台灣BGA載板(Substrate)產業報告

由於資訊產品朝向高密度封裝及小型化快速發展，原有表面裝配型的封裝方式，如QFP(Quad Flatpack Package)型式封裝，已不能滿足高腳數IC的封裝需求。因此各種新的封裝方式，如BGA(Ball Grid Array)、Flip Chip、Bare Chip等紛紛興起。近來，為了配合電子產品的可攜性要求，IC走向單晶片化(One Chip)的發展趨勢已不可避免。相對地，封裝方式也朝向CSP(Chip Scale Package/Chip Size Package)的標準發展。

從1997年PC大廠COMPAQ開始採用Motorola的BGA封裝型式之後，正式開啟了BGA的世代。連帶地也使生產BGA載板(substrate)成為新興的產業，台灣也有許多公司察覺此市場的商機與未來無限的發展潛能，紛紛投入此市場。例如全懋、耀文、群策、日月宏、楠梓電等公司已可量產不同型式的BGA載板，華通已量產Flip Chip載板等。本文將就封裝方式的演進、BGA的市場需求、台灣生產BGA載板的廠商等部分作一介紹。

壹、封裝方式的演進

一、由DIP演進為QFP

就封裝方式的歷史演進而言，在IC輸出入數目並不多的年代，傳統的插入裝配型封裝方式，如DIP(Dual In-line Package)，是在IC兩邊各有一列端子，便足以應付所需。到了IC腳數增加至一定程度之後，便發展出IC四邊各有一列端子的表面裝配型封裝方式，如QFP。　

圖一：DIP外觀

但是當外部端子數目再增加時，QFP的裝配不良率便會大幅提高。例如外形為邊長40mm的QFP，當端子間距為0.5mm時，端子數最多可達304。若將端子間距縮小為0.4mm，端子數則可提高為376。但此時每百萬點的裝配不良率將會達到1750ppm。

圖二：QFP外觀

二、表面型封裝由QFP演進為BGA

然而為了配合電子產品輸出入接腳越來越多的要求，QFP這種僅利用載板週邊接腳的封裝方式，逐漸被BGA這種利用載板底面長有矩陣式銲錫球的封裝方式所取代。BGA除了可以縮小面積外，若是比較QFP與BGA在封裝相同腳數IC的不良率，BGA的不良率只有QFP的十分之一。因此，QFP僅適用於200腳數以下的封裝，超過300隻腳以上的IC封裝，將朝BGA發展。

BGA其實是一種廣義的通稱，若是以載板所使用的材料區分，可以分為CBGA(Ceramic BGA)、PBGA(Plastic BGA)、TBGA(Tape BGA)等。台灣生產PBGA載板的公司有全懋、耀文、群策、日月宏等公司，生產TBGA載板的公司則有楠梓電子。　

圖三：BGA的結構

圖四：BGA外觀

三、BGA的另一種形式－TBGA

如果BGA載板是以Polyimide膠帶替代一般BGA所使用的玻璃環氧樹脂，則稱之為Tape BGA(TBGA)。以膠帶當載板有下列幾個優點：(1) 膠帶的厚度低於PBGA載板的厚度，並且PGBA的結線佔有一定的高度，在上方封上樹脂後，總高度高於TBGA。(2)以TBGA封裝完後的IC，可以捲成像電影片一樣的捲帶，適合大量生產的Reel to Reel的連續生產方式。　

圖五：TBGA的構造

另一個TBGA與PBGA不同之處在於適用的動作頻率不同，在以金線連結晶片於載板時，若金線愈長愈易有電感的存在，將會產生信號延遲而無法正常動作。由下圖可看出在腳數超過400以上時，TBGA較PBGA更適合高頻的需求。　

圖六：各種封裝的頻率特性

四、Flip Chip與Bare Chip

另外二種配合電子產品小型化及高密度裝配的封裝方式便是裸晶(Bare Chip)及覆晶(Flip Chip)。裸晶是將晶片裸露，將晶片直接裝配在PCB上。覆晶技術起源於IBM 開發出在I/O pad 上沈積錫鉛球，後將晶片翻轉、加熱，利用熔融的錫鉛球與陶瓷載板相結合，並以此技術取代傳統打線接合(wire bonding)而應用於大型電腦組裝上。台灣生產覆晶載板的公司便是著名的PCB大廠華通。　

圖七：Flip Chip 的結構

五、QFP之後的高密度封裝發展趨勢

BGA、Flip Chip、Bare Chip這三種高密度封裝方式並不是按照BGA→Flip Chip→Bare Chip這個順序發展，也沒有後者取代前者的趨勢。這些不同封裝方式快速發展的原因，在於為了滿足電子產品功能日漸複雜但體積卻越來越小，電子產品中IC單晶片化的發展趨勢。在民生消費品市場，單晶片化的趨勢不只是運用在高階民生用品，連100隻腳的晶片也逐漸單晶化，因此裸晶封裝、覆晶封裝、BGA等，幾乎是同時發展，各自運用在不同的領域。

若是上述各種封裝後的IC，面積只比原IC大20%以內，則被定義為CSP，因此狹小間距的BGA(Fine Pitch BGA, mini BGA)也可以稱為CSP。下圖為QFP、BGA、CSP、FC等封裝方式的端子間距及封裝密度，也可以看出封裝方式的演進。　

圖八：高密度封裝趨勢

圖九：各種封裝方式的發展時程

貳、BGA的市場需求

一、各種封裝方式中以BGA及CSP成長最快

在IC功能日趨複雜導致封裝腳數愈來愈多，及封裝技術追求輕薄短小的趨勢下，DIP將因人工成本相對較高而面臨被淘汰的命運，QFP則在200腳數以下的市場持續成長，至於BGA則為最被看好的高腳數封裝方式，未來成長幅度將遠高於QFP，至於才剛興起的CSP成長幅度將最大。　

表一：全球封裝產品市場分析 (單位：百萬美元)

表二：全球封裝產品市場分析 (單位：百萬顆)

二、BGA的產值及單價

BGA封裝縮短了晶粒（Die）到電路板的路徑，因此在電性及散熱性上比傳統導線架封裝方式佳。由於BGA封裝具備上述腳數多、電性佳、散熱性佳等優點，符合IC晶片高頻化、整合化趨勢，因此BGA的成長速度相當快。根據ETP之預估，2000年全球BGA封裝型態產值可達65.6億美元，超過所有其他封裝型態，躍居封裝型態之主流地位。　

圖十：全球BGA產值

BGA封裝發展至今已相當成熟，近幾年隨著BGA封裝的日漸普遍，以及韓國、台灣廠商加入載板生產的競爭行列，BGA封裝及BGA載板價格也快速下滑。根據ETP的預估，BGA封裝平均價格由1998年的每顆1.98美元將下滑到2003年的0.98美元，平均每年下跌13%。而BGA載板價格約是封裝價格的40?60%，價格從也從1美元跌到最低0.5美元(目前回升至0.7?0.8美元)。

表三：BGA封裝平均價格預測 (單位：美元/顆)

參、台灣生產BGA載板的廠商介紹

BGA封裝方式的大幅成長，連帶使BGA substrate也供不應求，因此台灣的廠商從1997年開始，也陸續投入此一市場。若就這些廠商的背景分析，可以分為二大類：一是以PCB起家的華通、楠梓電、耀文;另一類為由封裝廠或IC產業出身的全懋、群策、日月宏等公司。　

表四：全球主要IC載板生產廠商

一、華通

華通Flip Chip載板自1999年11 月起通過Intel認證，初期小量試產，產能為5 ?10 萬顆。200年第1 季季產能為150 萬顆，第2 季季產能已成長至500 萬顆，預期在良率不斷地提升下，200年底單月的月產能應可達450 萬?500 萬顆。在產能提升達到規模經濟後，2000年第3 季達損益兩平，今年營收貢獻近50 億元，明年營收貢獻更可提升至90 億元的水準，預期IC載板的產值將佔華通營收的40 ％。

華通所生產的Flip Chip載板到2000年底應可提供Intel需求的5 成左右，屆時將可取代日本廠商，成為Intel 最重要的覆晶載板供應商。　

二、耀文

耀文自1996年起跨入BGA載板市場，首先向美國ProLinx公司購買名為ViperBGA (簡稱VBGA)生產技術，之後又買下該公司部分股權，引進研發能力。但因期間受到半導體景氣低迷、客戶認證期間延長、產品良率低等因素影響，BGA載板部門一直處於虧損狀態。自2000年3月起營收突破損益兩平點達到0.85億元，6月達1.25億元。今年第四季BGA載板單月營收可挑戰2億元水準，全年營收可達15億元。

目前耀文BGA載板月產能約800萬顆，包括PBGA載板600萬顆及VBGA載板200萬顆，客戶為Xilinx、Altera、LSI、NS、Sandisk、日月光及ASAT等國際大廠。耀文計劃將BGA載板月產能擴充到2,000萬顆，包括PBGA載板1,600萬顆、VBGA載板 400萬顆。

三、楠梓電

楠電的TAB部門自5月份獨立成立亞洲微電，資本額5 億元，楠梓電持股100%。TAB為IC接續用捲帶引線架，是驅動IC的承載座，一顆IC就需配備一片TAB，楠電所生產的TAB主要應用在LCD的Driver IC及TBGA(比例7:3)封裝用途。目前接單以LCD Driver IC優先，月產能500萬顆，每月營收4,000~5,000萬元，佔公司營收比重5~7%，年底前計畫將產能將提升到700萬顆，2001年再提升至2,000萬顆。

楠梓電TAB產能占全球16%，最大競爭對手為日商，預估在亞洲微電產能大幅提高後，未來楠電在TAB的市佔率可望持續擴大。

四、全懋

全懋精密成立於1997年，目前資本額為28億元，主要股東為：矽品、晃盟、富成投資、國統水泥、威盛與三菱瓦斯。目前已由建弘證券輔導，於5月19日通過經濟部工業局科技事業審議委員會初審，並於6月29日以科技類股申請上市備查函，最快可望於今年底之前掛牌上市，全懋精密目前未上市參考價約20元。

全懋精密2000年上半年營收約為9.4億元，稅前獲利約1億元，以增資後股本28億元計算，每股稅前獲利約0.36元。1999年全懋營收為7.8億元，稅前虧損為1.35億元，因獲得所得稅利益約1.11億元，使稅後虧損減少至2,344萬元，每股稅後虧損為0.15元。公司預估2000年營收為24億元，稅後盈餘為2.7億元，以增資前股本18億元計算，每股稅後盈餘約為1.5元。2001年預估營收40億元，稅後盈餘6億元。　

表五：最近二年度損益表(新台幣仟元)

2000年6月全懋精密完成現金增資10億元，每股以20元溢價發行，增資後股本28億元。所募集的20億元，將用於新廠的興建及設備的擴充，並引入威盛參與此次現金增資。由於威盛為全懋最大的客戶，未來雙方將共同開發 CPU覆晶封裝用的載板。威盛與矽品也藉此機會各取得1席董事。

全懋精密為國內最大的BGA載板製造商，今年第三季竹科一廠就達到月產能1,000萬顆的滿載狀態，每月營收將達2.5億元。而位於新竹新豐有9000坪土地的新廠（二廠、三廠），預計將於明年第二季試產，二廠以生產4層板PBGA為主，滿載月產量為1,500萬顆，三廠則生產Flip chip BGA載板，滿載月產量可達1,000萬顆。未來新豐也將興建四廠，主要生產大尺寸的增層式載板(Build-up　Board)。

目前全球BGA前三大廠商都為日本廠商，全懋在台灣的市占率約為40%，全球的佔有率則為15-17%，排名全球第四。未來二、三廠量產後，產能可達到3500萬顆PBGA，全球佔有率將超過40%，成為全世界最大BGA載板製造商。　

肆、結論

生產IC載板的工廠應符合半導體廠的標準，不能以生產PCB的標準來經營。因此傳統PCB公司跨入此領域時，面臨很大的進入障礙，例如工廠污染的管理標準、經營者的眼光與心態等等。這就如同華通、耀文、欣興等公司，在1997年看到BGA載板市場商機龐大，而紛紛進入此市場。

但最後華通在因緣際會下(或山窮水盡的窘境下)遇到了Intel，放棄BGA載板的生產，投入Intel的懷抱。當時的Intel為了威脅日本的載板供應商，要求其降低價格，因此扶植華通，作為牽制日本供應商的一著棋，這個Intel的如意算盤果然讓Intel的成本大幅降低，也造就了華通只能生產Intel專用的CPU載板。這對華通而言，Intel的崛起是項大利多，可是今年以來，當Intel的風光不再後，華通是否仍能藉著生產Flip Chip substrate而保有台灣PCB龍頭地位，仍屬未知。但從華通新廠的產品並不是以生產Flip Chip substrate為主，就可以看出華通心理打的算盤了。

而耀文也在虧損二年後，今年總算轉虧為盈，主要大客戶則是Xilinx，目前每月營收約1.4億元。可是耀文載板的良率只有75%，對於封裝廠99.8%的良率標準而言，仍然太低。因此明年可能Xilinx會將訂單轉向全懋，屆時全懋將提供Xilinx　75%的需求，而耀文能否開發出新客戶而維持業績成長，令人憂心。

欣興則在聯電介入後表現不俗，但目前已把有前景的載板生產部門移到群策，專注於CSP及mini BGA載板的生產。群策所生產的載板中，80%出貨給Motorola的封裝廠，但在Motorola的封裝廠被日月光買下，改名為日月欣後，日月欣應會優先使用日月宏的載板，群策的業績是否受影響值得觀察。

至於日月宏，則有日月光的庇祐。目前產能7kk/月(以27mm  ╳ 27mm計算)，年底可到達12 kk/月，產品結構中雙層板BGA占50%(良率約60%)、CSP及LBGA占25%(良率約90%)、四層板BGA占25%(良率約25%)，整體良率約80%。

全懋則因率先量產而取得領先地位，除Intel外，世界主要IC製造或設計公司幾乎均認同全懋的產品。台灣的封裝大廠，如日月光、矽品、華泰等，也都使用全懋的載板。也由於全懋產能大於其他公司，因此封裝廠會先向全懋下單，不足之數才向其他公司購買。

放眼下一世紀的台灣IC載板產業，華通太過仰賴Intel，耀文前景未明，日月宏在日月光照顧下才剛起步。群策在聯電集團支持下，業績快速成長，2000年EPS可望達到2元。而全懋則因最早量產，取得領先地位而最被看好。