QFP材料成本分析来说，金线占整个构装材料成本约17％左右。2000年全球金线总需求量为37.2亿米，市场规模为642亿日圆，分别较1999年成长108％。在全球金线市场中，田中电子工业一直是全球制造金线的牛耳，所占比例一直相当高，2000年金线市场中田中电子工业的市场占有率即高达47.6％。预期全球金线市场成长率每年约8-10％，预估2005年全球金线需求量为45.4亿米，产值为780亿日圆。5、锡球随着BGA与CSP(ChipScalePackage)构装形式成为主流产品后，相对带动锡球需求量的上扬，传统导线架产品日渐式微。目前大部分BGA及CSP构装厂所需之锡球多以日本制为主。2000年全球锡球需求量为3,020亿个，市场规模为51亿日圆，比1999年在量上增加34.2％，市场规模增加30.8％。2001年全球锡球需求量在半导体产业景气全面下滑的影响下，全球锡球需求量成长幅度缩小，预估2001年全球锡球需求量约为3,459亿个，成长幅度仅为14.5%左右。6、IC载板由于构装技术及电子产品朝高密度及体积缩小化发展，新型态构装技术应运而生，如BGA（BallGridArray）、CSP及DCA（DirectChipAttach）蓬勃发展，亦带动IC载板的需求，是新型构装产品中的关键材料之一，以BGA而言，IC载板约占材料成本的40-50%左右，而在FlipChip中比重更可高达70-80%。根据Prismark调查，2000年全球BGA载板市场需求值为约21.93亿美元，预估在2004年将会增加至51.61亿美元，年平均成长率为约18.27%，由于陶瓷载板的价格高于塑料载板，因此，在降低成本与小型化的考量之下，未来将朝向塑料载板发展，因此Prismark机构认为CBGA成长率将会呈现负成长，而FCBGA的成长率将高达32%，由此可见覆晶(FlipChip)技术将是未来小型化产品的必备技术之一。全球BGA载板的产量，在全球小型化、精密化的趋势下，IC载板产量由2000年产量为1,250百万颗稳定成长，预估在2005年产量将成长至4,303百万颗。其中PBGA属于规模经济产品，在价格与重量上均低于陶瓷载板，符合降低成本、追求轻薄短小的考量，2000年PBGA产量约占BGA载板总产量的69%，预估未来也将维持总产量的70%比例。FCBGA的优点其一是大幅缩减构装面积，就各构装型态的比例关系来看，以QFP为100%的基准，TAB缩减为44%，若以FlipChip的型态可缩减为11%，故FCBGA符合小型化的需求；除了缩减构装面积的优点外，其能降低电流干扰的问题，符合目前高频讯号传输需求，故FCBGA的产量将随着覆晶技术的成熟成长，预估到2005年的产值为800百万颗，而其占BGA产量比例由2000年的12%成长到2005年的19%。CSP结构与BGA相似，CSP载板根据Prismark的调查显示，2000年全球市场需求值为2.8亿美元，预期2004年将会达到10.9亿美元，年平均成长率为31.56%，CSP载板除了导线架部分呈现负成长外，其余的市场需求均会有所成长，其中硬质载板将近有40%的年平均成长率，FCCSP载板其成长更高达77.3%，由Prismark的调查可知传统的导线架已无法应付未来电子产品的需求，将来的构装趋势将是FCCSP的方式。7、技术发展趋势随着电子产品轻、薄、短、小及功能多样化的发展趋势，为顺应信息传递速度发展的潮流，半导体构装技术亦朝向高密度化、小型化及高脚数化的方向发展，其中构装材料是非常重要的一环，而高分子材料也在此领域占有重要的地位。虽然高分子材料在运用上以保护为主，运用领域也很大，但要应用于电子领域，仍有其严苛的限制，以期延长产品的可靠度。为了因应趋势的发展，材料科学的研发，不论主动亦或被动，在新材料的开发、旧材料的改质及更新加工方法、升级制程技术中，均投入了大量人力与心血，才得以使人类的梦想逐步的具体化。尽管IC构装技术不断地演变，但仍涵盖以下几个方向：(1)高密度化高密度化的优点在于能够高速而且确实地传递大量的信息，减少焊接点，提高电路的可靠性，且由于缩短配线长度，因而也提高信号传输速度，进一步改善串音或噪声之发生。此外，与因小型而得以改良处理性等，都有连带关系。(2)耐热化、高热传导性化电路或零件的配线高密度化的结果，相对的提高机器或电路的发热密度，因而为防止温度上升进而引起材料劣化是必须审慎面对的议题。最近积极发展的耐热性高分子材料、无机质材料－有机高分子复合材料、金属－有机高分子复合材料等便是针对散热对策所要求所发展的。(3)高频化数据通信或画像通信（传真）等信息处理技术，是由于高频化的结果，使信息的处理经济化。为了防止因高频化引起的有机绝缘材料之绝缘特性低落，低介电因子、低介电损失因子材料是发展的重点。(4)价格的下降电子产业为维持产品售价以及性能双方面在国际上具雄厚竞争力，乃推行彻底加强品质管理，与降低成本的合理化及自动化的制造方式。这种制造方式的合理化与减低制造成本的浪潮，对有机电子材料的影响很大。过去使用金属或玻璃密封的IC、晶体管等半导体零件的构装，大多已经改为使用树脂模制的构装方式，而构装内的线路也由过去的使用金属导线架的方式，改为载板方式，致力于提高连续性生产速率、降低生产成本。(5)产品环保绿色化、难燃化耐燃化的要求是社会大众对保护电气电子机器的使用者安全之要求，无卤化、无铅材料的开发，使得环保议题有了较明确的方向，而制程中如何降低原物料不必要的消耗，严控溶剂的使用量，减少废弃物的产生，回收、再利用、再循环，成为业界能否有效节约能源，降低环境冲击，使有限的材料资源得到最佳的利用方式。三、结语在半导体产业发展的带动下，IC构装材料市场规模逐年成长，为一极具吸引力的市场。未来不论构装制程如何的发展，制程参数的调整与修正仍有其极限，因此材料研发的介入，便对制程的开发有决定性的影响，如前所述为达构装的目的，材料须能提供耐腐蚀性好、电气特性佳、合适的机械强度、耐热/化学/溶剂性好、低吸水性、与异质材料间的热膨胀性匹配度好、易加工可大量生产、成本低及高可靠性等特性。因此IC构装材料市场虽然商机无限，但也充满挑战。工研院经资中心产业分析师林金雀(2002/01/31)