一张图看懂倒装芯片行业
一张图看懂倒装芯片 新材料在线 2016年11月 基础知识简介 倒装芯片（Flipchip）是一种无引脚结构， 通过芯片上的凸点直接将芯片面朝下用焊料或导电胶互联到基板上的一种技术。 倒装芯片的优点 •互连线很短，互连产生的电容、电阻电感比引线键合和载带自动焊小得多。从而更适合于高频高速的电子产品。 •所占基板面积小，安装密度高。可面阵布局，更适合于多I/O数的芯片使用。 •提高了散热热能力，倒装芯片没有塑封，芯片背面可进行有效的冷却。 •简化安装互连工艺，快速、省时，适合于工业化生产。 倒装芯片的缺点 • 芯片上要制作凸点，增加了工艺难度和成本。 • • • 焊点检查困难。 使用底部填充要求一定的固化时间。 倒装焊同各材料间的匹配所产生的应力问题需要解决。 来源：公开资料，新材料在线整理 倒装芯片先需要在芯片上制作凸点，通过 凸点与其下面的基板使用焊接或粘接的方式实现互联。 芯片载体 底部填充 焊点凸点 焊球阵列 芯片 硅基片 钝化 底部凸点金属化 焊点（含铅或无铅焊料） 芯片以倒扣方式安装到ＰＣＢ上，从硅片向四周引出Ｉ／Ｏ，大大缩短互联长度，减小ＲＣ延迟，有效提高了电性能。同时，这种芯片互连方式提供更高的Ｉ／Ｏ密度。Ｉ／Ｏ可占有面积几乎与芯片大小一致。在表面安装中，几乎达到了最小、最薄。 来源：公开资料，新材料在线整理 因为裸芯片的触点都在背面所以表面贴装 （SMT）焊接时要将芯片反过来（相对CSP）贴装，所以称为“倒装”，因此关键工艺即为在芯片上制作“凸点”。 大致上讲，倒装芯片工艺可以分为以下几个步骤： 凸点底部 将已经凸点的 晶片组装到基 制作 填料填充芯 片底部孔隙 凸点制作 倒装 对位、精准化 金属化 板上 芯片凸点 使用非导电 基板/模組 添加助焊剂 粘接/回流焊 来源：公开资料，新材料在线整理 倒装芯片的焊凸材料及与基板连接方式分 别如下： 材料 芯片附着 焊凸层积方式 与基板的连接 焊料合金95%Pb/5% Sn 铅锡共晶无铅焊料 需要凸点底部金属化 （UBM） 蒸发电镀 丝网印刷熔融焊锡 回流焊 凸金焊球 需要UBM 电镀 金与金之间的热压 凸金嵌块 金属打线无需UBM 金属打线与切割 导电胶固化 导电胶 需要UBM 丝网印刷 固化 …… 来源：公开资料，新材料在线整理 照明 军事 医疗 消费电子 ... 汽车 倒装芯片 来源：公开资料，新材料在线整理 产业链分析 06倒装芯片的产业链结构 09 09 倒装芯片的产业链结构如下： 上游 铅锡焊料 硅材料 金、铝及其他底部 Pad材料等 中游 装装芯片 集成电路 下游 LED电子 消费电子 汽车 军事、医疗等 市场分析 0909 2015年全球倒装芯片的市场规模为249亿 美元，预计2021年倒装芯片的市场规模为414亿美元。年复增长率为8.8%。 全球倒装芯片市场及预测/亿美元 250 200 150 100 50 0 铜柱 2015 无铅焊料 2016 钉头金凸点+镀金焊料 2021 铅锡共晶焊料 倒装芯片市场及增长预测如下图： 来源：BCCResearch 09 09 2015年全球倒装芯片市场规模约为249亿 美元，其中铜柱焊料倒装焊的占比最大。 全球倒装芯片分类占比及预测 0.5 24.4 铜柱 11.2 33.3 无铅焊料 26.1 2015年 51.2 23.9 29.3 钉头金凸点+镀金焊 料 铅锡共晶焊料 2021年 预计到2021年，铅锡焊料倒装焊的占比将进一步减少，铜柱焊料市场占比将达到51.2%。 来源：BCCResearch 0909 2015年全球晶圆凸块工艺的倒装芯片总量 约21亿颗，而预计到2021年将达到45.9亿颗，铜柱焊接的市场增长最快。 全球倒装芯片市场分布及预测： 全球倒装芯片分布及预测/百万颗 4500 4000 3500 3000 铜柱 2500 无铅焊料 2000 铅锡共晶焊料 1500 1000 钉头金凸点+镀金焊 料 500 0 2015 2016 2021 来源：BCCResearch 0909 倒装芯片中目前最贵的是金钉头凸点以及 镀金焊料的芯片，单只金额约为148美元，而目前最便宜的属铜焊柱芯片，约为7美元。 预计未来几年倒装芯片中铜焊料的芯片价 格将进一步下降。 倒装芯片价格分布及预测/美元 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 铜柱 无铅焊料 铅锡共晶焊料 钉头金凸点+镀金焊料 201520162021 09 09 倒装芯片中目前需求量最大的是二维逻辑系 统芯片，市场量约为114亿美元，而预计到2021年这一需求量将达到148亿美元的量。 预计未来几年倒装芯片整体需求量将进一步 倒装芯片需求量及预测/亿美元 148.2 114 119.7 74 64 403331.9 18.1 443933 44.75 55.05 28 12 20.915.4 2015 二维逻辑系统芯片 2016 2021 小型运算器件、无线通讯、电源、模拟器件、混合信号集成电路 成像系统储存系统 2.5维和三维芯片系统或系统封装的微米级凸块 高功率LED 上升。 0909 倒装芯片目前下游应用量最大的是智能手 机领域，市场量约为67.5亿美元，而预计到2021年这一容量将达到121.8亿美元。 未来几年倒装芯片下游应用市场量分布预 倒装芯片下游市场容量及预测/亿美元 140 120 100 80 60 40 20 0 2015 智能手机 图像处理单元和晶片组机器人 台式机及其CPU 汽车 2016 笔记本电脑其他计算器件智能设备 工业 医疗器件 2021 测如下： 0909 目前倒装芯片产品最大的市场是亚太地 区，市场总额约为187亿美元，而预计到2021年这一容量将达到311亿美元。 未来几年倒装芯片产品市场区域分布预测 全球倒装芯片产品市场区域分布及预测/亿美元 350 300 250 200 150 北美 欧洲亚太 其他 100 50 0 2015 2016 2021 如下： 来源：BCCResearch 0909 2012年底到2015年底倒装芯片相关专利数 量美国占比最多。 相关专利区域分布及数量对比如下： 全球倒装芯片相关专利数量及区域分布 3500 3000 2500 2000 1500 美国 欧洲 日本 1000 500 0 2012 2013 2014 2015 来源：BCCResearch 企业分析 09 09 全球倒装芯片制造商主要有艾克尔、日月 光集团、FLIPCHIPINTERNATIONALLLC 等等。 国外企业 国家 国内企业 艾克尔 美国 长电科技 日月光集团 台湾 天水华天 智原科技 台湾 同方半导体 FLIPCHIPINTERNATIONALLLC 美国 三安光电 GIGPEAK 美国 德豪润达 格罗方德半导体 美国 华灿光电 …… 来源：BCCResearch 09 09 随着未来智能设备及消费电子更新换代速 度加快、倒装芯片有较广阔的发展前景，按照智能设备的发展需求，倒装芯片将向以下几方面发展： 自动化、高性能化； 凸点节距越来越小，对设备要求越来越高；未来智能设备、消费电子等追求小型化、高可靠、高性能化，对于芯片的性能要求将会越来越严格；模组化发展以及多芯片集成等。 低成本； 发展细间距铜柱凸点技术等，向低成本方向发展。 环保健康； 环保、健康已经成为电子工业发展关注的议题，铅锡焊料将会逐渐被替代。 来源：新材料在线整理 新材料在线®版权声明 1.凡注明“新材料在线”的所有文字、图片、音视频资料、研究报告等信息版权均属新材料在线®平台所有，转载或引用本网版权所有之内容须注明“转自（或引自）新材料在线”字样，并标明本网网址http://www.xincailiao.com。 2.本站信息仅供用于学习交流使用，对于不当转载或引用本网内容而引起的民事纷争、行政处理或其他损失，本网不承担责任。 新材料在线®免责声明 1.本文仅代表作者本人观点，新材料在线®对文中陈述、观点判断保持中立，不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。本报告内容及观点也不构成任何投资建议，报告中所引用信息均来自公开资料，请读者仅作参考，并请自行承担全部责任。 2.本文部分数据、图表或其他内容来源于网络或其他公开资料，版权归属原作者、原出处所有。任何涉及商业盈利目的均不得使用，否则产生的一切后果将由您自己承担。 3.新材料在线®尊重知识产权，本文作者引用部分数据仅为交流学习之 用，所引用数据都标注了原文出处，个人或单位如认为本文存在侵权之内容，应及时与我们取得联系，收到信息后即及时给予处理。 4.新材料在线®力求数据严谨准确，但因时间和人力有限，文中数据难免有所纰漏，我们对文中数据、观点不做任何保证。如有重大失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们热忱欢迎新材料各界人士免费加入[新材料在线®]平台，发表您的观点或见解。 附则 对【版权声明】和【免责声明】的解释权、修改权及更新权均属于新 材料在线®所有。 微信公众号：xincailiaozaixian新浪微博：新材料在线官微Email:service@xincailiao.com 官方微信 官方微博
