集成电路(IC)是在光刻工艺发明之后出现的一种技术。由于光刻工艺的出现,实现电路的微型化成为了可能。用光刻技术可以将具有一定功能的电路所需的半导体、
电阻、
电容等元件及它们之间的连线全部集成在一个很小的硅晶片上,然后将芯片封装起来。
集成电路的特点
集成电路具有体积小,重量轻,引出线和焊接点少,寿命长,可靠性高,性能好等优点,同时成本低,便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用,同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备,其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍,设备的稳定工作时间也可大大提高。
IC制造的流程
IC的制造一般分这么几个步骤,首先客户提出对产品功能的需求;然后针对客户的需求进行分析,设计;再根据设计图纸在晶圆刻蚀电路,最后封装测试。
图 IC制造流程
IC的制造工艺
1 晶圆处理
一块没有经过任何处理的晶圆是不能直接用来制造IC的。因为生产出来的晶圆厚度较厚,而不能放入装载芯片的引线框架中。所以要对晶圆进行磨片处理。将晶圆的厚度磨到预定的厚度。磨片处理还能将晶圆背部的氧化层磨去,保证了芯片焊接时良好的焊接性,与散热性。大尺寸的晶圆因为厚度较厚,必须磨薄之后才能划片。
图 磨片设备
晶圆磨片前要对晶圆的正面贴膜,这么做是为了保护晶圆正面不被划伤。然后对晶圆的背部研磨,磨至预定的厚度时,对晶圆厚度测试,符合要求后进行下一道工序。
图 晶圆处理流程
2晶圆切割
经过处理的晶圆必须切割,才能得到一个个独立的IC芯片。具体的切割步骤是将晶圆的背面贴上蓝膜,这么做为了防止晶圆在切割时散开。然后将晶圆整体切割成一个个小方块,最后对晶圆进行清洗,洗去切割时附着在晶圆表面的粉尘。
图 晶圆切割
图 晶圆的切割流程
3芯片粘接
装片就是把芯片装配到管壳底座或框架上去。常用的方法有树脂粘结,共晶焊接,铅锡合金焊接等。要求芯片和框架的连接机械强度高,导热和导电性能好,装配定位准确,能满足自动键合的需要,能承受键合或封装时可能有的高温,保证器件在各种条件下使用有良好的可靠性。银胶的存放温度为-50℃,使用前要先将银胶回温,以排除银胶内部存在的气泡。回温时要注意将存放银胶的容器密封。如果容器打开或密封性不好,空气中的水汽会在银胶上凝结,影响银胶使用。
图 点胶工艺图
具体的粘接步骤是:点胶机在引线框架上点好银胶,抓片头浆芯片从圆片上抓到校症台上,校正台将芯片的角度进行校正,装片头将芯片由校正台装到引线框架上,最后将产品放入固化炉固化。
图 芯片粘接流程
4 引线焊接
为了使芯片能与外界传送及接收信号,就必须在芯片的接触电极与框架的引脚之间,一个一个对应地用键合线连接起来。这个过程叫焊线或键合。键合材料一般为99%的金线,也可以使用铜线或者铝线。因为金的延展性与导电性非常好
图 键合机
具体步骤是,穿在陶瓷劈刀内的金线头部被打火杆熔化为金球,然后对准键合区下压陶瓷劈刀,金线在压力与超声波的作用下与芯片结合,陶瓷劈刀牵引金线上升,移动到引线框架上进行焊接,最后陶瓷劈刀侧向划开,切断金线。
图 引线焊接流程
5塑封
密封是为了保护器件不受环境影响而能长期可靠工作。芯片对使用环境的要求很高,所以芯片不能直接暴露在外进行工作,要把芯片用塑封料封装起来。塑封料的主要成分为:环氧树脂及各种添加剂(固化剂,改性剂,脱模剂,染色剂,阻燃剂等);主要功能为:在熔融状态下将芯片和引线框架包裹起来,提供物理和电气保护,防止外界干扰;存放条件:零下5℃保存,常温下需回温24小时才能使用。
图 注塑机
具体的步骤是,先将塑封料醒料,回温24小时。回温的时候也要密封包装,防止水汽进入塑封料。如果塑封料中有水分,在注塑的时候塑封料中的水分会蒸发形成蒸汽,会在器件的塑封体上形成气泡影响塑封效果。将产品放入注塑模具中。向注塑机的投料孔里放入塑封料,注塑机会把熔化的塑封料注入模具的腔体中形成塑封体。
图 塑封料
6 打标
在产品的塑封体上印上标示,包括产品型号、厂商名称等信息。打标的方式一般有两种。一种是油墨印刷。先将字模沾上油墨,再将字模上的油墨印在塑封体上。另一种为激光刻印,用激光束在产品上刻出文字标示。两种方式中油墨印刷成本较低,但印刷效果没有激光刻印精美。激光刻印的设备成本较高。
图 激光刻印机
7 切筋成型
此时的产品还是连在一起的,通过切筋机将多余的部分切除掉,使产品分离出来。使引脚弯曲成特定的形状。切筋要求切口平滑整齐,切口不能有毛刺。如果有毛刺,在电镀的时候镀层生长会变得凹凸不平。
图 切筋机
8电镀
在引脚上镀上金属,可以防止引脚的氧化、腐蚀。镀层金属一般为镍与锡。金属镍比较致密且硬度较高,可以防止引脚氧化与磨损。金属锡可以提高引脚的可焊性。
图 电镀线
9 测试包装
IC制造工艺总流程