铜柱凸点将成为倒装芯片封装的主流

铜柱凸点和微焊点将改变倒装芯片的市场和供应链。之所以这样说，是因为除了移动产品用处理器和内存外，其他CMOS半导体也需要在比现在更小的芯片面积上实现更多的I/O个数以及更高的带宽，并采取更好的散热措施。

目前全球倒装芯片市场规模为200亿美元，以年增长率为9％计算，到2018年将达到350米亿美元。在加工完成的倒装芯片和晶圆中，铜柱凸点式封装的年增长率将达到19％。到2014年，已形成凸点的晶圆中将有50％使用铜柱凸点，从数量上来说，铜柱凸点式封装将占到倒装芯片封装市场的2/3。

这意味着铜柱凸点或微焊点将席卷倒装芯片市场，300mm倒装芯片和晶圆的数量在今后6年内将增加2600万，达到现在的3倍——4000万（按300mm晶圆换算）。无铅焊锡也将取代Sn-Pb焊锡实现顺利增长，不过需求到2015年或2016年将见顶。金球凸点和镀金凸点方面的投资和推广将少有进展。

2012年，电脑和笔记本电脑的逻辑芯片占了倒装芯片封装市场的一半以上，其次是手机和高性能计算机芯片。但是，这种情况将发生改变。因为采用28nm工艺的器件需要比焊锡凸点密度更高的连接方法，尤其是面向移动应用的应用处理器，对铜柱凸点的需求越来越高。

其次是内存。DDR4和Wide I/O要实现高带宽和多I/O以降低延迟和耗电量，就必须采用小间距。因为引线键合的寄生电容问题越来越严重。在比28nm更微细的工艺中，质量回流焊存在可靠性问题。因此，业内决定转向铜柱凸点和热压焊。另外，3D IC和2.5D转接板也将使用铜柱凸点。其他超越摩尔定律的应用也会因各种原因而采用铜柱凸点。比如，需要高密度的图像传感器以及需要采取良好散热措施的功率器件等。

拥有平整侧面和高深宽比的铜柱凸点和尺寸更小的微铜柱凸点与圆形焊锡凸点相比，更能实现小间距。由于柱间空间大，因此产生的噪声减小，导电性也比焊锡高，从而能提高性能。但缺点是成本高，有几个工艺（尤其是检测和测试）还不成熟。另外，配置和键合方面需要更高的精度，还必须改善利用更高压力的键合速度。但是，基本没有可取代铜柱凸点且实用的方法。铜柱凸点非常适合大型的芯片和I/O个数多（800个以上）的芯片。

不断扩大的需求将推动投资。现在铜凸点制作设备的开工率为88％。英特尔的产能最大，而代工企业和OSAT（封装测试代工）企业现在也主要针对28nm CMOS进行投资。三星电子和台积电是代工企业，安可科技和日月光半导体是OSAT企业。台湾力成科技从2012年到2014年将向全球最尖端的凸点制作专用工厂的建设和厂内设备投资3亿美元。这是为了该公司的客户——美光科技，但也是为了支持高通这样的无厂客户和东芝的MEMS等芯片以外的用途。随着供应商数量增加，铜柱凸点的供应能力也将增大。另外，或许还将催生降低成本的各种方法。

现在，最尖端的间距是40μm，由日月光半导体、星科金朋、台积电及三星等提供。虽然尽量延长质量回流焊的寿命能够降低成本，但这种情况下基板的形变就会成为与微细凸点相关的问题。40μm以后，大部分生产商为将采用先进行底部填充然后热压的方法来固定裸片。这种方法容易稳定品质，但会造成高成本。减小间距的最大障碍仍是进行高速取放的设备的精度。降低倒装芯片成本的主要方法都与占成本约35％的基板有关。由于中间工艺（再分配层和钝化）、组装、检测和最终测试分别占成本的14～18％，因此降低这些工艺的成本也是有效的。改进设计和增加产量也有利于降低成本。

作为以低成本实现比引线键合更高性能的方法，低成本的球凸点对图像传感器及功率放大器等用途也很有效。但是，随着铜微焊点成为主流，成本降低，很多用途已开始采用，现在处于过渡期。

最终，凸点将无法满足芯片要求的密度和性能。因此，最尖端的器件将不再使用凸点而直接进行铜与铜的连接。但是，该技术还处于研究阶段，实际用于生产要等到2018年以后。（特约撰稿人：Jean-Christophe Eloy，Yole Developpement总裁兼首席执行官）