淺析多環特性半導體封裝測試系統的性能

彭強

（汕尾職業技術學院,廣東汕尾，516600）

淺析多環特性半導體封裝測試系統的性能

彭強

（汕尾職業技術學院,廣東汕尾，516600）

半導體封裝測試行業已經進入了一個快速發展的時期，面對市場規模的增長和產業競爭的加劇，對半導體封裝測試系統的性能進行評估分析，對系統進行合理規劃，具有重要的意義。

半導體封裝；多環特性；封裝測試

1 半導體封裝測試行業

如今半導體封裝測試行業正面臨著越來越嚴峻地考驗，遵循摩爾定律的工藝技術已經達到19納米，而下一代的晶圓直徑正朝著450毫米（18英寸）發展。半導體產業鏈中位于上游的集成電路（IC，Integrated Circuit）設計，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密集型產業。它們各自的特點分別是：芯片設計技術投入大，壁壘高；晶圓制造資金投入大，難切入；封裝測試行業是最適合中國發展的半導體產業。

2 封裝測試

半導體封裝測試是半導體制造的重要工序,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、半成品檢驗等步驟制作芯片;測試則主要是對芯片的功能進行檢測,并且按照功能類型,將產品分類。半導體產品種類繁多,生產流程復雜,需要多種多樣的資源種類,且資源結構具有多重性,其生產能力計劃問題,是非常復雜的[1]。

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

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

2.1 前線工藝(FOL，Front Of Line)

(1）表面焊接：表面焊接制程主要是將一些被動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色或UV（Ultraviolet）膠膜上，以利切片制程作業。

(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。隨著設計要求的不斷提高，越來越多的疊加和越來越薄的芯片在芯片貼裝制程中應用。

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

(9）焊線（Wire Bonding）：焊線的目的是將芯片上的接點以極細的金線（線徑18~30um） 連接到基板上的內引腳借而將芯片的電路訊號傳輸到外界。同樣，焊接技術接受著越來越多的挑戰，越來越多芯片的疊加迫使金線線徑越來越細，線弧越來越低。

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

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的一個計算機輔助設計軟件）圖紙中獲取的電子數據來切割成各種復雜形狀的產品。精度可以高達50微米，速度及切割槽較傳統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，產品類型，產品容量等信息以白色油墨的方式蓋印在產品表面，然后通過高溫烘烤，使白色油墨永久并美觀地附著在產品上。而激光打印工序是將生產中所用材料的信息代碼以激光的方式打印在產品上。

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

2.3 測試工藝(TEST)

(1）老化測試：對于新推出的產品，需進行條件更加嚴峻的老化測試暨以確保其可靠性，直到此技術及終端產品完全成熟。

(2）存儲卡測試：分別在高溫和低溫的環境中來測試芯片記憶模塊。

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

(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，才算完成整個記憶卡封裝工程。

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

3半導體制造特點

為了贏得市場競爭的優勢，必須不斷提高生產效率，縮短生產周期，降低制造成本。因此，對生產管理技術的研究和改進成為半導體企業增強市場競爭力、開拓新經濟增長點的重要任務。

相對于傳統制造業而言，半導體制造具有以下特征。

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

（2）半導體生產參數數量極其龐大，過程極其復雜。一間工廠可能同時處理十幾萬張半成品晶片，幾千種不同生產流程，上千步生產過程，幾十種不同設備，而且一個生產流程可能多次使用同一設備，各生產流程與設備間的對應關系亦相當復雜。

（3）半導體加工有重入性的流程特點，也就是產品在加工過程中要多次返回到同一設備進行不同工序的加工。重入性主要有兩種：規定性工序流程的再進入和質量因素造成的再進入。產品兩次經過老化測試中的裝載卸載設備，為規定性流程再進入。質量因素造成的再進入在 CPU 的測試環節比較普遍：測試過程中，按照功能等因素將產品分成不同等級，產品等級低于一定標準為不合格產品，不合格產品需要進行二次測試，在生產線上稱為2A。2A以后產品不合格數量如果超過標準值就要進行第三次測試，稱為 3A。部分產品還會進行 4A，5A 測試。質量問題造成的重入性對于測試環節的生產時間、產率以及在制品數量的影響是非常大的。

（4）波動的產率、返工率以及波動的產品質量，使得批次在某些工序前停滯，必須進行質量分析，再確定接下來的流程。這大大增加了生產系統的變動性和不確定性。

（5）產品生產具有不同優先級。不同優先級的產品，需要根據要求組成批次或從批次中分離處理，優先級高的產品稱為 hot lot，對生產系統性能有很大影響。

（6）生產設備眾多，設備性能差別較大。生產的動態性，定單到達的隨機性，以及在生產過程中可能遇到的設備故障、輔助性工序變動和非強制性工序的加入等，都增加了生產控制復雜程度。

（7）復雜多樣的運輸載體限制。CPU 的生產線中，存在多種裝載體，包括運輸車、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，形成了多資源循環系統。例如，半導體封裝測試生產線的運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。這些運輸車和載料盤分別對應不同的產品以及不同的工序，并在系統中循環使用，其相互依賴關系復雜，必須有合理的資源數量規劃方法和控制策略才能保障生產的有效進行。

[1] 李娜.具有多環特性的半導體封裝測試系統性能分析[D].北京:清華大學.

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