IC工业voc控制技术

一、前言產業發展現況2001年全球半導體產業面臨總體經濟不景氣、產能過剩及存貨過多等嚴峻考驗，所有可能影響半導體產業景氣之不利因素幾乎在同一時點出現，全球半導體市場出現32％的衰退幅度，市場值更一舉退回到1,390億美元，幾乎為1995年的水準。台灣IC製造業在歷經2001年產業景氣寒冬，2002年初總算稍見曙光，台灣IC產業領先全球半導體產業復甦腳步，自2002年第一季開始，晶圓代工產能利用率逐漸攀升、DRAM價格開始轉好，雖然2002下半年景氣復甦力道趨緩，台灣IC製造業在上半年產業景氣回溫及2001年基期較低等因素影響下，2002年台灣IC製造業產值成長25.1％，達3,785億台幣。圖一、我國IC業之產業結構页码，1/382008-11-29圖二、我國IC業之產業規模圖三、我國IC設計、製造業規模页码，2/382008-11-29表一、我國8吋晶圓廠投資近況公司項目投資金額(億台幣)動工啟用用產能(仟片)產品型態世界先進一廠A180－1994/1215DRAM,SRAM一廠B2001995/71996/4Q15DRAM,SRAM台積電三廠2501993/121995/835代工四廠3001995/41996/1030代工五廠2501995/11199725代工德碁一廠B1301994/81995/620DRAM二廠3501995/101997/2Q40DRAM聯電三廠2501994/121995/925SRAM,代工,DRAM聯誠一廠2701995/2Q1996/625代工聯嘉一廠2701995/121997/4Q25代工页码，3/382008-11-29資料來源：各公司，工研院電子所ITIS計畫廠商排名以2002年台灣IC製造業廠商營收排名而言，晶圓代工雙雄-台積電、聯電維持在第一、二名，IDM業者的部分，華邦電子維持在第三名；旺宏電子因日本客戶訂單縮減、產品售價下跌，2002年營收較2001年衰退25％，排名由2001年的第四降為第六；矽統科技晶片組出貨順暢，營收較2001年成長58％，排名維持在第七；至於DRAM廠商的部分，南亞科技受利於DDR價格上揚，營收較2001年成長156％，排名由2001年的第五上升為第四；茂德科技雖面臨與英飛凌合作關係生變，但受惠於其12吋晶圓廠良率穩定及8吋廠成本下降等有利因素，2002年營收較2001年成長87％，排名由第八上升三個位置至第五；而原排名第六的力晶半導體則因錯估0.15微米製程量產時程及受第二季SDRAM價格由高點滑落影響，相較於其他DRAM廠商營收成長幅度較小，成長率為14％，排名降至第八。聯瑞一廠2941995/121997/1125代工南亞一廠2001995/11996/924DRAM力晶一廠2001995/31996/3Q25DRAM嘉畜一廠1101994/101996/4Q15Memory,ASIC旺宏二廠3001995/61997/2Q30NVMemory,Logic華邦三廠3501995/61997/1Q40SRAM,Logic,DRAM茂矽二廠4001995/101997/1H25DRAM世大一廠2001996/1H1997/630代工(DRAM,Logic)合泰二廠2001996/11997/725MCU,ASIC華亞一廠3201996/2H1997/2H30ASIC,Memory合計5,024524页码，4/382008-11-29表二、台灣IC製造廠商2002年營收排名單位：億台幣資料來源：工研院經資中心(2003/03)工廠簡介此公司設廠於楠梓加工區，民國89年收益達8億2千5百萬美元。未來將提供從前段測試、晶圓測試、封裝測試、封裝材料至下游系統組裝之一元化服務。隨著通訊、電腦及消費性3C產品成型，除主力之球型陣格承載器(BGA)封裝外，亦發展出晶片型(CSP)、覆晶(Flip-chip)、長凸塊(Bumping)等下一代封裝技術，並透過整合各事業單位與內部的資源以徹底發揮經濟規模，避免資源的浪費與提高經營績效。隨著電腦、通訊及消費性等產品對小型化、高性能化、多功能化、系統化、快速化、可攜性及低價的需求，使得電子元件有必要往高密度、高I/O數、低操作功率及模組化等多方面突破，這迫使封裝技術朝向輕薄短小、高集積化、多腳/細微化、薄形化、多模組及低成本等方向發展。2001排名2002排名公司2002營收2001營收營收成長率11台積電1,6091,25928%22聯電6746454%33華邦32123934%54南亞300117156%85茂德1839887%46旺宏161214-25%77矽統15810058%68力晶12811214%99茂矽1169423%1010世界先進8391-9%页码，5/382008-11-29二、製程2.1晶圓晶圓(片)是指製作矽半導體積體電路所用之矽晶片，狀似圓形，故稱晶圓(片)。矽晶圓(片)的材料是矽，地殼表面富含砂石(主要成分二氧化矽)，當從砂石內萃取出所需的矽元素後，經還原等處理，可萃得約98%野晶體(粗晶體)，再經純化過程，可得純化多晶矽，其形狀為粒狀或棒狀，純度高達0.99999999999。許多固體材料內的原子具有規則性排列，如石英，鑽石，角閃石等，我們稱之為晶體，IC(積體電路IntegratedCircuit)廠用的矽晶片即為矽晶體，因為整片的矽晶片是單一完整的晶體，故又稱為單晶體。若一固態晶體是由許多小晶體形成的，每個小晶體內原子的排列是有規則性的，但在整體固態晶體內，眾多個小晶體的方向是不相同的，我們則稱此固態晶體為複晶體(或多晶體)。是否能生成單晶體或多晶體與生長晶體的溫度，速率，雜質都有關係。砂石(二氧化矽)經由電弧爐提煉，鹽酸氯化，並經蒸餾後，可製成了高純度的多晶矽(多晶體)。將此多晶矽融化，並在熔融液內摻入一小顆矽晶體晶種，再慢慢拉出可形成圓柱狀的單晶矽晶棒。一根八吋矽晶棒重量約一百二十公斤，經過研磨、拋光、切割後，即成為積體電路(IC)工廠的一片片八吋矽晶圓(片)，依面積大小可分為直徑五吋、六吋、八吋等規格。我國自1997年起開始生長八吋(200mm)晶圓(片)，現已投入生長十二吋晶圓(片)。昀後矽晶圓(片)送至八吋晶圓廠內製造晶片電路，每塊矽晶圓(片)上可翻製出數以百計的相同矽晶片。這些晶片電路再經封裝測試等程序，經過複雜的化學和電子過程處理(製程)後，其上佈滿著多層精細的電子線路，便成為市面上一顆顆的IC(積體電路IntegratedCircuit)。積體電路(IC，IntegratedCircuit)主要用於電腦及相關產業。是把數以千計萬計的電子元件如電阻、電容等設計均收縮在一片不到指甲大小的矽晶片上，如此傳統電子迴路的體積均予於小型化，例如桌上型電腦縮小成筆記電腦。2.2積體電路製程單元積體電路的製造過程主要以晶圓為基本材料。晶圓經過表面氧化膜的形成和感光劑的塗佈後，結合光罩進行曝光、页码，6/382008-11-29顯像，使晶圓上形成各類型的電路，再經蝕刻、光阻液的去除及不純物的添加後，進行金屬蒸發，使各元件的線路及電極得以形成，此部份叫作晶圓處理製程；昀後進行晶圓探針檢測。然後切割成晶片，再經粘著、連線及包裝等組配工程而成電子產品，此部份為IC封裝。一般稱晶圓處理製程與晶圓針測製程為前段（FrontEnd）製程，而IC封裝與成品測試製程為後段（BackEnd）製程。以下是針對IC封裝之主要加工程序，晶圓研磨（WaferBackGrinding）、晶圓切割（DieSaw，D/S）、黏晶粒（DieBounding，D/B）、銲線（WireBounding，W/B）、封膠（Molding，M/D）、蓋印（Marking，M/K）、電鍍（Plating，P/T）、剪切與成型（Trim/Form，T/F）和檢測（Inspection，INSP），依序做一簡單的介紹。2.2.1晶圓研磨（WaferBackGrinding）該製程的主要目的是將加工製程完成之晶圓，研磨至適當的厚度，以配合產品結構之需求，由於封裝體逐漸演變至薄型化（ThinPackage），如1.0mm膠體厚度之TSOP、TSSOP及TQFP等，因此晶圓必須加以研磨。2.2.2晶圓切割（DieSaw；D/S）晶圓切割是將前製程加工完成的晶圓上之一顆顆晶粒（Die）切割分離。欲進行晶片切割，首先必須進行晶圓黏片，也就是在晶圓背面貼上膠帶（BlueTape），並將其置於銅製之框架上，再送至晶片切割機上進行切割。切割完後之晶粒井然有序排列於膠帶上，而框架的支撐是為了避免膠帶的皺摺與切割後的晶粒互相碰撞。2.2.3黏晶粒（DieBounding；D/B）黏晶粒是將切割後分離的晶粒放置於導線架（LeadFrame，L/F）之晶粒座上，並用銀膠（Epoxy）黏著固定。導線架經傳輸至定位後，首先要將銀膠點在晶粒座上預定黏著晶粒的位置，此步驟稱為「點膠」，然後再移至下一位置，由取放臂將切割後的晶粒一顆顆的放置在已點膠的晶粒座上。當晶粒置放於導線上的晶粒座之後，必須經過烘烤的程序，才能使晶粒牢固的黏著於其上。2.2.4銲線（WireBounding；W/B）銲線的目的是將晶粒上的接點以極細的金線（18~50μm）連接到導線架上的內引腳，進而藉此將IC晶粒之電路訊號傳輸到外界。在銲線前必須先以電子影像處理技術確定晶粒上的各個接點位置。页码，7/382008-11-29封膠（Molding；M/D）封膠的目的是為了防止濕氣等由外部侵入、以機械方式支持導線、有效的將內部產生之熱氣排出至外部，並提供手持之形體以保護金線與晶粒。封膠之過程比較單純，首先將銲線完成之導線架置放於框架上先行預熱，再將框架置於壓模機（MoldPress）的封裝模上，此時並將預熱好的樹脂投入封裝模上之樹脂進料口；當機器啟動後，將壓模機壓下，封閉上下模並將半溶化之樹脂擠入模中，待樹脂充填硬化後，開模取出成品。在封膠完成後的成品上，可以看到每一條導線架上之每一顆晶粒皆有堅固之外殼包覆著，並伸出引腳互相串連在一起。2.2.6蓋印（Marking；M/K）蓋印的目的，在註明產品之規格及產品製造者等訊息，封膠完後，一般先蓋背印以避免產品混淆，而在電鍍後蓋正印。蓋印的形式依產品的需求而有所不同，目前塑膠封裝中有油墨蓋印（InkMarking）及雷射蓋印（LaserMarking）兩種方式。2.2.7電鍍（Plating；P/T）電鍍的主要目的在於增加外引腳之導電性及抗氧化性，並且防止引腳產生生鏽的情形，由於電鍍機台的設置牽涉到環保標準等問題，在目前設置的新封裝廠中一般皆外包，由相關電鍍廠負責電鍍。2.2.8切腳與成型（Trim/Form；T/F）在此步驟中主要又可細分為去渣/切腳（Dejunk/Trim）及去框/成型（Singular/Form）兩個部份，前者的目的是為了將導線架上封膠完成之晶粒獨立分開，並把導線架上不需要的連接用材料及部份凸出之多餘樹脂切除（Dejunk），後者的目的則是去除導線架的邊框，並將外引腳壓成各種預先設計好之形狀，以便於裝置於電路版上使用。由於定位及動作的連續性，