大規(guī)模集成電路-

大規(guī)模集成電路張俊LSI設(shè)計流程2需求需求分析需求規(guī)格系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)規(guī)格軟件規(guī)格硬件規(guī)格軟件設(shè)計C功能設(shè)計RTL邏輯設(shè)計GATE版圖設(shè)計可測性設(shè)計GDSTESTPattern制造、測試、封裝regreg+reg半導體產(chǎn)業(yè)鏈3目前微電子產(chǎn)業(yè)已逐漸演變?yōu)樵O(shè)計，制造和封裝三個相對獨立的產(chǎn)業(yè)。本講的內(nèi)容41晶圓制造2掩膜制造3晶圓加工4芯片封裝

第十二講芯片制造與封裝長晶5“切克勞斯基法”生長單晶硅◆“切克勞斯基法”:將一塊稱為籽晶的單晶硅浸入熔融硅中，然后在旋轉(zhuǎn)籽晶的同時緩慢地把其從熔融硅中拉起。結(jié)果，就形成圓柱形的大單晶棒?！粢簯B(tài)物質(zhì)降溫到凝固點以下，有些原子/分子會趨于固體結(jié)構(gòu)的排列，形成較小的核心（晶粒），控制晶粒取向，可得到單晶結(jié)構(gòu)的半導體。硅融化、提純6晶棒78英寸晶片的晶棒重達200kg，需要3天時間來生長切割8切下的晶圓要經(jīng)過清潔、磨光等步驟以去除雜質(zhì)，使平面光滑。本講的內(nèi)容91晶圓制造2掩膜制造3晶圓加工4芯片封裝

第十二講芯片制造與封裝光刻工藝11掩膜制作12◆特殊的石英玻璃上，涂敷一層能吸收紫外線的鉻層（氧化鉻或氧化鐵），再用光刻法制造◆光刻主要步驟涂膠曝光顯影顯影蝕刻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖形產(chǎn)生光阻顯影去除光阻尺寸測量初始清洗缺陷檢測缺陷補償再次清洗加附蒙版最后檢查本講的內(nèi)容131晶圓制造2掩膜制造3晶圓加工4芯片封裝

第十二講芯片制造與封裝晶圓加工14沉積（薄膜形成）加工（蝕刻/摻雜）光刻沉積（Deposition）15◆CVD：-制作晶片的第一步是在晶圓上沉積一層不導電的二氧化硅。在晶片的后續(xù)制作過程中，二氧化硅層的成長、沉積會進行很多次。

-在高溫下使晶圓曝氧可以使二氧化硅層成長。然后使用化學氣相沉積方法使二氧化硅層沉積在晶圓表面。◆

熱氧化法◆PVD法（物理氣相沉積法）光刻（Photolithography）16Si-substrate(a)SiliconbasematerialSi-substrate(c)StepperexposureUV-lightPatternedopticalmaskExposedresist(b)AfteroxidationanddepositionofnegativephotoresistPhotoresistSiO2Si-substrateSiO2Si-substrate(d)Afterdevelopmentandetchingofresist,chemicalorplasmaetchofSiO2HardenedresistChemicalorplasmaetch加工（蝕刻/摻雜）17Si-substrateSiO2Si-substrateSiO2HardenedresistSi-substrateSiO2Hardenedresist蝕刻（Etching）摻雜Si-substrateSiO2摻雜（擴散）18◆擴散原理雜質(zhì)原子在高溫（1000-1200度）下從硅晶片表面的高濃度區(qū)向襯底內(nèi)部的低濃度區(qū)逐漸擴散。擴散濃度與溫度有關(guān)：（1000-1200度擴散快）擴散19◆擴散分類及設(shè)備：按照雜質(zhì)在室溫下的形態(tài)分為：液態(tài)源擴散、氣態(tài)源擴散、固態(tài)源擴散電路連線20進行電連接。導電金屬（鋁或銅）在晶圓表面沉積。使用光刻和蝕刻制程去除沒有用的金屬?，F(xiàn)在復雜的晶片都需要很多層絕緣體。一個正常運作的晶片需要連接數(shù)以百萬計的傳導線路，包括層上水平連接和各層之間的垂直連接。多層21加工后的晶圓22晶圓測試、切割23測試24有40000針腳的12英寸晶圓探針卡切割25本講的內(nèi)容261晶圓制造2掩膜制造3晶圓加工4芯片封裝

第十二講芯片制造與封裝封裝27封裝形式28Package--封裝體：指芯片（Die）和不同類型的框架（L/F）和塑封料（EMC）形成的不同外形的封裝體。ICPackage種類很多，可以按以下標準分類：◆按封裝材料劃分為：金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝◆按照和PCB板連接方式分為：PTH封裝和SMT封裝◆按照封裝外型可分為：SOT、SOIC、TSSOP、QFN、QFP、BGA、CSP等；封裝形式29◆按封裝材料劃分為：

金屬封裝主要用于軍工或航天技術(shù)，無商業(yè)化產(chǎn)品；陶瓷封裝優(yōu)于金屬封裝，也用于軍事產(chǎn)品，占少量商業(yè)化市場；塑料封裝用于消費電子，因為其成本低，工藝簡單，可靠性高而占有絕大部分的市場份額；金屬封裝陶瓷封裝塑料封裝封裝形式30◆按與PCB板的連接方式劃分為：

PTHPTH-PinThroughHole,通孔式；SMT-SurfaceMountTechnology，表面貼裝式。目前市面上大部分IC均采為SMT式的SMT封裝形式31◆按封裝外型可分為：DIP、SOT、QFN、SOIC、TSSOP、QFP、PGA、BGA、CSP等；◆決定封裝形式的兩個關(guān)鍵因素:封裝效率。芯片面積/封裝面積，盡量接近1:1；引腳數(shù)。引腳數(shù)越多，越高級，但是工藝難度也相應增加；其中，CSP由于采用了FlipChip技術(shù)和裸片封裝，達到了芯片面積/封裝面積接近1:1，為目前最高級的技術(shù)；DIP（Dual-inlinePackage)32雙列直插式或封裝雙入線封裝，DRAM或小規(guī)模集成電路的封裝形式。QFP-（QuadFlatPackage）33方型扁平式封裝PGA(PinGridArray)34陣列引腳封裝PGA(PinGridArray)35PGA(PinGridArray)36BGA-BallGridArray37球柵陣列式封裝Ball38引線框架（ReadFrame）39提供電路連接和Die的固定作用；主要材料為銅，會在上面進行鍍銀、

NiPdAu等材料；L/F的制程有Etch和Stamp兩種；易氧化，存放于氮氣柜中，濕度小于40%RH;除了BGA和CSP外，其他Package都會采用ReadFrame，BGA采用的是Substrate；焊接金線（GoldWire）40實現(xiàn)芯片和外部引線框架的電性和物理連接；金線采用的是99.99%的高純度金；同時，出于成本考慮，目前有采用銅線和鋁線工藝的。優(yōu)點是成本降低，同時工藝難度加大，良率降低；線徑?jīng)Q定可傳導的電流；0.8mils，1.0mils，1.3mils，1.5mils和2.0mils；Multi-ChipModules41MCM42IBMPower5CPUusingMCM-Ctechnologyasa95x95mmmodule封裝流程43FOL/前段EOL/中段Plating/電鍍EOL/后段FinalTest/測試44BackGrinding磨片WaferWaferMount晶圓安裝WaferSaw晶圓切割WaferWash晶圓清洗DieAttach芯片粘接EpoxyCure銀漿固化WireBond引線焊接2ndOptical第二道光檢3rdOptical第三道光檢EOLFOL–FrontofLine前段工藝引線焊接（WireBonding）45陶瓷劈刀Capillary內(nèi)穿金線，并且在打火桿EFO的作用下，高溫燒球；金線在Cap施加的一定壓力作用下，形成BondBall；金線在Cap施加的一定壓力作用下，形成Wedge；引線焊接（WireBonding）46EFO打火桿在磁嘴前燒球Cap下降到芯片的Pad上，加Force和Power形成第一焊點Cap牽引金線上升Cap運動軌跡形成良好的WireLoopCap下降到LeadFrame形成焊接Cap側(cè)向劃開，將金線切斷，形成魚尾Cap上提，完成一次動作47EOL–EndofLine后段工藝Molding注塑EOLLaserMark激光打字PMC高溫固化De-flash/Plating去溢料/電鍍Trim/Form切筋/成型4thOptical第四道光檢Note：JustForTSSOP/SOIC/QFPpackageAnnealing電鍍退火注塑（Molding）48-L/F置于模具中，每個Die位于Cavity中，模具合模。-塊狀EMC放入模具孔中-高溫下，EMC開始熔化，順著軌道流向Cavity中-從底部開始，逐漸覆蓋芯片-完全覆蓋包裹完畢，成型固化注塑（Molding）49為了防止外部環(huán)境的沖擊，利用EMC

把WireBonding完成后的產(chǎn)品封裝起

來的過程，并需要加熱硬化。BeforeMoldingAfterMolding激光打字（LaserMark）50在產(chǎn)品（Package）的正面或者背面激光刻字。內(nèi)容有：產(chǎn)品名稱，生產(chǎn)日期，生產(chǎn)批次等；BeforeAfter模后固化51用于Molding后塑封料的固化，保護IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部應力。

CureTemp：175+/-5°C；CureTime：8HrsESPECOven4hrs去溢料52BeforeAfter目的：De-flash的目的在于去除Molding后在管體周圍Lead之間

多余的溢料；

方法：弱酸浸泡，高壓水沖洗；電鍍（Plating）53BeforePlatingAfterPlating◆利用金屬和化學的方法，在Leadframe的表面鍍上一層鍍層，以防止外界環(huán)境的影響（潮濕和熱）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及提高導電性?！綦婂円话阌袃煞N類型：

Pb-Free：無鉛電鍍，采用的是>99.95%的高純度的錫（Tin），為目前普遍采用的技術(shù)，符合Rohs的要求；

Tin-Lead：鉛錫合金。Tin占85%，Lead占15%，由于不符合Rohs，目前基本被淘汰；電鍍退火54目的：讓無鉛電鍍后的產(chǎn)品在高溫下烘烤一段時間，目的在于