第一节 产品定义、性能及应用特点

1、定义

封装是指把硅片上的电路管脚，用金属导线接引到外部接头处，以便与其它器件连接。

在foundry（加工厂）生产出来的芯片都是裸片（die），这种裸片上只有用于封装的压焊点（pad），是不能直接应用于实际电路当中的。而且裸片极易受外部环境的温度、杂质和物理作用力的影响，很容易遭到破坏，所以必须封入一个密闭空间内，引出相应的引脚，才能作为一个基本的元器件使用。

IC封装就是做的就是这种工作，通过金属线绑定pad和封装引脚，并采用强度较高的外壳将裸片包住，只露出引脚，就成了可以直接焊接在PCB板上的元器件。通常，封装和测试都是一体的，即做完封装后直接进行产品的测试工作，包括功能、性能和各种电气特性。测试完的产品可以直接提交给设计公司上市销售。

2、性能

键合线主要应用于晶体管、集成电路等半导体器件的电极部位或芯片与外部引线的连接，虽然有不用键合线的键合方法，但目前90％的IC的产品仍以键合线来封装。键合线焊接点的电阻，它在芯片和晶片中所占用的空间，焊接所需要的间隙，单位体积导电率，键合线延展率，化学性能、抗腐蚀性能和冶金特性等特性必须满足的一定的要求才能得到良好的键合特性。元素周期表中过渡组金属元素中，银、铜、金和铝等四种金属元素具有较高的导电性能，同时兼有上述性能，可以作为集成电路的键合线。

3、应用特点

引线键合工艺中所用导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝，由于金丝价格昂贵、成本高，并且Au/Al金属学系统易产生有害的金属间化合物，使键合处产生空腔，电阻急剧增大，导电性破坏甚至产生裂缝，严重影响接头性能。因此人们一直尝试使用其它金属替代金，由于铜丝价格便宜、成本低、具有较高的导电导热性，并且Cu/Al金属间化合物生长速于Au/Al，不易形成有害的金属间化合物。近年来，铜丝引线键合日益引起人们的兴趣。

第二节 发展历程

80年代出现了芯片载体封装，简称LCC（LeadChipCarrier），其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC（LeadlessCeramicChipCarrier）、塑料有引线芯片载体PLCC（PlasticLeadedChipCarrier）、小尺寸封装SOP（SmallOutlinePackage）、塑料四边引出扁平封装PQFP（PlasticQuadFlatPackage）。

BGA封装具有以下特点：

a）I/O引脚数虽然增多，但引脚之间的距离远大于QFP封装方式，提高了成品率。

b）虽然BGA的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善电热性能。

c）信号传输延迟小，适应频率大大提高。

d）组装可用共面焊接，可靠性大大提高。

CSP芯片尺寸封装

随着全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮，1994年9月日本三菱电气研究出CSP（ChipSizePackage）封装。它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。即封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比晶粒（Die）大不超过1.4倍。

CSP封装又可分为四类：

a）LeadFrameType（传统导线架形式），代表厂商有富士通、日立、Rohm、高士达（Goldstar）等等。

b）RigidInterposerType（硬质内插板型），代表厂商有摩托罗拉、索尼、东芝、松下等等。

c）FlexibleInterposerType（软质内插板型），其中最有名的是Tessera公司的microBGA，CTS的sim-BGA也采用相同的原理。其他代表厂商包括通用电气（GE）和NEC。

d）WaferLevelPackage（晶圆尺寸封装）：有别于传统的单一芯片封装方式，WLCSP是将整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片，它号称是封装技术的未来主流，已投入研发的厂商包括FCT、Aptos、卡西欧、EPIC、富士通、三菱电子等。

CSP封装具有以下特点：

a）满足了芯片I/O引脚不断增加的需要。

b）芯片面积与封装面积之间的比值很小。

c）极大地缩短延迟时间。CSP封装适用于脚数少的IC，如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电（IA）、数字电视（DTV）、电子书（E-Book）、无线网络WLAN／GigabitEthemet、ADSL／手机芯片、蓝牙（Bluetooth）等新兴产品中。略……

第三节 上游行业发展状况分析

一、市场运行情况分析

（一）国内铜精矿产量创新高，精炼铜生产、消费继续增长

据中国有色金属工业协会统计，2010年我国主要铜产品产量跃上新的台阶，其中铜精矿产量为115.6万吨，同比增长20.2%，创历史新高；精炼铜产量继续保持增长，达到457.3万吨，同比增长11.3%；铜材产量达1009.3万吨，同比增长13.6%。

由于国内外市场铜价震荡上行，进口铜精矿加工费剧烈波动，刺激了国内铜矿山的生产积极性，这是促使我国铜精矿产量大幅度增长的主要原因。另外，内蒙古、云南等地区新建矿山陆续达产等因素，也是2010年国内铜精矿产量出现较大幅度增长的重要原因。

2010年国内精炼铜生产在需求继续稳步增长的带动下，产能扩张势头不减，当年新增铜冶炼和精炼产能分别为23万吨/年和59万吨/年，年底总产能分别达到347万吨/年和588万吨/年，支撑了我国精炼铜产量的持续增加。

2010年尽管国内电力行业投资出现下降，但2009年大幅增加的投资在2010年仍产生效果，继续对铜需求增长提供支撑。空调制冷行业2010年也超预期增长，内需和出口都有不俗的表现，尤其是出口强劲，带动了铜产品的间接出口。国家统计局数据显示，2010年我国主要用铜产品如汽车、交流电动机、冰箱冷柜、空调、电力电缆等产品产量均有较大增幅。这表明国内铜需求态势良好。

（二）铜精矿、废铜进口增长，精炼铜进口仍维持在高水平

据海关统计数据显示，2010年我国精炼铜进口量为292.2万吨，同比下滑8.3%，但仍是历史第二进口高峰年。进口下降的主要原因是去年进口量过大，社会库存充裕，市场供应过剩。此外，2010年下半年以来，国内铜价始终弱于国际市场，导致进口亏损较为严重。但是国内铜供应虽然过剩，很多是民间库存或停留在保税仓库，并没有直接反映到现货市场中来。另外，2010年下半年国内外市场铜价持续向好，在国内实体经济投资渠道有限、国家调控房地产投资、股票市场表现一般、通货膨胀预期强烈的背景下，投资者出于对后市继续看好的因素，趁铜价相对低买入，也是推动精炼铜大量进口的重要因素。

2010年我国铜原料进口继续稳定增长，其中废铜进口436.4万实物吨，同比增长9.2%；铜精矿进口646.8万实物吨，同比增长5.5%。2010年第三季度后，进口铜精矿现货加工费的大幅反弹，对支持铜精矿进口起到重要支撑作用。结合国内铜精矿产量综合分析，2010年国内铜精矿供应出现小幅过剩局面。

（三）国内外市场铜价震荡上行

国际市场铜价创历史新高。2010年上半年国际市场铜价呈冲高回落局面，在8000美元/吨附近有较大压力；下半年除8月、11月出现一定波动外，其余时间几乎表现为单边上扬态势，年底接连刷新纪录高位，年末报收9660美元/吨，与2009年12月31日收盘价相比，上涨31%。2010年伦敦金属交易所（LME）三个月期货铜价最低点是6月7日的6038美元/吨，最高点是12月31日创下的9687美元/吨。2010年伦敦金属交易所当月和三个月期货铜平均价为7534美元/吨和7550美元/吨，同比分别上涨46.3％和46％。

国内铜价走势弱于国际市场。2010年国内市场铜价走势整体基本与国际市场一致，但下半年在国际市场铜价连创新高的背景下，国内价格滞涨明显。虽然这与人民币升值有关，但也表明市场信心明显不如国际市场。年底上海期货交易所三个月期货铜收盘价为71850元/吨，与2009年12月31日收盘价相比，上涨19.9%。上海金属交易所三个月期铜价最低点是6月8日的48800元/吨，最高点是12月31日的71970元/吨。2010年上海金属交易所当月和三个月期铜平均价为59225元/吨和59296元/吨，同比分别上涨41.4％和43.3％。

二、市场预测

2011年中国的货币政策将从"适度宽松"转向"稳健"，会对全球铜价上行形成压力。但是全球经济继续向好的趋势有望在2011年继续维持，使国内外市场铜的供需基本面良好。

预计2011年全球的铜消费增长速度继续大于供应，精炼铜市场将会出现约30余万吨的供应短缺，对铜价走势形成强劲支撑。此外，国际市场铜ETF交易的推出，也会引发铜价的上涨。在铜市场供应紧张以及中国大量进口的背景下，预计2011年国内外市场铜价运行水平将高于2010年，趋势将呈现前高后低，国内价格则有补涨希望。

目前市场铜价已远高于生产成本，其走势更多的受到货币政策等因素影响。ETF交易基金的推出，使得铜商品的金融属性更为突出。一系列新推出的上市交易基金投资者提供了新的投资期货工具，进一步引发了投资者的热情，继续对铜价形成支持。

价格的上涨将带动铜生产的发展。但铜矿开发方面受缺乏大型项目投产、矿石开采品位下降以及罢工等因素影响，将限制产量的增长，必然导致全球铜精矿供应出现紧张。2011年开始中国新建铜冶炼项目进入投产高峰期，但受原料供应限制，产能利用率将出现下降。

随着全球经济的逐步回暖，精炼铜消费有望继续保持增长趋势，但高铜价对消费也将形成一定的抑制作用。2011年中国铜消费增长面临一些不利因素。一是电力行业投资萎缩预计将对2011年的铜消费带来不利影响；二是人民币持续升值会对机电产品出口形成压力，影响国内铜消费。整体分析，2011年中国铜消费还会继续增长，但增幅将有所回落。

2011年中国精炼铜供应缺口将较上年有所扩大，预计为244万吨左右，需要靠进口弥补。虽然国内铜供应已经连续几年出现过剩，但在市场对铜价后市看好的情况下，过剩量并未完全反映到现货市场上来。特别是铜的金融属性日益显现，对投资者具有较强吸引力。这样，预计2011年我国精炼铜进口量仍将保持较高水平。

此外，由于原料的对外依赖度高，进口铜精矿长单加工费有所提高，预计2011年我国铜精矿进口量仍将有一定增长。

2005-2010年精炼铜产量增长统计表

                                                                                                                 单位：万吨，%

第四节 下游产业发展情况分析

集成电路产业是现代电子信息产业的基础和核心。随着全球信息化、网络化和知识经济的迅速发展，集成电路产业在国民经济中的地位越来越重要，它以其无穷的变革、创新和极强的渗透力，推动着信息产业的快速发展。现代经济发展的数据表明，每1～2元集成电路产值能带动10元左右电子信息产业产值，进而带动100元左右的GDP增长。

集成电路产业是具有战略性和市场性双重特性的产业。在国防建设和国家安全领域，集成电路在信息战和武器装备中起着维护国家意志、捍卫国家主权的作用；在经济建设和增强综合国力的过程中，集成电路又是核心竞争力的体现。集成电路产业已成为事关经济发展、国防建设、人民生活和信息安全的基础性、战略性产业。

在当今全面建设社会主义小康社会的历史时期，大力发展集成电路产业，尽快建立一个技术先进、有自主创新能力、有一定经济规模的集成电路产业体系，对于“坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”，走新型工业化道路，实现跨越式发展；保障信息安全、经济安全、提高武器装备的信息化水平，增强国防实力，确保国家安全；推动社会进步，提高人民生活水平，具有极其重要的战略意义和现实意义。

我国集成电路产业的建设最早可以追随到1956年，国务院组织全国科学家制订了《1956年至1967科学技术发展远景规划纲要》，半导体技术被列为国家重点科学技术项目。集成电路产业经过了四十多年的发展，经历了自力更生的初创期（1956年~1978年）、改革开放后的探索发展期（1979年~1989年）以及重点建设时期（1990年~1999年）。特别是自2000年6月24日国务院发布《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》（国发18号文）以来，我国集成电路产业发展进入了政策引导、改善环境、吸引外来资金的快速发展期。我国集成电路产业迎来了发展的黄金十年。

2001-2009年我国集成电路产业销售额及增长率

我国集成电路产业近年来增长迅猛，销售额从2001年的约200亿元增长到2007年的1251亿元，达到顶峰。该时期是我国集成电路最好的发展时期，销售收入年平均增长速度超过30%，是同期全球半导体产业发展最快的地区。受全球金融风暴影响，2008年、2009年产业产值有所下降。但纵观全球，在近十年间我国IC产业增速始终保持高于全球集成电路产业增速约10个百分点。在产业规模不断扩大的同时，IC产业结构逐步趋于合理，设计业和芯片制造业在产业中的比重显著提高。

在芯片制造方面，以中芯国际为代表的一批集成电路企业相继建立，为我国集成电路的快速发展提供了必要的基础条件，进而带动了我国集成电路产业链各个环节的整体发展。2000年以后新投资的集成电路制造厂或生产线项目主要有：

中芯国际（北京），CMOS，12英寸，0.13~0.09µm，2万片/月；

中芯国际（上海），CMOS，8英寸，0.25~0.13µm，10万片/月；

中芯国际（上海），CMOS，12英寸，0.09~0.045µm，2万片/月；

中芯国际（天津），BiCMOS，8英寸，0.35~0.25µm，3.5万片/月；

武汉新芯（中芯国际），CMOS，12英寸，0.18~0.09µm，2万片/月；

成都成芯（已被TI收购），CMOS，8英寸，0.25~0.13µm，4.5万片/月；

上海宏力，CMOS，8英寸，0.25µm，4.3万片/月；

和舰科技（苏州），CMOS，8英寸，0.13~0.09µm，4万片/月；

松江台积电，CMOS，8英寸，0.25µm，4万片/月；

上海新进（冶金所），BiCMOS，6英寸，1~2µm，5000片/月；

中纬积体（宁波），CMOS，6英寸，0.5µm，2万片/月；

无锡华润电子，MOS，6英寸，0.6~0.35µm，2万片/月；

吉林华微（沈阳），CMOS，6英寸，1~1.5µm，1万片/月；

杭州士兰电子，Bipolar，5英寸，2~0.8µm，1万片/月；

重庆茂德，Flash，LCD驱动等，8英寸，0.18µm，6万片/月；

大连英特尔，CMOS，12英寸，90nm，5.2万片/月；

Foundry的大规模建成推进了设计业的迅速发展。

在芯片设计方面，世纪伊始，工信部（原信息产业部）组织实施了“中国芯”工程，大力扶持国内具有自主知识产权IC产品的研发。科技部在863计划中安排了集成电路设计重大专项。随着国家鼓励集成电路产业发展的优惠政策和相应措施的出台，在国务院政策的鼓舞下，各地方积极改善集成电路产业发展环境，设立集成电路产业发展园区，掀起了一股全国范围的集成电路投资热。先后建立了北京、上海、无锡、杭州、深圳、西安、成都等7个集成电路设计产业化基地（后来香港也加入其中，成为7+1模式）。不同经济性质、不同运行机制、不同技术背景的众多设计企业如雨后春笋般迅速崛起。除了8个国家级集成电路产业化基地，还建成15个国家级人才培训基地以及各类IP库、IP交易、专利检索等为服务宗旨的支撑平台。据不完全统计，2009年我国集成电路设计业的总销售额为269.92亿元，约占我国集成电路产业总产值的24.3%。我国十大集成电路设计企业的销售额入门门槛已超过4亿元人民币，全国最大的集成电路设计公司深圳海思半导体有限公司的销售额已经达到39.11亿元人民币。经过近十年的发展，我国集成电路设计业已渡过了初始的创业期，进入快速成长的发展阶段。

在封装测试业方面，我国半导体封装业从1956年研制出我国第一支晶体管开始，至今已发展成为占据我国半导体行业约半壁江山的大产业。2009年，全国封装业销售额约为498.16亿元，约占我国集成电路产业总产值的45%。目前，全球最大的封装厂商都已在中国大陆建有生产基地。中国境内较大的集成电路封装测试企业约为70家，其中本地或本地控股的有22家，其余48家均为独资、台资或外方控股企业，而近60%的企业集中在长三角地区。在封装技术方面，随着封装产品的多样化和高端封装产品的需求增加，封装企业在新技术的开发和生产上作出了更多的努力，取得了许多新的进展，逐步改变原来以中低档塑料封装为主的局面。

回顾近十年集成电路产业的高速发展，业界普遍认为：国内市场的增长、优惠政策的激励、投资环境的改善、产业集聚效应、全球半导体产业向中国的转移和“海归”的回国创业等是推动发展的重要因素。

工信部统计数据显示，2010年我国集成电路产业销售收入1440.2亿元，仅占全球市场的8.6％。而与此同时，作为全球最大的集成电路市场，我国自行设计生产的产品只能满足市场需求的20％，CPU、存储器等通用芯片主要依靠进口，国内通信、网络、消费电子等产品中的高档芯片也基本依靠进口。集成电路已连续7年成为最大宗的进口商品，2010年进口额高达1569.9亿美元。

"十二五"期间，我国将引导芯片企业与整机企业加强合作，实施若干个联接芯片与整机的"一条龙"专项，以整机升级推动芯片研发，集中突破一批需求迫切、量大面广的通用芯片及重点领域的专用芯片，以芯片研发支撑整机升级，增强国产整机的市场竞争优势，打造芯片与整机互动发展的大产业链。

预计到2015年，我国集成电路产业规模将翻一番，销售收入将达到3300亿元，满足27.5％国内市场需求。同时，集成电路产业结构进一步优化，并开发出一批具有自主知识产权的核心芯片，国内重点整机企业应用自主开发集成电路产品的比例达到30％左右。略……

第五节 产品工艺特点或流程

第六节 国内外技术未来发展趋势分析

当今，全球的IC制造商普遍采用3种金属互连工艺，即：铜丝与晶片铝金属化层的键合工艺，金丝与晶片铜金属化层的键合工艺以及铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺。近年来第一种工艺用得最为广泛，后两者则是今后的发展方向。

1、铜丝与晶片铝金属化层的键合工艺

近年来，人们对铜丝焊、劈刀材料及新型的合金焊丝进行了一些新的工艺研究，克服了铜易氧化及难以焊接的缺陷。采用铜丝键合不但使封装成本下降，更主要的是作为互连材料，铜的物理特性优于金。特别是采用以下’3种新工艺，更能确保铜丝键合的稳定性。

（1）充惰性气体的EFO工艺：常规用于金丝球焊工艺中的EFO是在形成焊球过程中的一种电火花放电。但对于铜丝球焊来说，在成球的瞬间，放电温度极高，由于剧烈膨胀，气氛瞬时呈真空状态，但这种气氛很快和周围的大气相混合，常造成焊球变形或氧化。氧化的焊球比那些无氧化层的焊球明显坚硬，而且不易焊接。新型EFO工艺是在成球过程中增加惰性气体保护功能，即在一个专利悬空管内充入氮气，确保在成球的一瞬间与周围的空气完全隔离，以防止焊球氧化，焊球质量极好，焊接工艺比较完善。这种新工艺不需要降低周围气体的含氧量，用通用的氮气即可，因此降低了成本。

（2）OP2工艺：铜丝球焊和金丝球焊的正常焊接温度为175-225℃。在该温度范围内，铜线很快被氧化，如果表面没有保护层就无法焊接。所以需要进行抗氧化的表面处理形成可靠的可焊接表面层。

（3）MRP工艺：丝焊键合工艺的有限元模型的建立为焊接材料和工具图形的效果提供了新的认识。通过金丝焊球和铜丝焊球的变形而产生的压力图形比较，可以看出在铜丝球焊过程中的底层焊盘的力要大一些。同样高度的铜、金焊球，铜焊球的焊接压力大，硬度明显高于金，但比金焊球容易变形。硬度和模量是焊丝的主要参数。为降低其硬度，以前人们是依靠采用纯度高达99.999%或99.9999%的铜，因为纯度低则硬度高。

目前最新的方法是结合专利的焊接和焊丝制造工艺，在降低模量的同时提高了焊接质量和产量。MRP工艺可以提高铜焊点的拉伸强度，一般对于10um直径的Cu来说，采用MRP的焊接强度可达5-6g，若不采用MRP，焊接强度仅有1-2g。此外，还可改善由细直径焊接头和细间距劈刀产生的铜球焊接点的失效模式。

2、金丝与晶片铜金属化层的键合工艺

焊区间距降低到55um以下后，金丝球焊工艺可以代表许多元器件铜金属化互连的整体级别。金是贵金属，不需要球成型的保护性气体。然而未受保护的晶片金属化铜在正常工艺温度下易氧化。因此，在组装工艺即划片、芯片粘结、热固化以及丝焊键合过程中，需要加入特殊的清洗、保护性表面处理和OP2工序中以防金属化铜的氧化。试验证实，铜丝焊球的形状及剪切强度在铜金属化焊盘上与铝金属化焊盘上的质量一样。但是金、铜的扩散率明显低于金-铝。金-铜金属间的化合成型较低，很少出现空洞，因而可靠性高于金-铝。

3、铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺

元器件的工作速度是铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺发展的主要驱动力。铜楔焊是在室温下进行的焊接工艺，而球焊接则需要提高温度来辅助焊球成型。楔焊接的一个主要缺点是其焊接速度低于球焊接。然而，目前较新型的楔焊机在生产率和精确度方面都取得了显著的提高，可达到每秒5根丝的生产速率，而且焊丝间距为50um。因此，这种铜丝与晶片铜金属化层的键合工艺能满足最佳功能与特性设计要求。其中：（1）有超长或跨接键合丝的封装设计，焊丝直径小于20um。（2）金丝直径小于17um时，其阻抗或电阻特性很难满足一些封装要求，而铜丝的导电率比金丝高，直径也小于金丝；（3）铜丝具有超强的电特性，可满足数据传输速率和射频要求。略……

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