ic封装制程简介

半導體的產品很多，應用的場合非常廣泛，圖一是常見的幾種半導體元件外型。半導體元件一般是以接腳形式或外型來劃分類別，圖一中不同類別的英文縮寫名稱原文為

PDID：Plastic Dual Inline Package

SOP：Small Outline Package

SOJ：Small Outline J-Lead Package

PLCC：Plastic Leaded Chip Carrier

QFP：Quad Flat Package

PGA：Pin Grid Array

BGA：Ball Grid Array

雖然半導體元件的外型種類很多，在電路板上常用的組裝方式有二種，一種是插入電路板的銲孔或腳座，如PDIP、PGA，另一種是貼附在電路板表面的銲墊上，如SOP、SOJ、PLCC、QFP、BGA。

從半導體元件的外觀，只看到從包覆的膠體或陶瓷中伸出的接腳，而半導體元件真正的的核心，是包覆在膠體或陶瓷內一片非常小的晶片，透過伸出的接腳與外部做資訊傳輸。圖二是一片EPROM元件，從上方的玻璃窗可看到內部的晶片，圖三是以顯微鏡將內部的晶片放大，可以看到晶片以多條銲線連接四周的接腳，這些接腳向外延伸並穿出膠體，成為晶片與外界通訊的道路。請注意圖三中有一條銲線從中斷裂，那是使用不當引發過電流而燒毀，致使晶片失去功能，這也是一般晶片遭到損毀而失效的原因之一。

圖四是常見的LED，也就是發光二極體，其內部也是一顆晶片，圖五是以顯微鏡正視LED 的頂端，可從透明的膠體中隱約的看到一片方型的晶片及一條金色的銲線，若以LED二支接腳的極性來做分別，晶片是貼附在負極的腳上，經由銲線連接正極的腳。當LED通過正向電流時，晶片會發光而使LED發亮，如圖六所示。

半導體元件的製作分成兩段的製造程序，前一段是先製造元件的核心─晶片，稱為晶圓製造；後一段是將晶中片加以封裝成最後產品，稱為IC封裝製程，又可細分成晶圓切割、黏晶、銲線、封膠、印字、剪切成型等加工步驟，在本章節中將簡介這兩段的製造程序。

須經過下列主要製程才能製造出一片可用的晶片，以下

是各製程的介紹：

（１）長晶（CRYSTAL GROWTH）：

長晶是從矽沙中(二氧化矽)提鍊成單晶矽，製造過程是將矽石(Silica)或矽酸鹽(Silicate) 如同冶金一樣，放入爐中熔解提鍊，形成冶金級矽。冶金級矽中尚含有雜質，接下來用分餾及還原的方法將其純化，形成電子級矽。雖然電子級矽所含的矽的純度很高，可達99.9999 99999 %，但是結晶方式雜亂，又稱為多晶矽，必需重排成單晶結構，因此將電子級矽置入坩堝內加溫融化，先將溫度降低至一設定點，再以一塊單晶矽為晶種，置入坩堝內，讓融化的矽沾附在晶種上，再將晶種以邊拉邊旋轉方式抽離坩堝，而沾附在晶種上的矽亦隨之冷凝，形成與晶種相同排列的結晶。隨著晶種的旋轉上升，沾附的矽愈多，並且被拉引成表面粗糙的圓柱狀結晶棒。拉引及旋轉的速度愈慢則沾附的矽結晶時間愈久，結晶棒的直徑愈大，反之則愈小。

右圖(摘自中德公司目錄)為中德電子材料公司製作的晶棒(長度達一公尺，重量超過一百公斤)。

（２）切片（SLICING）：

從坩堝中拉出的晶柱，表面並不平整，經過工業級鑽石磨具的加工，磨成平滑的圓柱，並切除頭尾兩端錐狀段，形成標準的圓柱，被切除或磨削的部份則回收重新冶煉。接著以以高硬度鋸片或線鋸將圓柱切成片狀的晶圓(Wafer) (摘自中德公司目錄)。

（３）邊緣研磨（EDGE－GRINDING）：

將片狀晶圓的圓周邊緣以磨具研磨成光滑的圓弧形，如此可(1)防止邊緣崩裂，(2)防止在後續的製程中產生熱應力集中，(3)增加未來製程中鋪設光阻層或磊晶層的平坦度。

（４）研磨（LAPPING）與蝕刻（ETCHING）：

由於受過機械的切削，晶圚表面粗糙，凹凸不平，及沾附切屑或污漬，因此先以化學溶液(HF/HNO3)蝕刻(Etching)，去除部份切削痕跡，再經去離子純水沖洗吹乾後，進行表面研磨拋光，使晶圓像鏡面樣平滑，以利後續製程。研磨拋光是機械與化學加工同時進行，機械加工是將晶圓放置在研磨機內，將加工面壓貼在研磨墊(Polishing Pad)磨擦，並同時滴入具腐蝕性的化學溶劑當研磨液，讓磨削與腐蝕同時產生。研磨後的晶圓需用化學溶劑清除表面殘留的金屬碎屑或有機雜質，再以去離子純水沖洗吹乾，準備進入植入電路製程。

（5）退火（ANNEALING）：

將晶片在嚴格控制的條件下退火，以使晶片的阻質穩定。

（6）拋光（POLISHING）：

晶片小心翼翼地拋光，使晶片表面光滑與平坦，以利將來再加工。

（7）洗淨（CLEANING）：

以多步驟的高度無污染洗淨程序－包含各種高度潔淨的清洗液與超音動處理－除去晶片表面的所有污染物質，使晶片達到可進行晶片加工的狀態。

（8）檢驗（INSPECTION）：

晶片在無塵環境中進行嚴格的檢查，包含表面的潔淨度、平坦度以及各項規格以確保品質符合顧客的要求。

（9）包裝（PACKING）：

通過檢驗的晶片以特殊設計的容器包裝，使晶片維持無塵及潔淨的狀態，該容器並確保晶片固定於其中，以預防搬運過程中發生的振動使晶片受損。

經過晶圓製造的步驟後，此時晶圓還沒任何的功能，所以必須經過積體電路製程，才可算是一片可用的晶圓。

以下是積體電路製程的流程圖：

磊晶微影氧化擴散蝕刻金屬連線

磊晶(Epitoxy)

指基板以外依元件製程需要沉積的薄膜材料，其原理可分為：

(１) 液相磊晶(Liquid Phase Epitoxy，LPE)

LPE 的晶體成長是在基板上將熔融態的液體材料直接和晶片接觸而沉積晶膜，特別適用於化合物半導體元件，尤其是發光元件。

(２) 氣相磊晶(Vapor Phase Epitoxy，VPE)

VPE 的原理是讓磊晶原材料以氣體或電漿粒子的形式傳輸至晶片表面，這些粒子在失去部份的動能後被晶片表面晶格吸附(Adsorb)，通常晶片會以熱的形式提供能量給粒子，使其游移至晶格位置而凝結(Condensation)。在此同時粒子和晶格表面原子因吸收熱能而脫離晶片表面稱之為解離(Desorb)，因此VPE 的程序其實是粒子的吸附和解離兩種作用的動態平衡結果，如下圖所示。

VPE 依反應機構可以分成(ａ) 化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD) 和(ｂ) 物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD) 兩種技術。

CVD 大致是應用在半導體晶膜和氧化層的成長。

PVD 主要適用於金屬接點連線的沉積。

(３) 分子束磊晶(Molecular Beam Epitoxy，MBE)

MBE 是近年來最熱門的磊晶技術，無論是III-V、II-VI 族化合物半導體、Si 或者SixGe1-x等材料的薄膜特性，為所有磊晶技術中最佳者。MBE 的原理基本上和高溫蒸鍍法相同，操作壓力保持在超真空(Ultra High Vacuum，UHV) 約10-10 Toor 以下，因此晶片的裝載必須經過閥門的控制來維持其真空度。

微影(Lithography)

微影(Lithography) 技術是將光罩(Mask) 上的主要圖案先轉移至感光材料上，利用光線透過光罩照射在感光材料上，再以溶劑浸泡將感光材料受光照射到的部份加以溶解或保留，如此所形成的光阻圖案會和光罩完全相同或呈互補。由於微影製程的環境是採用黃光照明而非一般攝影暗房的紅光，所以這一部份的製程常被簡稱為”黃光”。

為了加強光阻覆蓋的特性，使得圖轉移有更好的精確度與可靠度，整個微影製程包含了以下七個細部動作。

(１) 表面清洗：由於晶片表面通常都含有氧化物、雜質、油脂和水分子，因此在進行光阻覆蓋之前，必須將它先利用化學溶劑(甲醇或丙酮) 去除雜質和油脂，再以氫氟酸蝕刻晶片