技术文章

IC的封装的种类

 半导体的产品很多,应用的场合非常广泛,图一是常见的几种半导体组件外型。半导体组件一般是以接脚形式或外型来划分类别,图一中不同类别的英文缩写名称原文为

 

PDID:Plastic Dual InlinePackage

SOP:Small Outline Package

SOJ:Small Outline J-LeadPackage

PLCC:Plastic Leaded ChipCarrier

QFP:Quad Flat Package

PGA:Pin Grid Array

BGA:Ball Grid Array

 

     虽然半导体组件的外型种类很多,在电路板上常用的组装方式有二种,一种是插入电路板的焊孔或脚座,如PDIP、PGA,另一种是贴附在电路板表面的焊垫上,如SOP、SOJ、PLCC、QFP、BGA。

 

 从半导体组件的外观,只看到从包覆的胶体或陶瓷中伸出的接脚,而半导体组件真正的的核心,是包覆在胶体或陶瓷内一片非常小的芯片,透过伸出的接脚与外部做信息传输。图二是一片EPROM组件,从上方的玻璃窗可看到内部的芯片,图三是以显微镜将内部的芯片放大,可以看到芯片以多条焊线连接四周的接脚,这些接脚向外延伸并穿出胶体,成为芯片与外界通讯的道路。请注意图三中有一条焊线从中断裂,那是使用不当引发过电流而烧毁,致使芯片失去功能,这也是一般芯片遭到损毁而失效的原因之一。

 

图四是常见的LED,也就是发光二极管,其内部也是一颗芯片,图五是以显微镜正视LED的顶端,可从透明的胶体中隐约的看到一片方型的芯片及一条金色的焊线,若以LED二支接脚的极性来做分别,芯片是贴附在负极的脚上,经由焊线连接正极的脚。当LED通过正向电流时,芯片会发光而使LED发亮,如图六所示。

 

 半导体组件的制作分成两段的制造程序,前一段是先制造组件的核心─芯片,称为晶圆制造;后一段是将晶中片加以封装成蕞后产品,称为IC封装制程,又可细分成晶圆切割、黏晶、焊线、封胶、印字、剪切成型等加工步骤,在本章节中将简介这两段的制造程序。

 

 须经过下列主要制程才能制造出一片可用的芯片,以下

 是各制程 的介绍:

 

(1)长晶(CRYSTAL GROWTH):

 

     长晶是从硅沙中(二氧化硅)提炼成单晶硅,制造过 程是将硅石(Silica)或硅酸盐  (Silicate)  如同冶金一样,放入炉中熔解提炼,形成冶金级硅。冶金级硅中尚含有杂质,接下来用分馏及还原的方法将其纯化,形成电子级硅。虽然电子级硅所含的硅的纯度很高,可达99.9999 99999 %,但是结晶方式杂乱,又称为多晶硅,必需重排成单晶结构,因此将电子级硅置入坩埚内加温融化,先将温度降低至一设定点,再以一块单晶硅为晶种,置入坩埚内,让融化的硅沾附在晶种上,再将晶种以边拉边旋转方式抽离坩埚,而沾附在晶种上的硅亦随之冷凝,形成与晶种相同排列的结晶。随着晶种的旋转上升,沾附的硅愈多,并且被拉引成表面粗糙的圆柱状结晶棒。拉引及旋转的速度愈慢则沾附的硅结晶时间愈久,结晶棒的直径愈大,反之则愈小。

 

       右图(摘自中德公司目录)为中德电子材料公司制作的晶棒(长度达一公尺,重量超过一百公斤)。

 

(2)切片(SLICING):

   从坩埚中拉出的晶柱,表面并不平整,经过工业级钻石磨具的加工,磨成平滑的圆柱,并切除头尾两端锥状段,形成标准的圆柱,被切除或磨削的部份则回收重新冶炼。接着以以高硬度锯片或线锯将圆柱切成片状的晶圆(Wafer) (摘自中德公司目录)。    

 

(3)边缘研磨(EDGE-GRINDING):

   将片状晶圆的圆周边缘以磨具研磨成光滑的圆弧形,如此可(1)防止边缘崩裂,(2)防止在后续的制程中产生热应力集中,(3)增加未来制程中铺设光阻层或磊晶层的平坦度。

 

(4)研磨(LAPPING)与蚀刻(ETCHING):

   由于受过机械的切削,晶圚表面粗糙,凹凸不平,及沾附切屑或污渍,因此先以化学溶液(HF/HNO3)蚀刻(Etching),去除部份切削痕迹,再经去离子纯水冲洗吹干后,进行表面研磨抛光,使晶圆像镜面样平滑,以利后续制程。研磨抛光是机械与化学加工同时进行,机械加工是将晶圆放置在研磨机内,将加工面压贴在研磨垫(PolishingPad)磨擦,并同时滴入具腐蚀性的化学溶剂当研磨液,让磨削与腐蚀同时产生。研磨后的晶圆需用化学溶剂清除表面残留的金属碎屑或有机杂质,再以去离子纯水冲洗吹干,准备进入植入电路制程。

 

5)退火(ANNEALING):

    将芯片在严格控制的条件下退火,以使芯片的阻质稳定。

 

6)抛光(POLISHING):

    芯片小心翼翼地抛光,使芯片表面光滑与平坦,以利将来再加工。

 

7)洗净(CLEANING):

    以多步骤的高度无污染洗净程序-包含各种高度洁净的清洗液与超音动处理-除去芯片表面的所有污染物质,使芯片达到可进行芯片加工的状态。

 

8)检验(INSPECTION):

   芯片在无尘环境中进行严格的检查,包含表面的洁净度、平坦度以及各项规格以确保品质符合顾客的要求。

 

9)包装(PACKING):

    通过检验的芯片以特殊设计的容器包装,使芯片维持无尘及洁净的状态,该容器并确保芯片固定于其中,以预防搬运过程中发生的振动使芯片受损。

 

            经过晶圆制造的步骤后,此时晶圆还没任何的功能,所以必须经过集成电路制程,才可算是一片可用的晶圆。

 

       以下是集成电路制程的流程图:

 

磊晶  微影  氧化  扩散  蚀刻  金属联机

 

磊晶(Epitoxy)

 

       指基板以外依组件制程需要沉积的薄膜材料,其原理可分为:

 

(1) 液相磊晶 (Liquid PhaseEpitoxy,LPE)

 

       LPE 的晶体成长是在基板上将熔融态的液体材料直接和芯片接触而沉积晶膜,特别适用于化  合物半导体组件,尤其是发光组件。

 

  

(2) 气相磊晶 (Vapor PhaseEpitoxy,VPE)

 

       VPE 的原理是让磊晶原材料以气体或电浆粒子的形式传输至芯片表面,这些粒子在失去部份的动能后被芯片表面晶格吸附(Adsorb),通常芯片会以热的形式提供能量给粒子,使其游移至晶格位置而凝结(Condensation)。在此同时粒子和晶格表面原子因吸收热能而脱离芯片表面称之为解离 (Desorb),因此 VPE的程序其实是粒子的吸附和解离两种作用的动态平衡结果,如下图所示。

       VPE 依反应机构可以分成 (a) 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition,CVD) 和 (b)物理气相沉积 (Physical Vapor Deposition,PVD) 两种技术。

 

       CVD 大致是应用在半导体晶膜和氧化层的成长。

 

       PVD 主要适用于金属接点联机的沉积。

 

(3) 分子束磊晶 (Molecular BeamEpitoxy,MBE)

 

       MBE 是近年来蕞热门的磊晶技术,无论是 III-V、II-VI 族化合物半导体、Si 或者SixGe1-x等材料的薄膜特性,为所有磊晶技术中蕞佳者。MBE 的原理基本上和高温蒸镀法相同,操作压力保持在超真空 (UltraHigh Vacuum,UHV) 约 10-10 Toor 以下,因此芯片的装载必须经过阀门的控制来维持其真空度。

 

微影(Lithography)

 

  微影(Lithography) 技术是将光罩 (Mask)上的主要图案先转移至感光材料上,利用光线透过光罩照射在感光材料上,再以溶剂浸泡将感光材料受光照射到的部份加以溶解或保留,如此所形成的光阻图案会和光罩完全相同或呈互补。由于微影制程的环境是采用黄光照明而非一般摄影暗房的红光,所以这一部份的制程常被简称为”黄光”。

 

  为了加强光阻覆盖的特性,使得图转移有更好的精确度与可靠度,整个微影制程包含了以下七个细部动作。

 

(1)表面清洗:由于芯片表面通常都含有氧化物、杂质、油脂和水分子,因此在进行光阻覆盖之前,必须将它先利用化学溶剂 (甲醇或丙酮)去除杂质和油脂,再以氢氟酸蚀刻芯片表面的氧化物,经过去离子纯水冲洗后,置于加温的环境下数分钟,以便将这些水分子从芯片表面蒸发,而此步骤则称为去水烘烤     (Dehydration Bake),一般去水烘烤的温度是设定在100~200 ºC 之间进行。

 

(2)涂底(Priming):用来增加光阻与芯片表面的附着力,它是在经表面清洗后的芯片表面上涂上一层化合物,英文全名为”Hexamethyldisilizane”(HMDS)。HMDS 涂布的方式主要有两种,一是以旋转涂盖(Spin Coating),一是以气相涂盖 (Vapor Coating)。前者是将 HMDS以液态的型式,滴洒在高速旋转的芯片表面,利用旋转时的离心力,促使 HMDS 均匀涂满整个芯片表面;至于后者则是将 HMDS以气态的型式,输入放有芯片的容器中,然后喷洒


Copyright© 2003-2018  深圳市微江测电子科技有限公司版权所有     
电话:13560715526 传真:0755-27065059 地址:深圳市宝安区松岗镇大田洋工业区 邮编:518105