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晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用分析
上海交通大学 硕士学位论文 晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用分析 姓名：刘国现 申请学位级别：硕士 专业：工商管理 指导教师：陈宏民
摘要半导体产业以发展迅速而著称，技术创新一直是推动产业发展的 主要驱动力，晶圆级封装技术是近年来半导体封装领域出现的一项重 大技术变革。 晶圆级封装技术采用了与传统封装技术截然不同的工艺，其主要的优势是芯片的尺寸更小，成本更低，各种性能也有了明显的提高。本文根据技术创新的相关理论，对晶圆级封装技术进行了评估，并且 分析了此项新技术对半导体产业结构的影响。 作者利用技术扩散的基本知识分析了晶圆级封装技术的扩散过 程，然后分析了晶圆级封装产业化过程中面临的风险，包括技术风险 和市场风险，为了避免这些风险，有两个封装联盟在推动晶圆级封装 技术的标准化和产业化，作者对这两个联盟组织进行了详细的比较。 最后，作者试图分析晶圆级封装技术成为主流技术的条件，来判断该 技术未来的发展趋势。 同时，随着近几年中国半导体产业的蓬勃发展，作者以投资于晶 圆级封装的泰隆（Ａｃｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）半导体上海公司为案例，分析了 引入此项先进封装技术对中国半导体产业的促进作用，以及介绍了泰隆半导体在中国的商务模式。关键词：晶圆级封装技术创新技术扩散技术风险战略联盟ＡＢＳＴＲＡＴＴｈｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｓ ｏｆｔｅｎ ｃｉｔｅｄａｓａｄｒａｍａｔｉｃ ｉｎｄｕｓｔｒｙｂｅｃａｕｓｅ ｕｎｃｅａｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅｍａｊｏｒ ｄｒｉｖｅ ｆｏｒ ｔｈｅａｓ ａｌｌｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，Ｗａｆｅｒ ＬｅｖｅｌＰａｃｋａｇｅ ｅｍｅｒｇｅｄｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｆｉｅｌｄ．Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌｐａｃｋａｇｅ ｉｓａｎｅｗｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｈａｔ ｂｒｅａｋｓ ａｗａｙ ｆｒｏｍｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅ ｏｆｐａｃｋａｇｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ Ｗａｆｅｒ ＬｅｖｅｌＰａｃｋａｇｅａｌｅｓｍａｌｌｅｒ ｓｉｚｅ，ｌｏｗｅｒ ｃｏｓｔ，ｓｈｏｒｔｅｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｃｙｃｌｅ ｔｉｍｅ，ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｆｏｒ ＩＣ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｅｖａｌｕａｔｅｄ 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的了解，结合国外前沿的技术背景，对高新技术的产业化以及在中国的应用产生了浓厚的兴 趣。晶圆级封装技术正是作者现在供职的半导体封装厂采川的一项世界领先的封装技术，此 项新技术的引入国内，面』临一个在中国半导体产业还较薄弱的环境Ｆ的市场如何定位和开发 的问题。 结合自己的技术背景，作者在ＭＢＡ的学习期间，对于高新技术创新方面的经济和管理 问题产生了浓厚的兴趣，如何对一项新技术进行评估，如何对新技术进行管理以及在动态的 技术变革过程中如何制订战略，这些问题作者都试图在ＭＢＡ的学习过程中找到答案。在半 导体行业，技术的变革时刻都在发生，一些具有十倍速变化的技术可能会影响剑产业链上的 每一个环节，这就需要用经济学和管理学的理论去理解这些变革的本质，探寻一条将新技术 产业化的可行之路。 通过对晶圆级技术这一新技术的分析，可以使我们更清楚地认识半导体行业中技术变革 的特点，新技术在产业链中各个环节厂商的参与以及技术的标准化都会促使新技术可能成为 未来的主流技术，同时，在现有商务模式无法适应新技术的市场扩散的需要时，便须有组织上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用创新以配合技术创新。 通过此文，我们还可以认识到：在中国这个新兴的半导体市场，如何采用世界先进的半 导体技术，在战略定位和市场开发上面，都必须突破原有的半导体商务模式以适应中国的市 场环境。第二节本文的结构安排本文共分为七章进行阐述，内容安排如下： 第一章是绪论，简要介绍作者写作的背景及目的，强调在技术变革日新月异的半导体产 业，研究技术创新的意义。 第二章通过对半导体产业的一个简单地介绍，使读者能够了解到半导体产业在国民经济 中的地位及其一般特点。为了便丁』下文的分析，作者义介绍了在半导体产业中的两种商务模 式，制造下艺利封装工艺的简单流程以及发展趋势。第三章是对本文所述的品圆级封装技术进行评估。作者首先对晶圆级封装的技术特点、发展限制、虑埘领域等作一介绍，然后利用熊彼得的技术创新理论以及生命周期等理论对晶 圆级封装技术进行评估，认清晶圆级技术在’卜导体产业中的地位。 第四章是晶圆级封装技术对’Ｆ导体产业产生的影响。作者根据供应链的理论，分别对、｝导体产业链中的＾种企业面临的机会与挑战进行了逐一的分析。其中，还以作者在新加坡时一个公司为案例，分析了该企业所采取的措施。 第五章为晶圆级封装市场及解决方案的分析。作者先分析了晶圆级产业化过程中的风 险，然后利用技术扩散的基本知识分析了晶圆级封装技术的扩散过程。面对诸多不确定，有 两个封装联盟在推动品圆级封装技术的标准和产业化，作者对这两个联盟组织进行了详细的 比较。最后，作者试图分析晶圆级封装技术成为主流技术的条件，来判断该技术未来的发展 趋势。 在第六章，采用泰隆半导体作为案例分析晶圆级封装技术在中国的应用。作者先介绍了 中国’ｒ导体产业的环境和特点，结合以上章节对晶圆级封装技术的分析结论，利用迈克波特 的竞争力分析理论和ＳＷＯＴ分析理论，对泰隆半导体的竞争战略和商务模式进行了简要的 分析。 第七章为结语，对全文作了总结。２上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用第二章半导体及封装产业介绍第一节半导体产业介绍一、简介集成电路（ＩＣ）被誉为信息时代的稻米，电子产业的心脏。自从１９４５年世界上第一只 晶体管在贝尔实验室发明以来，世界半导体产业便随着人类的第三次产业革命而迅速发展起 来。１９６２年，世界半导体市场突破了ｌＯ亿美元，到１９７８年，达到１００亿美元，伴随着个 人计算机的应用，到２０００年，更是达到了２０００亿美元的市场容量。统计显示，每１美元半 导体产业的产值，可以带动ｌＯ美元电子工业的产值，可以带动１００美元的ＧＤＰ（资料米源：ＩＣ Ｉｎｓｉｇｈｔｓ）?如今，集成电路产晶已经深入到人类生活的各个角落，主要的廊川领域有：计算机、通 讯产品、个人消费电子、工业及汽车、航空及国防等。而产品应＿【Ｉｊ也有多种形态：处理器、 存储器、逻辑电路、模拟电路等等。二、半导体产业具有如下特点：半导体产业是技术创新最为迅速的产业之一，从最开始的只有几只三极管的集成电路的 小规模集成（ＳＳＩ）到中规模集成电路（ＭＳＩ），大规模集成电路（ＬＳＤ、超大规模集成（ＶＬＳＩ） 以及特人规模集成（ＵＬＳＩ），集成度不断提高。如今，在一平方厘米内可以集成几千万个半 导体门电路。著名的摩尔定律便反映了半导体产业的革新速度。１９６５年，时任仙童’卜导体 公司总裁的戈登．摩尔提出：半导体产品的集成度将每隔１８个月增加一倍。经历了将近四十 年的发展，摩尔定律始终有效，成为半导体产业技术创新的金科玉律。进入新千年，集成电 路的线宽已经达到纳米级，晟近摩尔先生又大胆预言，其定律至少在十年之内依然有效。 半导体产业是个全球性的产业，自从诞生之是日起，便是在全球舞台上展开竞争。纵观 半导体产业的历史，兴起丁｜美国，其后随着应用范围的扩大，逐渐幅射剑欧洲、日本，在二 十世纪八十年代后，又向韩国、台湾和新加坡转移，到今天，中国人陆开始兴建人犁的、卜导 体公司。在此转移过稗中，整个趋势是向人力成本低的国家或地区转移，技术则转向新兴的 市场。如今，美国在ＣＰＵ处理器方面、日本在消费类电子方面、台湾在个人电脑用集成电路、３上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用韩国在存储器方面分别占有自己的竞争优势，这样，全球性的产业分工格局初步形成。 半导体产业具有明显的周期性。尽管从总的趋势上来看，半导体产业的产值一直呈快速 的发展态势，由于技术驱动及市场拉动，半导体产业也体现了很好的周期性的规律。往往是技术创新创造和满足了消费者的需求，引来过剩的投资，又导致生产开工率不足，市场饱和，直到新的创新，打破成本的界限或开发了新的应＿Ｈｊ领域。从最初的原材料工业品到最后的终 端消费品这条供应链上，半导体产业处在顶端的位置，根据牛鞭效应理论，当终端需求产生 变化而进行调整时，半导体产品要有一定的延迟和放大。这样，半导体产业周期性的显著特 点是波动剧烈，通常情况下是电子行业波动幅度的２到３倍，而是ＧＤＰ波动的５到１０倍。 显然，这种剧烈波动的周期性演变，给半导体企业的经营带来很大的不确定性。 半导体产业是一个具有聚集性的产业，其内部的供应链比较＆，包括品圆加工业、封装 测试业、ＩＣ设计业、半导体设备及材料供应商，现在，随着知识经济的发展，又出现了设 计服务业以及通路服务商。半导体产业处在整个电子工业的顶端，这就要求产业链上的各个 厂商能够展开合作。显然，产业的聚集，使厂商间的沟通成本降低，并且能够更有利于吸引 人才。三、商务模式在半导体产业中，有两种主要的商务模式，一种是ＩＤＭ（整合元器什厂商），是指从设计到晶圆加上再到封装测试推向市场都由一个厂商完成，ｍＭ是传统的商务模式，广泛地被世界大厂所采用，像Ｉｎｔｅｌ、ｍＭ、ＮＥＣ等；另外一种商务模式是代工模式，即将半导体产 业链分解，分为ＩＣ设计公司（Ｆａｂｌｅｓｓ）、晶圆加工厂（Ｆａｂ Ｆｏｕｎｄｒｙ）、封装测试工厂（ＡｓｓｅｍｂｌｙａｎｄＴｅｓ０。由ＩＣ设计公司将设计好的集成电路方案委托晶圆厂生产电路（流片），再交由封装测试厂将晶圆里的屯路进行切割、封装和测试，完成芯片的成品交货。代工业兴起丁８０年 代的台湾，品圆加－［厂以台积电（ＴＳＭＣ）、台联电（ＵＭＣ）为代表，而设计公司则有威盛、凌阳，在封装测试业主要有日月光、新科封装等公司。现在，代ｔ模式己成为世界、卜导体产业的发展趋势，新加坡、韩国以及中国大陆的许多新建半导体公司多是以代工业务为主。像Ｍｏｔｏｒｏｌａ、德州仪器等传统ＤＭ厂商也开始将生产业务交由代工厂商。系 毒－垃ｉ，卜币Ｕ尚１造覆计铡ｌ试主４Ｉ除ｈ－＼ ―ｋｌ筌装Ｉ沪――一一妒图２－１ ＩＤＭ模式（Ｉｎｔｅｌ，ＴＩ…）４上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用ｌ醐Ｈ ＭＦａｂｌｅｓｓ设计公司｜ｌ－叫｛ｌ晶圆加工厂（Ｗａｆｅｒｆａｂ）封装测试工厂（Ａｓｓｅｍｂｌｙ＆Ｔｅｓｔ）懈图２－２代工模式（ＴＳＭＣ，ＵＭＣ） ＤＭ厂商往往对资本及技术要求相当高，多为大型的跨国公司，其优点是由于从设计剑最终产品都由一个公司完成，可以较好地协调设计、生产与市场之间的关系，对于高尖端的技术，采取封闭的系统，可以保证自己在技术上的攀断和对知识产权的保护。但是ｍＭ 厂商的缺点也很明显，由于投资一个晶圆厂动辙上亿美元的资金，当需求不足时，将无法单独由本公司产品完全填充产能，造成生产环节成本较高。代工模式则将产业链切断，交由不 同的公司完成不同的工作。芯片设计公司主要是由技术水平出众的设计工程师组成，无需投 资巨大的金额建设厂房，可以以低成本进入市场，而晶圆厂和封装厂则可以从多家芯片设计公司，包括ｍＭ厂家接单以填充产能，实现低成本的竞争力。自从８０年代台积电开创代工生产的先河以来，此种模式已经成为半导体产业的一个发展方向。第二节半导体封装产业及传统工艺介绍、半导体封装产业介绍晶圆厂出来的产品是晶圆片（Ｗａｆｅｒ），每个晶圆片上面有成互上千颗芯片，必须交由封装测试厂进行切割、封装及测试才完成芯片的整个加上过程。在半导体工业界，按照流程的 先后顺序为标准，晶圆片生产称为前端（Ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ），而封装测试则称为后端（Ｂａｃｋ ｅｎｄ）。封装的主要过程是将芯片中的电路用引线等形式引出，并用塑料或陶瓷等原料将其密封，以方便对电路进行测试和保护芯片。由于封装与测试的过稗紧密相联，通常封装和测试 都是在一个１二厂内完成的。封装测试是半导体产业中不可分割的一个过稃，占整个？＃导体产 业的１０％左右的产值，其最终产品芯片可以作为成品廊州于电子工业。我们可以由幽２－２中 看出封装测试业在半导体工业价值链中的地位。 从外观看，各种芯片的形态各不相同，针对不同的集成电路产晶，采Ⅲ的封装形态也各 不相同。根据封装外壳的材料来分类，可以分为塑料封装和陶瓷封装；根据封装引脚的不同，５上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用又可以分为插针式的封装（如Ｄｍ），贴片式封装（如ＴｓｏＰ），金属锡球封装（如ＧＢＡ）。 在各种集成电路的应用中，厂家往往根据引脚数的多少及成本来选择不同的封装形式。自从 集成电路产业开始发展以来，封装』＝艺也随着半导体技术水平进步而进步，目前的封装种类 已经达到数十种之多，而不同的封装厂家又会发展出相近的封装方法。但是，从封装完成的工艺角度考虑，由于采用了完全不同的设备和材料，本文将封装分为传统的封装和先进的封 装。以上所列的像ＤＩＰ，ＴＳＯＰ，ＢＧＡ等工艺，都属于传统封装的范围之内，本文所要论述的品圆级封装则属于先进封装的一种。 现代半导体界，尽管集成电路的封装从外表上来看千差万别，使用材料也各不相同，不 过从其芯片内部到外部的连接的工艺角度来分类，主要有两类：一类是打线（ｂｏｎｄｉｎｇ）的技术， 主要是用金线或铝线来连接；另一类是金属凸块（ｂｕｍｐｉｎｇ）的］二艺，也称锡球焊接的Ｉ：艺。 由于打线的技术是从８０年代以来统治封装市场的一项技术，本文称此种封装为传统封装， 而金属凸块工艺则是近几年发展比较迅速的技术，其中本文所述的品圆级封装（ＷＬＰ）即 为此种技术的一人类，我们在此统称为先进封装工艺。 目前的半导体封装市场，正是两种封装技术交汇利用的战国时代，关丁打线技术是否会 被锡球技术所取代也是封装产业的一个关注的焦点。下面，本文对此两种技术进行一个简单 的介绍。二、传统工艺介绍图２－３为传统工艺所经历的主要的ｊ二作流稃晶圆切割 图２―３传统封装工艺流程封装成型这里的传统ｒ艺是指利用打线技术为主的技术。其封装过程为：晶圆厂生产出来的晶圆 交由封装厂进行封装。晶圆片分为４英寸、５英寸、６英寸、８英寸和１２英寸几种，目前主 流的为８英寸的晶圆。每一片晶圆片上都有成百上千颗芯片。首先封装厂会将品圆上的芯片 进行进行切割（如图２―３），然后将这些芯片＿ＬＩｊ机器放置丁．引线框架（Ｌｅａｄｆｒａｍｅ）中，利用 打线机（Ｗｉｒｅ ｂｏｎｄ）将芯片内部的电路与引线框架的引脚进行连接，然厉利用冲模机（Ｍｏｌｄ）６上海交通ＭＢＡ学侍论文品圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用给集成电路封上塑料以起到保护的作用，最后将引脚折弯（Ｔｒｉｍ Ｆｏｒｍ）便可以进行芯片成 品的最后测试。上述工艺适＿Ｌ｜ｊ于大多数的芯片封装，图２－４是一个目前得到广泛应用的ＴＳＯＰ 封装形式的内部结构图。对于近几年较为流行的ＢＧＡ封装，其原理也是一样的，只是其引 脚为球状，而非如图中所示的针脚状，由于其基本的原理和过程与其它传统形式没有本质的 区别，本文中，我们也将ＢＧＡ封装列为传统封装的一种。图２－４传统封装的芯片解剖图 当今半导体封装领域，由于传统工艺的技术已经相当成熟，封装成本已经相当的低，依 然占据着主流的地位，大约９０％的封装都采用传统封装的＿［＝艺，例如仍大量应用的ＴＳＯＰ， ＳＯＪ，ＢＧＡ，ＱＦＰ等封装形态，都是采用传统的封装工艺来完成的，而ＰＧＡ等产品是采用 的先进的Ｂｕｍｐｉｎｇ的工艺。虽然采＿ＬＩＪ Ｂｕｍｐｉｎｇ工艺的集成电路的电气性能等方面都会有较大的提高，但是其材料的选择性比较差，成本相对比较高，这些因素都制约了此工艺的发展。目前阶段，Ｂｕｍｐｉｎｇ工艺的基板（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）和金属的选择是其成本的主要瓶颈，许多公司 和科研机构都在致力于此方面的研究。随着科技的进步，Ｂｕｍｐｉｎｇ １＝艺有朝一日有希望成新 一代的封装技术的主流。三、Ｉｃ封装的发展趋势随着网络时代的到来和人们生活水平的不断提高，人们对电子设备提出了更新、更高的 要求，一是要求的功能越来越多，二是要求的体积越来越小，便丁Ｉ携带，目前已有４０％的 电子设备是“便携式”的，２００４年将达剑６０％。如今，手机、ＰＤＡ（个人数字助理）雨Ｉ手 提电脑已成为白领阶层出差办公的三什必备品。为此，要求配套的集成电路采用先进的封装 技术，如ＢＧＡ（球栅阵列）、ＦＣＰ（倒装芯片封装）、ＷＬＰ（晶圆级封装）和ＭＣＭ（多芯片 封装）等。目前，芯片封装还在朝着体积更小，Ｉ／Ｏ输入输出线更多，性能更好和成本更低 的方向发展。现今的封装市场，涌现出多种先进的封装方式，都是瞄准未来电子产品的轻便 的应埘方向的。７上海交通ＮＩＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用第三章晶圆级封装技术及评估第一节晶圆级封装介绍一、晶圆级封装技术的工艺介绍晶圆级封装，是属于芯片尺寸封装的一种。所谓芯片尺寸封装即是当芯片封装完毕后， 其所占的面积小丁二芯片（ＤＩＥ）面积的１２０％。与传统的封装工艺相比，先进行晶圆切割不同的 是，晶圆级封装在晶圆执行切割分离的工序之前，便完成封袈和测试，彻底整合芯片的前端与后端工艺。在完成封装和测试后，才将晶圆按照每一个芯片的大小来进行切割，这样，其封装后的芯片大小与实际芯片的大小是完全一样的，是真正意义上的芯片尺寸封装。 晶圆级封装采用的工艺是金属凸块（Ｂｕｍｐｉｎｇ）的上艺，其实施的方法是与芯片前端的工 艺相似，采用的设备和材料也与晶圆厂中使ｔＬｆｊ的设备材料有很大的相同的地方。虽然金属凸 块Ｔ艺在近几年才开始广泛应用于半导体的封装之中，实际上此种工艺是伴随着半导体产业的发展而发展了三十多年的技术。早在１９６０年，ＩＢＭ便着手于研究一种叫“直接芯片连接”（ＤＣＡ）的封装技术，只是由丁｜无法控制芯片与基板之间的距离而一直无法成功，最后＿ＨＪ铜球 取代锡块之后，才解决了这一问题。晶圆品圆级封装 图３－１：晶圆级封装的工艺流程切割成氆晶圆级封装与传统封装的一个晟人的区别是封装完全在晶圆片上完成，而不像传统封装 中先将晶圆片中的每一个集成电路进行切割，再封装。品圆级封装采用的迮线ｌ‘艺是先进的 金属凸块的方法，而不是传统的打线的方法。传统封装的测试是需要两步，既要有品圆上的 电路测试（ＣＰ Ｔｅｓｔ），也要有封裟完成后的芯片测试（ＦＴＴｅｓｔ），而品圆级封装在大多数情况８上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用下，可以只做ＣＰ Ｔｅｓｔ，而不必再进行ＦＴ Ｔｅｓｔ，这样，可以节约测试的成本和时间。表３－１ 详细列出了晶圆级封装与传统封装的不同。比较项目 封装步骤 连线．ｒ艺 封装尺寸 外观引脚数 测试 成本传统封装 先切割再对每一颗芯片进行封装 打线焊接（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄ） 大，大约为芯片的４到ｌＯ倍 不限 需ＣＰ和ＦＴ两步测试 以每粒芯片计价，比较低 金线、引线框架等 传统的打线机，塑封机等，相对 较小 已经发展到接近极限 技术相当成熟，实施容易晶圆级封装 全部在晶圆片上进行封装 重新布线及金属凸块（Ｗａｆｅｒｂｕｍｐｉｎｇ） 小，与芯片的大小相同 目前适＿ＨＪ于１００条引脚以下的芯片 需ＣＰ测试，一般ＦＴ测试可省 以每片晶圆计价，在产量大或者品圆 片较大时有成本优势 光掩膜、铜、锡球等 许多前端的设备，相对较人 有相当人的改善 标准尚朱制定，技术仍在发展中材料选用 设备投资 电气性能 ｒ艺实施难度表３－１晶圆级封装与传统封装的比较二、晶圆级芯片尺寸封装的优点一般而言，与其它封装方式比较，晶圆级芯片尺寸封装有以下几点优势。 １、芯片尺寸缩减： 晶圆级芯片尺寸封装最明显的优势即为面积尺寸缩小，这使制造商可以在固定的空间 中，容纳更多芯片，整合并提供更多功能，或将整个产品的体积缩小，便于携带和存放。举 例来说，移动电话在最近几年的发展可说是极为快速，从早期又笨又重的“大哥大”移动电 话，剑现在日本号称全世界最薄的移动电话ＳＡＮＹＯ Ｃ４０５ＳＡ，厚度仅９．９ｍ；虽然在体积上有 极大的缩减，其功能却是大大的提升了许多。制造商为了能达成这种效果，不仅在芯片设计 上做改良，封装技术的改进，也起到了功不可没的作朋。 ２、高传输速度： 与传统打线产品比较，晶圆级芯片尺寸封装一般而言有较短的连结路线，在高效能要求 如高频环境之下，将会有较好的表现。拿锡球与金线两种连结方式做比较，根据美国国家、＃ 导体所公布的实验结果，锡球所产生的电感会比金线所产生的电感少１０％以上。 ３、高密度连结： 由丁二晶圆级芯片尺寸封装可运用数组式近结（ＡｒｅａＡｒｒａｙＰａｃｋａｇｉｎｇ），冈此芯片与电路板之连结不再限制ｙ－芯片的四周（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ），不但可使芯片再缩小，更提高了单位面 积的迮结密度。９上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用４、低成本：传统封装方式工作时，需先将晶圆切割成晶粒后再行封装，因此当晶圆尺寸加大时，封 装成本并不因大晶圆受益。然而，由于品圆级芯片尺寸封装制程整合于粘片晶圆上，理论上来说，晶圆尺寸愈大，则晶圆级芯片尺寸封装的效益愈高，相对降低封装的制造成本。虽然 由于目前业界有各自的制程及材料，品圆级芯片尺寸封装的产品尚无法在价格上取得优势， 但晶圆级芯片尺寸封装确有降低制造成本的潜力。 ５、更快的上市时间（Ｔｉｍｅｔｏｍａｒｋｅｔ）利用晶圆级封装工艺，可以有效地将原来的生产周期由－－Ｎ两周的时间缩短到三到四天 的时间，这样，便可以加速公司库存和现金流的流动速度。尤其对于那些价格非常敏感的产 品来讲，例如ＤＲＡＭ（内存存储器）产品，更短的上市时间则意味着可以更快地根据市场价 格的变化来调整公司的产能。三、晶圆级芯片尺寸封装的发展限制１、高Ｉ／０（输入输出引脚）的限制 由于所有芯片的引脚均通过芯片表面与印刷电路板直接连接，因此，对于高引脚的芯片 在采用品圆级芯片尺寸封装时，假设采用锡球的连接方式，则须使用非常小的锡球以达到极小的引脚间距。虽然现今技术已可支持小于５０ｍｍ之间距，然而在高密度印刷电路板的设计及制作方面，却有着相当高的难度及成本的顾虑。 ２、由于是晶圆级芯片尺寸封装，不论是好的芯片或坏的芯片都将被封装，因此在品圆 制作的良率不够高时，晶圆级芯片尺寸封装将导致多余的成本及测试制程。 ３、业界尚无一致的规格标准由于晶圆级芯片尺寸封装的尺寸及引脚排列会随着不同公司或设计而有所改变，这将造成印刷电路扳商在配合上的困难。若该芯片没有一定的市场规模，印刷电路板商可能因成本 的顾虑，未必配合生产制作所需的基板，而导致品圆级芯片尺寸封装发展受到阻碍。四、晶圆级芯片尺寸封装的市场及应用虽然晶圆级封装的应用领域比较广，可以广。泛麻埘于许多种集成屯路中，但是，我们在 考虑此种封装技术应用于市场时，除了考虑其出色的电性能之外，还不得不考虑成本的因素。 在半导体产业，成本决定一切，没有相当的成本优势，一种技术是很难被酱及廊＿Ｌ｝ｊ的。就目 前品圆级的应用情况来看，其土要的应＿ＬＩＪ领域可以分为两类：１０上海交通ＭＢＡ学位论文品圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的麻用一种是应用于便携式产品中，例如手机、ＰＤＡ、笔记本电脑中；由于这些产品对于芯片 的大小有着比较苛刻的要求，必须采用先进的封装技术以达到其产品空间的限制。例如图 ３―２为一个腕式手表的背面电路图，左边的芯片为利用传统封装技术完成的，而右边的芯片 则为用晶圆级封装技术来完成的，从图中我们可以看到，晶圆级封装的芯片大小变为原来的 四分之一左右，这样，就可以节省电路板的面积，以实现在相同的面积下能够开发更强大的 功能，或者在相同的功能时将产品设计得更加轻便短小。随着技术的进步，人们对于便携式产品的需求也越来越大，在更小的面积下完成更多的功能是人们始终不渝的追求。随着便携式产品的市场空间越来越犬，人们对于芯片产品的封装要求也会随之提高，这样便促使晶圆 级封装可以广泛应用于这些产品之中。图３－２：晶圆级封装的一个应用 圆级封装还有一个广泛的应用领域是存储器芯片。存储器芯片是广泛应用于电脑、手机、消费类电子中的芯片，其市场容量相当大，大约一々整个半导体工业产值的２０％，是仅次予中央处理器的一类芯片。存储器主要分为ＤＲＡＭ（应用于ＰＣ领域）、ＳＲＡＭ（应用于 Ｐｃ和手机等）、ＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙ（应用于Ｐｃ、手机和消费类电子中），这些芯片的封装形态人 都为传统封装中的ＴＳＯＰ。伴随着技术的进步，这些芯片的发展趋势是速度（频率）越来越 快和容量越来越人。在频率达到４００ＭＨＺ时，传统的封装将由于电路的寄生效府而人人降 低芯片的性能和良品率。现在，ＣＰＵ的主频率已经达剑了３ＧＨＺ以上，但存储器芯片则大 多还保持在４００ＭＨＺ左右，已经成为制约系统速度的一个瓶颈，解决此问题，除了在晶圆 厂中采＿Ｌｆｊ更加先进的工艺以外，也必须有更加先进的封装形式以适应高频率人容量的需求。 各个内存厂家已经发展了多种新的封装形态，以适应新一代内存产品对频率和其它电性能的 要求，例如，我们在市场上可以看剑Ｔ．ＢＧＡ，Ｗ．ＢＧＡ，还有ＢＬＰ等新的封装方式的内存产品， 但是，晶圆级封装将是此解决方案中的一个最住候选。采川品圆级封装的存储器产品，由于ｌｌ上海交通ＭＢＡ学位论文品圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用引脚到芯片的距离达到了理论上的最小距离，这样可以将电路的寄生效应减至最低，目前最 高的频率可以达以２ＧＩ－ＩＺ以上，远远地优于目前的ＴＳＯＰ封装，也较在传统封装基础上改良 的ＢＧＡ封装要好。在大批量生产时，晶圆级封装要比传统封装更加具有成本的优势，可以 很容易地被消费者所接受。Ｄ＿％Ｈｏ■ｗｒ髓＿女－时Ｄ№∞神辨 ｅＩ●翱一＿岫 ＾ｈＨ÷扫●＿攀Ｉ蕊ｔ筹《舻 ｉ错＾辄Ｆｏｆ＿嚣‘ｌ＾■罄＆＾跚啭ｔ脚％F■＠∞氍潮●ｒ―！１１１，鼍ｒ霄２∞§Ｉ＃￥耱ＭＩｇｌｌＪ自簖ｌ轴封 Ｏ“ ０Ⅲ翻§盛ａｂａｔｌａ椎 耱ｅ摧Ｊ，自口§目前蝴＃●献ｉ畦蜘嚣 辅ＢＪ娃Ｓ销锄尊，＃ｂａｍⅫ∞静，‰甜，继§磷钉 ０“０ｋ￥瓣ａ“Ｆｉ０№托ｒｈｈ■批ｎⅫ■【螂瓣豁轨＆删０“锄§＿ｄ＿０砒＿“目目＿＿－曛轨颤ｌ ａ瓤ｌ０“ ｏⅫｈＭ０㈧ ０Ｍ ０ｍ０潮Ｉｒｌａ，‰‰㈧ ㈧Ｇｎａ，ｌＭＯ※袁３－２：几种不同封装形式的性能比较表３－２为采用不同封装形式的ＤＲＡＭ（ＩｉＩ］通常用于Ｐｃ的内存）芯片封装形式在技术性能 上的比较。从表中不难看出，品圆级封装戍＿ＨＪ于储器产品中在技术上将有得天独厚的优势， 并且由３－－存储器产品是一种标准化、广泛运用的产品，很适合人规模生产，这样，采用品圆 级封装的存储器产品可以将成本将到最低。第二节晶圆级封装的技术评估熊彼特把创新定义为一种生产函数的转移，或是一种生产要素与生产条件的新组合，其目的在于获取潜在的超额利润。技术创新可以概拓为以下五种形式：ｌ、生产新的产晶；２， 引入新的生产方法，新的ｔ艺过程；３、开辟新的市场：４、开拓并利用新的原材料或、卜制成 品的供给来源：５，采用新的组织方法。 显然，晶圆级封装是采用一种全新的封装形式，升没有开创一种新的产品形式，其技术 创新属于Ｊ：艺创新。 在促成品圆级封装产生的冈素中，既有市场拉动的冈素，也有技术推动的因素，是两方１２上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用面的相互作用，才使晶圆级封装在技术上可行，并且在市场上可以得以应用。一方面，电子 产品的发展趋势在朝更小的更方便携带的方向转变，这就需要集成电路产品可以做得更小，功能更强大，而传统的封装方式的面积要大于芯片尺寸四倍共至十倍以上，已经不能够满足人们对产品的需要，势必需要开发新的封装形式以适应未来的产品趋势；男一方面，技术创新往往是多个技术综合和沉淀的结果，并且必须在关键的技术上有所突破。晶圆级封装的产 生，其理论基础可以追述到１９６０年代，但是由于技术和成本的限制，一直无法解决大批鼍生产的矛盾，在金属凸块和基板的材料上有了技术突破后，才得以此项先进封装技术得以广 泛应用。 如同每一个产品都有生命周期一样，每一项新技术也有其从开发到市场应用，再剑退出市场的一个周期的过程。在半导体行业，技术更新非常迅速，往往有多项技术应用于同一领 域，而技术的生命也并不依据完整的生命周期理论，有许多技术在萌芽时便被市场所无情地淘汰。但是，我们依然可以根据市场主流的封装技术，列出一个大概的技术生命路线。见图３．３：ＳｏＩＳｏＪＰＬＣＣ ＰＧＡＳＯＰ ＴＳＯＰ ＢＧＡ ＦＣ ＣＳＰ ＬＣＣ＼ｃＤ口Ｍｅｔａｌ ＣａｎＷＬＰ图３－３：各种不同封装形式的生命周期从图中可以看出封装技术发展的一般的规律，即其引脚由针式（ＤＩＰ）发展剑贴片式 （ＳＯＪ），再发展到球状（ＢＧＡ、ＷＬＰ）；从芯片两面引脚（ＤＩＰ）发展到四面引脚（ＱＦＰ）， 再到芯片的底面矩阵型引脚（ＢＧＡ、ＷＬＰ）；而封装的尺寸则越来越小，由原来芯片面积的 十倍到现在的与芯片的面积相同。 技术的生命周期人概经历以下的五个过程：萌芽期（Ｅｍｅｒｇｉｎｇ）、成长期（Ｇｒｏｗｔｈ），成 熟期（Ｍａｔｕｒｉｔｙ）、衰退期（Ｄｅｃｈｎｅ）和退出市场（Ｐｈａｓｅ ｏｕｔ）。每一个时期所表现的技术特 征和市场特征都是不同的，同时，公司所应该采取的市场策略和财务政策也是不同的。在萌１３上海交通ＭＢＡ学位论文品圆级封装技术对、｝导体产业的影响及在中国的应用芽期，技术展现了其良好的发展前景，但是由丁二标准尚未完成，技术上依然有一些不确定性， 其市场占有率比较小，公司应当采取观望或者是小额投资以保留竞争的资格；在成长期，技 术的标准已经完成，可以进行大批鼍的生产，同时，市场也逐渐开始采用此项新技术，其成 长速度非常快，公司要相应地进行大规模的投资，争取在新技术的战场上保持领先。在成熟 期，技术已经相当地成熟，许多公司都已经掌握到了其精华，并且，市场的容壤已经达剑了一个上限，公司间的竞争行为表现为价格战，此时，公司应当谨慎投资，发挥现有的技术优势，争取更大的市场份额；在衰退期，技术可能由于新技术的涌现而开始丧失竞争力，或者 由于虑川市场的萎缩而无法继续扩大市场，开始步上了退出市场的道路，许多公司也开始将 兴趣点转向新的技术或者是市场；最后，一项技术被新技术所替代，而完成了其生命周期的 演化。 晶圆级封装其本质是ＢＧＡ封装（外观）和ＦｌｉｐＣｈｉｐ（连接工艺）以及ＣＳＰ（大小）这 三种封装形式的一个综合体，其技术从１９９５年开始正式走出实验室，主要的应用为功率器 件，但是由丁：其成本在功率器件上面没有竞争力，一直没有得到大规模的应用，直到最近两 年，许多厂商看到了其在便携式芯片和存储器芯片中的优势，开始对此项新的封装技术进行 了投资。经历了近几年的发展，品圆级封装仍处丁Ｉ萌芽期，但却显现了极好的成长性和潜力。 随着人们对此项技术的越来越多的了解和认同，其应＿Ｌ｝ｊ将逐渐被客户所接受，以过渡到成长 期和成熟期。任何技术都不可能长盛不衰，晶圆级封装也可能有朝一日被成本更低性能更优 的封装技术所替代。但是从半导体封装技术的发展历史来看，封装的主流技术更新换代并不 像晶圆制造的工艺那样更扶那样快，一项封装技术从开始步入市场到退出历史，往往需要 １０年甚至２０年以上的时间，相比之Ｆ，晶圆级封装的生命周期应该至少还有１０年的时间。 最关键的是，晶圆级封装能不能成为未来封装的主流技术？有理由相信，封装工艺从打线向金属凸块过渡将是人势所趋，金属凸块技术的性能要比传统封装有绝对的优势，而成本则随着新材料的开发和使用以及产量的提升，必然会降到具有与传统封装相比有竞争力的地位。 对于多引脚的芯片，倒装芯片封装技术（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）将是一个不二的选择，而对丁．少引脚的芯 片，晶圆级封装将有相当的竞争力，可能成为主要的封装形式之一。１４上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的席用第四章晶圆级封装技术对半导体产业的影响本章将利用供应链的理论来分析晶圆级封装其半导体产业相关的供应链中的各种厂商 的影响。 由于品圆级封装技术引入了与传统封装完全不同的手段，有重人的工艺突破，将会对整 个半导体产业，由其是封装业带来重大的影响。即便上游晶圆厂，下游的电子厂，以及封装 设备和材料供应商，都会面ｆ临一个难题：是勇敢地跟进新技术的发展，还是继续原有的技术路线，争取做到成本更低的优势？以下我们将逐项分析晶圆级封装对半导体产业内各类企业造成的影响。第一节对上游晶圆厂的影响在晶圆级封装的Ｊ＝艺中，其封装及测试都在晶圆片上完成，并且也采用了（品圆制造的 工艺），从生产的角度来考虑，晶圆厂（ＷａｆｅｒＦａｂ）可以非常方便的进行品圆级封装的改造。 有一些设备基本上不用更换便可用于晶圆级封装中，而有一些设备则需要作一下改造，仍可 由原设备供应商米提供。在封装材料方面，也有许多与晶圆生产类似之处，例如都需要有显影的过程，都需要显影液（Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ）；都有光刻（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）｝［Ｉ溅镀（Ｓｐｕｔｔｅｒ）的过程，所需要的材料也是基本相同的。如果晶圆制造与封装都在一个工厂完成，将有一个主要的女，处是可 以提高产品的可控性及质鼍。因为在此两种生产工艺中，都需要在１Ｆ常苛刻的条件下完成， 保持相当高的空气纯净度，这样，实际生产中可以将生产完成的品圆（Ｗａｆｅｒ）直接流片剑封 装，将可能的污染和干扰减少剑最低。由于采用了很相似的上艺，晶圆厂的技术水平也更容 易转移到晶圆级封装，许多人才可以直接加以任用，使公司转换技术的经验曲线更平缓。 从技术角度上来讲，品圆厂很容易过渡剑品圆级封装，从而达剑业务纵向整合的目的， 但是，晶圆厂将不得不面对业务模式转换所带来的危险。许多下游的封装测试厂将成为直接 的竞争对手，如果没有封装测试厂在业务上的联盟作＿ｌ｛｜，晶圆厂也很难将整个半导体的通路 解决方案做通。最为天键的是，此种整合将破上１、品圆厂代工模式赖以生存的柔性制造系统。１５上海交通ＭＢＡ学付论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用前文已经分析，并不是所有的集成电路都适合采用晶圆级的封装，以目前的晶圆级封装的市 场来看，还无法达到晶圆厂的保本产能利用率。目前市场上大晕的传统封装产品，将受到此 系统的影响而对客户订单的吸引力减少。 无疑，晶圆级封装会给晶圆厂带来很人的机会，晶圆厂可以比传统封装厂更加轻松的跨 入晶圆级封装的领域。目前，作为世界上最大的代工企业，台积电在台湾已经布置了一条晶 圆级封装的生产线。台积电在台湾共有１２个代工厂（Ｆａｂ），借助其强大的代工能力，完全有能力用其中的一条线投入晶圆级的封装，以实现规模化的生产来降低成本，同时又兼顾剑本身 产品线的柔性不被破坏。对于半导体界的超级巨星一．ＤＭ厂商，由于产品线较为单一，无需顾忌复杂的工艺转换问题，只要晶圆级封装产品的需求达到一定规模，便可以全力投入其 中。不过从目前来看，由于品圆级封装的巨大投资，在半导体不景气的阴霾下，很少有企业 愿意投巨资来推动此项技术的发展，只有少数的日本企业，如｝西欧、日立建有晶圆级封装 生产线。大多数的企业则一直保持一定的研发规模，关注此技术的进一步走向，待时机成熟， 便会进入这个领域。第二节对封装产业的影晌作为一种先进的封装Ｊ＝艺，品圆级封装对封装产业的影响将是巨大的。由于晶圆级封装 具有尺寸更小，电气性能和热性能更佳，随着技术的发展和成熟，其成本会逐步下降，可靠性和成品率（Ｙｉｅｌｄ）都会逐渐增加，将有可能对传统封装形态产生颠覆性的影响。不过，并不是晶圆级封装可以应用于所有的封装领域，例如由于技术的限制，其很难应用于引脚数 火于３００条的集成电路中，限于成本的考虑，也无法与一些低端的集成电路封装竞争。 面对新技术的不断涌现，封装企业必须时候关注技术的发展动态及市场需求，对新技术 有一个上Ｅ确的评估，并且选择合适的技术道路，投资于Ｒ＆Ｄ和市场中，只有这样，才可能 在新一轮的竞争中抢占先机。 品圆级封装由于其革命性的工艺变革，将给现有封装企业造成巨大的挑战，是延＿Ｉ｝ｊ现有 的工艺技术路线，继续投入于原有ｌ：艺的开发，还是另起炉灶，开辟品圆级封装的新领域？ 如果是准备投资丁新的技术领域，在何时投入其中是最仕的时机？在投资丁二新领域时，如何 面对技术的风险和市场的风险的挑战？这些问题都是值得每一个封装企业的高阶管理人员 所思考的问题。由丁．企业界对日新月异的新技术已经视若平常，每个企业对新技术的出现所１６上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用持的看法也大不相同，如何评估和选择新技术对于每一个企业的答案也不会完全一样。这样， 往往在新技术面前，会涌现出一批新企业，同时，老企业也会出现分化。走何种技术路线， 是每一个封装企业不得不面对的抉择。 晶圆级封装的１＝艺和设备与前端制造晶圆的工艺和设备非常类似，投资额将达到５亿美 金左右，大大超过一般的封装厂所能承受的范围，无疑将增加企业的进入擘垒和运营风险。 在技术尚未完全成熟，市场也没有得到积极的响应的时候，传统封装厂商都不愿贸然而动。 只有世界排名前几位的大型封装厂商如美商安靠（Ａｍｋｏｒ）、台湾日月光（ＡＳＥ）等厂商，具有足够的客户资源和资金实力，在发展传统封装的时候，也投入了很大一部分的精力丁：晶圆级封装。 无法投巨资跟进晶圆级封装的厂家，不得不继续自己原有的技术路线，发展金线焊接【 艺，以达到更小的芯片尺寸和更好的电气性能与晶圆级封装抗衡。以目前的技术发展形式来 看，利用金线焊接工艺的技术也已经实现了芯片尺寸封装（ＣＳＰ），只是比晶圆级封装的尺寸 稍大一些，而且其目前的成本也较晶圆级封装有优势。但是，金线焊接已经是一个发展了十年左右的技术，已经达到了相当的成熟度，以目前的技术框架，几乎达到了技术的极限，从长远来看，很难成为下一代封装的主流技术。 对于有能力投资于晶圆级封装的厂商米讲，目前大多没有全力于此技术中。第三节对集成电路测试业的影响由丁集成电路高昂的生产成本，在集成电路的生产制造过程中，必须进行电路的测试才可以流入下一道工序。一般地，要进行两道稃序的测试，一道是在晶圆加工厂中，称为 ＣＰ测试（Ｃｈｉｐ ｐｒｏｂｅ），主要是在晶圆上利刚探针（Ｐｒｏｂｅ）设备对每一个尚未封装的晶片进行 测试，将晶圆生产过程中的不良品作一个标记，如果是不良品，则在接ｒ来的封装和测试的流程中，不被封装；另一道在封装测试厂中，称为ＦＴ测试（Ｆｉｎａｌ Ｔｅｓｔ），是指将封装完成的芯片进行测试，以保证其在封装过程中不被破坏，可以直接用丁．电子工厂中。芯片生产过 程中，很人的成本发生在测试领域，但测试义是必须进行的步骤，否则越往工序后面发现问 题，则造成的危害越人。 晶圆级封技将对集成电路的测试造成很人的影响，由于其封装是直接在晶圆上进行的， 不需要利川传统的塑料或陶瓷等外壳进行包装，理论上，ＦＴ测试可以省略不做。这样，对１７上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对’卜导体产业的影响及在中国的应用于集成电路的生产环节，将节约很大的成本。这也是晶圆级封装挑战传统封装的一个主要因 素。测试通常是一个很花费时间的过程，为了验证一片晶片的电路性能，往往要花费几秒甚 至几分钟，这对人批量生产的产品来讲，会直接影响产品面市（ｔｉｍｅｔｏｍａｒｋｅｔ）的时间。在半导体工业界，生产作业的周期时间是竞争的一个关键的因素，尤其对具有价格剧烈波动的 内存芯片（ＤＲＡＭ）产品来说更是如此，生产必须能够及时根据市场的动态来做相应的调整， 否则在制品ＷＩＰ（Ｗｏｒｋｉｎｐｒｏｃｅｓｓ）的数量如果太多，时间太长的话，对于任何一个企业来 讲，都不得不占用更多的资金和成本。因为省却了一道测试的程序，以及晶圆级封装的以品圆为单位的批量生产，生产的周期（Ｃｙｃｌｅｔｉｍｅ）比传统封装大大降低。一般地，ＣＰ测试都是在晶圆厂完成的，主要是晶圆探针测试需要的环境洁净度相当高，在品圆厂中完成符合经济效应。在晶圆级封装中，测试可以交由封装厂中一次性完成，对于 进行品圆级测试业务的公司来讲，将有增加利润的可能。对于集成电路的设计公司来讲，减少一步的测试过程，可以节约测试成本，使产品的价 格更具有竞争力。 封装测试一般都是在一个１二厂里完成的，很少有单独的测试公司，所以晶圆级封装对传统封装厂的影响，同样也会波及到其测试业务。而那些极少数的测试公司来讲，将无法测试 品圆级封装的产品，只能测试传统的封装产品。如果传统封装产品的市场缩小，而品圆级封 装的市场足够大的话，对测试厂的影响才会显现出来。第四节对下游电子厂ＥＭＳ的影响半导体产业处于电子产业的上游，半导体工厂生产的集成电路经封装测试后，交由卜．游 的电子厂将芯片安装丁二印刷电路板中，便可以装丁－庶＿Ｌｆ４系统中（如电脑、手机等）。根据芯 片封装的不同，芯片在电路板上的安装方法也不同，对于以前较为简单的针脚式封装（如 Ｄｍ封装），采用人工插件的方式，将芯片安装于电路板中；目前的主流应用为使用自动化 表面贴装机，将芯片颗粒直接帖剑电路板中。随着技术的不断提升，表面贴装方式将越米越 多的应用于电子厂中。许多传统的封装电路，均己采用表面贴装的方式。本文所研究的品圆 级封装集成电路在府用丁－电路扳中时，也是采州的此种Ｉ：艺，这样，便可以利心电子厂的技 术，而不必有太人的改动。 对于面积稍微大一些而引脚数较少的晶圆级封装芯片来讲，由于其每两个引脚（锡球）１８晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用的距离较大，在应用于电子厂时，在工艺上较容易实现，而对面积较小并且引脚数也较多的 产品来讲，则势必会使引脚的间距比较小，目前可以做到最小的间距为３００微米，以如此小 的引脚间距，在电子厂用一般的贴装设备将比较难于控制其精度，需要电子厂投资更加精密 的贴片机来实现品圆级封装。 总体来看，品圆级封装对电子厂的影响是最小的，大部分的晶圆级封装的集成电路都可 以不进行任何调整，而直接用传统的表面贴装设备来完成芯片到电路板的连接过程，只有少 部分小尺寸多引脚的集成电路产品实施难度会加大，技术上依然是可以解决的，但是，这样 会对整个系统的成本控制带来挑战，可能整体系统的成本会有大幅度的增加而阻碍了晶圆级封装的应用。第五节对集成电路设计业的影响Ｆａｂｌｅｓｓ设计公司是集成电路产业中处了二最上一层的企业，但是，产品从设计到进入市 场，设计公司都参与其中。在代工模式下，生产的集成电路产品是属于设计公司的，而不是 生产企业的，在芯片生产完成后，由设计公司交由下游的电子厂来进行接下来的电路安装。一个比较大的设计公司主要由三类设计上程师组成：第一种是电路设计工程师，他们负责设计最原始的物理电路；第二种是版图设计工稃师，他们将设计好的物理电路，利＿ＬＩｊ软件的方法，转化为可以在晶圆厂投片生产的版图（光掩膜）；第三种工程师则是系统工程师，负责产品在产业链中各个环节的技术实施过程，但是这些工程师对于生产领域的前沿技术的认识通常是较浅的。一般情况下，Ｆａｂｌｅｓｓ公司专注丁电路的设计，而对于生产环节不是太精通，而生产型企业对丁．具体的电路细节则不是太清楚，这样就产生了厂商与厂商之间的信 息不对称。在半导体行业，这种信息的不畅通是代１ｊ模式的一个主要的障碍，会导致许多最 新技术无法在产业链中得以实施。设计公司在产品设计过程中，往往会发现其在品圆厂进行 流片时无法实施或者实施的成本太高，对丁生产企业米讲，开发出来的新的工艺流程经常由 于设计公司的不敢轻易尝试而最终流产。所以，在产业链如此艮且分散的’Ｆ导体行业，厂商 之间的沟通与信任便变得非常重要。 品圆级封装便面临这样的尴尬境地，由于其技术突破了传统的工艺，给设计公司带米不 确定性的挑战。许多设计公司在考虑产品的封装形态时，由丁没有最前沿的封装技术方面的 知识，往往倾向丁：采Ｊ｝Ｊ传统的封装形式。除１Ｆ有一些产品的＿ＩｌＪ途很特殊，传统工艺无法完成，１９上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用设计公司才会敢于冒险使用最新的技术。在新的封装应用于集成电路产品的前期，封装厂与 设计公司人员不得不花费较大的精力对工艺进行认证及质晕审核（Ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ），这样会无 形中增加产品的成本以及影响到产品的上市时间。可见，对于晶圆级封装的厂家来讲，如何教育设计公司对晶圆级封装有一个较清楚的认识，以及如何与设计公司进行有效的沟通来实现此技术的推广，是一个关键的问题。第六节对设备及材料供应商的影响从整个人类技术创新的历史来看，技术的更迭让有的公司一夜扬名，也会使有的公司骤 然陨落。如果技术变革是跨越型或者是激进型的，情况更是如此。依据现有技术路线而成功 的公司，很容易对新的突破性的技术视若无睹，以至在重人的变革面前没有给与足够的关注， 让新的技术和市场与自己失之交臂。即便有的企业可以在新技术涌现之前便对其影响力有所 认识，但是往往由丁：本身的技术路径与新技术差别太人，没有任何技术优势以支撑其在新的 技术上面依然保持领先，只能坐视市场被慢慢蚕食。 对于半导体封装设备和材料厂商来说，在晶圆级封装这项新技术面前，面Ｉ临的境况正是 如此。晶圆级封装技术所采用的设备利材料与前端晶圆加１＝的设备和材料相同，如果晶圆级 封装有朝一日可以成为封装的主流技术的话，对现存的封装设备和材料供应商将带来较大的 威胁和损害，尤其是那些业务专注于此的厂商来讲，面临一个发展新产品或者退出现有竞争 领域的艰难抉择。新的设备和材料大多为光学的以及化学的设备和材料，而传统封裟设备和 材料人多为电子设备和金属材料，对于现有的竞争者来讲，并不存在较直接的关系，技术的 转移成本较高。相反，对于晶圆加工设备和材料的供应商来讲，则将从晶圆级封装的发展中 受惠，可以在现有的技术优势的基础上，进行一些适当的技术改造，平滑的应用于新的封装 工艺中。 在这些重人的变革中，对于封装设备影响最为明显的将是金线焊接设备（ｗｉｒｅ ｂｏｎｄ）、冲 模设备（ｍｏｌｄｉｎｇ）以及切筋成形设备（Ｔｒｉｍ ｆｏｒｍ），这些设备都是传统封装中最常采＿ＬｆＪ的设备， 也是其体现技术能力的核心设备。对于传统封装材料来讲，影响最大的将是引线框架（Ｌｅａｄ Ｆｒａｍｅ）、封装塑料和金线（Ｇｏｌｄｅｎ ｗｉｒｅ），这三种材料是在传统封袈领域中的主要原材料，占 材料生产成本的８０％以上。在晶圆级封装中，这些材料将不被采用，对丁－以单一生产此种 材料为主的厂家来讲，市场将可能逐步缩小，市场的竞争也将更趋激烈。上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用对于那些半导体前端设备和材料供应商来讲，则可能囚新封装技术的发展而受惠。有一 些设备基本上不用任何调整便可以应用于晶圆级封装中，有一些只需进行稍许的改进就能适应晶圆级封装的需要，前端的设备厂商具有技术上的优势。可见，晶圆级封装的出现，将会对半导体前端和后端的设备材料供应商产生不同的影响。对于前端设备厂商来讲，市场的空间将会扩大，而后端传统封装设备和材料厂商的市场将会减少。可以预见的是，依赖于传统封装领域的设备和材料供应，将不得不面对一个较大的战 略转型或技术转裂。由于市场空间的缩小，并且传统的封装会主要集中在较低应用层的集成电路中，传统封装设备和材料厂商之间的竞争行为主要表现在价格竞争中，具有成本优势或规模经济的企业将会在竞争中胜出；无法达到成本领先的厂商，或者转向新的竞争领域，或 者将不得不退出市场。 以下，我以ＡＳＭ 术对其战略的影响。 ＡＳＭ Ｐａｃｉｆｉｃ是一家全球领先的半导体设备生产商，其总部设在香港，在中国大陆的ＰＡＣⅡ＝Ｉｃ――全球排名第二的传统封装设备厂来分析晶圆级封装技深圳，香港，新加坡，马来西可Ｅ均有分厂，并在日本、韩国、欧洲和美国均有分支机构。 ＡＳＭ Ｐａｃｉｆｉｃ的母公司为总部设在荷兰的ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，是生产半导体前端设备的主要生产厂家。公司在香港股票交易市场上市，（股票代码为香港０５２２）。我于１９９９年剑２００２年间服务于ＡＳＭ新加坡公司，其土要的产品为传统的半导体封装设备，包括粘片机①ｉｅＢｏｎｄｅｒ）、打线机（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｅｒ）、封模机（Ａｕｔｏ Ｍｏｌｄ）等，占世界封装设备的２０％，居第一二位。 除了封装设备以外，ＡＳＭ还有一条引线框架的生产线，引线框架是传统封装中主要的消耗 材料，虽然ＡＳＭ的引线框架并不在市场上占有很多的份额，但是此项业务会结合其设备领域的优势，提供半导体封装完整的解决方案。ＡＳＭ Ｐａｃｉｆｉｃ于上世纪９０年代初涉足半导体后端封装设备市场，当时、｛，导体封装设备的主流为铝线焊接机，ＡＳＭ抓住了封装设备向金线焊接机发展的机会，进入市场。ＡＳＭ将机 械制造的ｊ二厂设在深圳，而将高科技的调试和设计研发设在了香港和新加坡，从而建立了比 美国和日本企业成本更低的优势，其土要的产品金线焊接机的市场占有率不断攀升，并且荣 获２０００年和２００１年的半导体设备界的最佳奖项：国际’ｒ导体杂志的编辑选择奖和ＶＬＳＩ最 佳设备奖，从而在’ｒ导体封装界建立了自己的地位，从默默无闻的小卒，而发展成为全球、卜 导体封装领域第一二大的封袈设备厂家。 面对、Ｐ导体封装将逐步从打线Ｊ：艺过渡到金属凸块丁艺的趋势，各个半导体封装设备厂 商都面临着一个技术转型的问题。目前，９０％的封装技术依然采用的是打线的Ｊ：艺，冈此晶２ｌ上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用圆级封装技术对半导体设备业的影响还没有完全显现出来，但是，由于技术的跳跃性太强，如果金属凸块工艺有朝一丑成为封装的主流的话，对这些传统的封装设备厂商的打击将是致命的。ＡＳＭ如何应对这种技术转珲ｌ所带来的潜在威胁呢？ 从ＡＳＭ公司的２００２年年报上来看，其战略已经开始有了一定的调整。传统封装设备 是该公司的一个优势，并且依然是该公司重要的现金流所在，所以并不能将此产品轻易地放 弃。应该注意到的是，传统封装设备与先进的晶圆级封装设备在应用领域虽然有交叉，但也 有～些领域运用传统封装设备更具有成本优势。所以可以断定的是，传统封装设备不会完全 被先进的封装设备所取代，但是其市场份额可能会有下降的趋势。针对这种技术及应用的转 变，ＡＳＭ将传统封装设备进行了一定的技术调整，使其更加适合一些传统的封装型态，并且更具成本优势。同时，应用的市场也有所调整，增加了对新兴市场如中国的投入，因为在这些新兴的市场，封装技术依然是以打线工艺为主，ＡＳＭ可以凭借其成本上领先地位，在 竞争上保有优势地位。 新游戏势必破坏老的游戏规则，如果不能及时调整战略，很可能昔日的辉煌转瞬便成过 眼烟云，所以，在技术创新日新月异的高科技领域，竞争者必须保持一定的危机感和反应能 力，投入巨大的资金用于技术创新之中。当然，ＡＳＭ不会在新的封装技术面前视若无睹，己经增加了研发的预算，准备在新的竞争领域与竞争者较量。在技术转型的过稃中，其理论基础完全不同，所以技术研发的过程并不是一趟轻松之旅。ＡＳＭ欧洲公司是做前端设备的 一个领先厂家，在某些工艺方面给香港公司提供了很好的帮助，使ＡＳＭ 出了一台新的先进封装的机器，并且可以应用于未来的１２英寸晶圆片中。 从此案例中可以看剑，封装设备和材料厂商不得不面对新技术所带来的挑战，在战略上 有所调整，对其产品有一个重新的定位，并且，也必须选择是跟进新技术还是开脐新的市场。 Ｐａｃｉｆｉｃ能够开发上海交通ＭＢＡ学位论文品圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用第四章、晶圆级封装技术的市场分析及解决方案第一节技术及市场的风险分析风险和不确定性是高科技创新固有的特征。这不但是因为高科技创新使用新的和不成 熟的技术作为工具，寻求创造一种日后必须要满足的要求，而是因为它试图“动摇”现有市 场并产生超常的回报。一项技术创新通常要经历研究活动、技术开发活动和产品开发活动这 三个阶段，即从原理验证剑转入实践的过程，这三个活动都能够使风险降低，并且随着技术 创新越向市场靠拢，技术越成熟，其风险也会越来越小。 技术创新的风险来源于两个方面，一个是技术风险，另一个是市场风险。简单地说， 技术风险是指产品不工作的风险，而市场风险则是产品销售不出去的风险。 根据技术风险和市场风险的大小，我们可以将技术创新的分为四个象限，如图５．１：跨越型的≥ ］激进型的――．．．么．．∞Ｉ∞ｆ‘ｌｉＲ】△』．圈困限。。◇改良型的 杠杆型的图５―１：风险的象限图改良型的（现有的市场，现有的技术）：由于现有的市场和技术相对已经比较稳定和成 熟，不确定性也会较小，所以相对而讲，改良型的技术创新风险最低，当然，经济同报也有杠杆型的（新的市场，现有的技术）：风险较高。对丁｜一个全球性的公司米讲，这种风 险往往是地理上的。通常发生在拥有成熟技术的公司在拓展其市场范闱时，进入一个较陌生上海交通ＭＢＡ学侍论文晶圆级封装技术对、ｒ导体产业的影响及在中国的麻用的市场，主要着力于新的市场渠道，合作者等建设以降低市场的不确定性。 跨越理的（现有的市场，新的技术）：风险稍高。这种怙况往往反映了技术的更新换代， 是一种常见的情况。技术创新往往是针对某一个单独的市场而进行的，其主要面临技术的不 稳定及需要到市场上得到验证的风险，而且还要面临现有技术拥有者的顽强抵抗。 激进型的（新的市场，新的技术）：风险最大。技术和市场的不确定性都比较大，创新 者必须能够具有超强的辨别技术和市场的能力，并且要教育潜在顾客对新技术从认识到接 受。如果市场很大，可能会带来巨大的机会。 晶圆级封装是一种借鉴了前端生产工艺而应用丁．后端封装中的新技术，但是面对的市场 依然是原有的封装市场。依据上述四个象限的理论可以不难得出，其主要的风险为跨越型的 风险。晶圆级封装已经完成了原理研究和产品开发的过程，完全应用于大规模生产的技术问 题已经解决，可以说技术风险已经比较低，但是由于其独特的技术路线与传统封装厂的技术 路线背离太大，很难得到传统封装厂的支持。在向市场推进的过程中，不得不面对传统封装厂商的反击，包括降价，改进传统工艺技术等方法。另外一个面临的市场风险来源丁产业链 上的其它厂家对此技术的认识程度。通常，集成电路设计公司的专长在于设计内部的电路， 而在设计系统的解决方案时，由于其对封装产品不是太熟悉，或者对前沿的封装工艺没有足 够的认识，往往会趋向于采用较传统的工艺，这样，封装代Ｔ厂与设计公司之间往往有一个 技术的落差。因此，任何产业链上的一项新的技术创新如果想得以应用，就不得不面ｌ临整体通路的挑战。对于晶圆级封装技术来讲，也必须与上游的晶圆厂和设计公司以及下游的电子 线路板厂进行足够的沟通，让他们认识到晶圆级封装可以给企业带来的好处。在代ｊ：模式．Ｆ，这种沟通更难于进行，因为每一个企业组织结构不同，企业与企业之前往往在相互学习上无 法做Ｎ３Ｐ－常有效，而ＤＭ（整合元器件厂商）则可以通过内部组织的力量达到较好的沟通。在芯片代ｊ一行业，现在有一种趋势，便是出现了通路解决方案的公司，专门从事协调产业链 上各个企业对技术及市场等问题的统一处理方案。晶圆级封装厂家可以与这些厂家建立关 系，以便将新技术更好的推向市场，得到其它厂家的认同。另一方面，晶圆级封装的厂家也 要利用现有的客户资源，对客户进行适当的培训与教育，才可能扫除新技术的市场障碍。任何企业在决定是否投身丁二某项新技术创新的时候，都必须对其风险进行一个有效的评估。风险有许多种表现形式，很难一一举例，要将其蹙化则更加凼难。我们试图识别技术风 险和市场风险的主要构成冈素，然后建立一个评分系统，评分系统有同定的等级，对每一个 构成冈素进行评分，这样可以人致测域新技术成功的可能性。 根据美国哈佛丈学和麻省理Ｉ：学院对技术创新风险的研究成果，我们可以定义二种技术２４上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用风险：１、能否充分解决所有的技术问题，２、是否具备商业化过稃所必需的能力和补充技术， ３、能否达到技术性能指标的要求，以满足客户预期；定义三种市场风险：１，是否有利于产 品营销的价值链（比如工艺、制造、市场、分销和销售等），２、是否有足够的特征导向以使 其区别于同类竞争产品，３、商业模式能否在市场获利成功。对于每一种风险指标，我仃Ｊ都 可以用概率打分的形式，分为几种等级。 技术风险 技术本身的风 险（Ｐ１） 风险的描述 对已有的内部技术做进一步拓宽； 对于已有外部技术做进一步价值链各个要素的拓展； 新技术，已完成可行性论证； 新技术，未完成可行性论证； 新技术，还未转入实践阶段。 技术扩散的能 力和互补技术 的可获得性（Ｐ２）概率０．９ Ｏ．７ ０．５ ０．３ ０．１ Ｏ．９ Ｏ．７ Ｏ．５ Ｏ．３ Ｏ．１具备技术能力和进一步开发能力，有且补技术： 无技术能力，具备进一步开发能力和互补技术 具备技术能力和互补技术，无进一步开发能力 没有但可获得技术或进一步开发能力，无互补技术； 既没有技术能力和进一步开发能力，也无互补技术。性能指标可实 现与否对已有的性能指标和功能要求作适当拓宽； 对性能指标或功能做较大拓宽； 新的功能，新的性能指标； 某些性能指标未知或不可知； 无任何性能指标。０．９ Ｏ．７ Ｏ．５ Ｏ．３ Ｏ．１表５－１：技术风险量化表格市场风险 价值链各要素 的可获得性（Ｐ４）风险的描述 公司内部可获得价值链； 需要开发公司价值链的主要要素； 公司价值链断裂，很多要素无法获得； 公司内部无任何价值链要素； 价值链的关键要素根本不存在 产品所有特性都是最好的； 产品的某些特性是紧好的，但不是全部； 产品的１个或２个特性具有优势： 产品外形与竞争产品相同； 产晶的１个或２个特性只有优势，但其他方面很羊。 目前已经抢占了市场；概率Ｏ．９ ０．７ Ｏ．５ Ｏｔ３ Ｏ．１ Ｏ．９ Ｏ．７ Ｏ．５ Ｏ．３ ０．１ ０．９ Ｏ．７ Ｏ．５ Ｏ．３ ０ ｌ产品的差异性（Ｐ５）市场接受程度 及商业模式（Ｐ６）公司已经和客户建立联系，但升朱进入市场； 公司积极参与一个密切相戈的市场； 存在相应市场，但市场很小，无商业模式： 根本不存在市场和商业模式上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用表５－２：市场风险量化表格１、技术风险： 晶圆级封装采用了与传统的打线方式不同的工艺，是类似丁前几年开始发展的倒装芯 片（Ｆｌｉｐｃｈｉｐ）的Ｂｕｍｐｉｎｇ工艺，只是倒装芯片通常应用于高端的ＣＰＵ等高引脚数的领域， 而品圆级封装则应用于较少引脚数的便携式产品及存储器领域，但是从其技术实现的可行性来看，可靠性已经相当高，因此技术本身的风险可以评为ＰＩ＝Ｏ．９；晶圆级封装的出现，本身便是多项技术的结合的结果，虽然需要较多的互补技术来支撑，但是这项ｔ艺已经走出了实验室的验证阶段，许多互补资源也可以通过技术合作或者是直接外购而获得，冈此，在传播的过程中，不存在技术障碍，互补技术及能力的风险也不是很高，可以评为Ｐ２＝０．９；从性能的可实现与否的指标上看，晶圆级封装的性能指标与传统封装的性能指标有较大的不同，是基于倒装１二艺的指标，倒装ｒ：艺已经经历了近十的发展，其性能已经相当的可靠，晶 圆级封装只是在电路实现上，使其完全放在晶圆一级，使此种１二艺可以麻用于便携式的少引 脚数的集成电路中，因而，其成功的概率也比较高，可以评为Ｐ３＝０．７。 从而，我们可以粗略地得剑品圆级封装的技术风险为： 技术风险＝１－－（ＰＩ＊Ｐ２＊Ｐ３）＝１一（０．９＊０．９＊０．７）＝０．４２ 可见，晶圆级封装在技术上的风险并不是很大，该工艺已经经历了从原形没计和实验室 开发的阶段，并且有厂商已经开始大批量生产，证明其工艺的可行性，并且，其技术本身相 比于传统封装领域的产品，也要有较明显的优势，在技术实施的过程中，由于各个公司都是 刚刚投入其中，还无法形成较有优势的经验曲线。 ２、市场风险：晶圆级封装的Ｊ：艺打破了传统的Ｔ艺流程，对传统封装的领域带来了挑战，将价值链进行了破坏了重组，由于涉及到材料、设备等问题都无法在现有的价值链上得到解决，也无法 由单一的公司完成，所以就其技术本身的风险来考虑，主要的价值链要素，都需要封装厂重 新建立，对照上述表格，我们可以估计其成功的概率为Ｐ４－－－０．７；从品圆级封装的产品特性 米分析，其无论是封装人小，还是电性能、热性能，都比传统的封装产品要有优势，并且顺 应了未来的集成电路产品便携和低功耗的趋势。但是，由丁：其省却了传统ｒ：艺中的塑封这一 关键工艺，使得集成电路产品的外壳直接暴露在外面，比较容易受到外力的作用而使ＩＣ产 品不能得剑更好的保护。综合以上分析，其产品的差异化稃度成功的概率为Ｐ５＝０．７：如果有厂商先行进入晶圆级封装的话，必须能够有客户采川此项技术的合同或意向，否则巨额投资Ｆ去，却面临高技术无人采纳的境地，则风险会很大。以目前此项技术的应川状况来看，２６上海交通ＭＢＡ学位论文品圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的麻＿Ｈｊ较少有厂家愿意投如此大的资金Ｆ去，而许多客户虽然对此项新的技术比较感兴趣，但是面 临将来的不确定性，也没有将大批的产品用于晶圆级封装。不过，晶圆级封装已经通过了各项性能指标的测试，并且从工艺实施的角度考虑，也已经完全可以实现，在此，我们可以将 市场接受程度和商业模式成功的概率评为Ｐ６－－０．５。 从而，我们可以粗略地得到晶圆级封装的市场风险为： 市场风险＝１－－（Ｐ４＊Ｐ５＊Ｐ６）＝ｌ一（０．７＊０．７＊０．５）＝Ｏ．７５要想克服晶圆级封装的技术风险，就必须在价值链上进行完善，打通产业中各个环节， 使产业链中的每一个企业都能够看到推动此项技术带来的好处，并且愿意投入到技术标准的制订定中。另外，还要考虑到客户的要求，打消设计公司对新技术的顾虑，积极促成客户对晶圆级封装有～定的认识，并建立起信心，这样才可能使品圆级封装在前有需求的拉动，后有产业链的推动的激励下，更好地得以麻用，降低技术的不确定性。 比较晶圆级封装的技术风险与市场风险可以得出：要想使品圆级封装在半导体市场中得 以广泛地应用，需主要克服的是市场风险而不是技术风险。由于半导体的产业链比较长，以 及传统的代工模式的特点，必须在上下游厂商之间进行充分的合作，以推动新技术的应用。 类似于这种技术可行，而市场未必可行的案例，我们可以在创新的世界中找剑许多，这就促使我们在讨论技术创新的课题时，不能将注意力仅仅关注丁技术的本身，如果想使技术能够 在市场中推广应用，就必须规避市场的风险，开发新的商务模式以适应技术创新的需要。第二节晶圆级封装的技术扩散理论知识如果不往应用层面的技术扩散的话，理论将失去其实际的意义，同样，如果技 术仅仅是停留在实验室里面，或者是产业链的某一个层面，也同样无法得到市场的检验与认 同。任何一项新的技术在席用于市场中时，都面临一个技术创新扩散的问题。技术创新扩散 过程是采用者采＿ＬｌＪ过程和供给者创新扩散过程的一体化过程。Ｅ?罗杰斯认为，创新的扩散 过稃可以包括五个阶段，即认识阶段、说服阶段、决策阶段、实施阶段和证实阶段。 对于Ｉ：艺性创新，在某些情况Ｆ，开发新技术的企业为了新技术只为自己所用，实现垄 断的利润而力酗避免技术的扩散，但是其前提条什是必须可以由企业本身构成一个完整的价 值链体系，并且解决市场上的一切问题；而有一些企业则由丁』无力以一己之力将技术推向市 场，这时，企业便会积极地促进其扩散，直至被广泛地应用。品圆级封装这种新的封装Ｔ＝艺，上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的府用由于涉及的企业众多，单独一个企业无法推动其在市场中被接受和普及，即便某一企业能够 使该技术在市场中大范围地得到应用，其成本也太高，并且所得收益也无法由此企业独享。 显然，晶圆级封装应该是一个开放的技术，而不应该是一个封闭的技术，此时，晶圆级封装 技术便面临一个困难，究竟技术扩散的实施由哪个企业来做，如何做？ 技术创新的扩散过程是一个复杂的过程，在这个过程中，既有信息传播、采用者的采用、 学习，也有技术问的相互竞争与厂商之间的博弈。晶圆级封装便产生了两大不同的技术路线， 并且分别成立了联盟来进行标准的竞争（关于联盟的竞争本文在下一节专文论述），而欲推 动晶圆级封装的厂家则面临一个厂商间的博弈问题。此博弈较为简单，由于厂商与厂商之间 可以进行沟通，以达到信息的对称。根据博弈理论，厂商与厂商之间的最优的选择便是达成 合作，以共同开拓未来可观的市场，共同承担可能的风险。这样，便促成了联盟组织的产生。 有研究技术创新扩散时，我们往往可以利川建立模型的方法以实现技术扩散的量化，包 括市场容量，扩散速度等。研究技术创新扩散模型可以帮助企业预测市场潜力和销售增长模 式，为企业展优分配营销组合提供规范性的准则。通常，我们用Ｓ形曲线米对技术创新的 累积扩散进行描述，利用钟形曲线来对技术创新市场扩散速度进行描述。 ｓ形模型具有普遍意义，也适合用于描述技术创新的扩散现象，这是人们最甲－建立扩 散模型遵循的基本模式，基本上说明了技术创新过程中的市场容量和几个基本的过程。Ｓ形 模型如图５．２：图中Ｍ为技术创新市场最人的潜在采用者数量，显然，如果假设客户的购买 行为是一次购买的话，此值为技术创新市场容量的最大值。图中的ｔ为一个临界点，临界点 可看作产品由低速向高速扩散的时间的转折点，它是产晶由早期商业化向产业化转化的关 键。超过临界点，扩散速度将加快。其理由是：临界点之前，由于各因素的和谐作用，使系 统积累了能量，表现出扩散速度的加快；扩散达到临界点，表示技术已形成产业的雏形，此 时需要给系统更大的投入，特别是所需的设备投资较大，从而保证技术创新扩散速度的加快。０ｔ＋ｔ图５－２：技术扩散Ｓ形模型上海交通ＭＢＡ学位论文品圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用晶圆级封装的技术扩散也要大致经历这种能鼍的积累过程，技术刚开始面市时，其扩散 的速度相当的慢，随着该技术对设备材料厂商和封装厂商的吸引力逐渐增大，有企业开始采 ＪＩ｛ｊ此项技术，并且开始进入市场，客户也开始对晶圆级封装有一个清楚的认识，在得到更好 的性能或者是更低的成本的前提Ｆ，消费者会开始在选择产品时对晶圆级封装的产品产生偏 好，进而反过来促使厂家加大对新技术的投入。这种上Ｅ反馈达到一定的程度，也就是所谓的 系统能量积累到一定的程度时，该技术的扩散速度将迅速扩大，产生一个拐点。以目前晶圆级封装技术的发展趋势来看，许多集成电路产品中己经可以看到晶圆级封装的应用，人们对 此项新技术也有了一定的认识，正处于技术扩散的临界点之前。许多厂商已经看到了即将出 现的商机，准备加大对晶圆级封装的投资力度。 技术创新扩散的不同阶段，对丁二终端的应埘者来讲，其采取的态度也是不同的。技术扩散的钟犁曲线便是描述此现象的一个工具，以便将市场进行细分，在不同的阶段采取不同的 营销策略。Ｒｏｇｅｒｓ将技术创新的采用者分成五种类犁：创新者、早期采用者、早期大多数、后期大多数和落伍者，并且运用了数理的方法进行了分析。他认为，技术创新的采用者服从正态分布，并运用均值和标准著这两个正态分布的基本参数给出了采用者划分的思想（见图５．３）。ＩｎｎｏｖａｔｏｒｓＥａｒｌｙＥａｒｌｙＬａｇｇ ｔｖ ｔｙ ｏｄ ｔｙ ｄｒａ ｒｅ Ｍａｊｏｄ ｔｐ Ｍａｊｏｒｉ Ａｓ№ｔｖ图５－３：技术扩散的钟型模型在晶圆级封装的市场推广过程中，也要经历这样的一个过程。首先是在一项新技术面市 时，并不是所有的人都会对其关注，潜在的影响也随个人或企业而有不同。对于创新采用者 来讲，他们会敏锐地察觉剑晶圆级封装带来的机会以及采用此种封装形态的蚶处，不过对丁 这些少晕的人来讲，投资的风险是比较高的，面对技术及市场不确定的风险，必须在市场开 发和技术研究上面投资。当晶圆级封装技术渐趋成熟后，吸引一些对其持观望态度的厂家采 纳此种技术，进而推动晶圆级能够开始在市场上大面积推广。到了早期人多数和后期人多数 都开始接受新技术或新产品时，晶圆级封装技术也达剑了其市场容量的最人值，技术已经相上海交通ＭＢＡ学位论文品圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用当成熟，应用前景也较为明朗。但是，总有一些企业会在新的变革面前驻足不前，最终成为 技术的落伍者。 以目前的发展阶段来看，晶圆级封装还没有到大量采刚的时候，但是由于其技术发展己 经经过了可靠性验证阶段，也迎合了未来市场发展的趋势，应用前景是比较明朗的，已经有 少数厂家开应用于其产品中，有望在不久的将米成为一项人量采用的技术。第三节解决方案及联盟之争二十世纪九十年代以来，随着经济的全球化竞争以及新技术涉及的广度和复杂性加大， 在信息技术产业，越来越多的企业结为战略联盟，展开合作，共同参与市场竞争。在高科技 领域，往往依靠单一的厂商无法完成某项重大科研项目的发明或创新，这样便会有相关的企 业结成联盟，资源互补，共同完成技术创新的成果转化。有的时候，对于一项新技术的市场 推广，也很难由一个厂商实现，牵涉到许多的技术标准，必须有相当数量的企业支持才可能 使先进的技术在市场上得到认可和应用。同顾历史，我们可以看到许许多多联盟的成功，推 动了整个产业的发展。例如在Ｐｃ领域的微软一英特尔联盟，制定了Ｐｃ的软件和硬件标准， 实现了企业的双赢。 联盟对高科技公司为什么如此重要呢？原因是联盟提供了各种各样的加强高科技公司的地位的机会，它们提供：１、 ２、 ３、 ４、学习和掌握新技术的机会。 接触其他公司中的互补技术资源和才能的途径。 接触新市场的途径 接触能加强公司竞争地位的资源的途径（如减少成本）。 影响甚至控制技术标准的机会。５、这些潜在的优势迫使公司把发展联盟作为战略的一部分，尤其是在推进一项大的涉及众 多厂商利益的时候，更需要战略联盟的作用。那么，为什么新兴技术行业中的公司比那些产 品技术上成熟的行业中的公司更可能形成战略联盟呢？基本的原因是“市场的不确定性”， 即顾客需求和技术发展的不确定性的结合。前文已经分析，晶圆级封装所面临的主要风险为 市场的不确定性的风险和技术的不成熟的风险。而在高科技企业中，除了不确定性很强的特 点外，另一个典型的特点便是技术发展迅速，市场变幺Ｊ莫测，这就要求企业能够在新技术露上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用出成欧的曙光时，能够迅速决定进入还是退出，迅速整合各方面的资源，拿出切实可行的市 场解决方案。联盟在技术的进步过程中其不同阶段的作＿ｌ｝ｊ如下图所示，从以高度的市场不确定性为特点的初始阶段到以低得多的市场不确定为特点的成熟阶段。在技术发展的早期，联盟提供 了了解多样的技术流派的窗口。随着有前途的技术开始出现，联盟被用来在他们中创造未来 投资的选择自由。最后，这些技术的前途变得比较清晰，联盟被用来在新兴行业中赢得公司 的地位。高 技术与 需求的 不确定 低窗口战略时间选择战略定位战略图５―４：战略联盟与技术的关系在研究和发展新技术的开始阶段，存在大量的没有答案的问题，许多公司可以发现的潜 在的技术方向存在着大量不确定性。随着时间和相芙技术领域的发展，不确定性减少。由丁： 更大的确定性，公司能预测哪些技术将有效动作，市场是否能将某一专门技术物化。最后， 随着新技术在商业化的产品或服务中变得具体化，不确定性进一步减少，冈为公司通过监测市场对技术的接受能获得进一步的知识。从图中我们可以看出，联盟往往产生于新技术涌现之时，以推动技术的成熟和商业化，企业可以采取窗口的战略加入联盟以监视技术的发展动 态，保持参加竞争的机会。待市场的不确定性进一步减小的时候，公司将判断新技术的市场 空间和可行性，有了足够的信息以决定是否加入新技术的竞争中。最后，由了：技术的成熟和 市场的确定性增加，公司便可以利＿Ｌｆｊ联盟来加强公司和其联盟伙伴的竞争地位。 晶圆级封装的产生，也是很多厂商合作的结果，封装的研发机构必须得到设备和材料厂 商的支持，在成品的可靠性验证阶段，也需要有封装厂家的配合，以实现达剑量产的能力。 在面对市场的推广过稃中，还必须打通产业链中的各个环话，制定相应的技术标准。在一项 新技术涉及众多的厂商，需要产业链进行调整的时候，一家或少数儿家企业将很难完成新技 术的推广，即便有少数厂商的实力足够强，但是推广新技术的成本太高，而推Ｊ“后的好处却３１上海交通ＭＢＡ学位论文品圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用是由广大厂商来分享的时候，也很少有厂家愿意将其推广下去。这时候，建立产业联盟就可 以更有效地实现新技术在整个产业链上的应用。为了推动晶圆级封装技术的市场化，世界上有两个联盟组织，一个是国际先进封装联盟 （ＡＰｉＡ，！塑：业ｉ△！！ｉ§业￡：￡Ｑｍ），另一个是先进封装设备联盟（ＳＥＣＡＰ，ｗｗ．ｓｅｃａｐ．ｏｒｇ）。它们的主要组成成员是晶圆级封装的设备及材料供应商，以提供晶圆级封装完整的供应链解决 方案。不难理解，为什么联盟的组成成员为前端的设备和材料供应商。在晶圆级封装领域，传统封装设备和材料供应商面对极大的威胁和挑战，无力完成新技术的开发和推广，而前端设备材料厂商则可以借晶圆级封装的成功而开辟新的战场。但是在技术尚示完全成熟之时，技术的分化现象也比较严重，不可能有一种统一的标准适用于所有的潜在获益者。ＡＰｉＡ和ＳＥＣＡＰ的成立，正是基于晶圆级两条不同的技术路线的分歧而产生的联盟组织。尽管晶圆级封装的基本原理都是～样的，但是在技术实现时，可以有多条道路，两个组织技术上的主要 分歧在于：ｈＰｉｈ采用了类似于传统ＢＧＡ封装中植球的工艺，以实现芯片在电路板上进行表 面贴装时的平衡过渡，而ＳＥＣＡＰ则采用了电镀和锡焊的方法。不同的厂商可能在不同的技术路线上占有的优势不同，便会选择加入对自己更加有利的联盟组织。另外一个产生多个产业 联盟竞争的原因是：联盟本身所具有的一定的封闭性和排他性，刺激联盟发起者的主要竞争对手另开炉灶。最早成立的联盟是ＳＥＣＡＰ，它是由ＳＵＳＳ和Ｓｅｍｉｔｏｏｌ，Ｕｎａｘｉｓ等公司于２０００年７月份在美国的Ｓａｎ Ｊｏｓｅ的Ｓｅｍｉｃｏｎ Ｗｅｓｔ展览中成立的，至今已经吸引了２０家厂商加盟。ＡＰＪＡ成立于２００１年１２月，由ＳＵＳＳ公司的主要竞争对手Ｕｌｔｒａｔｅｃｈ Ｓｔｅｐｐｅｒ公司和传统封装设备的老大Ｋｕｌｉｃｋｅ＆Ｓｏｆｆａ等公司发起，虽然比ＳＥＣＡＰ晚了将近一年半，但是发展极为迅速，至今已经发展了３２家厂商成为会员，甚至连ＳＥＣＡＰ的发起厂商之一Ｕｎａｘｉｓ也变节，Ｔ－２００２年７月份加入了ＡＰｉＡ，究其原冈，主要是由于ＡＰｉＡ组织更加开放，对其会员的资格 限制不是太高，并且积极吸引了一些封装厂商和其他非设备材料的相关厂商加盟。反观 ＳＥＣＡＰ，除了一家科研机构作为内部标准的评判者以外，其它都是设备和材料厂商。自从两 个组织成立以米，竞争的焦点便在丁．制定下一代的圆级封装的标准，在许多’＃导体展会上同 台较量。 表５－３为两个组织的比较：上海交通ＭＢＡ学位论文晶圆级封装技术对半导体产业的影响及在中国的应用比较项目ＳＥＣＡＰＡＰｉＡ提供虽佳的ＷＬＰ工艺、设备及 组织宗旨（Ｍｉｓｓｉｏｎ） 材料，以支持先进封装产业致力于全面、无风险的先进}