浅析多环特性半导体封装测试系统的性能

彭强

（汕尾职业技术学院,广东汕尾，516600）

浅析多环特性半导体封装测试系统的性能

彭强

（汕尾职业技术学院,广东汕尾，516600）

半导体封装测试行业已经进入了一个快速发展的时期，面对市场规模的增长和产业竞争的加剧，对半导体封装测试系统的性能进行评估分析，对系统进行合理规划，具有重要的意义。

半导体封装；多环特性；封装测试

1 半导体封装测试行业

如今半导体封装测试行业正面临着越来越严峻地考验，遵循摩尔定律的工艺技术已经达到19纳米，而下一代的晶圆直径正朝着450毫米（18英寸）发展。半导体产业链中位于上游的集成电路（IC，Integrated Circuit）设计，中游的晶圆制造（Foundry）和下游的封装测试（BackEnd），其中封装测试属于劳动密集型产业。它们各自的特点分别是：芯片设计技术投入大，壁垒高；晶圆制造资金投入大，难切入；封装测试行业是最适合中国发展的半导体产业。

2 封装测试

半导体封装测试是半导体制造的重要工序,可以分成两部分:封装和测试。封装主要是通过晶圆贴膜、切割、芯片粘合、固化、半成品检验等步骤制作芯片;测试则主要是对芯片的功能进行检测,并且按照功能类型,将产品分类。半导体产品种类繁多,生产流程复杂,需要多种多样的资源种类,且资源结构具有多重性,其生产能力计划问题,是非常复杂的[1]。

常见的封装技术有双列直插式封装技术，方型扁平式封装技术，塑料扁平组件式封装，插针网格阵列封装技术，球栅阵列封装技术，小封装技术，有机管脚阵列，微型 PGA（Pin

Grid Array，插针网格阵列）封装，陶瓷封装和3D（3 Dimensions）封装等。3D 封装是目前最为先进的封装技术之一，它利用“阶梯式”的封装技术，使体积不变的情况下在存储空间上有了极大地飞跃。

2.1 前线工艺(FOL，Front Of Line)

(1）表面焊接：表面焊接制程主要是将一些被动组件先行焊接在基板上。

(2）晶圆贴膜：晶圆正面贴上胶膜以保护正面芯片电路。

(3）晶圆研磨：背面研磨是将晶圆厚度研磨至要求的厚度以适应不同芯片厚度的要求，而厚度变化则取决于最终成品厚度及要堆栈几颗芯片而定。

(4）晶圆固定：此制程是将已研磨晶圆黏贴在用铁圈固定住的蓝色或UV（Ultraviolet）胶膜上，以利切片制程作业。

(5）去晶圆贴膜：在晶圆背面研磨完成后，去除正面的贴膜。

(6）芯片切割：芯片切割则是将研磨后的晶圆，依芯片尺寸一颗颗的切割分离。

(7）芯片贴装：芯片贴装制程是将一颗颗分离的芯片利用粘膜固定在基板的指定位置上。随着设计要求的不断提高，越来越多的叠加和越来越薄的芯片在芯片贴装制程中应用。

(8）烤箱固化和离子清洗：完成越来越薄芯片的产品将送至烤箱作固化，然后用电浆机作离子清洗，以提升后制程的作业质量。

(9）焊线（Wire Bonding）：焊线的目的是将芯片上的接点以极细的金线（线径18~30um） 连接到基板上的内引脚借而将芯片的电路讯号传输到外界。同样，焊接技术接受着越来越多的挑战，越来越多芯片的叠加迫使金线线径越来越细，线弧越来越低。

(10）自动真空塑封：塑封工序是将焊线完成的产品，利用高温高压，将产品固封在树脂化合物内。

2.2 后线工艺 (EOL，End Of Line)

(1）激光切割：激光切割是以激光为切割工具，通过从AutoCAD（Autodesk的一个计算机辅助设计软件）图纸中获取的电子数据来切割成各种复杂形状的产品。精度可以高达50微米，速度及切割槽较传统方法有大幅度的提高和改善。

(2）印字：油墨打印工序是将公司名称，产品类型，产品容量等信息以白色油墨的方式盖印在产品表面，然后通过高温烘烤，使白色油墨永久并美观地附着在产品上。而激光打印工序是将生产中所用材料的信息代码以激光的方式打印在产品上。

(3）切割成型：切割成形工序是在切割平台上利用高速旋转的割刀将排列在基板上的产品切割成一颗颗完整的形状个体。

2.3 测试工艺(TEST)

(1）老化测试：对于新推出的产品，需进行条件更加严峻的老化测试暨以确保其可靠性，直到此技术及终端产品完全成熟。

(2）存储卡测试：分别在高温和低温的环境中来测试芯片记忆模块。

(3）成卡组装：部分产品需作外壳组装，以制成最终产品。此记忆卡外壳组装工程就是将构装好且内存测试正常的芯片，组装在塑料壳内，完成卡封盖；转换开关嵌入，激光印字，商标粘贴。

(4）成卡功能测试：所有的成卡需通过此最后一道成卡电性功能测试，才算完成整个记忆卡封装工程。

(5）完成生产：成卡外观检验合格的产品才可经由产品包装然后出货，至此完整的生产流程完成。

3半导体制造特点

为了赢得市场竞争的优势，必须不断提高生产效率，缩短生产周期，降低制造成本。因此，对生产管理技术的研究和改进成为半导体企业增强市场竞争力、开拓新经济增长点的重要任务。

相对于传统制造业而言，半导体制造具有以下特征。

（1）对设备使用率和生产周期具有非常高的要求。一方面，半导体生产设备极其昂贵，需要尽可能地有效利用；另一方面，需求的不确定性和产品成品率的要求，又使得缩短生产周期成为非常紧迫而关键的任务。但是提高设备的使用率与缩短生产周期具有矛盾关系，如果设备使用率提高了，表明在设备前等待加工的半成品数量增加，相应产品生产周期也会加长。

（2）半导体生产参数数量极其庞大，过程极其复杂。一间工厂可能同时处理十几万张半成品晶片，几千种不同生产流程，上千步生产过程，几十种不同设备，而且一个生产流程可能多次使用同一设备，各生产流程与设备间的对应关系亦相当复杂。

（3）半导体加工有重入性的流程特点，也就是产品在加工过程中要多次返回到同一设备进行不同工序的加工。重入性主要有两种：规定性工序流程的再进入和质量因素造成的再进入。产品两次经过老化测试中的装载卸载设备，为规定性流程再进入。质量因素造成的再进入在 CPU 的测试环节比较普遍：测试过程中，按照功能等因素将产品分成不同等级，产品等级低于一定标准为不合格产品，不合格产品需要进行二次测试，在生产线上称为2A。2A以后产品不合格数量如果超过标准值就要进行第三次测试，称为 3A。部分产品还会进行 4A，5A 测试。质量问题造成的重入性对于测试环节的生产时间、产率以及在制品数量的影响是非常大的。

（4）波动的产率、返工率以及波动的产品质量，使得批次在某些工序前停滞，必须进行质量分析，再确定接下来的流程。这大大增加了生产系统的变动性和不确定性。

（5）产品生产具有不同优先级。不同优先级的产品，需要根据要求组成批次或从批次中分离处理，优先级高的产品称为 hot lot，对生产系统性能有很大影响。

（6）生产设备众多，设备性能差别较大。生产的动态性，定单到达的随机性，以及在生产过程中可能遇到的设备故障、辅助性工序变动和非强制性工序的加入等，都增加了生产控制复杂程度。

（7）复杂多样的运输载体限制。CPU 的生产线中，存在多种装载体，包括运输车、晶圆装载框、装载盒和载料盘。这些资源的使用相互影响和限制，形成了多资源循环系统。例如，半导体封装测试生产线的运输小车有普通装载车、低温装载车和高温装载车；载料盘有 30mm和 35mm 载料盘。这些运输车和载料盘分别对应不同的产品以及不同的工序，并在系统中循环使用，其相互依赖关系复杂，必须有合理的资源数量规划方法和控制策略才能保障生产的有效进行。

[1] 李娜.具有多环特性的半导体封装测试系统性能分析[D].北京:清华大学.

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