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IC工艺流程简介

第一篇 IC 简介

  IC 是指集成电路。通常的电子产品,可以分为集成电路和外围元件电路两部分,并且这两部分可以相互地转化。集成电路是将大面积的电路用硅等材料通过一定工艺技术做在一个小chip 里面。集成电路有面积小,生产成本低的优点,但也有前期成本高,电路功能固化,接口固化等缺点。随着半导体制造技术的发展,将有越来越多的常用功能模块大规模地集成化,这也直接促进了电子产品的体积越来越小,生产成本越来越低。但同时,工艺精度也越来越高,直接导致初期设计成本增加,对产品标准化和兼容性的要求也越来越高。另外通过 EPROMEEPROM 等工艺技术和MCU 二次开发、微系统开发等软件技术,部分解决了功能固化的缺点。

第二篇 IC 设计流程

  先确认电路实现的功能,根据功能进行实现电路设计。设计完成后,工程师会使用特定的软件进行仿真,验证电路与设计的初衷功能是否相符。也可以通过FPGA 进行硬件仿真,这样可以提供给客户DEMO 板进行验证。电路仿真调整好后,开始版图设计。版图是根据晶圆(wafer)厂的工艺规则,将功能电路转化成可用于生产的版图的过程。最终的版图会再与功能电路再比对,还可以进行版图级的仿真,以保证版图完全依照功能电路实现,所以版图设计通常不会在功能上出现错误,但对IC 性能会有一定的影响。设计好的版图文件,就可以拿去用于生产 IC 了。

第三篇 IC 前端生产流程

光罩 MASK

  版图文件先发给光罩厂生产光罩。光罩相当于照片的底片,根据版图和工艺的情况,一颗IC 要分为多层光罩。光罩一般最少7 层,随着工艺的复杂度的增加,光罩层数也会不断增加。光罩做好后,拿到晶圆厂就可以进行晶圆的生产了。光罩和晶圆是密不可分的过程,但是一般分立两家经营,也是为了保护IC产权的需要。

晶圆生产 Wafer Produce

  晶圆生产是 IC 生产的一个最主要的过程,通常这里占了IC 总成本的70%以上。晶圆生产在技术和环境上面要求都极其严格,一家晶圆厂的建设成本也是极其高的,一个8 英寸晶圆制造工厂前期建设成本通常高达10 亿美元。晶圆工艺的发展,也是促进IC 产业不断升级的最主要的源动力。

晶圆测试 Chip Probe

  晶圆生产中,因为生产边角、工艺浓度的不均、或是生产过程中环境影响等等原因,晶圆中会有一些不符合要求的晶粒,要通过测试把这些不良品挑出来,打上标记。测试的过程是由IC 设计工程师提供产品的验证规格,然后测试工程师写测试程序,控制测试机台进行的。

晶圆切割 Saw

  晶圆上面布满了晶粒,在生产时,晶粒与晶粒之间都留好了切割道,顺着切割道就可以将每颗晶粒分离成独立的裸片(dice)。然后,通过挑晶的过程,把测试不良的裸片去掉,良品用TRAY 盘真空包装。

第四篇 IC 后端生产流程

封装 PKG

  因为IC 裸片极其娇嫩,不能暴露在空气中,而且体积很小,所以应用前一般将它们先进封装,将内部的脚位(PAD)用金属线引出来,核心的电路则用塑胶材料密封保护好。对于外围应用简单,或是对体积有要求的产品,也可以直接采用板级封装(Chip On Board),将裸片直接封胶到PCB 板上。还有更小更简单的产品也可以不用PCB 板,直接封胶成成品。封装是 IC 应用中一个非常重要的部分,但我接触不多,欢迎专业人士补充。

成品测试

  IC 在邦定和封装的过程中,因为静电击穿、邦线不牢等等原因,会导致封装好的IC 出现功能不良的情况,因此,可能需要再一次进行成品测试。正常情况下,成本的良率很高,一般在 98%以上。如果有大规模的不良,则需要检查生产的过程是否存在问题,或是IC ESD 保护能力是否过弱等问题。

OTP 烧录

  这是专用于 EPROM 工艺制造的MCU 产品的一个生产过程,它是将MCU数据通过烧录器灌进IC 母体,使IC 具有需要的逻辑功能。如果IC 用量大,也可以采用切割前的wafer 级烧录。

第五篇 IC 的工艺指标

  IC 工艺指标,决定于wafer 生产的过程。工艺通常分为METAL(铝栅)和POLY(硅栅)两类。

  METAL(铝栅)工艺生产成本低,但IC 内部的开关速度慢,一般应用于简单功能的低端产品,应用时衬底接VDD

POLY(硅栅)工艺生产成本高,IC 内部的开关速度快,一般应用于中高端产品,应用时衬底接GND

  工艺的另一个指标是线宽,常用线宽有 0.18um(或更小)0.35um0.5um1.0um2.0um3.0um 等。线宽决定了产品的面积,同样的电路用较小的线宽,面积会相应减小(注意:要看工艺的具体情况,并不会完全成比例。)

 


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