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晶圆的封装与测试是半导体制造过程中的关键环节,它们不仅保护芯片免受外界环境的影响,还确保了芯片的性能和可靠性。
一、晶圆封装方法
(一)传统封装
传统封装是将每个芯片从晶圆中切割出来并放入模具中进行封装。其具体步骤如下:
晶圆锯切:将晶圆切割成单独的芯片。这一步骤需要使用高精度的切割设备,以确保切割后的芯片尺寸精确、边缘整齐。切割过程中要尽量减少对芯片的损伤,避免影响其性能和可靠性。
单个晶片附着:将切割后的芯片固定在封装基座上。通常使用粘结剂或焊料将芯片与基座牢固地连接在一起,确保芯片在后续封装过程中不会移位或脱落。
互连:通过引线键合或倒装芯片技术,将芯片的电极与封装外壳的引脚连接起来。引线键合是使用细金属线(如金线)将芯片的焊盘与引脚相连,而倒装芯片技术则是将芯片倒置,使芯片底部的凸点与基板或封装基座上的焊盘直接连接,形成电气连接。
成型:利用成型工艺给芯片外部加一个保护壳,以保护半导体集成电路不受温度、湿度等外部条件的影响。成型材料通常为环氧模塑料(EMC),它具有良好的绝缘性、机械强度和耐热性,能够有效保护芯片免受外界环境的侵蚀。
(二)晶圆级封装
晶圆级封装是在晶圆切割成单独芯片之前就进行封装的技术。其主要优点是生产成本低、封装尺寸小等。晶圆级封装的基本工艺包括:
光刻工艺:通过光刻技术在晶圆表面形成所需的图案,为后续的金属沉积、刻蚀等工艺做准备。光刻过程需要使用光刻胶和掩模版,通过紫外线照射使光刻胶发生化学反应,从而在晶圆表面形成精确的图案。
溅射工艺:利用物理气相沉积的方法,在晶圆表面沉积一层金属薄膜。溅射过程中,高能粒子轰击靶材表面,使靶材原子飞出并沉积在晶圆表面,形成所需的金属层。这种方法可以实现高精度的金属薄膜沉积,适用于晶圆级封装中的互连层和焊盘的制作。
电镀工艺:通过电化学反应在晶圆表面沉积金属。电镀过程中,晶圆作为阴极,金属离子在阴极表面还原成金属并沉积在晶圆表面。电镀可以增加金属层的厚度和均匀性,提高互连的可靠性和导电性。
光刻胶去胶工艺:在完成光刻和金属沉积等工艺后,需要将光刻胶去除。去胶过程通常使用化学溶剂或等离子体处理,将光刻胶从晶圆表面彻底清除,同时避免对晶圆表面和已沉积的金属层造成损伤。
金属刻蚀工艺:使用化学刻蚀剂或等离子体刻蚀技术,将未被光刻胶保护的金属部分刻蚀掉,形成所需的金属图案。刻蚀过程需要精确控制刻蚀时间和条件,以确保刻蚀后的金属图案符合设计要求,且不损伤晶圆表面和其他结构。
二、晶圆测试方法
(一)晶圆接受测试
晶圆接受测试是在晶圆制造完成后进行的一项关键电性测试。其主要作用包括验证工艺步骤的精度、确保电性能符合设计要求、检测工艺一致性与稳定性、支持工艺问题的早期发现和修正、优化后续封装和成品良率等。WAT测试通过在晶圆的各个特定位置上测量微观器件的电性能,来验证每道工艺步骤的完成质量和工艺参数的稳定性。
(二)芯片功能测试(CP测试)
芯片功能测试是在晶圆制造和封装之间进行的测试。其目的是确保整片wafer中的每一个Die都能基本满足器件的特征或者设计规格书,通常包括电压、电流、时序和功能的验证。CP测试用到的设备有测试机(IC Tester)和探针卡(Probe Card),通过探针将裸露的芯片与测试机连接,从而进行芯片测试。在测试过程中,会同时标记出不合格的芯片,这些被标记的芯片在后续的切割后会被筛选出来,从而缩减后续封测的成本。
总之,晶圆的封装与测试方法对于确保半导体产品的质量和性能至关重要。通过合理选择和优化封装与测试工艺,可以提高生产效率、降低成本,并最终生产出高性能、高可靠性的半导体芯片。
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