半导体相关技术及流程.pptx

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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。

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）0.10.20.30.55.01357.531NA10350753010NA100NA750300100NA1000NANANA1000710000NANANA1000070100000NANANA100000700等级概念：

如1000级，每立方英尺内,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,ICDesignIC设计,WaferFab晶圆制造,WaferProbe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：

WaferFabrication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（CrystalPulling）。

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，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diebonding固晶WireBonding固线Molding封胶TirmFrom切筋Test测试包装一般制程工序流程分为前/后道。

前道：

Grading,Sawing,diebond,wirebond.后道：

Molding,TirmFrom,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（ActiveArea）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（Diesaw），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SawBlade将整片Wafer切割成一个个独立的Dice，方便后面的DieAttach等工序；WaferWash主要清洗Saw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。

WaferMount晶圆安装贴蓝膜,WaferSaw晶圆切割,WaferWash清洗,UV光照,Diebonding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DiePad，散热作用，导电作用；,WriteEpoxy点银浆,DieAttach芯片粘接,EpoxyCure银浆固化,EpoxyStorage：

零下50度存放；,EpoxyAging：

使用之前回温24H，除去气泡；,EpoxyWriting：

点银浆于L/F的Pad上，Pattern可选；,引线框架,【LeadFrame】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,Wirebonding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,KeyWords：

Capillary：

陶瓷劈刀。

W/B工艺中最核心的一个BondingTool，内部为空心，中间穿上金线，并分别在芯片的Pad和LeadFrame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（BondBall）；BondBall：

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LeadFrame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（USGPower）、时间（Time）、温度（Temperature）；,CompanyLogo,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LeadFrame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WireLoop,封装Molding,主电控,LF进料,塑封料进料,LFShifter,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,AutoMold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）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。

MoldingCycle,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。

引线脚的后处理工艺有：

电镀（SolderPlating）和浸锡（SolderDipping）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。

TrimForm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,LaskMarking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,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EpoxyCure,推力試驗PushingTest,電漿清洗Plasma,特殊產品,一般產品,接線拉力推球試驗WirePull&Ball,接線WireBond,是否需要覆晶,前段製程完成,Yes,No,覆晶膠DieCoating,覆晶膠烘烤CoatingCure,接下頁,接線目檢PBI,上片DieBond,No,Yes,烘烤Cureing,植散熱片,電漿清洗Plasma,No,壓模Molding,蓋背印BackMark,壓模後烘烤PostmoldCure,接下頁,是否為BGA產品,BGA產品,點膠WireCoating,是否需要植散熱片,Yes,正印烘烤MarkCure,切連桿Deiunk,切單Sigulation,彎腳裝盤LeadTrim&Form,測球BallScan,彎腳裝盤LeadTrim&Form,後站製程完成,测试/检测FVI,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NationalSemiconductor、EPSON、SANYOFairchildSemiconductor、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ONSEMIPhoenix，INTEL,：

Assembly：

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