淺析多環(huán)特性半導(dǎo)體封裝測試系統(tǒng)的性能

彭強(qiáng)

（汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東汕尾，516600）

淺析多環(huán)特性半導(dǎo)體封裝測試系統(tǒng)的性能

彭強(qiáng)

（汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東汕尾，516600）

半導(dǎo)體封裝測試行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，面對(duì)市場規(guī)模的增長和產(chǎn)業(yè)競爭的加劇，對(duì)半導(dǎo)體封裝測試系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估分析，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理規(guī)劃，具有重要的意義。

半導(dǎo)體封裝；多環(huán)特性；封裝測試

1 半導(dǎo)體封裝測試行業(yè)

如今半導(dǎo)體封裝測試行業(yè)正面臨著越來越嚴(yán)峻地考驗(yàn)，遵循摩爾定律的工藝技術(shù)已經(jīng)達(dá)到19納米，而下一代的晶圓直徑正朝著450毫米（18英寸）發(fā)展。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中位于上游的集成電路（IC，Integrated Circuit）設(shè)計(jì)，中游的晶圓制造（Foundry）和下游的封裝測試（BackEnd），其中封裝測試屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。它們各自的特點(diǎn)分別是：芯片設(shè)計(jì)技術(shù)投入大，壁壘高；晶圓制造資金投入大，難切入；封裝測試行業(yè)是最適合中國發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

2 封裝測試

半導(dǎo)體封裝測試是半導(dǎo)體制造的重要工序,可以分成兩部分:封裝和測試。封裝主要是通過晶圓貼膜、切割、芯片粘合、固化、半成品檢驗(yàn)等步驟制作芯片;測試則主要是對(duì)芯片的功能進(jìn)行檢測,并且按照功能類型,將產(chǎn)品分類。半導(dǎo)體產(chǎn)品種類繁多,生產(chǎn)流程復(fù)雜,需要多種多樣的資源種類,且資源結(jié)構(gòu)具有多重性,其生產(chǎn)能力計(jì)劃問題,是非常復(fù)雜的[1]。

常見的封裝技術(shù)有雙列直插式封裝技術(shù)，方型扁平式封裝技術(shù)，塑料扁平組件式封裝，插針網(wǎng)格陣列封裝技術(shù)，球柵陣列封裝技術(shù)，小封裝技術(shù)，有機(jī)管腳陣列，微型 PGA（Pin

Grid Array，插針網(wǎng)格陣列）封裝，陶瓷封裝和3D（3 Dimensions）封裝等。3D 封裝是目前最為先進(jìn)的封裝技術(shù)之一，它利用“階梯式”的封裝技術(shù)，使體積不變的情況下在存儲(chǔ)空間上有了極大地飛躍。

2.1 前線工藝(FOL，F(xiàn)ront Of Line)

(1）表面焊接：表面焊接制程主要是將一些被動(dòng)組件先行焊接在基板上。

(2）晶圓貼膜：晶圓正面貼上膠膜以保護(hù)正面芯片電路。

(3）晶圓研磨：背面研磨是將晶圓厚度研磨至要求的厚度以適應(yīng)不同芯片厚度的要求，而厚度變化則取決于最終成品厚度及要堆棧幾顆芯片而定。

(4）晶圓固定：此制程是將已研磨晶圓黏貼在用鐵圈固定住的藍(lán)色或UV（Ultraviolet）膠膜上，以利切片制程作業(yè)。

(5）去晶圓貼膜：在晶圓背面研磨完成后，去除正面的貼膜。

(6）芯片切割：芯片切割則是將研磨后的晶圓，依芯片尺寸一顆顆的切割分離。

(7）芯片貼裝：芯片貼裝制程是將一顆顆分離的芯片利用粘膜固定在基板的指定位置上。隨著設(shè)計(jì)要求的不斷提高，越來越多的疊加和越來越薄的芯片在芯片貼裝制程中應(yīng)用。

(8）烤箱固化和離子清洗：完成越來越薄芯片的產(chǎn)品將送至烤箱作固化，然后用電漿機(jī)作離子清洗，以提升后制程的作業(yè)質(zhì)量。

(9）焊線（Wire Bonding）：焊線的目的是將芯片上的接點(diǎn)以極細(xì)的金線（線徑18~30um） 連接到基板上的內(nèi)引腳借而將芯片的電路訊號(hào)傳輸?shù)酵饨纭Ｍ瑯樱附蛹夹g(shù)接受著越來越多的挑戰(zhàn)，越來越多芯片的疊加迫使金線線徑越來越細(xì)，線弧越來越低。

(10）自動(dòng)真空塑封：塑封工序是將焊線完成的產(chǎn)品，利用高溫高壓，將產(chǎn)品固封在樹脂化合物內(nèi)。

2.2 后線工藝 (EOL，End Of Line)

(1）激光切割：激光切割是以激光為切割工具，通過從AutoCAD（Autodesk的一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件）圖紙中獲取的電子數(shù)據(jù)來切割成各種復(fù)雜形狀的產(chǎn)品。精度可以高達(dá)50微米，速度及切割槽較傳統(tǒng)方法有大幅度的提高和改善。

(2）印字：油墨打印工序是將公司名稱，產(chǎn)品類型，產(chǎn)品容量等信息以白色油墨的方式蓋印在產(chǎn)品表面，然后通過高溫烘烤，使白色油墨永久并美觀地附著在產(chǎn)品上。而激光打印工序是將生產(chǎn)中所用材料的信息代碼以激光的方式打印在產(chǎn)品上。

(3）切割成型：切割成形工序是在切割平臺(tái)上利用高速旋轉(zhuǎn)的割刀將排列在基板上的產(chǎn)品切割成一顆顆完整的形狀個(gè)體。

2.3 測試工藝(TEST)

(1）老化測試：對(duì)于新推出的產(chǎn)品，需進(jìn)行條件更加嚴(yán)峻的老化測試暨以確保其可靠性，直到此技術(shù)及終端產(chǎn)品完全成熟。

(2）存儲(chǔ)卡測試：分別在高溫和低溫的環(huán)境中來測試芯片記憶模塊。

(3）成卡組裝：部分產(chǎn)品需作外殼組裝，以制成最終產(chǎn)品。此記憶卡外殼組裝工程就是將構(gòu)裝好且內(nèi)存測試正常的芯片，組裝在塑料殼內(nèi)，完成卡封蓋；轉(zhuǎn)換開關(guān)嵌入，激光印字，商標(biāo)粘貼。

(4）成卡功能測試：所有的成卡需通過此最后一道成卡電性功能測試，才算完成整個(gè)記憶卡封裝工程。

(5）完成生產(chǎn)：成卡外觀檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品才可經(jīng)由產(chǎn)品包裝然后出貨，至此完整的生產(chǎn)流程完成。

3半導(dǎo)體制造特點(diǎn)

為了贏得市場競爭的優(yōu)勢(shì)，必須不斷提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本。因此，對(duì)生產(chǎn)管理技術(shù)的研究和改進(jìn)成為半導(dǎo)體企業(yè)增強(qiáng)市場競爭力、開拓新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)的重要任務(wù)。

相對(duì)于傳統(tǒng)制造業(yè)而言，半導(dǎo)體制造具有以下特征。

（1）對(duì)設(shè)備使用率和生產(chǎn)周期具有非常高的要求。一方面，半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備極其昂貴，需要盡可能地有效利用；另一方面，需求的不確定性和產(chǎn)品成品率的要求，又使得縮短生產(chǎn)周期成為非常緊迫而關(guān)鍵的任務(wù)。但是提高設(shè)備的使用率與縮短生產(chǎn)周期具有矛盾關(guān)系，如果設(shè)備使用率提高了，表明在設(shè)備前等待加工的半成品數(shù)量增加，相應(yīng)產(chǎn)品生產(chǎn)周期也會(huì)加長。

（2）半導(dǎo)體生產(chǎn)參數(shù)數(shù)量極其龐大，過程極其復(fù)雜。一間工廠可能同時(shí)處理十幾萬張半成品晶片，幾千種不同生產(chǎn)流程，上千步生產(chǎn)過程，幾十種不同設(shè)備，而且一個(gè)生產(chǎn)流程可能多次使用同一設(shè)備，各生產(chǎn)流程與設(shè)備間的對(duì)應(yīng)關(guān)系亦相當(dāng)復(fù)雜。

（3）半導(dǎo)體加工有重入性的流程特點(diǎn)，也就是產(chǎn)品在加工過程中要多次返回到同一設(shè)備進(jìn)行不同工序的加工。重入性主要有兩種：規(guī)定性工序流程的再進(jìn)入和質(zhì)量因素造成的再進(jìn)入。產(chǎn)品兩次經(jīng)過老化測試中的裝載卸載設(shè)備，為規(guī)定性流程再進(jìn)入。質(zhì)量因素造成的再進(jìn)入在 CPU 的測試環(huán)節(jié)比較普遍：測試過程中，按照功能等因素將產(chǎn)品分成不同等級(jí)，產(chǎn)品等級(jí)低于一定標(biāo)準(zhǔn)為不合格產(chǎn)品，不合格產(chǎn)品需要進(jìn)行二次測試，在生產(chǎn)線上稱為2A。2A以后產(chǎn)品不合格數(shù)量如果超過標(biāo)準(zhǔn)值就要進(jìn)行第三次測試，稱為 3A。部分產(chǎn)品還會(huì)進(jìn)行 4A，5A 測試。質(zhì)量問題造成的重入性對(duì)于測試環(huán)節(jié)的生產(chǎn)時(shí)間、產(chǎn)率以及在制品數(shù)量的影響是非常大的。

（4）波動(dòng)的產(chǎn)率、返工率以及波動(dòng)的產(chǎn)品質(zhì)量，使得批次在某些工序前停滯，必須進(jìn)行質(zhì)量分析，再確定接下來的流程。這大大增加了生產(chǎn)系統(tǒng)的變動(dòng)性和不確定性。

（5）產(chǎn)品生產(chǎn)具有不同優(yōu)先級(jí)。不同優(yōu)先級(jí)的產(chǎn)品，需要根據(jù)要求組成批次或從批次中分離處理，優(yōu)先級(jí)高的產(chǎn)品稱為 hot lot，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)性能有很大影響。

（6）生產(chǎn)設(shè)備眾多，設(shè)備性能差別較大。生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)性，定單到達(dá)的隨機(jī)性，以及在生產(chǎn)過程中可能遇到的設(shè)備故障、輔助性工序變動(dòng)和非強(qiáng)制性工序的加入等，都增加了生產(chǎn)控制復(fù)雜程度。

（7）復(fù)雜多樣的運(yùn)輸載體限制。CPU 的生產(chǎn)線中，存在多種裝載體，包括運(yùn)輸車、晶圓裝載框、裝載盒和載料盤。這些資源的使用相互影響和限制，形成了多資源循環(huán)系統(tǒng)。例如，半導(dǎo)體封裝測試生產(chǎn)線的運(yùn)輸小車有普通裝載車、低溫裝載車和高溫裝載車；載料盤有 30mm和 35mm 載料盤。這些運(yùn)輸車和載料盤分別對(duì)應(yīng)不同的產(chǎn)品以及不同的工序，并在系統(tǒng)中循環(huán)使用，其相互依賴關(guān)系復(fù)雜，必須有合理的資源數(shù)量規(guī)劃方法和控制策略才能保障生產(chǎn)的有效進(jìn)行。

[1] 李娜.具有多環(huán)特性的半導(dǎo)體封裝測試系統(tǒng)性能分析[D].北京:清華大學(xué).

Analysis of the performance of multi ring semiconductor packaging and testing system

Peng Qiang
（Shanwei Polytechnic，Shanwei Guangdong，516600）

The semiconductor packaging and testing industry has entered a period of rapid development, in the face of the increase of market scale and the intensification of industrial competition, it is of great significance to evaluate the performance of semiconductor packaging and testing system and make reasonable planning of the system.

semiconductor package; multi-ring characteristics; packaging test