企业管理IC封装制程.docx

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1、半導體的產品很多，應用的場合非常廣泛，圖一是常見的幾種半導體元件外型。半導體元件一般是以接腳形式或外型來劃分類別，圖一中不同類別的英文縮寫名稱原文為PDID：Plastic Dual Inline PackageSOP：Smaall Outtlinne PPackkageeSOJ：Smaall Outtlinne JJ-Leead PacckaggePLCCC：Plaastiic LLeadded Chiip CCarrrierrQFP：Quaad FFlatt PaackaagePGA：Pinn Grrid ArrrayBGA：Balll Grrid Arrray 雖然半導導體元件件的外型型

2、種類很很多，在在電路板板上常用用的組裝裝方式有有二種，一種是是插入電電路板的的銲孔或或腳座，如PDDIP、PGAA，另一一種是貼貼附在電電路板表表面的銲銲墊上，如SOOP、SOJJ、PLCCC、QFPP、BGAA。從半導體體元件的的外觀，只看到到從包覆覆的膠體體或陶瓷瓷中伸出出的接腳腳，而半半導體元元件真正正的的核核心，是是包覆在在膠體或或陶瓷內內一片非非常小的的晶片，透過伸伸出的接接腳與外外部做資資訊傳輸輸。圖二二是一片片EPRROM元元件，從從上方的的玻璃窗窗可看到到內部的的晶片，圖三是是以顯微微鏡將內內部的晶晶片放大大，可以以看到晶晶片以多多條銲線線連接四四周的接接腳，這這些接腳腳向外延

3、延伸並穿穿出膠體體，成為為晶片與與外界通通訊的道道路。請請注意圖圖三中有有一條銲銲線從中中斷裂，那是使使用不當當引發過過電流而而燒毀，致使晶晶片失去去功能，這也是是一般晶晶片遭到到損毀而而失效的的原因之之一。圖四是常常見的LLED，也就是是發光二二極體，其內部部也是一一顆晶片片，圖五五是以顯顯微鏡正正視LEED的頂頂端，可可從透明明的膠體體中隱約約的看到到一片方方型的晶晶片及一一條金色色的銲線線，若以以LEDD二支接接腳的極極性來做做分別，晶片是是貼附在在負極的的腳上，經由銲銲線連接接正極的的腳。當當LEDD通過正正向電流流時，晶晶片會發發光而使使LEDD發亮，如圖六六所示。半導體元元件的製製

4、作分成成兩段的的製造程程序，前前一段是是先製造造元件的的核心晶片，稱為晶晶圓製造造；後一一段是將將晶中片片加以封封裝成最最後產品品，稱為為IC封裝裝製程，又可細細分成晶晶圓切割割、黏晶晶、銲線線、封膠膠、印字字、剪切切成型等等加工步步驟，在在本章節節中將簡簡介這兩兩段的製製造程序序。須經過下下列主要要製程才才能製造造出一片片可用的的晶片，以下是各製程程的介紹紹：（）長長晶（CCRYSSTALLGROOWTHH）：長晶是從從矽沙中中(二氧化化矽)提鍊成成單晶矽矽，製造造過程是是將矽石石(Siilicca)或或矽酸鹽鹽 (Sillicaate) 如如同冶金金一樣，放入爐爐中熔解解提鍊，形成冶冶金級

5、矽矽。冶金金級矽中中尚含有有雜質，接下來來用分餾餾及還原原的方法法將其純純化，形形成電子子級矽。雖然電電子級矽矽所含的的矽的純純度很高高，可達達 999.99999 999999 %，但但是結晶晶方式雜雜亂，又又稱為多多晶矽，必需重重排成單單晶結構構，因此此將電子子級矽置置入坩堝堝內加溫溫融化，先將溫溫度降低低至一設設定點，再以一一塊單晶晶矽為晶晶種，置置入坩堝堝內，讓讓融化的的矽沾附附在晶種種上，再再將晶種種以邊拉拉邊旋轉轉方式抽抽離坩堝堝，而沾沾附在晶晶種上的的矽亦隨隨之冷凝凝，形成成與晶種種相同排排列的結結晶。隨隨著晶種種的旋轉轉上升，沾附的的矽愈多多，並且且被拉引引成表面面粗糙的的圓柱

6、狀狀結晶棒棒。拉引引及旋轉轉的速度度愈慢則則沾附的的矽結晶晶時間愈愈久，結結晶棒的的直徑愈愈大，反反之則愈愈小。右圖(摘摘自中德德公司目目錄)為中德德電子材材料公司司製作的的晶棒(長度達達一公尺尺，重量量超過一一百公斤斤)。（）切切片（SSLICCINGG）：從從坩堝中中拉出的的晶柱，表面並並不平整整，經過過工業級級鑽石磨磨具的加加工，磨磨成平滑滑的圓柱柱，並切切除頭尾尾兩端錐錐狀段，形成標標準的圓圓柱，被被切除或或磨削的的部份則則回收重重新冶煉煉。接著著以以高高硬度鋸鋸片或線線鋸將圓圓柱切成成片狀的的晶圓(Waffer) (摘摘自中德德公司目目錄)。（）邊邊緣研磨磨（EDDGEGRIINDI

7、ING）：將將片狀晶晶圓的圓圓周邊緣緣以磨具具研磨成成光滑的的圓弧形形，如此此可(11)防止止邊緣崩崩裂，(2)防防止在後後續的製製程中產產生熱應應力集中中，(33)增加加未來製製程中鋪鋪設光阻阻層或磊磊晶層的的平坦度度。（）研研磨（LLAPPPINGG）與蝕蝕刻（EETCHHINGG）：由由於受過過機械的的切削，晶圚表表面粗糙糙，凹凸凸不平，及沾附附切屑或或污漬，因此先先以化學學溶液(HF/HNOO3)蝕蝕刻(EEtchhingg)，去去除部份份切削痕痕跡，再再經去離離子純水水沖洗吹吹乾後，進行表表面研磨磨拋光，使晶圓圓像鏡面面樣平滑滑，以利利後續製製程。研研磨拋光光是機械械與化學學加工同同

8、時進行行，機械械加工是是將晶圓圓放置在在研磨機機內，將將加工面面壓貼在在研磨墊墊(Poolisshinng PPad)磨擦，並同時時滴入具具腐蝕性性的化學學溶劑當當研磨液液，讓磨磨削與腐腐蝕同時時產生。研磨後後的晶圓圓需用化化學溶劑劑清除表表面殘留留的金屬屬碎屑或或有機雜雜質，再再以去離離子純水水沖洗吹吹乾，準準備進入入植入電電路製程程。（5）退退火（AANNEEALIING）：將晶片在在嚴格控控制的條條件下退退火，以以使晶片片的阻質質穩定。（6）拋拋光（PPOLIISHIING）：晶片小心心翼翼地地拋光，使晶片片表面光光滑與平平坦，以以利將來來再加工工。（7）洗洗淨（CCLEAANINNG）

9、：以多步驟驟的高度度無污染染洗淨程程序包包含各種種高度潔潔淨的清清洗液與與超音動動處理除去晶晶片表面面的所有有污染物物質，使使晶片達達到可進進行晶片片加工的的狀態。（8）檢檢驗（IINSPPECTTIONN）：晶晶片在無無塵環境境中進行行嚴格的的檢查，包含表表面的潔潔淨度、平坦度度以及各各項規格格以確保保品質符符合顧客客的要求求。（9）包包裝（PPACKKINGG）：通通過檢驗驗的晶片片以特殊殊設計的的容器包包裝，使使晶片維維持無塵塵及潔淨淨的狀態態，該容容器並確確保晶片片固定於於其中，以預防防搬運過過程中發發生的振振動使晶晶片受損損。經過晶圓圓製造的的步驟後後，此時時晶圓還還沒任何何的功能能

10、，所以以必須經經過積體體電路製製程，才才可算是是一片可可用的晶晶圓。以下是積積體電路路製程的的流程圖圖：磊晶微影影氧化擴散散蝕刻金屬屬連線磊晶(EEpittoxyy)指基板以以外依元元件製程程需要沉沉積的薄薄膜材料料，其原原理可分分為：() 液相磊磊晶 (Liqquidd Phhasee Eppitooxy，LPEE) LPPE 的的晶體成成長是在在基板上上將熔融融態的液液體材料料直接和和晶片接接觸而沉沉積晶膜膜，特別別適用於於化合物物半導體體元件，尤其是是發光元元件。() 氣相磊磊晶 (Vappor Phaase Epiitoxxy，VPEE) VPPE的原原理是讓讓磊晶原原材料以以氣體或或

11、電漿粒粒子的形形式傳輸輸至晶片片表面，這些粒粒子在失失去部份份的動能能後被晶晶片表面面晶格吸吸附 (Adssorbb)，通通常晶片片會以熱熱的形式式提供能能量給粒粒子，使使其游移移至晶格格位置而而凝結 (Coondeensaatioon)。在此同同時粒子子和晶格格表面原原子因吸吸收熱能能而脫離離晶片表表面稱之之為解離離 (DDesoorb)，因此此 VPPE 的的程序其其實是粒粒子的吸吸附和解解離兩種種作用的的動態平平衡結果果，如下下圖所示示。 VPPE 依依反應機機構可以以分成 () 化學學氣相沉沉積 (Cheemiccal Vappor Depposiitioon，CVDD) 和和() 物

12、理理氣相沉沉積 (Phyysiccal Vappor Depposiitioon，PVDD) 兩兩種技術術。 CVVD 大大致是應應用在半半導體晶晶膜和氧氧化層的的成長。 PVVD 主主要適用用於金屬屬接點連連線的沉沉積。() 分子束束磊晶 (Moolecculaar BBeamm Eppitooxy，MBEE) MBBE 是是近年來來最熱門門的磊晶晶技術，無論是是 IIII-VV、II-VI 族化合合物半導導體、SSi 或或者 SSixGGe1-x等材材料的薄薄膜特性性，為所所有磊晶晶技術中中最佳者者。MBBE 的的原理基基本上和和高溫蒸蒸鍍法相相同，操操作壓力力保持在在超真空空 (UUlt

13、rra HHighh Vaacuuum，UHVV) 約約 100-100 Tooor 以下，因此晶晶片的裝裝載必須須經過閥閥門的控控制來維維持其真真空度。微影(LLithhogrraphhy)微影影 (LLithhogrraphhy) 技術是是將光罩罩 (MMaskk) 上上的主要要圖案先先轉移至至感光材材料上，利用光光線透過過光罩照照射在感感光材料料上，再再以溶劑劑浸泡將將感光材材料受光光照射到到的部份份加以溶溶解或保保留，如如此所形形成的光光阻圖案案會和光光罩完全全相同或或呈互補補。由於於微影製製程的環環境是採採用黃光光照明而而非一般般攝影暗暗房的紅紅光，所所以這一一部份的的製程常常被簡稱

14、稱為”黃光”。為了加強強光阻覆覆蓋的特特性，使使得圖轉轉移有更更好的精精確度與與可靠度度，整個個微影製製程包含含了以下下七個細細部動作作。() 表面清清洗：由由於晶片片表面通通常都含含有氧化化物、雜雜質、油油脂和水水分子，因此在在進行光光阻覆蓋蓋之前，必須將將它先利利用化學學溶劑 (甲醇醇或丙酮酮) 去除除雜質和和油脂，再以氫氫氟酸蝕蝕刻晶片片表面的的氧化物物，經過過去離子子純水沖沖洗後，置於加加溫的環環境下數數分鐘，以便將將這些水水分子從從晶片表表面蒸發發，而此此步驟則則稱為去去水烘烤烤 (Dehhydrratiion Bakke)，一般去去水烘烤烤的溫度度是設定定在 11002000 CC

15、 之間間進行。()塗塗底 (Priiminng)：用來增增加光阻阻與晶片片表面的的附著力力，它是是在經表表面清洗洗後的晶晶片表面面上塗上上一層化化合物，英文全全名為”Hexxameethyyldiisillizaane”(HMMDS)。HMDDS 塗塗佈的方方式主要要有兩種種，一是是以旋轉轉塗蓋 (Sppin Coaatinng)，一是以以氣相塗塗蓋 (Vappor Coaatinng)。前者是是將 HHMDSS 以液液態的型型式，滴滴灑在高高速旋轉轉的晶片片表面，利用旋旋轉時的的離心力力，促使使 HMMDS 均勻塗塗滿整個個晶片表表面；至至於後者者則是將將 HMMDS 以氣態態的型式式，輸入

16、入放有晶晶片的容容器中，然後噴噴灑在晶晶片表面面完成 HMDDS 的的塗佈。()光光阻覆蓋蓋：光阻阻塗佈也也是以旋旋轉塗蓋蓋或氣相相塗蓋兩兩種的方方式來進進行，亦亦即將光光阻滴灑灑在高速速旋轉的的晶片表表面，利利用旋轉轉時的離離心力作作用，促促使光阻阻往晶片片外圍移移動，最最後形成成一層厚厚度均勻勻的光阻阻層；或或者是以以氣相的的型式均均勻地噴噴灑在晶晶片的表表面。()軟軟烤 (Sofft BBakee)：軟軟烤也稱稱為曝光光前預烤烤 (PPre-Expposuure Bakke) 在曝光光之前，晶片上上的光阻阻必須先先經過烘烘烤，以以便將光光阻層中中的溶劑劑去除，使光阻阻由原先先的液態態轉變

17、成成固態的的薄膜，並使光光阻層對對晶片表表面的附附著力增增強。()曝曝光：利利用光源源透過光光罩圖案案照射在在光阻上上，以執執行圖案案的轉移移。()顯顯影：將將曝光後後的光阻阻層以顯顯影劑將將光阻層層所轉移移的圖案案顯示出出來。()硬硬烤：將將顯影製製程後光光阻內所所殘餘的的溶劑加加熱蒸發發而減到到最低，其目的的也是為為了加強強光阻的的附著力力，以便便利後續續的製程程。氧化（OOxiddatiion）氧化(OOxiddatiion)是半導導體電路路製作上上的基本本熱製程程。氧化化製程的的目的是是在晶片片表面形形成一層層氧化層層，以保保護晶片片免於受受到化學學作用和和做為介介電層(絕緣材材料)。

18、擴散（DDifffusiion）擴散(DDifffusiion)是半導導體電路路製作上上的基本本熱製程程。其目目的是藉藉由外來來的雜質質，使原原本單純純的半導導體材料料的鍵結結型態和和能隙產產生變化化，進而而改變它它的導電電性。蝕刻（EEtchhingg）泛指將材材料使用用化學或或物理方方法移除除的意思思，以化化學方法法進行者者稱之為為濕式蝕蝕刻(WWet Ettchiing)，是將將晶片浸浸沒於化化學溶液液中，因因為化學學溶液與與晶片表表面產生生氧化還還原作用用，而造造成表面面原子被被逐層移移除；以以物理方方法進行行蝕刻程程序稱之之為乾式式蝕刻 (Drry EEtchhingg)，主主要是利

19、利用電漿漿離子來來轟擊晶晶片表面面原子或或是電漿漿離子與與表面原原子產生生化合反反應來達達到移除除薄膜的的目的。金屬連線線金屬連線線製程是是藉由在在矽晶塊塊 (DDie) 上形形成薄金金屬膜圖圖案，而而組成半半導體元元件間的的電性的的連接。以歐姆姆式接觸觸 (OOhmiic CConttactt) 而而言，金金屬直接接和矽表表面接觸觸，且在在矽表面面形成一一金屬 / 矽矽的介面面，當金金屬沉積積覆蓋整整個晶圓圓表面時時，藉由由蝕刻去去掉不需需存留的的金屬，形成元元件間彼彼此的連連接。對對於晶塊塊與外部部電路的的連接，矽表面面金屬端端會製作作一極大大面積的的銲墊 (Boondiing Padd)

20、，以以作為線線銲 (Wirre BBondd) 的的端點。（Diee Saaw）晶片片切割之之目的乃乃是要將將前製程程加工完完成的晶晶圓上一一顆顆之之晶粒（Diee）切割割分離。首先要要在晶圓圓背面貼貼上膠帶帶（bllue tappe）並並置於鋼鋼製之框架架上，此此一動作作叫晶圓圓黏片（waffer mouunt），如圖圖一，而而後再送至晶片片切割機機上進行行切割。切割完完後，一一顆顆之之晶粒井井然有序序的排列在膠帶帶上，如如圖二、三，同同時由於於框架之之支撐可可避免膠膠帶皺摺摺而使晶粒互相相碰撞，而框架架撐住膠膠帶以便便於搬運運。圖一圖二圖三（Diee Boond）黏晶晶的目的的乃是將將一顆

21、顆顆分離的的晶粒放放置在導導線架（leaad fframme）上並用銀銀膠（ epooxy ）黏著著固定。導線架架是提供供晶粒一一個黏著著的位置置（晶粒座座diee paad），並預設設有可延延伸晶粒電電路的延延伸腳（分為內內引腳及外外引腳 innner leaad/oouteer lleadd）一個個導線架架上依不不同的設設計可以以有數個晶粒粒座，這這數個晶晶粒座通通常排成成一列，亦有成成矩陣式式的多列列排法。導線架架經傳輸輸至定位位後，首首先要在在晶粒座座預定黏黏著晶粒粒的位置置上點上銀膠（此一動動作稱為為點膠），然後後移至下下一位置置將晶粒粒置放其其上。而經過切切割之晶晶圓上之之晶粒則則

22、由取放放臂一顆顆一顆地地置放在在已點膠膠之晶粒座上。黏晶完完後之導導線架則則經由傳傳輸設備備送至彈彈匣（mmagaazinne）內內。黏晶後後之成品品如圖所所示。導線架成成品（Wirre BBondd）銲線的目目的是將將晶粒上上的接點點以極細細的金線線（188500um）連接到導線架架上之內內引腳，藉而將將晶晶粒之電電路訊號號傳輸到到外界。當導線架從從彈匣內內傳送至至定位後後，應用用電子影影像處理理技術來來確定晶晶粒上各個接接點以及及每一接接點所相相對應之之內引腳腳上之接接點的位位置，然然後做銲線之之動作。銲線時時，以晶晶粒上之之接點為為第一銲銲點，內內接腳上上之接點為第第二銲點點。首先先將金

23、線線之端點點燒結成成小球，而後將將小球壓壓銲在第一銲銲點上（此稱為為第一銲銲，fiirstt boond）。接著著依設計計好之路路徑拉金線，最後將將金線壓壓銲在第第二銲點點上（此此稱為第第二銲，seccondd bbondd），同時時並拉斷斷第二銲銲點與鋼鋼嘴間之之金線，而完成成一條金金線之銲線動作作（見圖圖一）。接著便便又結成成小球開開始下一一條金線線之銲線線動作。銲線線完成後後之晶粒粒與導線線架則如如圖所示示。圖二二為300之之金線與與頭髮的比比較。請請點選圖圖片可看看得更仔仔細喔.圖一成品品第一銲點點圖二第二二銲點（Molld）封膠膠之目的的有以下下數點：、防止止濕氣等等由外部部侵入。、

24、以機機械方式式支持導導線。、有效效地將內內部產生生之熱排排出於外外部。、提供供能夠手手持之形形體。 封封膠之過過程比較較單純，首先將將銲線完完成之導導線架置置放於框架上並並先行預預熱，再再將框架架置於壓壓模機（molld ppresss）上上的封裝模上上，此時時預熱好好的樹脂脂亦準備備好投入入封裝模模上之樹樹脂進料口。啟動機機器後，壓模機機壓下，封閉上上下模再再將半溶溶化後之樹脂脂擠入模模中，待待樹脂充充填硬化化後，開開模取出出成品。封膠完成後後的成品品，可以以看到在在每一條條導線架架上之每每一顆晶晶粒包覆著堅堅固之外外殼，並並伸出外外引腳互互相串聯聯在一起起（如圖圖所示）。成品（Marrk）

25、印字的目目的，在在註明商商品之規規格及製製造者。良好的的印字令令人有高尚產品品之感覺覺。因此此在封裝過過程中亦亦是相當當重要的的，往往往會有因為印印字不清清晰或字字跡斷裂裂而遭致致退貨重重新印字字的情形形。印字字的方式式有下列列幾種：、印式式：直接接像印章章一樣印印字在膠膠體上。、轉印印式（ppad priint）：使用用轉印頭頭，從字字模上沾沾印再印印字在膠膠體上。、雷射射刻印方方式（llaseer mmarkk）：使使用雷射射直接在在膠體上上刻印。為了要使使印字清清晰且不不易脫落落，膠體的的清潔、印料的的選用及印字字的方式式，就相相當的重重要。而而在印字字的過程程中，自自動化的的印字機有有

26、一定的的程序來來完成每每項工作作以確保保印字的的牢靠。印字後後之成品如如圖所示示。成品（Triim/FFormm）封膠完完後之導導線架需需先將導導線架上上多餘之之殘膠去去除（defflassh），並且經經過電鍍鍍（pllatiing）以增加加外引腳腳之導電電性及抗氧化化性，而而後再進進行剪切切成型。剪切之之目的，乃是要要將整條導線線架上已已封裝好好之晶粒粒，每個個獨立分分開。同同時，亦亦要把不需要要的連接接用材料料及部份份凸出之之樹脂切切除（ddejuunk）。剪切完成成時之每每個獨立立封膠晶晶粒之模模樣，是是一塊堅堅固的樹樹脂硬殼並由由側面伸伸出許多多支外引引腳。而而成型的的目的，則是將將這些外引腳腳壓成各各種預先先設計好好之形狀狀，以便便於爾後後裝置在在電路板上使使用，由由於定位位及動作作的連器器續性，剪切及及成型通通常在一部機機器上，或分成成兩部機機（trrim / ddejuunk , fformm / sinngullar）上連續完完成。成成型後的的每一顆顆便便送入塑塑膠管（tubbe）或或承載盤（ttrayy）以方方便輸送送。照片片所示乃乃剪切成成型後之之成品。成品