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從 IC 載板製程技術的變革看國內樹酯材料產業的機會

From the change of IC substrate process technology to see opportunities

of domestic resin material industry

工研院產經中心

張致吉

一、前言

我國半導體構裝(或稱封裝)產業肇始於 1984 年日月光與矽品的成立，至今國內所

有構裝材料仍以 IC 載板與導線架的自給率較高，隨著終端產品外觀的輕薄短小，多(功

能)、省(電)、廉(價)、快(速傳輸)、美(觀)的要求越來越苛刻下，半導體構裝將更日趨

複雜，構裝用的 IC 載板不論是材質或結構與規格亦都將面臨嚴峻的考驗，而在新一

代的載板製程中將有何變革？材料產業在此變革中是否有新的機會與競爭力，更是上

游材料產業與半導體封測產業共同關心的重要課題。

二、半導體構裝發展的歷程帶動各種材質的 IC 載板

IC 載板(IC Substrate)主要的功能是作為晶片與印刷電路板(PCB)之間信號的傳遞媒

介，若依材質分類，可以區分為：應用於 IO 腳數較少的 IC、離散元件以及高功率元

件的金屬導線架，因應高頻通訊應用的陶瓷基板，應用在複雜線路高分子 IC 載板、

矽晶圓載板與應用在線路連接或需要彎曲的軟性基板(大多用聚亞醯胺，簡稱 PI)；若

依構裝方式區分，則可概分 DIP/SOP/SOJ、QFP/QFN（這類大多用導線架），以及 BGA(Ball

grid array)/PGA(Pin grid array)、CSP (Chip Scale Package)與 FC (Flip Chip)等型態，其中是

以 BGA、CSP、FC 用高分子 IC 載板的需求量為最大、也最為普及，在構裝成本上也是

最能被接納者。

隨著構裝技術需求的演變對高分子材質的 IC 載板仰賴度越來越高，且此類 IC 載

板占構裝的物料成本比重也最高，從整體需求統計顯示，估計 2014 年約為 39.1%。

又因為智慧型手機以及平板電腦等所用的晶片封裝漸漸以覆晶封裝製程為主流，並且

在全球個人電腦晶片主要客戶 Intel 升級微處理器後增加的載板需求量仍見持續，預

期覆晶載板的需求與佔有比重將大幅增加，仍將持續帶動 IC 載板市場的發展。

三、因應規格趨勢促使高分子載板材料結構產生變化

自從 Motorola 提出以 BGA 構裝方式掌握了關鍵結構的專利，同時期日本三菱瓦

斯化學公司(Mitsubishi Gas Chemical Company, MGC)則擁有關鍵材料−BT 樹酯

(Bismaleimide Triazine Resin, 簡稱 BT 樹酯)配方與製造技術的專利，在二個強大的國

際大廠技術相輔相成之下，締造了以 BT 為樹酯基板所製造的 IC 載板成為歷時最悠

久、產品公認穩定的材料製程技術，突圍其專利限制，早已成為業界最大的挑戰。

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歷年來全球的載板製造商與先進材料公司無不致力於研發 IC 載板的製程改進與

材料系統的突破，以分食半導體封裝的市場大餅，因此，載板關鍵材料除了 BT 之外，

還有先前應用在 FR4 的環氧樹酯(Epoxy)，以及後來應用在覆晶構裝製程（Flip Chip 簡

稱 FC）用之有芯(Core)/無芯(Coreless)載板製程的 ABF 等樹脂基板系統，最近幾年又

有以環氧樹酯為預模，製成基板的半加成法技術。以下針對 BT 樹酯基板與 ABF 樹酯

基板以及模封基板做一簡單比較與說明：

(一)BT 樹酯基板：其製程是以玻纖布預浸 BT 樹酯，成為膠片(Prepreg, 簡稱 PP)，再

在上下各貼合一層銅箔成為雙面核心(銅箔)基板(Copper Clad Laminates, 簡稱 CCL)

（如圖一所示），之後隨著構裝線路設計者的需求，經由類似印刷電路板(PCB)的

線路製作方式，再加增銅箔基板的層數，以完成 IC 載板的線路佈施工程。此製程

結構的厚度隨著玻纖布與銅箔的規格而有所差異，目前根據 MGC 的產品規格看

到所提供膠片(Prepreg)的厚度大約可控制在 0.03mm~0.1mm 不等，其相對映的銅箔

基板大約在 0.05mm~0.2mm，絕緣層約 30 µm，為了配合二氧化碳雷射鑽孔，最穩

定也最常使用的線寬/線距(L/S)大約在 35/35µm，20/20µm 以及 15/15µm，若應用

在 CPU/GPU 者載板層數可達 10~14 層，應用在伺服器者也可達 14~18 層，適用於

BGA 的構裝製程。

資料來原：工研院產經中心, 201509

圖一 以 BT 樹酯為材料之 IC 載板

(二)ABF 樹酯基板：ABF 樹酯是由 Intel 所主導的材料，用於導入覆晶構裝製程等高階

載板的生產，由於可製成較細線路、適合高腳數、高傳輸的 IC 封裝。其基板核心

結構仍是保留以玻纖布預浸 BT 樹酯做為核心層(又稱 Core Substrate)，再在每層用

疊構(Build up )的方式增加層數，所以以雙面核心為基礎，做上下對稱式的加層，

但是上下的增層結構捨去了原用的預浸玻纖布壓合銅箔的銅箔基板，而在 ABF 膜

層上改以用電鍍銅取代之，成為另一種銅箔基板(Resin-Coated Copper Foil , 簡稱

RCC)(如圖二所示)，如此一來可以減少載板總體的厚度，並且突破原有在 BT 樹酯

載板在雷射鑽孔所遇到的困難度。近年來，以 ABF 樹酯為製程結構的載板也發展

到無核心技術，又稱為無芯載板(Coreless Substrate)，此載板結構是除去核心層的

玻纖布而直接以 ABF 樹酯取代，但加層的部分將視需求而以膠片(Prepreg)取代以

維持載板堅硬度。以 ABF 樹酯為材料架構所製成的載板，最常使用的線寬/線距(L/S)

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可以達 12/12µm，其架構可以分 1+2+1（四層板），2+2+2（六層板）等，大多適

合用於 FC-CSP 的構裝製程。

資料來原：工研院產經中心, 201509

圖二 以 ABF 樹酯為材料之 IC 載板

(三)模封樹酯銅導線基板(Copper Connection in Molding)或稱做模封基板(Molded

Interconnect Substrate)

模封樹酯銅導線基板全名為 Copper Connection in Molding，亦被國內供應商

恆勁科技取名為 C2iM，這種基板是以環氧樹酯(Epoxy resin)為主的模封材料為基

材，如圖三所示，製程中再將水平或垂直的銅導線以電鍍的方式建構在每一層的

模封層上，由於製程中以預模(Pre-mold)的工序為主，加上材料本身也具有模封的

效果，最早是由 APSi (Advanpack Solutions innovations) 所開發，開發之初也將此種

基板稱做模封基板(Molded Interconnect Substrate, 簡稱 MIS)。又由於製程中對於導

線在垂直疊構的導通(銅柱)以及水平佈線(Layout)皆是以電鍍方式處理完成，除了

線寬/線距(L/S)可以朝細線化規格推進，並銜接半導體先進封裝用載板的需求規格

外，電鍍任意形狀導通孔的工藝，亦可提高載板佈線密度，而目前看到準備量產

的線寬/線距(L/S)規格先以符合現階段構裝所需為主，分別是：20/20µm、15/15µm、

12/12µm；目前載板結構層數可以達 3 層，載板厚度，以單一層(1L)計算大約為 110µm

左右，以兩層(2L)計算則大約為 120µm 左右，三層(3L)則達 185µm，厚度設計主要

是配合下游構裝廠製程規格而定。

而這種 MIS 封裝基板還有用金屬導線架構成的，由於導線架銅質材料雖然有

優良的導電與導熱的特性，但是對於高腳數的表現卻有其極限，很難滿足高密度

積體化電路的需求，僅用在中低腳數之封裝，早期也有同業稱其為「預包封互聯

系統」(Molded Interconnect System, 亦簡稱 MIS)。

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資料來源：APSi(上圖), 恆勁科技(下圖)

圖三 以模封樹酯為材料之 IC 載板

綜合上述的三種載板結構，茲就核心厚度、線寬/線距、疊構層數以及供應商

略做以下整理，如表一所示。BT 樹酯系列由於其組成結構的限制，每一層銅箔

基板(CCL)的厚度最少 50µm，中間絕緣層也需 30µm，疊構的層數越多，載板總厚

度越厚，其優點是堅固不易有翹曲(Warpage)的問題，但對雷射鑽孔而言較不易執

行，供應商以日本三菱瓦斯化學為首，供應歷時悠久，雖然我國的南亞與聯致也

發展出類 BT 樹酯來，並於 311 地震時幾乎有機會可以被當作備援或替代材料，但

因需要認證的時間過長，使用者與原始 IC 設計者對該產品忠誠度高，加上三菱瓦

斯化學位於地震災區的生產線恢復迅速，致使國人所生產的類 BT 樹酯至今仍未能

大量普及。

隨著細線化線路需求不斷增加，加上 BT 樹酯的專利期限屆齡，後來由 Intel

所主導的 ABF 樹酯材料，用於導入覆晶構裝製程等高階載板的生產，初期所發展

出的載板仍以 BT 樹酯做為核心，最近幾年又發展出無芯載板，完全以 ABF 當作

介電層，層層疊構，ABF 的原始供應商以日本味之素精密技術公司(Ajinomoto fine-

techno co.)為首，其他生產類 ABF 樹酯的供應商還有積水化學也積極跟進。

半導體封裝發展之初，從二極體/電晶體到小型 IC 構裝，基本的線路傳輸都

是以金屬導線架為主，再以環氧樹酯模封、固定其連接線與傳輸點，隨著 IC 功能

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複雜化、線路 IO 數增加，製作高腳數導線架困難度不論在沖壓與蝕刻成本都墊

高，後來有新加坡的 APSi 率先提出以預模(Pre- Mold)、用半加層法製程疊構封裝

的層數，並以電鍍方式產生水平或垂直的導線，取代利用導線架以水平式將接腳

擴增，後來該公司先後授權五家供應商，衍生發展，其中一家為我國的恆勁科技，

而 APSi 在 2009 年被江蘇長電所併購。

表一 各樹酯系列製程之載板比較

樹酯

樹酯

系列

厚度 線寬/線距

(L/S) (µm)

疊構層數 供應商

BT Prepreg:30~100µm

CCL:50~200µm

絕緣層約 30 µm

35/35,20/20,15/15 (µm)

10~14

14~18

BT 樹酯：三菱瓦斯

類 BT 樹酯：日立化成,

Getek,松下電工, 南

亞,斗山(Doosan),聯

致,台光電, 台燿,聯

茂

ABF Core:200 100µm

Coreless:2L or 3L Total = 100µm

35/35,30/30,25/25

15/15,12/12 未來

10/10,8/8 (µm)

1+2+1(總層數 4 層)

2+2+2(總層數 6 層)

4+2+4(總層數 10 層)

ABF：味之素

類 ABF：積水化學

C2iM

(MIS)

(1L)總厚度 110µm

(2L)總厚度 120µm

(3L)總厚度 185µm

20/20,15/15,12/12

未來

8/8, 3/3 (µm)

3L

4L,5L

Molding Compound：

住友培科,漢高

有潛力：長春,南亞,

長興,義典…

資料來原：工研院產經中心, 2015 09

四、未來構裝趨勢對載板傳輸規格與結構的要求與挑戰

以 BT 樹酯製成載板的應用始自 1990 年代 Motorola 掌握關鍵結構，大行其道至今

已是歷史悠久、眾重所皆知，但是 BT 樹酯材質較硬，雷射鑽孔難度較高，無法滿足

細線路要求，目前穩定規格的線寬/線距僅達 15/15µm，因此在細線路、高腳數、高傳

輸的 IC 封裝趨勢下，2000 年初，載板結構也因 Intel 需求與主導，漸漸轉往以 ABF

樹酯為製程材料，目前穩定規格的線寬/線距可達 12/12µm，未來還有機會挑戰 10/10

甚至 8/8µm。從圖四的產品結構成長分析可了解：覆晶(FC)的 BGA 或 CSP 載板需求

量自 2013 年起即不斷增加，並逐漸取代打線式的載板市場。

近年來又因手持式無線終端產品需求興起，構裝空間變的更嚴峻，並且隨著終端

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產品功能越來越複雜，晶片設計 IO 數不斷增加，對載板要求更高腳數與更精密的線

寬/線距，亦如圖五所示，封裝製程甚至有堆疊架構(Stack)、PoP (Package on Package)、

SiP (System in Package)，加上晶片製程從 45 奈米漸漸微縮至 28、20 奈米，甚至未來

的 14/16 Fin-FET 先進製程，更加速對於細線路載板的需求，此時挑戰更細線路載板

結構與製程技術便是新材料的機會來臨。

3525 3570 3596 3672 3747

1655 20142726 3015 3258

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

2013 2014 2015 2016 2017

$M Wire Bond CSP Substrates Flip Chip CSP Substrates

Wire Bond Substrates Flip Chip BGA/LGA Substrates

資料來源：TechSearch International, November 2013/2014

圖四 全球 IC 載板的市場分類分析

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資料來源:工研院 IEK 調查整理 2015/09

圖五 半導體構裝的演進

資料來源:工研院 IEK 調查整理 2015/09

圖六 各類樹酯製成載板之線寬/線距現況與趨勢

又如圖六整理的各類樹酯所製成載板的線寬/線距目前現況與未來趨勢：隨著半

導體構裝的功能複雜性與小型化、高密度的提升，且顧及到低功率損失等特性，載板

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的線寬/線距亦隨之朝細線化演進，BT 樹酯系列應用極為普及，對於線寬/線距發展仍

有其極限，雖然目前可達 15/15µm，但並非呈停滯狀態；ABF 樹酯系列也因其細線化

發展順利，目前看到國內以 ABF 樹酯為製程技術供應商之ㄧ的南亞電路板對於其發

展藍圖也已規劃到 2017 年達 8/8µm、五層疊構的規格；另外還有日立化成(Hitachi

Chemical) 亦積極推出該公司特有的樹酯產品，強調 2015 年規格可達 5/5mµ 的線寬/

線距，並挑戰 2017 年達 3/3mµ；而新進的 C2iM(MIS)環氧樹酯系列在國內於一開始即

從 15/15µm 的規格挑戰，唯ㄧ供應商恆勁科技也規劃預計在未來三年內(2017~2018 年)

發展到五層疊構，並且線寬線距達 3/3µm；而上述的四項系列順應電路空間設計趨勢

也都有內埋元件的疊構設計。

另外，從各類樹酯載板對於散熱的挑戰與表現又如表二所整理。從現況來看：由

於 BT 樹酯因其基本原理在疊層結構上對於薄化的表現有其限制，但也因為銅箔層較

多也較厚，其散熱係數較高，比起以 ABF 為疊層結構的載板來的稍具優勢，但是再

與以環氧樹酯為基板的疊層結構相比，BT 疊構的載板散熱效果又比模封樹酯銅導線

基板略遜一籌。再從可靠性驗證來看：模封樹酯銅導線基板的散熱功能持續性幾乎可

達 JDEC LV1 的規格標準，對與整體封裝的效果而言，可靠性表現較佳。

表二 各類樹酯 IC 載板對散熱的表現比較

特性 薄化 散熱係數 可靠性

BT △ 0.55 JDEC

LV2~LV3

ABF O 0.35 JDEC

LV2~LV3

C2iM(MIS) O 0.63 JDEC

LV1~LV2

說明：散熱係數越高，散熱效果越佳

資料來源：工研院 IEK 調查整理,2015/09

最後，再從載板結構的製程比較：隨著半導體模組封裝的元件內容越來越多，從單

一種 IC 的疊構，到多種 IC 的堆疊，從垂直導通的連結，深化到內埋元件的載板(Embedded

Substrate)，系統封裝 (System in Package 簡稱 SiP) 用模組載板所內埋的已經不只單一被動

元件，最近更看到知名日商大廠發展出內埋主動元件(IC)。對於內埋式元件載板的製作，

仍是將主被動元件埋在絕緣樹酯層內，但是工法不同，散熱效果各有差異，模組尺寸也

各有所長，後續仍是觀察重點。

對於半導體整體構裝而言，薄化能力是電子產品組裝追求的方向，半導體構裝材料

的可靠性隨著 IC 要導入車用電子、穿戴式裝置、或是置於極端環境下的物聯網(IoT)產品

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時，尤其對載板的可靠性要求也會隨之提高，散熱性是最近下游構裝廠強調的趨勢與需

求。

五、各家材料的市場概況

再從各家樹酯的市占率來觀察，除了最早出現的 BT 樹酯供應商三菱瓦斯化學之

外，加上後來追上的類 BT 樹酯供應商還有：日立化成、松下電工、斗山(Doosan)、

樂金化學(LG Chem)等國際大廠，以及國內有南亞、聯致、台光電、台燿、聯茂等多

家的小量，其市占率如圖七所分析。從圖中的比重顯示，2014 年拜 iPhone 採納用在

CSP 構裝製程之所需，三菱瓦斯化學的份量仍是最高，達 32.7%的佔有率，然而最近

幾年還看到的是日立化成積極的在半導體構裝製程技術上下功夫，不僅在最先進的

3DIC 構裝所用的載板方面積極競爭，同時也顧及到構裝製程中極微小技術的改進，

因而看到 2014 年日立化成的市占率直逼三菱瓦斯化學達 29.1%，並且從國內廠商公佈

載板供應商採用日立化成出廠的樹酯者幾乎每家都見得到，日立化成樹酯材料應用市

場在電腦主機板上 FC-BGA，FC-LGA 以及 FC-PGA 載板，是屬於壟斷狀態。再其次

是松下電工，其市占率大約在 14.5%，松下電工供應載板用樹酯的單位在台灣有設廠，

而台灣也是該公司唯一日本以外與半導體構裝相關樹酯產品的產地。

ABF 樹酯在載板製程中所扮演的功能主要在層與層之間的絕緣與接著，除了主要

成份為環氧樹酯外，還有添加劑、安定計、耐燃劑以及 PET 薄膜等成份，主要供應

商為味之素精密技術，市占率為 94.7%，其他除了前述的積水外，還有日立化成、

Namics、田村公司等。

資料來源：富士經濟, 201507

圖七 BT 樹酯供應商市占率分析

六、國內材料產業的機會

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半導體封裝在我國立足始於 1984 年日月光與矽品的成立，在 IC 載板的供應方面

拜我國 PCB 產業技術成熟之賜，順利銜接了載板的製程技術，同時也掌握了國內構

裝製程所需材料之一的自主性（IC載板占構裝總體材料需求之 40%），然而從上述的

載板結構與組成材料分析，絕大部分的關鍵樹酯材料包括所有的樹酯從 BT 系列到

ABF 系列，以及過去曾經談過之(超)薄銅箔與部分超薄玻纖布皆仰賴日本材料商進口

（如表二所整理），國內載板供應商僅能在載板製程與管理上獲得部分利潤。

而國產的類 BT 樹酯，國內材料廠商雖有能力提供配方，但是由於認證時間過長，

加上若是沒有在第一時間參與設計(Design in) 成為必要供應商，就只能淪為備援供貨

產品與供應商(Second Source)了，再加上半導體產業使用者忠誠度高，縱然遇到像 311

地震般的大事件，使用者若能在供應商於短期間內恢復供貨，也不太會有意願替換關

鍵材料的供應，此態勢也只能等待配合下一代 IC 構裝的需求而沽了，然而錯失前一

代的經驗與修正以及供需配合的默契，下一代的機會又能有多少呢？新構裝(MIS 或

C2iM)的變革燃起了材料的新機會，國內有專業生產環氧樹酯具潛力的廠商不乏下表

所記載的四家，期盼未來皆能成為國內半導體構裝材料產業的新血輪。

表二 國內載板製造商採用材料與其供應商

國內

載板供應商 產品類別 採用材料與供應商

南亞 BGA,FC-CSP,EPS 載板 BT(MGC),

類 BT(Hitachi Chemical,

Panasonic, 南亞自家,聯

致,聯茂,台光電,台燿)

ABF(味之素, 積水)

欣興 FCBGA, FCCSP,CSP,BOC,

PBGA, PoP, SiP, UTS, Hybrid

載板

景碩 PBGA, CSP, EBGA, SiP,

FCBGA, COB 載板

日月光 BGA, PGA, CSP, LGA, FBGA,

aCSP, FCCSP/Stack CSP 載板

恆勁 模封樹酯銅導線基板(C2iM)或

模封基板(MIS)

環氧樹酯(住友培科,漢

高)

有潛力:長春,長興,南亞,

義典等

資料來源：工研院 IEK 整理, 201509

七、IEKVIEW

二十多年前，國內產業之所以有能力供應給構裝製程所需用的 IC 載板，很幸運

的是能夠拜當時 PCB 產業成熟之賜，得以有機會順利銜接了載板的製程技術，而成為

國內構裝廠首選的貨源供應，並成為全球 IC 載板的重要供貨地區，但回顧至今其關

鍵材料仍是仰賴進口，國內產業只能憑藉技術與製程管理賺到中間利潤，隨著產業全

球化趨勢，同樣的工序仍然可以在其他產地複製，不論原始與新進供應商皆如此，國

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內產業生存的威脅與危機亦漸漸顯現，隨著終端產品外觀的輕薄短小，多(功能)、省

(電)、廉(價)、快(速傳輸)、美(觀)的要求越來越苛刻下，半導體構裝將更日趨複雜，

IC 載板不論是材質或結構與規格亦都將面臨嚴峻的考驗，而在新一代的載板製程變革

中，看到了材料的替換與新的機會，載板產業在此變革中若能掌握材料的自主性，加

上原有的產業技術與管理的優勢，似乎可以看到新的競爭力，未來國內材料產業是否

能在這波蛻變中跟得上腳步，更應是上下游產業共同密切關心的關鍵時刻。

資料來源：

http://www.mgc.co.jp/eng/products/lm/btprint/lineup/iccp.html

http://www.aft-website.com/en/electron/abf

http://www.nanyapcb.com.tw/nypcb/chinese/Technology/ABFSRoadmap.aspx

http://www.asecl.com.tw/content/1-2.html

http://www.unimicron.com/

http://www.kinsus.com.tw/product0.asp

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