劉勁松(愛立發(fā)自動(dòng)設(shè)備(上海)有限公司

摘要：在IC制造技術(shù)中的后道工序的封裝技術(shù)，在2001年后的高端IC制造中，突顯非常重要的地位。從64K DRAM到CPU—奔4芯片的封裝都在其中。本文，結(jié)合筆者在日本大學(xué)、研究所和公司的研究工作經(jīng)歷，對(duì)高端IC封裝的最主要幾種類型的設(shè)備作一一闡述。進(jìn)入2002年，隨著液晶顯示器TFT—LCD的流行，液晶Cell的IC Driver芯片貼付機(jī)開始暢銷，本文也對(duì)這一在中國(guó)剛剛開始使用的設(shè)備作一介紹。

關(guān)鍵詞：晶圓；IC封裝；IC制造；標(biāo)識(shí)

1 IC制造技術(shù)概述

簡(jiǎn)單地說(shuō)，一支芯片的制造要經(jīng)歷圖紙?jiān)O(shè)計(jì)(Fabless)和實(shí)物制造(Foundry & Packaging)兩個(gè)過(guò)程。實(shí)物的制造分為前工程和后工程兩個(gè)階段。前工程是指在晶圓(Wafer)上作出設(shè)計(jì)要求的邏輯電路芯片的所有過(guò)程。后工程是指把帶有邏輯電路的晶圓做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的芯片的所有過(guò)程。世界半導(dǎo)體界有這樣的共識(shí)：盡管前工程投資巨大，核心技術(shù)集中，但全球不過(guò)十幾個(gè)大廠，技術(shù)更新緩慢。而后工程，特別是封裝領(lǐng)域，可以說(shuō)技術(shù)更新快，廠商多，競(jìng)爭(zhēng)激烈。也正是由于IC封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步，才使諸如數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、C3手機(jī)得以迅猛發(fā)展。

IC封裝工藝是后工程中最具變化和發(fā)展迅速的領(lǐng)域。IC封裝又分為低端IC封裝和高端IC封裝。低端IC封裝在中國(guó)已發(fā)展多年，目前中國(guó)大陸也是世界低端IC的最大生產(chǎn)基地。但由于附加值太低，沒(méi)有多少利潤(rùn)。作為高端IC的封裝，自2002年在大陸?yīng)氋Y和合資企業(yè)中已開始使用。特別是2002年5月Intel上海公司宣布P4CPU芯片在上海封裝，意味著在中國(guó)大陸已有世界上最先進(jìn)的封裝設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)。

本文要介紹目前已在國(guó)際上廣泛使用和預(yù)計(jì)將要廣泛使用的五大類高端IC封裝設(shè)備。它們分別是：(1)TAB Potting System；(2)BGA,CSP Ball Mounting System；(3)Flip-Chip Bonding System；(4)TAB Marking System；(5)TFT-LCD Cell Bonding System。

下面逐項(xiàng)介紹這些設(shè)備的原理和技術(shù)。

2 TAB Potting System

下圖是這一系統(tǒng)的照片，其中技術(shù)核心是標(biāo)識(shí)Main的部分。

這種封裝形式的發(fā)展最早是從BP尋呼機(jī)的小尺寸液晶顯示驅(qū)動(dòng)IC的涂布方式而來(lái)，目前廣泛應(yīng)用在手機(jī)液晶顯示驅(qū)動(dòng)IC和PC用液晶顯示驅(qū)動(dòng)IC的封裝。這種設(shè)備的控制軟件由一個(gè)小組完成，筆者參加過(guò)其中涂布運(yùn)動(dòng)路徑控制軟件模塊的制作。該裝置的Specifications如圖2所示。

3 BGA,CSP Ball Mounting System

這一裝置如圖3所宗，它由三個(gè)獨(dú)立的工程組成，分別為：印刷工：程、搭載工程、檢查工程。

這種設(shè)備在臺(tái)灣稱作植球機(jī)，筆者在臺(tái)灣TI公司作這一裝置的技術(shù)指導(dǎo)時(shí)看到，目前TI公司的DSP芯片幾乎全是使用這種設(shè)備植球。這種設(shè)備可以用在P—BGA、T—BGA及從2001年底開始流行的CSP等封裝形式上。在2002年3月訪問(wèn)Intel上海時(shí)看到，他們從美國(guó)公司引進(jìn)這一設(shè)備作為生產(chǎn)CPU—P4的植球機(jī)，該裝置的Specifications如圖4所示。

針對(duì)日本國(guó)內(nèi)G3手機(jī)的蓬勃發(fā)展和世界PDA機(jī)種的小尺寸高容量化，在這類封裝中又衍生出Micro Ball Mounting System(圖5)。

4 Flip-Chip Bonding System

Flip-Chip封裝是一門古老的封裝技術(shù)，誕生在1960年IBM公司，國(guó)內(nèi)稱作倒裝焊技術(shù)。進(jìn)入2000年后，由于專用系統(tǒng)集成芯片的高速發(fā)展，這種帶有研究性質(zhì)的封裝形式得以興起和推廣。這類裝置分為Manual—手動(dòng)機(jī)和Auto—自動(dòng)機(jī)。Manual機(jī)是專門為研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究用機(jī)型。圖6所示的Manual機(jī)CB—501，由于價(jià)格低，專業(yè)功能強(qiáng)，在日本著名半導(dǎo)體大公司的研究所幾乎都有配備。圖7是它的Specifications。該裝置的軟件是筆者制作的。

顯然Auto機(jī)是針對(duì)工廠批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的，該裝置正處于開發(fā)完善階段。我參加了其中技術(shù)要素的開發(fā)——定位精度0．1μm的直線電機(jī)控制技術(shù)。已在2003年中推向日美市場(chǎng)，其關(guān)鍵技術(shù)在于Bonding頭的平坦度控制技術(shù)和直線電機(jī)的重復(fù)定位穩(wěn)定性。

5 TAB Marking System

從字面翻譯，這種設(shè)備叫做TAB芯片打碼機(jī)。按照使用材料不同，分為ink打碼機(jī)和激光打碼機(jī)。這種設(shè)備的核心技術(shù)是打印頭，日本廠商的ink和Laser打印頭是業(yè)界公認(rèn)品質(zhì)上流的。該設(shè)備在原理上沒(méi)有新的地方，買來(lái)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)后，在機(jī)構(gòu)上為其配套，但其傳送機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性要求很高。由于涉及不到任何專利權(quán)限，我國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)的幾家企業(yè)都有生產(chǎn)。2000年IC制造業(yè)最繁榮時(shí)，臺(tái)灣的幾乎所有芯片封裝廠都引進(jìn)數(shù)套該設(shè)備。

6 TFT-LCD Cell Bonding System

在PC領(lǐng)域，由液晶顯示器取代CRT是趨勢(shì)。從2001年后期開始的TFT-LCD制造高潮延續(xù)至今。特別是臺(tái)灣企業(yè)潮水般在祖國(guó)大陸的投資建廠，使這一領(lǐng)域設(shè)備市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)。在TFT-LCD的實(shí)裝線上，主要被日立和松下等大公司所壟斷。筆者在我國(guó)臺(tái)灣省參觀其液晶大廠時(shí)看到，像日立等大公司制造的價(jià)值2億日元的實(shí)裝線確實(shí)有know-how。為了提高TFT-LCD制造成品率和降低制造成本，實(shí)裝后的Repair設(shè)備倍受歡迎。在Repair機(jī)臺(tái)中大致分為三類：ACF貼付機(jī)、OLB貼付機(jī)、PWB貼付機(jī)。由這三種機(jī)器可以完成一片液晶Cell的驅(qū)動(dòng)IC的全部貼付工序。圖8、9、10為這三類裝置的照片。筆者于2002年6月結(jié)束的在我國(guó)江蘇省某臺(tái)資公司完成的技術(shù)指導(dǎo)培訓(xùn)就是針對(duì)上述三類裝置。其中PWB貼付機(jī)的控制軟件也是筆者完成的。

總結(jié)

隨著IC制造業(yè)的不斷發(fā)展，特別是多品種、少批量的IC需求越來(lái)越多，新開發(fā)的IC封裝形式還會(huì)不斷出現(xiàn)。因此，針對(duì)新的封裝形式而出現(xiàn)的封裝設(shè)備也會(huì)不斷涌現(xiàn)。上述的五類設(shè)備并不是高端IC封裝技術(shù)的全部，但確是主要的部分。隨著市場(chǎng)對(duì)IC的更高需求，還會(huì)出現(xiàn)更新的封裝設(shè)備，但新的封裝形式和設(shè)備不是憑空而來(lái)的，是在前一代封裝形式的基礎(chǔ)上而被發(fā)明出來(lái)的。

因此，針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)開發(fā)需要的高端IC封裝技術(shù)和設(shè)備是擺在中國(guó)機(jī)電一體化學(xué)科學(xué)者們面前的緊迫課題?！鞍雽?dǎo)體技術(shù)是工業(yè)的糧食”是世界產(chǎn)業(yè)界共識(shí)，中國(guó)工業(yè)不能沒(méi)有半導(dǎo)體技術(shù)就象中國(guó)不能缺吃少糧一樣。而且，我們要自己種糧吃，我們要研制出更多的國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備以替代進(jìn)口產(chǎn)品。