半導體相關技術及流程.ppt

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半導體知識介紹 陳燦文 2012.3.26內容1.半導體相關知識介紹2.半導體產業介紹3.半導體晶圓制造4.半導體封裝測試5.封裝形式介紹6.封裝測試廠流程細則7.半導體中國產業分布,著名半導體廠制程相關:晶圓制造工藝的微米是指IC內電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展,。密度愈高的IC電路設計,意味著在同樣大小面積的IC中,可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。微電子技術的發展與進步,主要是靠工藝技術的不斷改進,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。引腳大小及個數封裝形式半導體生產環境:無塵室「無塵室」是指將一定空間范圍內之空氣中的微粒子、有害空氣、細菌等之污染物排除,并將室內之溫度、濕度、潔凈度、室內壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動及照明、靜電控制在某一需求范圍內,而所給予特別設計的車間。無塵室的等級潔凈度級別        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等級概念:如1000級,每立方英尺內,大于等于0.5的灰塵顆粒不能超過1000顆IC產業鏈芯片制作完整過程包括 :芯片設計、晶圓制造、芯片生產(封裝、測試)等幾個環節。芯片設計晶圓制造,FAB晶圓廠。芯片封裝 芯片測試設計晶圓制造芯片封測封裝測試廠Customer客 戶IC DesignIC設計Wafer Fab晶圓制造Wafer Probe晶圓測試Assembly& TestIC 封裝測試SMTIC組裝IC產業鏈IC微電子技術 IC整體流程簡介一顆完整的芯片制造出需要經過300多道工序,歷時3個月。半導體晶圓制造: Wafer Fabrication 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,成產的成本越低,但對工藝就要求的越高。石英/沙子一定純度的硅(多晶硅)純硅初步提純高度提純溶解單晶硅晶棒經過一系列的操作拉單晶多晶硅硅錠中晶體的晶向是雜亂無章的,如果使用它來制作半導體器件,其電學特性將非常糟糕,所以必須把多晶硅制作成單晶硅,這個過程可以形象地稱作拉單晶(Crystal Pulling)。將高純度的多晶硅碾碎,放入石英坩堝,加高溫到1400°C,注意反應的環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了。經過切片后產生真正成型的晶園。半導體工業使用的晶園并不是純粹的硅晶園,而是經過摻雜了的N型或者P型硅晶園。這是一套非常復雜的工藝,用到很多不同種類的化學藥品。做完這一步,晶園才可以交付到半導體芯片制作工廠。晶圓的尺寸我們一般會聽到是幾寸的晶圓廠。一般現在有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。封裝測試廠封裝測試生產流程:點INK(晶圓來料測試)——Grading研磨——SAWING劃片——die bonding固晶——Wire Bonding固線——Molding封膠——Tirm From切筋——Test測試——包裝一般制程工序流程分為前/后道。前道:Grading,Sawing,die bond,wire bond.后道:Molding,Tirm From,Test,PackingIC封測晶圓形成Inking 機此工序主要針對Wafer測試。晶圓廠出廠的晶圓不是全是好的。只是那邊測試,會給個MAP圖標注!那邊是壞die,那些是好die,所以一般此工序好多工廠是不會在測試,除了特別需求。Grading研磨——減薄Grading研磨將從晶圓廠出來的Wafer進行背面研磨,來減薄晶圓達到 封裝需要的厚度;磨片時,需要在正面(Active Area)貼膠帶保護電路區域 同時研磨背面。研磨之后,去除膠帶,測量厚度;Taping粘膠帶BackGrinding磨片De-Taping去膠帶設備操作頁面SAWING 切割 晶圓切割(Die saw),有時也叫“劃片”(Dicing)。一個Wafer上做出來的獨立的IC有幾百個到幾千個甚至上萬個,切割的目的是將整個晶圓上每一個獨立的IC通過高速旋轉的金剛石刀片切割開來將晶圓粘貼在藍膜(Mylar)上,使得 即使被切割開后,不會散落;通過Saw Blade將整片Wafer切割成一 個個獨立的Dice,方便后面的 Die Attach 等工序;Wafer Wash主要清洗Saw時候產生的各種粉塵,清潔Wafer;UV光照,光照后,底下貼膜不會沾的太緊。Wafer Mount晶圓安裝貼藍膜Wafer Saw晶圓切割Wafer Wash清洗UV光照Die bonding固晶/裝片 DB就是把芯片裝配到框架上去銀漿成分為環氧樹脂填充金屬粉末(Ag);有三個作用:將Die固定在Die Pad,散熱作用,導電作用; Write Epoxy點銀漿Die Attach芯片粘接Epoxy Cure銀漿固化Epoxy Storage: 零下50度存放;Epoxy Aging: 使用之前回溫24H,除去氣泡;Epoxy Writing: 點銀漿于L/F的Pad上,Pattern可選;引線框架【Lead Frame】引線框架提供電路連接和Die的固定作用;主要材料為銅,會在上面進行鍍銀、 NiPdA。省略部分。LF進料塑封料進料 LF Shifter模具預熱臺 出料手臂 進料手臂 模具 產品出料去殘膠/塑封料進料 Auto Mold模機器構造MoldingMD(封膠)的作用:是為了保護器件不受環境影響(外部沖擊,熱及水傷)而能長期可靠工作,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:環氧樹脂塑封料。 存儲溫度:-15-5度。使用前從冰庫拿出,回溫24H,除回溫時間,可使用時間48H。也就是說暴露在空氣中72小時后不可使用。如何封裝此過程分為三段時間:溶解時間,注膠時間,固化時間。整個時間一般在30秒以上。一般在40S左右。Molding CycleL/F置于模具中,每個Die位于Cavity。模具合模-塊狀EMC放入模具孔中-高溫下,EMC開始熔化,順著軌道流向Cavity中-從底部開始,逐漸覆蓋芯片-完全覆蓋包裹完畢,并成型固化常見封裝形式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 PGABGA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IC內部結構,消除內部氧氣,水珠,應力等??鞠錅囟仍?25度左右,歷時5H左右。電鍍 電鍍是金屬和化學的方法,在Leadframe的表面 鍍上一層鍍層,以防止外界環境的影響(潮濕 和熱)。并且使元器件在PCB板上容易焊接及提高導電性。引線腳的后處理工藝有:電鍍( Solder Plating)和浸錫(Solder Dipping)兩種。電鍍成分,通常有純錫、和錫鉛電鍍兩種。沒電鍍前電鍍后X-RayX-Ray設備:X-Ray機器內部產生X光照射IC產品,可透過表面膠體,看清芯片內部狀況。如金線是否彎曲、斷裂、 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個一個的IC產品。沖塑切筋切腳沖彎切吊筋Lask Marking 打字/印字利用激光在封膠體上刻字。如標準商標,產品型號等。機器上有個激光頭產生激光源,將電腦設計好的圖標與文字打印在封膠體上。JKai測試:Test 測試工序是確保向客戶提供產品的電氣性能符合要求的關鍵工序. 它利用與中測相類似的測試臺以及自動分選器,測定IC的電氣特性,把良品、不良品區分開來. 測試按功能可分為DC測試(直流特性)、AC測試(交流特性或timing特性)及FT測試(邏輯功能測試)三大類。同時還有一些輔助工序,如BT老化、插入、拔出、實裝測試、電容充放電測試等。 外觀測試:它通過IC的圖像二元化分析與測試。檢查IC的管腳(如管腳形狀、間距、平坦度、管腳間異物等)、樹脂(異物附著、樹脂欠缺)、打?。ù蛴∑?、欠缺)、IC方向等項目,并分揀出外觀不合格品。包裝Packing包裝的主要目的是保證運輸過程中的產品安全,及長期存放時的產品可靠性。因此對包裝材料的強度、重量、溫濕度特性、抗靜電性能都有一定的要求。包裝按容器形態可分為載帶包裝、托盤包裝及料管包裝;按干燥形態可分為簡易干包、完全干包及通常包裝;按端數形態又可分為滿杯(滿箱)包裝與非滿杯包裝。一般采用托盤完全干包。采用真空抽壓的方法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封裝測試整體流程細則銀膠烘烤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 站 製 程 完 成測試/檢測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營業一部中國IC企業分布圖 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)、尼賽拉中芯(SMIC)、貝岑(UMC)、宏力(GSMC) 華虹NEC、先進(ASMC)、臺積電(TSMC)蘇州市 Suzhou瑞薩、 SAMSUNG、 飛索、 PHILIPS、松下National Semiconductor、EPSON、SANYOFairchild Semiconductor、巨豊KASEN 、SPIL和艦(UMC)、旺宏(Macronix)無錫市 WuxiTOSHIBA、INFENION、AUK、華潤、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華越芯裝、華越電子天津市TianjingMotorola 北京市 Beijing首鋼NEC、瑞薩、東光首鋼NEC、訊創、中芯環球、燕東深圳市*廣東GuangdonST、南科、GSMC、廣半、風華、南科天水市華天楽山市ON SEMIPhoenix,INTEL■:Assembly ■:FAB杭州市 HangzhouHANA(嘉興)士蘭微電子廣西+貴州Sichun斯壯(桂林)永光(貴陽) The End... Thank You...
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