1、半导体知识介绍 陈灿文 2012.3.26内容内容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
2、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，每立方英尺内,
3、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客客 户户IC DesignIC设计设计Wafer Fab晶圆制造晶圆制造Wafer Probe晶圆测试晶圆测试Assembly&TestIC 封装测试封装测试SMTIC组装组装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出
4、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n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)。n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)。n精确的控制温度，单晶硅就随着晶种
5、被拉出来了。n经过切片后产生真正成型的晶园。n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 Bonding固线Mol
6、ding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,PackingIC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将从晶圆厂出来的Wafer进行背面研磨，来减薄晶圆达到进行背面研磨，来减薄晶圆达到 封装需要的厚度；封装需要的厚度；
7、磨片时，需要在正面（磨片时，需要在正面（Active Area）贴胶带保护电路区域）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；同时研磨背面。研磨之后，去除胶带，测量厚度；Taping粘胶带粘胶带BackGrinding磨片磨片De-Taping去胶带去胶带设备操作页面SAWING 切割晶圆切割（晶圆切割（Die saw)Die saw)，有时也叫，有时也叫“划片划片”(Dicing)(Dicing)。一个。一个WaferWafer上做出来的上做出来的独立的独立的ICIC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有几百个到几千个甚至上万个，切割的目的是将整个
8、晶圆上每一个独立的独立的ICIC通过高速旋转的金刚石刀片切割开来通过高速旋转的金刚石刀片切割开来将晶圆粘贴在蓝膜（将晶圆粘贴在蓝膜（Mylar）上，使得）上，使得 即使被切割开后，不会散落；即使被切割开后，不会散落；通过通过Saw Blade将整片将整片Wafer切割成一切割成一 个个独立的个个独立的Dice，方便后面的，方便后面的 Die Attach 等工序；等工序；Wafer Wash主要清洗主要清洗Saw时候产生的各种粉尘，清洁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。光照，光照后，底下贴膜不会沾的太紧。Wafer Mount晶圆晶圆安装安装贴蓝膜贴蓝
9、膜Wafer Saw晶圆切割晶圆切割Wafer Wash清洗清洗UV光照光照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（银浆成分为环氧树脂填充金属粉末（Ag）；）；有三个作用：将有三个作用：将Die固定在固定在Die Pad，散热作用，导电作用；，散热作用，导电作用；Write Epoxy点银浆点银浆Die Attach芯片粘接芯片粘接Epoxy Cure银浆固化银浆固化Epoxy Storage：零下零下50度存放；度存放；Epoxy Aging：使用之前回使用之前回温温24H，除去气除去气泡泡；Epoxy Writing：点银浆于点银浆于L/
10、F的的Pad上，上，Pattern可选可选；引线框架【Lead Frame】引线框架引线框架提供电路连接和提供电路连接和Die的固定作用；的固定作用；主要材料为铜，会在上面进行镀银、主要材料为铜，会在上面进行镀银、NiPdAu等材料；等材料；易氧化，存放于氮气柜中，湿度小易氧化，存放于氮气柜中，湿度小 于于40%RH;晶圆和芯片除了生产需要都是存储于氮气柜中晶圆和芯片除了生产需要都是存储于氮气柜中图解操作競寞芯片簿膜吸嘴抓片头校正台圆片簿膜装片头框架银浆分配器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
11、合线连接起来，这个过程叫键合。线分为：金线，银线，铜线，铝线金线采用的是金线采用的是99.99%的高纯度金；的高纯度金；同时，出于成本考虑，目前有采用铜同时，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，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；同时工艺难度加大，良率降低；如何固线Key Words：Capillary：陶瓷劈刀。：陶瓷劈刀。W/B工艺中最核心的一个工艺中最核心的一个 Bonding Tool，内部为空心，中间穿上金线，并，内部为空心，中间穿上金线，并 分别在芯片的分别在芯片的Pad和和Lead Frame的的Lead上形成第上形成第 一和第二焊
12、点；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：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，将外露于外露于Capillary前端的金线高温熔化成球形，以便在前端的金线高温熔化成球形，以便在Pad上形成第一焊点上形成第一焊点（Bond Ball）；）；Bond Ball：第一焊点。指金线在：第一焊点。指金线在Cap的作用下，在的作用下，在Pad上形成的焊接点，上形成的焊接点，一般为一个球形；一般为一个球形；Wedge：第二焊点。指金线在：第二焊点。指金线在Cap的作用下，在的作用下，在Lead Frame上形成的焊上形成的焊接点，一般为月牙形（或
13、者鱼尾形）；接点，一般为月牙形（或者鱼尾形）；W/B四要素：压力（四要素：压力（Force）、超声（）、超声（USG Power）、时间（）、时间（Time）、）、温度（温度（Temperature）；）；Company LogoEFO打火杆在打火杆在磁嘴前烧球磁嘴前烧球Cap下降到芯片的下降到芯片的Pad上上，在压力和超声形成，在压力和超声形成第一焊点第一焊点Cap牵引金牵引金线上升线上升Cap下降到下降到Lead Frame形成焊接形成焊接Cap侧向划开，将金侧向划开，将金线切断，形成鱼尾线切断，形成鱼尾Cap上提，完成一次上提，完成一次动作动作Cap运动轨迹形成运动轨迹形成良好的良好的W
14、ire 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 MoldAuto Mold模机器构造模机器构造MoldingMD(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
15、在30秒以上。一般在40S左右。Molding CycleL/F置于模具中，每个置于模具中，每个Die位于位于Cavity。模具合。模具合模模-块状块状EMC放入模具孔中放入模具孔中-高温下，高温下，EMC开始开始熔化，顺着轨道流熔化，顺着轨道流向向Cavity中中-从底部开始，逐渐从底部开始，逐渐覆盖芯片覆盖芯片-完全覆盖包裹完毕完全覆盖包裹完毕，并成型并成型固化固化常见封装形式DIP 双列直插式封装；SIP 单列直插式封装DIPSOP 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
16、塑料FSIPPGA 针栅阵列封装；BGA 球栅阵列封装 PGABGA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（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-RayX-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
17、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。JKaiJKai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
18、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
19、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PSI是否照UVNoYesYesNo紫外線照射UV接下頁YesNo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特殊產品特殊產品一般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
20、覆晶前段製程完成YesNo覆晶膠Die Coating覆晶膠烘烤Coating Cure接下頁接線目檢PBI上 片Die BondNoYes烘 烤Cureing植 散 熱 片電漿清洗PlasmaNo壓 模Molding蓋 背 印Back Mark壓模後烘烤Postmold 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後後 站站 製製 程程 完完 成成测
21、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 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
22、、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 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.The End.Thank You.Thank You.
