半导体相关技术及流程.pptx

1、半导体知识介绍,陈灿文 2012.3.26,内容,1.半导体相关知识介绍2.半导体产业介绍3.半导体晶圆制造4.半导体封装测试5.封装形式介绍6.封装测试厂流程细则7.半导体中国产业分布，著名半导体厂,制程相关：,晶圆制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展，。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。晶圆尺寸.6寸8寸12寸16寸（400um)芯片的厚度：整体芯片的厚度。

2、引脚大小及个数封装形式,半导体生产环境：无尘室,无尘室是指将一定空间范围内之空气中的微粒子、有害空气、细菌等之污染物排除，并将室内之温度、湿度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内，而所给予特别设计的车间。,无尘室的等级,洁净度级别 粒 径(um)0.1 0.2 0.3 0.5 5.01 35 7.5 3 1 NA10 350 75 30 10 NA100 NA 750 300 100 NA1000 NA NA NA 1000 710000 NA NA NA 10000 70100000 NA NA NA 100000 700等级概念：如1000级，每

3、立方英尺内,大于等于0.5的灰尘颗粒不能超过1000颗,IC产业链,芯片制作完整过程包括：芯片设计、晶圆制造、芯片生产（封装、测试）等几个环节。芯片设计晶圆制造，FAB晶圆厂。芯片封装 芯片测试,封装测试厂,Customer客 户,IC DesignIC设计,Wafer Fab晶圆制造,Wafer Probe晶圆测试,Assembly&TestIC 封装测试,SMTIC组装,IC产业链,IC微电子技术IC整体流程简介,一颗完整的芯片制造出需要经过300多道工序，历时3个月。,半导体晶圆制造：Wafer Fabrication 晶圆：Wafer,芯片的原料晶圆：晶圆的成分是硅，硅是由石英沙所精练

4、出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%），接着是将些纯硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体的材料，将其切片就是芯片制作具体需要的晶圆。晶圆越薄，成产的成本越低，但对工艺就要求的越高。,石英/沙子,一定纯度的硅,（多晶硅）纯硅,初步提纯,高度提纯,溶解,单晶硅晶棒,经过一系列的操作,拉单晶,多晶硅硅锭中晶体的晶向是杂乱无章的，如果使用它来制作半导体器件，其电学特性将非常糟糕，所以必须把多晶硅制作成单晶硅，这个过程可以形象地称作拉单晶(Crystal Pulling)。将高纯度的多晶硅碾碎，放入石英坩埚，加高温到1400C，注意反应的环境是高纯度的惰性气体氩(Ar)。精确的控制温度，

5、单晶硅就随着晶种被拉出来了。经过切片后产生真正成型的晶园。半导体工业使用的晶园并不是纯粹的硅晶园，而是经过掺杂了的N型或者P型硅晶园。这是一套非常复杂的工艺，用到很多不同种类的化学药品。做完这一步，晶园才可以交付到半导体芯片制作工厂。,晶圆的尺寸,我们一般会听到是几寸的晶圆厂。一般现在有6寸,8寸,12寸晶圆。正在研究16寸400mm晶圆。这里的几寸是指Wafer的直径。1英寸=25.4mm，6寸晶圆就是直径为150mm的晶圆。8寸 200mm,12寸 300mm。,封装测试厂,封装测试生产流程：点INK(晶圆来料测试）Grading研磨SAWING划片die bonding固晶Wire Bo

6、nding固线Molding封胶Tirm From切筋Test测试包装一般制程工序流程分为前/后道。前道：Grading,Sawing,die bond,wire bond.后道：Molding,Tirm From,Test,Packing,IC封测,晶圆,形成,Inking 机,此工序主要针对Wafer测试。晶圆厂出厂的晶圆不是全是好的。只是那边测试,会给个MAP图标注！那边是坏die,那些是好die,所以一般此工序好多工厂是不会在测试，除了特别需求。,Grading研磨减薄,Grading研磨将从晶圆厂出来的Wafer进行背面研磨，来减薄晶圆达到 封装需要的厚度；磨片时，需要在正面（Act

7、ive Area）贴胶带保护电路区域 同时研磨背面。研磨之后，去除胶带，测量厚度；,Taping粘胶带,BackGrinding磨片,De-Taping去胶带,设备操作页面,SAWING 切割晶圆切割（Die saw)，有时也叫“划片”(Dicing)。一个Wafer上做出来的独立的IC有几百个到几千个甚至上万个，切割的目的是将整个晶圆上每一个独立的IC通过高速旋转的金刚石刀片切割开来,将晶圆粘贴在蓝膜（Mylar）上，使得 即使被切割开后，不会散落；通过Saw Blade将整片Wafer切割成一 个个独立的Dice，方便后面的 Die Attach 等工序；Wafer Wash主要清洗Saw

8、时候产生的各种粉尘，清洁Wafer；UV光照，光照后，底下贴膜不会沾的太紧。,Wafer Mount晶圆安装贴蓝膜,Wafer Saw晶圆切割,Wafer Wash清洗,UV光照,Die bonding固晶/装片DB就是把芯片装配到框架上去,银浆成分为环氧树脂填充金属粉末（Ag）；有三个作用：将Die固定在Die Pad，散热作用，导电作用；,Write Epoxy点银浆,Die Attach芯片粘接,Epoxy Cure银浆固化,Epoxy Storage：零下50度存放；,Epoxy Aging：使用之前回温24H，除去气泡；,Epoxy Writing：点银浆于L/F的Pad上，Patt

9、ern可选；,引线框架,【Lead Frame】引线框架提供电路连接和Die的固定作用；主要材料为铜，会在上面进行镀银、NiPdAu等材料；易氧化，存放于氮气柜中，湿度小 于40%RH;晶圆和芯片除了生产需要都是存储于氮气柜中,图解操作,Wire bonding固线/键合,WB目的:为了使芯片能与外界传送及接收信号，就必须在芯片的接触电极与框架的引脚之间，一个一个对应地用键合线连接起来，这个过程叫键合。线分为：金线，银线，铜线，铝线金线采用的是99.99%的高纯度金；同时，出于成本考虑，目前有采用铜 线和铝线工艺的。优点是成本降低，同时工艺难度加大，良率降低；,如何固线,Key Words：C

10、apillary：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个 Bonding Tool，内部为空心，中间穿上金线，并 分别在芯片的Pad和Lead Frame的Lead上形成第 一和第二焊点；EFO：打火杆。用于在形成第一焊点时的烧球。打火杆打火形成高温，将外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊点（Bond Ball）；Bond Ball：第一焊点。指金线在Cap的作用下，在Pad上形成的焊接点，一般为一个球形；Wedge：第二焊点。指金线在Cap的作用下，在Lead Frame上形成的焊接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；W/B四要素：压力（Force）、超声（US

11、G Power）、时间（Time）、温度（Temperature）；,Company Logo,EFO打火杆在磁嘴前烧球,Cap下降到芯片的Pad上，在压力和超声形成第一焊点,Cap牵引金线上升,Cap下降到Lead Frame形成焊接,Cap侧向划开，将金线切断，形成鱼尾,Cap上提，完成一次动作,Cap运动轨迹形成良好的Wire Loop,封装 Molding,主电控,LF进料,塑封料进料,LF Shifter,模具预热台,出料手臂,进料手臂,模具,产品出料,去残胶/塑封料进料,Auto Mold模机器构造,Molding,MD(封胶）的作用：是为了保护器件不受环境影响（外部冲击，热及水伤

12、）而能长期可靠工作,在表面封一层胶。封装形式按封装材料划分为：金属封装、陶瓷封装、塑料封装。塑料封装材料：环氧树脂塑封料。存储温度：-15-5度。使用前从冰库拿出，回温24H,除回温时间，可使用时间48H。也就是说暴露在空气中72小时后不可使用。,如何封装,此过程分为三段时间：溶解时间，注胶时间，固化时间。整个时间一般在30秒以上。一般在40S左右。,Molding Cycle,L/F置于模具中，每个Die位于Cavity。模具合模-块状EMC放入模具孔中,-高温下，EMC开始熔化，顺着轨道流向Cavity中,-从底部开始，逐渐覆盖芯片,-完全覆盖包裹完毕，并成型固化,常见封装形式,DIP 双

13、列直插式封装；SIP 单列直插式封装,DIP,SOP,SOP 小型双列鸥翼封装；SSOP更小型SOP;QFP 四边带引线的扁平封装,QFP,加前缀“F”为带散热片加前缀“S”为缩小型“T”为薄型；”C”为陶瓷；P为塑料,FSIP,PGA 针栅阵列封装；BGA 球栅阵列封装,PGA,BGA,烤箱,将封好胶的芯片，放入烤箱烘烤。此步骤主要是作用：保护IC内部结构，消除内部氧气，水珠，应力等。烤箱温度在125度左右，历时5H左右。,电镀,电镀是金属和化学的方法，在Leadframe的表面 镀上一层镀层，以防止外界环境的影响（潮湿 和热）。并且使元器件在PCB板上容易焊接及提高导电性。引线脚的后处理工

14、艺有：电镀（Solder Plating)和浸锡（Solder Dipping)两种。电镀成分，通常有纯锡、和锡铅电镀两种。,没电镀前,电镀后,X-Ray,X-Ray设备：X-Ray机器内部产生X光照射IC产品，可透过表面胶体，看清芯片内部状况。如金线是否弯曲、断裂、弧度高度，die是否偏位等。,Trim Form切筋成型T/F：把塑封后的框架上的制品分割成一个一个的IC产品。,冲塑,切筋,切脚,冲弯,切吊筋,Lask Marking 打字/印字,利用激光在封胶体上刻字。如标准商标，产品型号等。机器上有个激光头产生激光源，将电脑设计好的图标与文字打印在封胶体上。,JKai,测试：Test,测试

15、工序是确保向客户提供产品的电气性能符合要求的关键工序.它利用与中测相类似的测试台以及自动分选器，测定IC的电气特性，把良品、不良品区分开来.测试按功能可分为DC测试（直流特性）、AC测试（交流特性或timing特性）及FT测试（逻辑功能测试）三大类。同时还有一些辅助工序，如BT老化、插入、拔出、实装测试、电容充放电测试等。外观测试：它通过IC的图像二元化分析与测试。检查IC的管脚（如管脚形状、间距、平坦度、管脚间异物等）、树脂（异物附着、树脂欠缺）、打印（打印偏移、欠缺）、IC方向等项目，并分拣出外观不合格品。,包装Packing,包装的主要目的是保证运输过程中的产品安全，及长期存放时的产品可

16、靠性。因此对包装材料的强度、重量、温湿度特性、抗静电性能都有一定的要求。包装按容器形态可分为载带包装、托盘包装及料管包装；按干燥形态可分为简易干包、完全干包及通常包装；按端数形态又可分为满杯（满箱）包装与非满杯包装。一般采用托盘完全干包。采用真空抽压的方法,Wafer Incoming晶圓,是否需要研磨,貼膠布Taping Wafer,研磨Grinding Wafer,撕膠布Detaping Wafer,是否使用UV Tape,貼晶圓Wafer Mount(Blue Tape),貼晶圓Wafer Mount(UV Tape),晶圓切割Wafer Saw,晶圓清洗Wafer Clean,晶圓檢驗

17、PSI,是否照UV,No,Yes,Yes,No,紫外線照射UV,接下頁,Yes,No,封装测试整体流程细则,銀膠烘烤Epoxy Cure,推力試驗Pushing Test,電漿清洗Plasma,特殊產品,一般產品,接線拉力推球試驗Wire Pull&Ball,接線Wire Bond,是否需要覆晶,前段製程完成,Yes,No,覆晶膠Die Coating,覆晶膠烘烤Coating Cure,接下頁,接線目檢PBI,上 片Die Bond,No,Yes,烘 烤Cureing,植 散 熱 片,電漿清洗Plasma,No,壓 模Molding,蓋 背 印Back Mark,壓模後烘烤Postmold

18、Cure,接下 頁,是否為 BGA 產品,BGA 產品,點膠 Wire Coating,是否需要植散熱片,Yes,正 印 烘 烤Mark Cure,切 連 桿Deiunk,切 單Sigulation,彎 腳 裝 盤Lead Trim&Form,測 球Ball Scan,彎 腳 裝 盤Lead Trim&Form,後 站 製 程 完 成,测试/检测F V I,包 裝 出 貨,一般產品,PDIP 產品,BGA 產品,切連桿Dejunk,除 膠 渣Deflsh,除 膠 渣Deflsh,電 鍍Solder Plating,電 鍍Solder Plating,蓋 正 印Mark,蓋 正 印Mark,正

19、印 烘 烤Mark Cure,植 球Ball Mount,水 洗D.I.Water,過 IRIR-Reflow,為何種產品,2003.4,營業一部,中国IC企業分布图,上海市 ShanghaiChipPAC、Amkor、Intel、IBM松下Simconix、Chipmos、Liteon、Vishay、華旭威宇(GAPT)、凱虹(DIODES)、捷敏(GEM)Alphatec、日月光、宏盛、泰隆(ACE)、尼赛拉中芯(SMIC)、貝岑(UMC)、宏力(GSMC)華虹NEC、先進(ASMC)、台積電(TSMC),蘇州市 Suzhou瑞萨、SAMSUNG、飞索、PHILIPS、松下National

20、 Semiconductor、EPSON、SANYOFairchild Semiconductor、巨豊KASEN、SPIL和艦(UMC)、旺宏(Macronix),無錫市 WuxiTOSHIBA、INFENION、AUK、華润、矽格、敦南、華晶,南通市NantongFUJITSU,江陰市Jiangin長電科技,寧波市 ninbao明昕、元泰、中緯、元泰,紹興市 Shaohsin華越芯装、華越电子,天津市TianjingMotorola,北京市 Beijing首鋼NEC、瑞萨、東光首鋼NEC、訊創、中芯環球、燕東,深圳市*广东GuangdonST、南科、GSMC、广半、风华、南科,天水市華天,楽山市ON SEMIPhoenix，INTEL,：Assembly：FAB,杭州市 HangzhouHANA（嘉兴）士兰微电子,广西+贵州Sichun斯壮（桂林）永光（贵阳）,The End.Thank You.,