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文檔簡(jiǎn)介
半導(dǎo)體知識(shí)介紹
1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2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3半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)境:無(wú)塵室「無(wú)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(chē)間。4無(wú)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(guò)1000顆5IC產(chǎn)業(yè)鏈芯片制作完整過(guò)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6Customer客戶(hù)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7IC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(guò)300多道工序,歷時(shí)3個(gè)月。8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(lái)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(guò)一系列的操作9拉單晶多晶硅硅錠中晶體的晶向是雜亂無(wú)章的,如果使用它來(lái)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(guò)程可以形象地稱(chēng)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(lái)了。經(jīng)過(guò)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(guò)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(lèi)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。10晶圓的尺寸我們一般會(huì)聽(tīng)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。11封裝測(cè)試廠封裝測(cè)試生產(chǎn)流程:點(diǎn)INK(晶圓來(lái)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,Packing12IC封測(cè)晶圓形成13Inking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。14Grading研磨——減薄Grading研磨將從晶圓廠出來(lái)的Wafer進(jìn)行背面研磨,來(lái)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15設(shè)備操作頁(yè)面16SAWING切割
晶圓切割(Diesaw),有時(shí)也叫“劃片”(Dicing)。一個(gè)Wafer上做出來(lái)的獨(dú)立的IC有幾百個(gè)到幾千個(gè)甚至上萬(wàn)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(guò)高速旋轉(zhuǎn)的金剛石刀片切割開(kāi)來(lái)將晶圓粘貼在藍(lán)膜(Mylar)上,使得
即使被切割開(kāi)后,不會(huì)散落;通過(guò)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17Diebonding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(shù)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;18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)夤裰校瑵穸刃∮?0%RH;晶圓和芯片除了生產(chǎn)需要都是存儲(chǔ)于氮?dú)夤裰?9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2021Wirebonding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(lái),這個(gè)過(guò)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;22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(yú)尾形);W/B四要素:壓力(Force)、超聲(USGPower)、時(shí)間(Time)、溫度(Temperature);23EFO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(kāi),將金線切斷,形成魚(yú)尾Cap上提,完成一次動(dòng)作Cap運(yùn)動(dòng)軌跡形成良好的WireLoop24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25MoldingMD(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(shù)脂塑封料。
存儲(chǔ)溫度:-15-5度。使用前從冰庫(kù)拿出,回溫24H,除回溫時(shí)間,可使用時(shí)間48H。也就是說(shuō)暴露在空氣中72小時(shí)后不可使用。26如何封裝此過(guò)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(kāi)始熔化,順著軌道流向Cavity中-從底部開(kāi)始,逐漸覆蓋芯片-完全覆蓋包裹完畢,并成型固化27常見(jiàn)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PGABGA28烤箱將封好膠的芯片,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。29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(méi)電鍍前電鍍后30X-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(guò)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。31TrimForm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32LaskMarking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。JKai33測(cè)試:Test測(cè)試工序是確保向客戶(hù)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(lèi)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(kāi)來(lái).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(lèi)。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(guò)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(shù)脂(異物附著、樹(shù)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。34包裝Packing包裝的主要目的是保證運(yùn)輸過(guò)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(pán)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(mǎn)杯(滿(mǎn)箱)包裝與非滿(mǎn)杯包裝。一般采用托盤(pán)完全干包。采用真空抽壓的方法35WaferIncoming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(yè)YesNo封裝測(cè)試整體流程細(xì)則36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(yè)接線目檢PBI上片DieBond37NoYes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(yè)是否為BGA產(chǎn)品BGA產(chǎn)品點(diǎn)膠
WireCoating是否需要植散熱片Yes38正印烘烤MarkCure切連桿Deiunk切單Sigulation彎腳裝盤(pán)LeadTrim&Form測(cè)球BallScan彎腳裝盤(pán)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(guò)IRIR-Reflow為何種產(chǎn)品392003.4營(yíng)業(yè)一部中國(guó)IC企業(yè)分布圖
上海市ShanghaiChipPAC、Amkor、Intel、IBM松下Simconix、Chipm
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