电子制造技术概述

具体设计内容：
3、自动化程度（取决于贴片机、运输系统和 控制系统）
• 高速线—≥8k片/h，±0.2mm • 中速高精度线—3k~8k片/h， ±0.1mm • 低速半自动线—≤3k片/h • 手动—多用于研发或样品制作 4、设备选型——SMT设计的重点工作 • 性能、功能、可靠性及价格； • 可扩展性及灵活性； • 操作和维护。
前工序：微电子产 品制造的特有工艺
后工序
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硅片制造
• 切片工艺流程： 单晶生长 → 切断 → 滚磨 → 定晶 向 → 切片→ 倒角 → 研磨 → 腐蚀 → 抛光 →清洗 → 检验→包装
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2.3.1 多晶硅的制备
• 制备多晶硅，是采用地球上最普遍的原 料石英砂（也称硅石），就是二氧化硅， 通过冶炼获得多晶硅，再经一系列化学 的、物理的提纯工艺就制出半导体纯度 的多晶硅。
2.2 SMT生产线的设计
标准的SMT生产线应包括如下主要设备：上料装置、点 胶机、印刷机、贴片机、焊接炉、检测设备等。
具体设计内容：
1、元器件及基板的选择 • 元器件的供应要有保障； • 元器件的质量和尺寸精度要有保证； • 考虑元器件的极限装配条件； • 考虑元器件组装对工艺设备的要求。
2、组装方式及工艺流程的选择 • 尽可能选择单面组装方式，降低工艺难度； • 尽可能也适用双面组装； • 初定工艺流程
H2SO4、王水、ＨＦ等混酸泡洗至Ｓi含量99.7%以上。－－化学提纯
Si + 3HCl → SiHCl3 + H2
Si + 2Cl2 → SiCl4
• 蒸馏提纯 distillation 利用物质的沸点不同，而在精馏塔中通
过精馏来对其进行提纯
－－－－物理提纯
先将酸洗过的硅氧化为SiHCl3或 SiCl4，常温下SiHCl3 (沸点31.5℃)， 与SiCl4( 沸点57.6℃)都是液态，蒸馏获得高纯的SiHCl3或SiCl4。
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生长
• 引晶 是将籽晶与熔体很好的接触。 • 缩晶 在籽晶与生长的单晶棒之间缩颈，晶体最细
部分直径只有2-3mm。 • 放肩 将晶体直径放大至需要的尺寸。 • 等径生长 拉杆与坩埚反向匀速转动拉制出等径单
晶。拉升速度、转速，以及温度决定晶体直径大小， 缩晶与放肩处的直径也是由拉升速度、转速，以及 温度控制。 • 收尾 结束单晶生长。
• 目前拉制的单晶硅锭直径 已可达450mm，18英寸。
图2-1直拉法生长单晶硅装置示意图21
单晶炉
图2-2 TDR-A型单晶炉照片
四部分组成：
炉体部分 有坩埚、水冷 装置和拉杆等机械传 动部分；
加热控温系统 有光学高 温计、加热器、隔热 装置等；
真空部分 有机械泵、扩 散泵、测真空计等；
控制部分 电控系统等
• 电子级多晶硅纯度可达11N。
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冶炼
• 冶炼是采用木炭或其它含碳物质如煤、焦油等 来还原石英砂，得到硅，硅的含量在98-99﹪ 之间，称为冶金级硅，也称为粗硅或硅铁。
SiO2+2C 1600-1800℃Si+ 2CO↑
• 主要杂质：Fe、Al、C、B、P、Cu 要进一步提纯。
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提纯
• 酸洗 hydrochlorination 硅不溶于酸，所以粗硅初步提纯是用HCl、
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CZ法熔料中环流形成
• 熔体表面中心处温度最低，坩 埚壁面和底部温度最高。熔体 的温度梯度带来密度梯度，坩 埚壁面和底部熔体密度最低， 表面中心处熔体密度最高。地 球重力场的存在使得坩埚上部 密度高的熔体向下，而底部、 壁面密度低的熔体向上流动， 形成自然对流。
• 熔体流动的危害： 1）引起生长条纹的产生，
• 分解 discomposition 氢气易于净化，且在Si中溶解度极低，因此，
多用H2来还原SiHCl3和SiCl4，还原得到的硅就是半导体纯度的多晶硅。
SiCl4 + 2H2 →Si + 4HCl SiHCl3 + H2→ Si + 3HCl
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2.3.2 单晶硅生长
• 采用熔体生长法制备单晶硅棒
单面混合组装工艺流程
SMC先贴法 SMC后贴法
双面混合组装工艺流程（1）
SMD和THC在同侧
双面混合组装工艺流程（2）
SMD和SMIC分居两侧
全表面组装工艺流程
单面组装工艺流程
全表面组装工艺流程
双面组装工艺流程
2.2 SMT生产线的设计
• 生产线是批量化生产某种产品所需的所有原材 料、设备、工艺技术以及相关人员的总和。
– 多晶硅→熔体硅→单晶硅棒
• 按制备时有无使用坩埚又分为两类
– 有坩埚的：直拉法、磁控直拉法； – 无坩埚的：悬浮区熔法 。
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直拉法----Czochralski法(CZ法)
• 1918年，切克劳斯基（J. Czochralski）从熔融金 属中拉制出了金属细灯丝。
• 在20世纪50年代初期，G. K. Teal和J. B. Little 采用类似的方法从熔融硅 中拉制出了单晶硅锭，开 发出直拉法生长单晶硅锭 技术。
• 倒角，将切割好的晶片的锐利边修整成圆弧形，防 止晶片边缘破裂及晶格缺陷产生
• 抛光，单晶硅片表面需要改善微缺陷，从而获得高 平坦度的抛光面。抛光的设备：多片式抛光机，单 片式抛光机。 抛光的方式：先粗抛，去除损伤层， 一般去除量约在10-20μm；再精抛，改善晶片表面 的微粗糙程度，一般去除量1μm以下。
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芯片制造 npn-Si双极型晶体管芯片工艺流程
举例
n+ p n P+
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本章结束
工艺设计和组装设计
• 工艺设计——包含工艺流程、工艺要求、工 艺参数、检查与返修，以及生产线的布置、 设备指标清单、工艺原材料清单等。
• 组装设计——印制网板文件（版图、结构、 精度等）、贴片机文件（元件描述、拾放程 序、贴片数据等）、焊接设备文件（设备参 数等）、测试与检验文件等。
2.3 电子制造简介
表面组装 工艺技术
第一章 电子制造技术概论
2.1 组装方式与组装工艺பைடு நூலகம்程
• 合适的组装方式是高效、低成本组装生产 的基础，也是SMT工艺设计的主要内容
组装方式可分为以下三类： • 单面混合组装 • 双面混合组装 • 全表面组装
• 组装工艺流程 • 不同的组装方式有不同的工艺流程，同
一组装方式也可有不同的工艺流程。 主要分类： 单面混合组装工艺流程 双面混合组装工艺流程 全表面组装工艺流程
• 熔区的存在是由于融体表面
张力的缘故，悬浮区熔法没
有坩埚的污染，因此能生长
出无氧的，纯度更高的单晶
悬浮区熔装置示意图
硅棒。
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定晶向
硅片主要晶向、晶型的定位平边
用X射线衍射确定晶向，X射线被晶体衍射时，通过测量衍 射线的方位可以确定出晶体取向
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切片，倒角，抛光
• 切片，（111）（100）切片偏差小于±1°，但外 延用（111）片应偏出3±0.5°。
有损晶体均匀性； 2）对流使坩埚中的氧进到
熔体表面，使晶体中氧量增加。
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掺杂方式
• 液相掺杂
–直接掺杂 –母合金掺杂
• 气相掺杂 • 中子辐照（NTD）掺杂--中子
嬗变掺杂技术
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磁控直拉法： 水平磁场与坩埚内熔体各部位的相互作用
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悬浮区熔法（FZ法）
• 悬浮区熔法，多晶与单晶均 由夹具夹着，由高频加热器 产生一悬浮的溶区，多晶硅 连续通过熔区熔融，在熔区 与单晶接触的界面处生长单 晶。