半导体相关技术及流程.ppt

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1400 C 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 INFEN