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先進封裝設備產業發展

2019-01-15

一、先進封裝設備產業契機

  隨著終端電子產品快速發展,智慧型手機、平板電腦與穿戴裝置等輕巧型產品不斷朝輕薄短小、多功能、高效能、低成本、低功耗,及小面積等產品要求發展情況下,需將多種不同功能的晶片整合於單一模組中,雖然晶圓代工業者依循摩爾定律(Moore's Law)朝7 奈米,乃至次世代5 奈米/3 奈米等先進製程持續投入研發,但透過逐步縮小IC線路的尺寸來提升電子裝置效能的方法,如今已變得愈加昂貴和複雜。因此,包括晶圓代工廠、整合元件製造公司(IDM,Integrated Device Manufacturers)等IC製造業者,相繼投入先進封裝技術領域,其中,專業晶圓代工龍頭台積電甚至擴廠建置後段封裝產能。此外,國際調查機構Yole資料顯示,2017~2021年全球先進封裝規模從250億美元增至310億美元,年複合成長率約7%,預估臺灣整體先進封裝市場,亦將從88億美元成長到109億美元。

 

資料來源:YOLE/金屬中心MII

圖1、全球與台灣先進封裝市場規模

  因應電子終端應用產品興起,半導體高階晶片整合技術需求日增,如台積電之晶圓廠對於先進封裝製程需求日益殷切,並逐步擴增專屬封裝製程(如整合型扇出封裝製程InFO)產線,並於2016-2018年分別以16奈米、10奈米和7奈米搭配InFO封裝製程,成功為蘋果iPhone 量產處理器 A10、A11、A12晶片,同時帶動日月光、矽品、力成等傳統封裝廠陸續投入先進封裝製程發展,預期先進封裝設備將成為國內半導體設備產業主要發展趨勢。基此,經濟部工業局自2017年推動「先進封裝設備計畫」,希望藉此凝聚國內供需雙方共識,針對先進封裝製程設備國產化之目標共同努力,增加國內半導體先進封裝產業之國際競爭力。
二、先進封裝設備產業發展現況

  隨著半導體製程愈精密,半導體先進封裝技術也持續演進,新型設備需以更低的成本整合更多功能。因此,半導體設備商需要開發新的先進封裝設備來因應先進封裝市場的各種特殊需求。依據Yole資料顯示,2018年全球先進封裝設備需求約為21.5億美元,其中臺灣設備需求約為7.5億美元。預估2021年全球先進封裝設備需求將成長至33億美元,臺灣設備需求也將來到11.7億美元之規模,年成長率約19%,如圖2所示。
 

資料來源:YOLE/金屬中心MII

圖2、全球與台灣先進封裝設備市場規模

  臺灣半導體設備產業主要發展方向為傳統封裝設備,整體封裝設備產值約新台幣820億元,廠商數約45家,其中具備供應先進封裝設備量能之業者仍屬少數。然而,製程設備之國產化係發展半導體產業之首要任務,同時可掌握製程趨勢,提高產品技術門檻,值此先進封裝製程帶動新設備的需求趨勢下,經濟部工業局藉由「先進封裝設備計畫」,深入了解國內先進封裝製程業者之需求,媒合國內設備業者進行開發,並透過技術輔導、國際合作、強化國內供應鏈等推動作法,同時整合國內研究法人如工研院及金屬中心等技術量能,協助國內設備業者發展整機設備。

  半導體先進封裝技術的崛起,帶動我國設備廠商相繼投入開發先進封裝設備,並且已有相當的成果,以下說明相關設備廠的發展現況:(相關發展之設備整理如表1)

  辛耘企業在先進封裝領域提供批次及單晶圓濕式製程設備,其應用包括清洗、蝕刻、去光阻機等製程設備。鈦昇科技因應晶圓愈來愈薄甚至切割軌跡曲線化,傳統鑽石刀的切割方式容易造成晶圓破裂,研發雷射切割與刻印設備。元利盛開發精密點膠機,可適用於2.5D封裝和扇出型晶圓級封裝(FOWLP, Fan Out Wafer level Package)等先進封裝製程。

  均華精密發展扇出型封裝用之高精度黏晶機、大尺寸載板級黏晶機、大尺寸載板級雷射刻印機和板材模壓機等4項先進封裝設備。其中,高精度黏晶機是一種新一代量產用高速扇型封裝黏晶機,兼具高精度與高產出的特性,可滿足客戶對製程品質與效益的要求;大尺寸載板級黏晶機加工範圍,可由12吋晶圓擴大到600mmx600mm尺寸的載板,大幅提昇後續封裝製程的生產效率;大尺寸載板級雷射刻印機可應用於更大尺寸(600mmx600mm)的加工範圍,完成全板的雷射刻印製程;板材模壓機可在600mmx600mm尺寸的載板上完成全板的封模製程。

  均豪精密的量測與AOI設備可針對產品做奈米級的2D/3D瑕疵檢出、分類與RDL、Bump尺寸量測。濕蝕刻設備(Wet Etching) 主要應用於先進封裝及凸塊製程,設備硬體設計皆以模組化架構,提供彈性製程調整及加入功能選項,並配合客戶進行製程均勻度調整,以達到製程要求與國際半導體產業協會(SEMI)相關規範。平面研磨設備(Grinding)主要功能是將封膠層(Molding Compound)磨除打薄、平坦化以利後續的製程進行。

  弘塑科技主要設備為酸槽設備(Wet Bench)與單晶片旋轉清洗、蝕刻、去光阻機台等設備,以供應先進封裝濕製程設備。隨著3D IC技術之發展,未來弘塑科技將發展功能達到與國外3D IC金屬化學鍍層設備相同水準。


表1、國內半導體設備廠商發展先進封裝設備現況

 

廠商

發展現況

均豪精密

發展量測與AOI設備、濕蝕刻設備、平面研磨設備。

均華精密

發展晶片取放設備、扇型封裝高精度黏晶機、大尺寸載板級扇型封裝黏晶機、大尺寸載板級扇型封裝雷射刻印機、板材模壓機。

弘塑科技

發展酸槽設備(Wet Bench)與單晶片旋轉清洗、蝕刻、去光阻機台(Single Wafer Spin Processor, UFO)等設備,以供應先進封裝濕製程設備。

元利盛

開發精密點膠機,可適用於2.5DFOWLP等先進封裝製程。

鈦昇科技

發展雷射切割設備,以解決晶圓愈薄甚至曲線化,傳統鑽石刀的切割方式容易造成晶圓破脆問題。

 

資料來源:各公司網站、金屬中心MII整理

三、結語

  繼台積電以扇出型封裝技術成功量產iPhone處理器晶片,三星、日月光、矽品、力成等亦紛紛投入先進封裝市場,預期未來先進封裝設備需求勢必持續攀升。值此潮流趨勢下,國內已有部分設備業者與終端廠合作,切入發展半導體先進封裝設備,並導入終端廠內測試順利通過驗證。
然而,國內先進封裝設備及零組件供應技術能力仍不足,對於薄膜、微影、乾蝕刻、蝕刻、檢測及研磨等設備仍缺乏整機自主技術能力。此外,半導體設備因需配合終端廠之製程技術進行製造,並無標準測試規範,國內設備製造廠商不易快速切入製程產線,導致喪失供應機會。

  建議政策性持續推動「先進封裝設備計畫」等半導體設備國產化計畫,藉由輔導關鍵設備模組及零組件製造技術,建立國內設備供應鏈體系,發展先進封裝整機設備;透過國際技術合作,導入國外關鍵技術與國內設備廠合作開發,提升技術量能,突破整機設備發展瓶頸;並結合終端廠先進封裝設備需求,整合設備供應鏈體系能量,推動設備導入終端廠生產線測試。

  期待上中下游產業鏈相關業者,把握先進封裝風潮之商機,積極合作發展相關設備國產化,相信未來在先進封裝製程大量應用時,臺灣半導體國產設備,即可在國內外市場佔有一席之地。
 

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