由于近年来电子产品对轻薄短小、高频、高效率及多功能的需求越来越强烈,使BGA及CSP封装得到迅速的发展,它们取代了传统的插脚封装、导线架封装技术,这使得一种起到电气互连及机械支撑作用的封装新型材料———焊锡球问世。由锡球所连接的BGA、CSP等封装器件,目前已大量使用在笔记本电脑、手机、PDA、DSC、LCD及3C产品等领域。这些电子产品的市场在不断扩大,这给锡球产品提供了广阔的应用市场及发展前景。
小小锡球功效重大
锡球是新型封装中不可或缺的重要材料。一般IC封装用锡球直径为 0.15mm~0.76mm。锡球一般有五大种类:普通焊锡球(Sn的含量从2%-100%,熔点温度范围为182℃~316℃);含Ag焊锡球(常见的产品含Ag量为1.5%、2%或3%,熔点温度在178℃~189℃);低温焊锡球(含铋或铟类,熔点温度为95℃~135℃);高温焊锡球(熔点为 186℃ ~309℃);耐疲劳高纯度焊锡球(常见产品的熔点为178℃和183℃);无铅焊锡球(成分中的铅含量要小于0.1%)。
焊球的制造工艺普遍采用两种,即定量裁切法和真空喷雾法。前者对直径较大的焊球较适用,后者更适用于小直径焊球,也可用于较大直径焊球。对锡球的物理、电气性能要求主要有密度、固化点、热膨胀系数、凝固时体积改变率、比热、热导率、电导率、电阻率、表面张力、抗拉强度、抗疲劳寿命及延伸率等。除此以外,锡球的直径公差、真圆度、含氧量也被看作是目前锡球质量水平竞争的关键指标。
一般将满足BGA封装要求的锡球称为BGA焊球,其球径介于0.30mm ~0.76mm之间,平均每平方英寸约植200个到500个焊球。一般将满足CSP封装要求的锡球称为CSP焊球,其球径介于0.15mm~0.50mm 之间,平均每平方英寸约植300个到500个焊球。
锡球的应用有两类,一类应用是将一级互连的倒芯片(FC)直接安装到所用的场合(见图1),锡球在晶圆裁成芯片后直接接合在裸装的芯片上,在FC-BGA封装中起到芯片与封装基板电气互连的作用;另一类应用是二级互连焊接,该应用通过专用设备将微小的锡球一粒一粒地植入到封装基板上,通过加热锡球与基板上的连接盘接合(见图2)。在IC封装(BGA、CSP等)中,芯片与母板进行焊接时,是通过回流焊炉的加热而实现的。
需求增长 生产扩大
了解目前锡球业的市场,主要看BGA 和CSP封装技术的发展。目前,在集成电路封装技术中增长速度最快的是BGA与CSP,它们也是未来5 年到10年的主要封装技术。根据SEMI的预测,2005年IC封装产品产值将达到120.7亿美元,到2007年将达到139.9亿美元。ETP的资料显示,从1999年到2004年,BGA及CSP因符合轻薄短小、多引脚数、电性及散热性佳的优点,增长会较快。其中,全球BGA封装数量年复合增长率约为25.6%,产值年复合增长率约为18%;2004年,BGA封装技术占全部IC封装产值的31%。而CSP在数量、产值方面的年复合增长率分别达到 42.5%和33.7%,是所有封装技术中增长最快的,到2004年CSP 封装技术占全球IC封装产值的13%。
随着BGA与 CSP封装成为发展的主流技术,采用传统导线框架接合的封装产品比例在日渐缩小,这使得锡球需求迅速上扬。2002年世界焊锡球市场发展势头强劲,销量增长50%,达到每月6210亿粒(其中BGA 锡球占84%,为5216亿粒;CSP锡球占14%,为870亿粒)。我国台湾省有关市场调查机构统计资料显示,世界锡球市场在2004年达到了每月 1.96万亿粒。SEMI则认为,2004年全球锡球销售额为7500万美元,由此推算世界在2004年的锡球用量在18万亿个到20万亿个之间。
世界最大的两大锡球制造商为千住金属和美国阿尔法材料公司 (Alpha),两大厂家锡球产量在2003年时约占全球锡球市场的75%。在日本锡球生产厂家中,以千住金属工业株式会社为最大,它的锡球产量在近年超过原位于世界第一的美国阿尔法材料公司。另外在日本生产锡球的厂家还有减摩合金工业、斯倍利亚、住友金属矿山及三菱材料等公司。
目前欧美锡球的生产厂家主要是美国阿尔法材料公司和法国IPS 公司等。美国阿尔法材料公司在几年前是世界最大的锡球生产厂商,近年被日本千住金属超过,但是它仍在世界锡球市场上占有较大的份额。它于2004年在我国建立了确信爱法金属(深圳)有限公司,该公司正式成为其旗下著名品牌“Alpha”产品系列在中国内地的独家供货商。Alpha公司希望把在我国的锡焊料投资厂建成利用新科技生产先进焊锡制品(包括锡球)及化工材料的大型综合性生产基地。法国 IPS公司是欧洲生产及提供锡球的较大厂家,它也是千岛千住金属在法国SAC305焊料专利授权的唯一生产厂家。
由于近年我国台湾省IC封装业的高速发展,从2003年起,其锡球业得到迅速的发展,主要生产厂家有业强科技公司、豪岑电子股份公司及上博科技公司等。2003年,我国台湾省锡球市场规模约为8.8亿元新台币,2004年锡球市场随着高端封装产品比例增加,达到约14.4 亿元新台币的市场规模,比2003年增长了将近58%。2005年我国台湾省锡球市场保守估计约为16.55亿元新台币,到2007年预测锡球产值将增长到22.46亿元新台币。