半導(dǎo)體相關(guān)技術(shù)及流程

半導(dǎo)體相關(guān)技術(shù)及流程第一頁，共41頁。內(nèi)容1.半導(dǎo)體相關(guān)知識(shí)介紹2.半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)介紹3.半導(dǎo)體晶圓制造4.半導(dǎo)體封裝測(cè)試5.封裝形式介紹6.封裝測(cè)試廠流程細(xì)則7.半導(dǎo)體中國(guó)產(chǎn)業(yè)分布，著名半導(dǎo)體廠第二頁，共41頁。制程相關(guān)：晶圓制造工藝的微米是指IC內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢(shì)是向密集度愈高的方向發(fā)展，。密度愈高的IC電路設(shè)計(jì)，意味著在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。微電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，主要是靠工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，使得器件的特征尺寸不斷縮小，從而集成度不斷提高，功耗降低，器件性能得到提高。晶圓尺寸.6寸——8寸——12寸——16寸（400um)芯片的厚度：整體芯片的厚度。引腳大小及個(gè)數(shù)封裝形式第三頁，共41頁。半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)境：無塵室「無塵室」是指將一定空間范圍內(nèi)之空氣中的微粒子、有害空氣、細(xì)菌等之污染物排除，并將室內(nèi)之溫度、濕度、潔凈度、室內(nèi)壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動(dòng)及照明、靜電控制在某一需求范圍內(nèi)，而所給予特別設(shè)計(jì)的車間。第四頁，共41頁。無塵室的等級(jí)潔凈度級(jí)別

粒徑(um)

0.1

0.2

0.3

0.5

5.0

1

35

7.5

3

1

NA

10

350

75

30

10

NA

100

NA

750

300

100

NA

1000

NA

NA

NA

1000

7

10000

NA

NA

NA

10000

70

100000

NA

NA

NA

100000

700等級(jí)概念：如1000級(jí)，每立方英尺內(nèi),大于等于0.5的灰塵顆粒不能超過1000顆第五頁，共41頁。IC產(chǎn)業(yè)鏈芯片制作完整過程包括：芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、芯片生產(chǎn)（封裝、測(cè)試）等幾個(gè)環(huán)節(jié)。芯片設(shè)計(jì)晶圓制造，F(xiàn)AB晶圓廠。芯片封裝芯片測(cè)試設(shè)計(jì)晶圓制造芯片封測(cè)封裝測(cè)試廠第六頁，共41頁。Customer客戶ICDesignIC設(shè)計(jì)WaferFab晶圓制造WaferProbe晶圓測(cè)試Assembly&TestIC封裝測(cè)試SMTIC組裝IC產(chǎn)業(yè)鏈第七頁，共41頁。IC微電子技術(shù)

IC整體流程簡(jiǎn)介一顆完整的芯片制造出需要經(jīng)過300多道工序，歷時(shí)3個(gè)月。第八頁，共41頁。半導(dǎo)體晶圓制造：

WaferFabrication

晶圓：Wafer芯片的原料晶圓：晶圓的成分是硅，硅是由石英沙所精練出來的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料，將其切片就是芯片制作具體需要的晶圓。晶圓越薄，成產(chǎn)的成本越低，但對(duì)工藝就要求的越高。石英/沙子一定純度的硅（多晶硅）純硅初步提純高度提純?nèi)芙鈫尉Ч杈О艚?jīng)過一系列的操作第九頁，共41頁。拉單晶多晶硅硅錠中晶體的晶向是雜亂無章的，如果使用它來制作半導(dǎo)體器件，其電學(xué)特性將非常糟糕，所以必須把多晶硅制作成單晶硅，這個(gè)過程可以形象地稱作拉單晶(CrystalPulling)。將高純度的多晶硅碾碎，放入石英坩堝，加高溫到1400°C，注意反應(yīng)的環(huán)境是高純度的惰性氣體氬(Ar)。精確的控制溫度，單晶硅就隨著晶種被拉出來了。經(jīng)過切片后產(chǎn)生真正成型的晶園。半導(dǎo)體工業(yè)使用的晶園并不是純粹的硅晶園，而是經(jīng)過摻雜了的N型或者P型硅晶園。這是一套非常復(fù)雜的工藝，用到很多不同種類的化學(xué)藥品。做完這一步，晶園才可以交付到半導(dǎo)體芯片制作工廠。第十頁，共41頁。晶圓的尺寸我們一般會(huì)聽到是幾寸的晶圓廠。一般現(xiàn)在有6寸,8寸,12寸晶圓。正在研究16寸400mm晶圓。這里的幾寸是指Wafer的直徑。1英寸=25.4mm，6寸晶圓就是直徑為150mm的晶圓。8寸200mm,12寸300mm。第十一頁，共41頁。封裝測(cè)試廠封裝測(cè)試生產(chǎn)流程：點(diǎn)INK(晶圓來料測(cè)試）——Grading研磨——SAWING劃片——diebonding固晶——WireBonding固線——Molding封膠——TirmFrom切筋——Test測(cè)試——包裝一般制程工序流程分為前/后道。前道：Grading,Sawing,diebond,wirebond.后道：Molding,TirmFrom,Test,Packing第十二頁，共41頁。IC封測(cè)晶圓形成第十三頁，共41頁。Inking機(jī)此工序主要針對(duì)Wafer測(cè)試。晶圓廠出廠的晶圓不是全是好的。只是那邊測(cè)試,會(huì)給個(gè)MAP圖標(biāo)注！那邊是壞die,那些是好die,所以一般此工序好多工廠是不會(huì)在測(cè)試，除了特別需求。第十四頁，共41頁。Grading研磨——減薄Grading研磨將從晶圓廠出來的Wafer進(jìn)行背面研磨，來減薄晶圓達(dá)到

封裝需要的厚度；磨片時(shí)，需要在正面（ActiveArea）貼膠帶保護(hù)電路區(qū)域

同時(shí)研磨背面。研磨之后，去除膠帶，測(cè)量厚度；Taping粘膠帶BackGrinding磨片De-Taping去膠帶第十五頁，共41頁。設(shè)備操作頁面第十六頁，共41頁。SAWING切割

晶圓切割（Diesaw)，有時(shí)也叫“劃片”(Dicing)。一個(gè)Wafer上做出來的獨(dú)立的IC有幾百個(gè)到幾千個(gè)甚至上萬個(gè)，切割的目的是將整個(gè)晶圓上每一個(gè)獨(dú)立的IC通過高速旋轉(zhuǎn)的金剛石刀片切割開來將晶圓粘貼在藍(lán)膜（Mylar）上，使得

即使被切割開后，不會(huì)散落；通過SawBlade將整片Wafer切割成一

個(gè)個(gè)獨(dú)立的Dice，方便后面的DieAttach

等工序；WaferWash主要清洗Saw時(shí)候產(chǎn)生的各種粉塵，清潔Wafer；UV光照，光照后，底下貼膜不會(huì)沾的太緊。WaferMount晶圓安裝貼藍(lán)膜WaferSaw晶圓切割WaferWash清洗UV光照第十七頁，共41頁。Diebonding固晶/裝片

DB就是把芯片裝配到框架上去銀漿成分為環(huán)氧樹脂填充金屬粉末（Ag）；有三個(gè)作用：將Die固定在DiePad，散熱作用，導(dǎo)電作用；

WriteEpoxy點(diǎn)銀漿DieAttach芯片粘接EpoxyCure銀漿固化EpoxyStorage：

零下50度存放；EpoxyAging：

使用之前回溫24H，除去氣泡；EpoxyWriting：

點(diǎn)銀漿于L/F的Pad上，Pattern可選；第十八頁，共41頁。引線框架【LeadFrame】引線框架提供電路連接和Die的固定作用；主要材料為銅，會(huì)在上面進(jìn)行鍍銀、NiPdAu等材料；

易氧化，存放于氮?dú)夤裰?，濕度小?0%RH;晶圓和芯片除了生產(chǎn)需要都是存儲(chǔ)于氮?dú)夤裰械谑彭摚?1頁。圖解操作競(jìng)寞芯片簿膜吸嘴抓片頭校正臺(tái)圓片簿膜裝片頭框架銀漿分配器第二十頁，共41頁。第二十一頁，共41頁。Wirebonding固線/鍵合

WB目的:為了使芯片能與外界傳送及接收信號(hào)，就必須在芯片的接觸電極與框架的引腳之間，一個(gè)一個(gè)對(duì)應(yīng)地用鍵合線連接起來，這個(gè)過程叫鍵合。線分為：金線，銀線，銅線，鋁線…金線采用的是99.99%的高純度金；同時(shí)，出于成本考慮，目前有采用銅

線和鋁線工藝的。優(yōu)點(diǎn)是成本降低，

同時(shí)工藝難度加大，良率降低；第二十二頁，共41頁。如何固線KeyWords：Capillary：陶瓷劈刀。W/B工藝中最核心的一個(gè)BondingTool，內(nèi)部為空心，中間穿上金線，并

分別在芯片的Pad和LeadFrame的Lead上形成第

一和第二焊點(diǎn)；EFO：打火桿。用于在形成第一焊點(diǎn)時(shí)的燒球。打火桿打火形成高溫，將外露于Capillary前端的金線高溫熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊點(diǎn)（BondBall）；BondBall：第一焊點(diǎn)。指金線在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接點(diǎn)，一般為一個(gè)球形；Wedge：第二焊點(diǎn)。指金線在Cap的作用下，在LeadFrame上形成的焊接點(diǎn)，一般為月牙形（或者魚尾形）；W/B四要素：壓力（Force）、超聲（USGPower）、時(shí)間（Time）、溫度（Temperature）；第二十三頁，共41頁。EFO打火桿在磁嘴前燒球Cap下降到芯片的Pad上，在壓力和超聲形成第一焊點(diǎn)Cap牽引金線上升Cap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(dòng)作Cap運(yùn)動(dòng)軌跡形成良好的WireLoopCompanyLogo第二十四頁，共41頁。封裝Molding主電控LF進(jìn)料塑封料進(jìn)料

LFShifter模具預(yù)熱臺(tái)

出料手臂

進(jìn)料手臂

模具

產(chǎn)品出料去殘膠/塑封料進(jìn)料

AutoMold模機(jī)器構(gòu)造第二十五頁，共41頁。MoldingMD(封膠）的作用：是為了保護(hù)器件不受環(huán)境影響（外部沖擊，熱及水傷）而能長(zhǎng)期可靠工作,在表面封一層膠。封裝形式按封裝材料劃分為：金屬封裝、陶瓷封裝、塑料封裝。塑料封裝材料：環(huán)氧樹脂塑封料。

存儲(chǔ)溫度：-15-5度。使用前從冰庫拿出，回溫24H,除回溫時(shí)間，可使用時(shí)間48H。也就是說暴露在空氣中72小時(shí)后不可使用。第二十六頁，共41頁。如何封裝此過程分為三段時(shí)間：溶解時(shí)間，注膠時(shí)間，固化時(shí)間。整個(gè)時(shí)間一般在30秒以上。一般在40S左右。MoldingCycleL/F置于模具中，每個(gè)Die位于Cavity。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，并成型固化第二十七頁，共41頁。常見封裝形式DIP雙列直插式封裝；SIP單列直插式封裝DIPSOP

SOP小型雙列鷗翼封裝；SSOP更小型SOP;

QFP四邊帶引線的扁平封裝QFP加前綴“F”為帶散熱片加前綴“S”為縮小型“T”為薄型；”C”為陶瓷；P為塑料FSIPPGA針柵陣列封裝；BGA球柵陣列封裝PGABGA第二十八頁，共41頁?？鞠鋵⒎夂媚z的芯片，放入烤箱烘烤。此步驟主要是作用：保護(hù)IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部氧氣，水珠，應(yīng)力等?？鞠錅囟仍?25度左右，歷時(shí)5H左右。第二十九頁，共41頁。電鍍

電鍍是金屬和化學(xué)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(dǎo)電性。引線腳的后處理工藝有：電鍍（SolderPlating)和浸錫（SolderDipping)兩種。電鍍成分，通常有純錫、和錫鉛電鍍兩種。沒電鍍前電鍍后第三十頁，共41頁。X-RayX-Ray設(shè)備：X-Ray機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生X光照射IC產(chǎn)品，可透過表面膠體，看清芯片內(nèi)部狀況。如金線是否彎曲、斷裂、弧度高度，die是否偏位等。第三十一頁，共41頁。TrimForm切筋成型

T/F：把塑封后的框架上的制品分割成一個(gè)一個(gè)的IC產(chǎn)品。沖塑切筋切腳沖彎切吊筋第三十二頁，共41頁。LaskMarking打字/印字利用激光在封膠體上刻字。如標(biāo)準(zhǔn)商標(biāo)，產(chǎn)品型號(hào)等。機(jī)器上有個(gè)激光頭產(chǎn)生激光源，將電腦設(shè)計(jì)好的圖標(biāo)與文字打印在封膠體上。JKai第三十三頁，共41頁。測(cè)試：Test測(cè)試工序是確保向客戶提供產(chǎn)品的電氣性能符合要求的關(guān)鍵工序.它利用與中測(cè)相類似的測(cè)試臺(tái)以及自動(dòng)分選器，測(cè)定IC的電氣特性，把良品、不良品區(qū)分開來.測(cè)試按功能可分為DC測(cè)試（直流特性）、AC測(cè)試（交流特性或timing特性）及FT測(cè)試（邏輯功能測(cè)試）三大類。同時(shí)還有一些輔助工序，如BT老化、插入、拔出、實(shí)裝測(cè)試、電容充放電測(cè)試等。

外觀測(cè)試：它通過IC的圖像二元化分析與測(cè)試。檢查IC的管腳（如管腳形狀、間距、平坦度、管腳間異物等）、樹脂（異物附著、樹脂欠缺）、打印（打印偏移、欠缺）、IC方向等項(xiàng)目，并分揀出外觀不合格品。第三十四頁，共41頁。包裝Packing包裝的主要目的是保證運(yùn)輸過程中的產(chǎn)品安全，及長(zhǎng)期存放時(shí)的產(chǎn)品可靠性。因此對(duì)包裝材料的強(qiáng)度、重量、溫濕度特性、抗靜電性能都有一定的要求。包裝按容器形態(tài)可分為載帶包裝、托盤包裝及料管包裝；按干燥形態(tài)可分為簡(jiǎn)易干包、完全干包及通常包裝；按端數(shù)形態(tài)又可分為滿杯（滿箱）包裝與非滿杯包裝。一般采用托盤完全干包。采用真空抽壓的方法第三十五頁，共41頁。WaferIncoming晶圓是否需要研磨貼膠布TapingWafer研磨GrindingWafer撕膠布DetapingWafer是否使用UVTape貼晶圓WaferMount(BlueTape)貼晶圓WaferMount(UVTape)晶圓切割WaferSaw晶圓清洗WaferClean晶圓檢驗(yàn)PSI是否照UVNoYesYesNo紫外線照射UV接下頁YesNo封裝測(cè)試整體流程細(xì)則第三十六頁，共41頁。銀膠烘烤EpoxyCure推力試驗(yàn)PushingTest電漿清洗Plasma特殊產(chǎn)品一般產(chǎn)品接線拉力推球試驗(yàn)WirePull&Ball接線WireBond是否需要覆晶前段製程完成YesNo覆晶膠DieCoating覆晶膠烘烤CoatingCure接下頁接線目檢PBI上片DieBond第三十七頁，共41頁。NoYes烘烤Cureing植散熱片電漿清洗PlasmaNo壓模Molding蓋背印BackMark壓模後烘烤PostmoldCure接下頁是否為BGA產(chǎn)品BGA產(chǎn)品點(diǎn)膠

WireCoating是否需要植散熱片Yes第三十八頁，共41頁。正印烘烤MarkCure切連桿Deiunk切單Sigulation彎腳裝盤LeadTrim&Form測(cè)球BallScan彎腳裝盤LeadTrim&Form後站製程完成測(cè)試/檢測(cè)FVI包裝出貨一般產(chǎn)品PDIP產(chǎn)品BGA產(chǎn)品切連桿Dejunk除膠渣Deflsh除膠渣Deflsh電鍍SolderPlating電鍍SolderPlating蓋正印Mark蓋正印Mark正印烘烤MarkCure植球BallMount水洗D.I.Water過IRIR-Reflow為何種產(chǎn)品第三十九頁，共41頁。2003.4營(yíng)業(yè)一部中國(guó)IC企業(yè)分布圖

上海市ShanghaiChipPAC、Amk