IC封装制程1998.docx

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1、 半導體的的產品很多多，應用的的場合非常常廣泛，圖圖一是常見見的幾種半半導體元件件外型。半半導體元件件一般是以以接腳形式式或外型來來劃分類別別，圖一中中不同類別別的英文縮縮寫名稱原原文為PDID：Plasstic Duall Inlline PackkageSOP：SSmalll Outtlinee PacckageeSOJ：SSmalll Outtlinee J-LLead PackkagePLCC：Plasstic Leadded CChip CarrrierQFP：QQuad Flatt PacckageePGA：PPin GGrid ArraayBGA：BBall Gridd Arrr

2、ay 雖然半半導體元件件的外型種種類很多，在在電路板上上常用的組組裝方式有有二種，一一種是插入入電路板的的銲孔或腳腳座，如PPDIP、PGA，另另一種是貼貼附在電路路板表面的的銲墊上，如如SOP、SOJ、PLCCC、QFP、BGA。 從半導體體元件的外外觀，只看看到從包覆覆的膠體或或陶瓷中伸伸出的接腳腳，而半導導體元件真真正的的核核心，是包包覆在膠體體或陶瓷內內一片非常常小的晶片片，透過伸伸出的接腳腳與外部做做資訊傳輸輸。圖二是是一片EPPROM元元件，從上上方的玻璃璃窗可看到到內部的晶晶片，圖三三是以顯微微鏡將內部部的晶片放放大，可以以看到晶片片以多條銲銲線連接四四周的接腳腳，這些接接腳向外

3、延延伸並穿出出膠體，成成為晶片與與外界通訊訊的道路。請請注意圖三三中有一條條銲線從中中斷裂，那那是使用不不當引發過過電流而燒燒毀，致使使晶片失去去功能，這這也是一般般晶片遭到到損毀而失失效的原因因之一。圖四是常見見的LEDD，也就是是發光二極極體，其內內部也是一一顆晶片，圖圖五是以顯顯微鏡正視視LED的頂頂端，可從從透明的膠膠體中隱約約的看到一一片方型的的晶片及一一條金色的的銲線，若若以LEDD二支接腳腳的極性來來做分別，晶晶片是貼附附在負極的的腳上，經經由銲線連連接正極的的腳。當LLED通過過正向電流流時，晶片片會發光而而使LEDD發亮，如如圖六所示示。 半導體體元件的製製作分成兩兩段的製造

4、造程序，前前一段是先先製造元件件的核心晶片，稱稱為晶圓製製造；後一一段是將晶晶中片加以以封裝成最最後產品，稱稱為IC封裝製製程，又可可細分成晶晶圓切割、黏黏晶、銲線線、封膠、印印字、剪切切成型等加加工步驟，在在本章節中中將簡介這這兩段的製製造程序。 須經過下下列主要製製程才能製製造出一片片可用的晶晶片，以下下 是各製程程 的介紹：（）長晶晶（CRYYSTALLGROWWTH）： 長晶是是從矽沙中中(二氧化矽矽)提鍊成單單晶矽，製製造過 程是將矽矽石(Siilicaa)或矽酸酸鹽 (Siliicatee) 如如同冶金一一樣，放入入爐中熔解解提鍊，形形成冶金級級矽。冶金金級矽中尚尚含有雜質質，接下

5、來來用分餾及及還原的方方法將其純純化，形成成電子級矽矽。雖然電電子級矽所所含的矽的的純度很高高，可達 99.99999 999999 %，但但是結晶方方式雜亂，又又稱為多晶晶矽，必需需重排成單單晶結構，因因此將電子子級矽置入入坩堝內加加溫融化，先先將溫度降降低至一設設定點，再再以一塊單單晶矽為晶晶種，置入入坩堝內，讓讓融化的矽矽沾附在晶晶種上，再再將晶種以以邊拉邊旋旋轉方式抽抽離坩堝，而而沾附在晶晶種上的矽矽亦隨之冷冷凝，形成成與晶種相相同排列的的結晶。隨隨著晶種的的旋轉上升升，沾附的的矽愈多，並並且被拉引引成表面粗粗糙的圓柱柱狀結晶棒棒。拉引及及旋轉的速速度愈慢則則沾附的矽矽結晶時間間愈久，

6、結結晶棒的直直徑愈大，反反之則愈小小。 右右圖(摘自中德德公司目錄錄)為中德電電子材料公公司製作的的晶棒(長度達一一公尺，重重量超過一一百公斤)。 （）切片片（SLIICINGG）：從坩坩堝中拉出出的晶柱，表表面並不平平整，經過過工業級鑽鑽石磨具的的加工，磨磨成平滑的的圓柱，並並切除頭尾尾兩端錐狀狀段，形成成標準的圓圓柱，被切切除或磨削削的部份則則回收重新新冶煉。接接著以以高高硬度鋸片片或線鋸將將圓柱切成成片狀的晶晶圓(Waafer) (摘自自中德公司司目錄)。 （）邊緣緣研磨（EEDGEGRINNDINGG）：將片片狀晶圓的的圓周邊緣緣以磨具研研磨成光滑滑的圓弧形形，如此可可(1)防止止邊緣

7、崩裂裂，(2)防止在後後續的製程程中產生熱熱應力集中中，(3)增加未來來製程中鋪鋪設光阻層層或磊晶層層的平坦度度。 （）研磨磨（LAPPPINGG）與蝕刻刻（ETCCHINGG）：由於於受過機械械的切削，晶晶圚表面粗粗糙，凹凸凸不平，及及沾附切屑屑或污漬，因因此先以化化學溶液(HF/HHNO3)蝕刻(Ettchinng)，去去除部份切切削痕跡，再再經去離子子純水沖洗洗吹乾後，進進行表面研研磨拋光，使使晶圓像鏡鏡面樣平滑滑，以利後後續製程。研研磨拋光是是機械與化化學加工同同時進行，機機械加工是是將晶圓放放置在研磨磨機內，將將加工面壓壓貼在研磨磨墊(Poolishhing Pad)磨擦，並並同時滴

8、入入具腐蝕性性的化學溶溶劑當研磨磨液，讓磨磨削與腐蝕蝕同時產生生。研磨後後的晶圓需需用化學溶溶劑清除表表面殘留的的金屬碎屑屑或有機雜雜質，再以以去離子純純水沖洗吹吹乾，準備備進入植入入電路製程程。（5）退火火（ANNNEALIING）： 將將晶片在嚴嚴格控制的的條件下退退火，以使使晶片的阻阻質穩定。（6）拋光光（POLLISHIING）： 晶晶片小心翼翼翼地拋光光，使晶片片表面光滑滑與平坦，以以利將來再再加工。（7）洗淨淨（CLEEANINNG）： 以以多步驟的的高度無污污染洗淨程程序包含含各種高度度潔淨的清清洗液與超超音動處理理除去晶晶片表面的的所有污染染物質，使使晶片達到到可進行晶晶片加工

9、的的狀態。（8）檢驗驗（INSSPECTTION）：晶片片在無塵環環境中進行行嚴格的檢檢查，包含含表面的潔潔淨度、平平坦度以及及各項規格格以確保品品質符合顧顧客的要求求。（9）包裝裝（PACCKINGG）： 通通過檢驗的的晶片以特特殊設計的的容器包裝裝，使晶片片維持無塵塵及潔淨的的狀態，該該容器並確確保晶片固固定於其中中，以預防防搬運過程程中發生的的振動使晶晶片受損。 經過晶圓圓製造的步步驟後，此此時晶圓還還沒任何的的功能，所所以必須經經過積體電電路製程，才才可算是一一片可用的的晶圓。 以以下是積體體電路製程程的流程圖圖：磊晶 微微影 氧化 擴散 蝕刻 金屬連連線 磊晶(Eppitoxxy)

10、指指基板以外外依元件製製程需要沉沉積的薄膜膜材料，其其原理可分分為：() 液液相磊晶 (Liqquid Phasse Eppitoxxy，LPE) LLPE 的的晶體成長長是在基板板上將熔融融態的液體體材料直接接和晶片接接觸而沉積積晶膜，特特別適用於於化 合物半半導體元件件，尤其是是發光元件件。 () 氣氣相磊晶 (Vappor PPhasee Epiitoxyy，VPE) VVPE 的原理是是讓磊晶原原材料以氣氣體或電漿漿粒子的形形式傳輸至至晶片表面面，這些粒粒子在失去去部份的動動能後被晶晶片表面晶晶格吸附 (Adssorb)，通常晶晶片會以熱熱的形式提提供能量給給粒子，使使其游移至至晶格位

11、置置而凝結 (Conndenssatioon)。在在此同時粒粒子和晶格格表面原子子因吸收熱熱能而脫離離晶片表面面稱之為解解離 (DDesorrb)，因因此 VPPE 的程程序其實是是粒子的吸吸附和解離離兩種作用用的動態平平衡結果，如如下圖所示示。 VVPE 依依反應機構構可以分成成 () 化學氣氣相沉積 (Cheemicaal Vaapor Depoositiion，CVD) 和 () 物理氣氣相沉積 (Phyysicaal Vaapor Depoositiion，PVD) 兩種技技術。 CCVD 大大致是應用用在半導體體晶膜和氧氧化層的成成長。 PPVD 主主要適用於於金屬接點點連線的沉沉積

12、。() 分分子束磊晶晶 (Moolecuular Beamm Epiitoxyy，MBE) MMBE 是是近年來最最熱門的磊磊晶技術，無無論是 IIII-VV、II-VVI 族化化合物半導導體、Sii 或者 SiixGe11-x等材材料的薄膜膜特性，為為所有磊晶晶技術中最最佳者。MMBE 的的原理基本本上和高溫溫蒸鍍法相相同，操作作壓力保持持在超真空空 (Ulltra Highh Vaccuum，UHV) 約 10-10 TToor 以下，因因此晶片的的裝載必須須經過閥門門的控制來來維持其真真空度。微影(Liithoggraphhy)微影 (Litthogrraphyy) 技術術是將光罩罩 (

13、Maask) 上的主要要圖案先轉轉移至感光光材料上，利利用光線透透過光罩照照射在感光光材料上，再再以溶劑浸浸泡將感光光材料受光光照射到的的部份加以以溶解或保保留，如此此所形成的的光阻圖案案會和光罩罩完全相同同或呈互補補。由於微微影製程的的環境是採採用黃光照照明而非一一般攝影暗暗房的紅光光，所以這這一部份的的製程常被被簡稱為”黃光”。 為了了加強光阻阻覆蓋的特特性，使得得圖轉移有有更好的精精確度與可可靠度，整整個微影製製程包含了了以下七個個細部動作作。() 表表面清洗：由於晶片片表面通常常都含有氧氧化物、雜雜質、油脂脂和水分子子，因此在在進行光阻阻覆蓋之前前，必須將將它先利用用化學溶劑劑 (甲醇

14、或或丙酮) 去除雜質質和油脂，再再以氫氟酸酸蝕刻晶片片表面的氧氧化物，經經過去離子子純水沖洗洗後，置於於加溫的環環境下數分分鐘，以便便將這些水水分子從晶晶片表面蒸蒸發，而此此步驟則稱稱為去水烘烘烤 (DDehyddratiion BBake)，一般去去水烘烤的的溫度是設設定在 11002200 C 之間間進行。()塗底底 (Prriminng)：用用來增加光光阻與晶片片表面的附附著力，它它是在經表表面清洗後後的晶片表表面上塗上上 一層化合合物，英文文全名為”Hexaamethhyldiisiliizanee”(HMMDS)。HMDSS 塗佈的的方式主要要有兩種，一一是以旋轉轉塗蓋 (Spinn

15、 Coaatingg)，一是是以氣相塗塗蓋 (VVaporr Coaatingg)。前者者是將 HHMDS 以液態的的型式，滴滴灑在高速速旋轉的晶晶片表面，利利用旋轉時時的離心力力，促使 HMDSS 均勻塗塗滿整個晶晶片表面；至於後者者則是將 HMDSS 以氣態態的型式，輸輸入放有晶晶片的容器器中，然後後噴灑在晶晶片表面完完成 HMMDS 的的塗佈。()光阻阻覆蓋：光光阻塗佈也也是以旋轉轉塗蓋或氣氣相塗蓋兩兩種的方式式來進行，亦亦即將光阻阻滴灑在高高速旋轉的的晶片表面面，利用旋旋轉時的離離心力作用用，促使光光阻往晶片片外圍移動動，最後形形成一層厚厚度均勻的的光阻層；或者是以以氣相的型型式均勻地

16、地噴灑在晶晶片的表面面。()軟烤烤 (Sooft BBake)：軟烤也也稱為曝光光前預烤 (Pree-Expposurre Baake) 在曝光之之前，晶片片上的光阻阻必須先經經過烘烤，以以便將光阻阻層中的溶溶劑去除，使使光阻由原原先的液態態轉變成固固態的薄膜膜，並使光光阻層對晶晶片表面的的附著力增增強。()曝光光：利用光光源透過光光罩圖案照照射在光阻阻上，以執執行圖案的的轉移。()顯影影：將曝光光後的光阻阻層以顯影影劑將光阻阻層所轉移移的圖案顯顯示出來。()硬烤烤：將顯影影製程後光光阻內所殘殘餘的溶劑劑加熱蒸發發而減到最最低，其目目的也是為為了加強光光阻的附著著力，以便便利後續的的製程。氧化

17、（Oxxidattion） 氧氧化(Oxxidattion)是半導體體電路製作作上的基本本熱製程。氧氧化製程的的目的是在在晶片表面面形成一層層氧化層，以以保護晶片片免於受到到化學作用用和做為介介電層(絕緣材料料)。擴散（Diiffussion） 擴擴散(Diiffussion)是半導體體電路製作作上的基本本熱製程。其其目的是藉藉由外來的的雜質，使使原本單純純的半導體體材料的鍵鍵結型態和和能隙產生生變化，進進而改變它它的導電性性。蝕刻（Ettchinng） 泛泛指將材料料使用化學學或物理方方法移除的的意思，以以化學方法法進行者稱稱之為濕式式蝕刻(WWet Etchhing)，是將晶晶片浸沒於於化

18、學溶液液中，因為為化學溶液液與晶片表表面產生氧氧化還原作作用，而造造成表面原原子被逐層層移除；以以物理方法法進行蝕刻刻程序稱之之為乾式蝕蝕刻 (DDry EEtchiing)，主主要是利用用電漿離子子來轟擊晶晶片表面原原子或是電電漿離子與與表面原子子產生化合合反應來達達到移除薄薄膜的目的的。金屬連線 金金屬連線製製程是藉由由在矽晶塊塊 (Diie) 上上形成薄金金屬膜圖案案，而組成成半導體元元件間的電電性的連接接。以歐姆姆式接觸 (Ohmmic CContaact) 而言，金金屬直接和和矽表面接接觸，且在在矽表面形形成一金屬屬 / 矽的的介面，當當金屬沉積積覆蓋整個個晶圓表面面時，藉由由蝕刻去

19、掉掉不需存留留的金屬，形形成元件間間彼此的連連接。對於於晶塊與外外部電路的的連接，矽矽表面金屬屬端會製作作一極大面面積的銲墊墊 (Boondinng Paad)，以以作為線銲銲 (Wiire BBond) 的端點點。 （DDie SSaw）晶片切切割之目的的乃是要將將前製程加加工完成的的晶圓上一一顆顆之晶晶粒 （Die）切切割分離。首首先要在晶晶圓背面貼貼上膠帶（blue tape）並置於鋼製之框架上上，此一動動作叫晶圓圓黏片（wwaferr mouunt），如如圖一，而而後再送至晶片切切割機上進進行切割。切切割完後，一一顆顆之晶晶粒井然有有序的排列在膠帶上上，如圖二二、三，同同時由於框框架之

20、支撐撐可避免膠膠帶皺摺而而使晶粒互相碰碰撞，而框框架撐住膠膠帶以便於於搬運。圖一圖二 圖三 （DDie BBond）黏晶的的目的乃是是將一顆顆顆分離的晶晶粒放置在在導線架（lead frame） 上並用銀膠膠（ eppoxy ）黏著固固定。導線線架是提供供晶粒一個個黏著的位位置（晶粒座ddie ppad），並並預設有可可延伸晶粒電路路的延伸腳腳 （分為內內引腳及外引引腳 innner leadd/outter llead）一一個導線架架上依不同同的設計可可以有數個晶粒座座，這數個個晶粒座通通常排成一一列，亦有有成矩陣式式的多列排排法。導線架經經傳輸至定定位後，首首先要在晶晶粒座預定定黏著晶粒粒

21、的位置上上點上銀膠（此此一動作稱稱為點膠），然然後移至下下一位置將將晶粒置放放其上。而經過切割割之晶圓上上之晶粒則則由取放臂臂一顆一顆顆地置放在在已點膠之之晶粒座上。黏黏晶完後之之導線架則則經由傳輸輸設備送至至彈匣（mmagazzine）內內。黏晶後之之成品如圖圖所示。 導線架 成品 （WWire Bondd） 銲線的目目的是將晶晶粒上的接接點以極細細的金線（1850um）連接 到導線線架上之內內引腳，藉藉而將晶粒之電電路訊號傳傳輸到外界界。當 導線架架從彈匣內內傳送至定定位後，應應用電子影影像處理技技術來確定定晶粒 上各個個接點以及及每一接點點所相對應應之內引腳腳上之接點點的位置，然然後 做

22、銲線線之動作。銲銲線時，以以晶粒上之之接點為第第一銲點，內內接腳上之之 接點為為第二銲點點。首先將將金線之端端點燒結成成小球，而而後將小球球壓銲 在第一一銲點上（此此稱為第一一銲，fiirst bondd）。 接著依設設計好之路路徑 拉金線線，最後將將金線壓銲銲在第二銲銲點上（此此稱為第二二銲，seecondd bonnd）， 同時並拉拉斷第二銲銲點與鋼嘴嘴間之金線線，而完成成一條金線線之 銲線動動作（見圖圖一）。接接著便又結結成小球開開始下一條條金線之銲銲線動 作。銲銲線完成後後之晶粒與與導線架則則如圖所示示。圖二為為30之金線與與 頭髮的的比較。 請點選圖圖片 可看得得更仔細喔喔. 圖一

23、成成品 第一銲點點 圖圖二 第二銲銲點 （MMold）封膠之之目的有以以下數點： 、防止濕濕氣等由外外部侵入。、以機械械方式支持持導線。、有效地地將內部產產生之熱排排出於外部部。、提供能能夠手持之之形體。 封膠膠之過程比比較單純，首首先將銲線線完成之導導線架置放放於 框框架上並先先行預熱，再再將框架置置於壓模機機（molld prress）上上的 封封裝模上，此此時預熱好好的樹脂亦亦準備好投投入封裝模模上之樹脂脂 進進料口。啟啟動機器後後，壓模機機壓下，封封閉上下模模再將半溶溶化 後後之樹脂擠擠入模中，待待樹脂充填填硬化後，開開模取出成成品。封 膠膠完成後的的成品，可可以看到在在每一條導導線架

24、上之之每一顆晶晶粒 包包覆著堅固固之外殼，並並伸出外引引腳互相串串聯在一起起（如圖所所 示示）。 成成品 （MMark） 印字字的目的，在在註明商品品之規格及及製造者。良良好的印字字令人有 高尚產品品之感覺。因因此在封裝過程程中亦是相相當重要的的，往往會會 有因為印印字不清晰晰或字跡斷斷裂而遭致致退貨重新新印字的情情形。 印字的的方式有下下列幾種：、印式：直接像印印章一樣印印字在膠體體上。、轉印式式（padd priint）：使用轉印印頭，從字字模上沾印印再印字在在膠體上。、雷射刻刻印方式（laser mark）：使用雷射直接在膠體上刻印。 為為了要使印印字清晰且且不易脫落落，膠膠體的清潔潔、

25、印料的的選 用及印印字的方式式，就相當當的重要。而而在印字的的過程中，自自動化的 印字機機有一定的的程序來完完成每項工工作以確保保印字的牢牢靠。印字字後 之成成品如圖所所示。 成成品 （TTrim/Formm） 封膠完後後之導線架架需先將導導線架上多多餘之殘膠膠去除 （defllash），並並且經過電電鍍（pllatinng）以增增加外引腳腳之導電性性及抗氧化性性，而後再再進行剪切切成型。剪剪切之目的的，乃是要要將整條導線架架上已封裝裝好之晶粒粒，每個獨獨立分開。同同時，亦要要把不需要的的連接用材材料及部份份凸出之樹樹脂切除（dejunk）。剪切完成時時之每個獨獨立封膠晶晶粒之模樣樣，是一塊塊堅固的樹樹脂硬殼並由側側面伸出許許多支外引引腳。而成成型的目的的，則是將將這些外引腳壓壓成各種預預先設計好好之形狀，以以便於爾後後裝置在電電路板上使用用，由於定定位及動作作的連器續續性，剪切切及成型通通常在一部機器器上，或分分成兩部機機（triim / dejuunk , forrm / singgularr）上連續完成成。成型後後的每一顆顆便送送入塑膠管管（tubbe）或承承載盤（trray）以以方便輸送送。照片所所示乃剪切切成型後之之成品。 成品品