第1章 電子制造技術(shù)概述

1.1 電子制造簡介

電子產(chǎn)品在不同發(fā)展水平的國家有不同的內(nèi)涵，在同一國家的不同發(fā)展階段也有不同的內(nèi)涵。我國消費(fèi)類電子產(chǎn)品是指個人和家庭使用的，與廣播、電視有關(guān)的音頻和視頻產(chǎn)品，主要包括：電視機(jī)、影碟機(jī)（VCD、SVCD、DVD）、錄像機(jī)、攝錄機(jī)、收音機(jī)、收錄機(jī)、組合音響、電唱機(jī)、激光唱機(jī)（CD）等。而在一些發(fā)達(dá)國家，則把電話、個人計(jì)算機(jī)、家庭辦公設(shè)備、家用電子保健設(shè)備、汽車電子產(chǎn)品等也歸在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。隨著技術(shù)發(fā)展和新產(chǎn)品的出現(xiàn)，數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、PDA等產(chǎn)品也在成為新興的消費(fèi)類電子產(chǎn)品。生產(chǎn)這些電子產(chǎn)品的行業(yè)就是電子制造業(yè)。電子制造業(yè)已經(jīng)超越其他任何行業(yè)，成為當(dāng)今第一大產(chǎn)業(yè)。

中國的快速發(fā)展加速了全球電子制造業(yè)的發(fā)展。中國已經(jīng)成為全球最大的電子產(chǎn)品制造基地。珠江三角洲地區(qū)的計(jì)算機(jī)資訊是支柱產(chǎn)業(yè)，擁有計(jì)算機(jī)資訊產(chǎn)品加工企業(yè)3000多家，計(jì)算機(jī)整機(jī)零部件配套率達(dá)到95%，計(jì)算機(jī)磁頭、計(jì)算機(jī)主機(jī)板和計(jì)算機(jī)顯示器等產(chǎn)品產(chǎn)量均居世界前列。長江三角洲地區(qū)是內(nèi)地規(guī)模最大、最完善的IT設(shè)備制造基地，IT制造業(yè)已經(jīng)形成了計(jì)算機(jī)及外設(shè)、通信產(chǎn)品、消費(fèi)類電子和電子元器件及電子材料四大門類，幾十個產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)能力。環(huán)渤海地區(qū)是國內(nèi)第三大信息產(chǎn)業(yè)集群，以軟件和通信類產(chǎn)業(yè)為主，集中了全國的技術(shù)開發(fā)的骨干力量，會聚了大量的高級人才，具備構(gòu)建大型系統(tǒng)和開發(fā)高端解決方案的能力，在一些重大的技術(shù)改造、信息安全和電子政務(wù)等領(lǐng)域具有較大的優(yōu)勢。

1.1.1 硅片制備

硅是集成電路制造中最重要的半導(dǎo)體材料，超過90%的集成電路芯片都是在硅片上制作而成的。硅片制備流程圖如圖1-1所示。

1.多晶硅提純

硅的原材料主要來源于沙子和硅礦，經(jīng)提純后得到高純多晶硅，多晶硅純度如表1-1所示。

2.長晶

長晶即晶體生長，是把半導(dǎo)體級多晶硅塊按一定的晶向轉(zhuǎn)換成一塊大的單晶硅碇。

3.端點(diǎn)移除和直徑研磨

4.主平面形成

制作硅片定位邊或定位槽。主要功能是在硅片制造過程中起定位作用以及標(biāo)明硅片的晶向和導(dǎo)電類型，如P型或N型。通常早期200mm以下的硅片采用定位邊，并在硅片上打上激光條碼標(biāo)志，標(biāo)明硅片的出廠日期或批次之類的信息。

5.晶圓切片

使用帶金鋼石刀刃的內(nèi)圓切割機(jī)進(jìn)行切割。但300mm以上的硅片，一般采用線鋸進(jìn)行切割。

6.邊角磨光

邊角磨光又叫倒角，目的是使硅片邊緣圓滑，減少因邊緣損傷而引起的硅片缺陷。

7.研磨

進(jìn)行雙面機(jī)械磨片，去除切片時留下的損傷，并初步平坦化。

8.晶圓蝕刻

利用化學(xué)方法在硅表面腐蝕掉一層硅（大約20μm），進(jìn)一步去除硅片表面損傷和污跡。

9.拋光

利用化學(xué)和機(jī)械的方法獲得硅片表面的高度平整化。拋光是實(shí)現(xiàn)深亞微米級光刻的重要步驟。拋光后的硅片兩面都會像一面鏡子。

10.晶圓檢視

對硅片進(jìn)行物理尺寸、平整度、晶體缺陷、體電阻率、氧含量及顆粒等方面的質(zhì)量檢測。

1.1.2 芯片制造

芯片制造的四大基本工藝是：增層、光刻和刻蝕、摻雜、熱處理。反復(fù)運(yùn)用這四種工藝就可以在硅片上制造出各種半導(dǎo)體器件和芯片。

1.增層

增層就是在硅片表面增加一層各種薄膜材料（如二氧化硅、金屬鋁等），增層原理圖如圖1-2所示。

增層主要有兩種方法。

（1）氧化：在硅片表面熱氧化一層氧化層（如二氧化硅）。

（2）淀積：在硅片表面物理沉積一層薄膜（如金屬鋁淀積）。

2.光刻和刻蝕

利用一系列工藝方法在硅片表面制作出不同的圖形，其原理圖如圖1-3所示。

3.摻雜

在硅材料中摻入少量雜質(zhì)（如硼、砷等），使其電學(xué)性能發(fā)生改變，其原理圖如圖1-4所示。摻雜主要有兩種方法：擴(kuò)散和離子注入。

4.熱處理

熱處理是把硅片進(jìn)行簡單的加熱和冷卻，以達(dá)到特定的目的（如修復(fù)硅片缺陷等）。

1.1.3 封裝

所謂封裝就是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片外殼的過程，它不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電熱性能的作用，而且把芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部電路的連接。芯片必須與外界隔離，從而防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路腐蝕，造成電氣性能下降，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。

由于封裝技術(shù)的好壞直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB（印制電路板）的設(shè)計(jì)和制造，因此封裝是至關(guān)重要的。幾種常見的封裝形式及外形如表1-2所示。