全自动物料转换工艺.docx

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全自动物料转换工艺

全自动物料转换工艺

摘要

本文主要从集成电路芯片封装技术理论知识出发，针对当前国内封装业的迅猛发展现状和英特尔成都封装测试工厂CPU区的工艺流程作出系统化概述以及对流程中的个别站点（APL:

AutomaticPackageLoader）进行详细的阐述，主要研究了以下问题：

芯片封装的在国内的历史发展背景和英特尔成都封装测试工厂中CPU生产的主要工艺流程，介绍流程中几个大的工艺环节站点（各个工艺环节站点中几个小站点）。

英特尔成都封装测试工厂的工艺流程中作为物料转换APL站点的主要目的，加工工艺过程、机械设备的维护和出现紧急情况时的应对措施。

APL站点的主要机械设备及操作说明。

关键词：

集成电路封装测试物料转换（APL）工艺流程EMOSOOP

Abstract

thisarticlemainlyfromtheintegratedcircuitchipencapsulationtechnology,inviewofthecurrentknowledgeoftherapiddevelopmentofdomesticpackagingindustryandIntelchengduencapsulationtestingprocesstotheCPU,factoriesandsystematicsummaryprocedureofindividualsite（APL）:

whereLoaderthatdetail,mainlystudiedthefollowingquestions:

Thechippackagesinthehistoricaldevelopmentofdomesticbackground,andIntelchengduencapsulationtestingfactoryintheproductionprocessofmainCPU,Introductionofseverallargeflowprocesssite（eachprocessofseveralsmallsite）.

Intelchengduencapsulationtestingfactoryprocessasthemainpurposeofthesitematerialtransformationandmachiningprocessandemergencymeasures.

Themainmaterialconversionmechanicalequipmentandoperatinginstructions.

Keywords:

ICpackagingandtestingmaterialshandling（APL）processflowEMOSOOP

目录

前言1

第一章英特尔芯片封装2

1.1芯片封装的概念2

1.1.1概念2

1.1.2电子封装的技术领域2

1.1.3集成电路的分类3

1.2集成电路发展简史4

1.2.1世界集成电路的发展历史4

1.2.2我国集成电路的发展历史6

1.3工艺流程6

第二章APL站点工艺9

2.1工艺介绍9

2.1.1 工艺目的9

2.1.2APL前后站点相关介绍9

2.1.3工艺指标11

2.1.4所需工艺设备和材料12

2.2APL站点加工流程12

2.2.1加工主要程序12

APL加工前后14

2.3 补充材料16

2.3.1FIFO原则16

2.3.2合并/拆分规则17

2.3.4正确的操作方法20

2.4WS系统22

2.4.1代码命令23

2.4.2LOSECODE24

第三章APL站点机器设备24

3.1机器介绍24

TMT机器25

3.1.2装载机与卸载机27

3.1.3EMO29

3.1.4安全30

3.2机器的清洁维护与故障分析31

3.1.1PM31

第四章故障排除及出错处理32

4.1简单故障排除32

4.2数量出错33

4.2.1操作数量出错33

4.2.2在WS中子批次数量出错35

结束语37

致谢38

参考文献39

前言

随着科技的迅猛发展，信息技术，电子技术，自动化技术及计算机技术日渐融合，成为当今社会科技领域的重要支柱技术，任何领域的研发工作都与这些技术紧密联系，而他们的相互交叉，相互渗透，也越来越密切。

尤其是自1947年美国电报公司（AT&T）贝尔实验室的三位科学家巴丁、巴莱顿和肖莱克发明第一支晶体管开始，在电子技术方面，开创了集成电路芯片封装的历史。

自那以后，芯片封装测试行业逐步成为世界三大产业群之一。

在中国，尤其是自2000年以来，我国的芯片封装测试产业出现了蓬勃生机，进入了高速成长期，呈现出三大特点：

一是生产规模不断扩大，2000年到2005年，集成电路产量和销量收入年均增长速度超过30%，是同期全球最高的；二是技术水平提高较快，芯片制造技术从2000年的0.5um提高到0.13um，前进了三代；三是国有企业、民营企业、外资企业中的IC企业竞相发展，产业集中度不断提高，呈现了长三角地区、环渤海地区、珠江三角洲地区和西部地区四大板块格局。

在集成电路中，封装测试业在国内IC产业中占有重要地位。

2005年销量收入达345亿元，占国内IC产业的49%，在西部地区这一比重更高。

　中央处理器（CPU）是集成电路技术的另一重要方面，其主要功能是执行“指令”进行运算或数据处理。

现代计算机的CPU通常由数十万到数百万晶体管组成。

70年代，随着微电子技术的发展，促使一个完整的CFU可以制作在一块指甲大小的硅片上。

度量CPU性能最重要的指标是“速度”，即看它每秒钟能执行多少条指令。

60年代初，最快的CPU每秒能执行100万条指令（常缩写成MIPS）。

1991年，高档微处理器的速度已达5000万一8000万次。

现在继续提高CPU速度的精简指令系统技术（即将复杂指令精减、减少）以及并行运算技术（同时并行地执行若干指令）正在发展中。

在这个领域，美国硅谷的英特尔公司一直处于领先地位。

在这一背景下，了解封装测试业的工艺流程成为集成电路专业人才和产业技术人才的必要，本文主要针对英特尔产品（成都）有限公司加工区的工艺流程指出详细阐述，还有流程中作为物料转换这一环节的工艺目的和工艺操作和机械设备方面的维护进行主要说明。

第一章英特尔芯片封装

1.1芯片封装的概念

“封装”一词伴随着集成电路芯片制造技术产生而出现，这一概念用于电子工程的历史并不久。

早在真空电子管时代，将电子管等器件安装在管座上构成电路设备的方法称为“组装或装配”，当时还没有“封装”的概念。

50多年前，当三极管问世和后来集成电路芯片的出现，才改写了电子工程的历史。

一方面这些半导体元器件细小柔弱；另一方面，其性能高，且多功能、多规格。

为了充分发挥其功能，需要补强、密封、扩大，以便于实现与外电路可靠的电气连接并得到有效的机械、绝缘等方面的保护，以防止外力或环境因素导致的破环。

“封装“的概念正是在此基础上出现的。

1.1.1概念

集成电路芯片封装（packagingPAG）是指利用膜技术及微细连接技术，将芯片及其它要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。

此概念称为狭义的封装。

在更广的意义上讲的“封装”是指封装工程，是将封装体育基板连接固定，装配成完整的系统或电子机械设备，并确保整个系统综合性能的工程。

上面两层封装的含义结合起来，构成了广义的封装概念。

1.1.2电子封装的技术领域

电子封装技术涵盖的技术面极广，属于复杂的系统工程。

它应用了物理、化学、化工、机械、电气与自动化等各门学科，也使用金属、陶瓷、玻璃、高分子等各种各样的材料，因此电子封装是一门跨学科学知识整合的科学，也是整合产品电气特性，热传导特性，可靠度，材料与工艺技术的应用以及成本价格等因素，以达到最佳化目的的工程技术。

在微电子产品功能与层次提升的追求中，开发封装技术的重要性不亚于集成电路芯片工艺技术与其它相关工艺技术，世界各国的电子工艺都在全力研究开发，以期得到在该领域的技术领先地位。

其中，尤其以美国英特尔公司占据着领先地位。

1965年英特尔的创始人之一GordonMoore还曾在《电子学》杂志（ElectronicsMagazine）第114页发表了影响科技业至今的摩尔定律：

　　1、集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。

　　2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降二分之一。

3、用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。

1.1.3集成电路的分类

（一）按功能结构分类

　　集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。

模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间边疆变化的信号。

例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），其输入信号和输出信号成比例关系。

而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号。

例如VCD、DVD重放的音频信号和视频信号）。

（二）按制作工艺分类

　　集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。

膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。

（三）按集成度高低分类

　　集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、特大规模集成电路和巨大规模集成电路。

（四）按导电类型不同分类

　　集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路,他们都是数字集成电路.

　　双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。

单极型集成电路的制作工艺简单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有CMOS、NMOS、PMOS等类型。

（五）按用途分类

　　集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。

　　1.电视机用集成电路包括行、场扫描集成电路、中放集成电路、伴音集成电路、彩色解码集成电路、AV/TV转换集成电路、开关电源集成电路、遥控集成电路、丽音解码集成电路、画中画处理集成电路、微处理器（CPU）集成电路、存储器集成电路等。

　　2.音响用集成电路包括AM/FM高中频电路、立体声解码电路、音频前置放大电路、音频运算放大集成电路、音频功率放大集成电路、环绕声处理集成电路、电平驱动集成电路，电子音量控制集成电路、延时混响集成电路、电子开关集成电路等。

3.影碟机用集成电路有系统控制集成电路、视频编码集成电路、MPEG解码集成电路、音频信号处理集成电路、音响效果集成电路、RF信号处理集成电路、数字信号处理集成电路、伺服集成电路、电动机驱动集成电路等。

4.录像机用集成电路有系统控制集成电路、伺服集成电路、驱动集成电路、音频处理集成电路、视频处理集成电路。

（六）按应用领域分

　　集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。

（七）按外形分

集成电路按外形可分为圆形（金属外壳晶体管封装型,一般适合用于大功率）、扁平型（稳定性好,体积小）和双列直插型

1.2集成电路发展简史

　1.2.1世界集成电路的发展历史

　　1947年：

贝尔实验室肖克莱等人发明了晶体管，这是微电子技术发展中第一个里程碑；

　　1950年：

结型晶体管诞生；

　　1950年：

ROhl和肖特莱发明了离子注入工艺；

　　1951年：

场效应晶体管发明；

　　1956年：

CSFuller发明了扩散工艺；

　　1958年：

仙童公司RobertNoyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；

　　1960年：

HHLoor和ECastellani发明了光刻工艺；

　　1962年：

美国RCA公司研制出MOS场效应晶体管；

　　1963年：

F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，今天，95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺；

　　1964年：

Intel摩尔提出摩尔定律，预测晶体管集成度将会每18个月增加1倍；

　　1966年：

美国RCA公司研制出CMOS集成电路，并研制出第一块门阵列（50门）；

　　1967年：

应用材料公司（AppliedMaterials）成立，现已成为全球最大的半导体设备制造公司；

　　1971年：

Intel推出1kb动态随机存储器（DRAM），标志着大规模集成电路出现；

　　1971年：

全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，采用的是MOS工艺，这是一个里程碑式的发明；

　　1974年：

RCA公司推出第一个CMOS微处理器1802；

　　1976年：

16kbDRAM和4kbSRAM问世；

　　1978年：

64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临；

　　1979年：

Intel推出5MHz8088微处理器，之后，IBM基于8088推出全球第一台PC；

　　1981年：

256kbDRAM和64kbCMOSSRAM问世；

　　1984年：

日本宣布推出1MbDRAM和256kbSRAM；

　　1985年：

80386微处理器问世，20MHz；

　　1988年：

16MDRAM问世，1平方厘米大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成电路（ULSI）阶段；

　　1989年：

1MbDRAM进入市场；

　　1989年：

486微处理器推出，25MHz，1μm工艺，后来50MHz芯片采用0.8μm工艺；

　　1992年：

64M位随机存储器问世；

　　1993年：

66MHz奔腾处理器推出,采用0.6μｍ工艺；

　　1995年:

PentiumPro,133MHz，采用0.6-0.35μｍ工艺；

　　1997年：

300MHz奔腾Ⅱ问世,采用0.25μｍ工艺；

　　1999年：

奔腾Ⅲ问世，450MHz，采用0.25μｍ工艺，后采用0.18μm工艺；

　　2000年:

1GbRAM投放市场；

　　2000年：

奔腾4问世，1.5GHz，采用0.18μｍ工艺；

2001年：

Intel宣布2001年下半年采用0.13μｍ工艺。

　　1.2.2我国集成电路的发展历史

　　我国集成电路产业诞生于六十年代，共经历了三个发展阶段：

　　1965年-1978年：

以计算机和军工配套为目标，以开发逻辑电路为主要产品，初步建立集成电路工业基础及相关设备、仪器、材料的配套条件；

　　1978年-1990年：

主要引进美国二手设备，改善集成电路装备水平，在“治散治乱”的同时，以消费类整机作为配套重点，较好地解决了彩电集成电路的国产化；

1990年-2000年：

以908工程、909工程为重点，以CAD为突破口，抓好科技攻关和北方科研开发基地的建设，为信息产业服务，集成电路行业取得了新的发展。

1.3工艺流程

如（图1-1）所示，就是英特尔成都工厂制作CPU的所有流程：

CPUAssembly/Test/FinishProcessFlow

（图1-1CPU生产的工艺流程）

从上面的图示可以看出因特尔生产工艺主要包括了三大部分,他们分别是封装

（Assembly）、测试（Test）以及包装（Finish）。

下面我们分别对他们进行介绍。

（图1-2封装流程）

封装

如（图1-2）所示，它包括了芯片存储、激光打字、载体转换APL、芯片粘贴、点胶封装以及载体转换CTL.其中芯片存储主要是完成Die的存储，而激光打字和APL的载体转换却是针对substrate的，到了芯片粘贴站点就主要是完成Die与substrate的粘贴形成Unit的过程，在这里可以说芯片存储、激光打字以及APL的载体转换都是为后面的芯片粘贴提供原材料而做的准备，而后面的点胶封装主要是把Die与substrate的连接处密封起来，防止连接区域被氧化，影响电学性能，后面的CTL载体转换其实和APL是一样的，只不过，它是把Unit从carrier上转移到厚的JEDECtray上，而APL只是把substrate从薄的jedectray转移到carrier上罢了。

在这个封装过程中可以看出，芯片粘贴是最重要的部分，它主要是将Die贴装在substrate的中间贴装区上，这就要求了Die与贴装区匹配度要高，而且在贴装时的正确度也要高，否则就很容易贴歪，导致Die与substrate的电连接出错。

一般在贴装前为了保证Die与substrate的连结正确，都会在substrate的贴装区印刷一层助焊剂，助焊剂能除掉substrate的贴装区上的环氧树脂并优化融解温度，帮助substrate与Die的有效连接。

元件

分类

电性能测试

老化

测试

测试

半成品仓库

系统

测试

离线

锁频

（图1-3测试流程）

在封装完成之后，就要对芯片贴装的可靠度进行测试了，如上（图1-3）所示，测试主要分为老化测试、电性能测试和系统测试，穿插在这些测试之间像元件分类、半成品仓库、离线锁频等主要就是把每次经过测试之后的芯片进行分门别类。

在上面介绍的那些测试中主要算电性能测试最重要，其目的是：

排除（筛选）带有制造缺陷的组件

确保组件符合产品数据表中的性能规范

将组件分类并根据性能（比如在特定条件中设备发挥作用的速度）将其放入储存箱

为工厂和组装部门提供反馈信息以支持现场分析和不断改进

经过这个站点测试通过的Unit其电学性能可以说都一般都没有问题了，可以直

接安装在电脑上进行使用。

包装

（图1-4包装流程）

在经过封装与测试之后就只剩下包装了，如（图1-4）所示，包装主要包括了激光打字、介质转换、成品目检、自动捆扎包装、最终质检和装运。

激光打字在这里的激光打字和在封装那里的激光打字其实都差不多，主要区别就是这里的激光打字的目的是在塑封体表面打印客户要求的字模，而在前面的激光打字目的是给每个刚进厂的Substrate作标记，方便识别区分和跟踪。

介质转换是将Unit从厚的JEDECtray转移到薄的jedectray上，和前面提到的APL和CTL功能一样，起着物料转换的作用。

至于后面的成品目检主要是对成型后的产品引脚，封装体和打印代码进行目检，主要采取随机式抽查，接着就将产品采用自动捆扎式包装，后面的最终质检主要是针对产品的外观惊醒检查，保证产品外观的标准化和一致性，使客户满意。

第二章APL站点工艺

2.1工艺介绍

2.1.1 工艺目的

Substrate才从589存储室拿出来的时候是装在jedectray上的，这种jedectray是一种软塑胶材质，承受的最高温度大概就60多度吧!

然而在后面NG-CAM站点却还要对Substrate进行高温回流处理，所以就要将Substrate从jedectray转移到能承受高温的carrier上。

所以APL站点的主要工艺目的就是通过全自动装载机将Substrate从jedectray转移到能承受高温的carrier上，完成Substrate的载体转换（如图2-1）。

（图2-1）载体转换

其次就是上面所说的完成Die与Substrate的匹配，避免Die或则是Substrate的多余，造成不必要的浪费。

2.1.2APL前后站点相关介绍

如图2-1所示，

5896011208

12091210

（图2-2）APL前后站点

这就是APL前后站点的布局，由此可以看出APL站点是处在Sub-Mark站点与NG-CAM站点之间的。

Sub-Mark站点主要采用激光对Substrate进行打码，将每个substrate上都印上唯一的一个去不掉的、字迹清晰的字母和标识，包括供应商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别和跟踪。

NG-CAM则是下一代芯片贴装模块（NextGenerationChipAttachModule，NGCAM）的英文简称，这一站点的主要工艺目的是将Die和其他一些无源元件贴装在喷涂有助焊剂的Substrate上，再利用高温回流完成Die及其他一些无源元件与Substrate之间的电连接。

不过在这之前会先在Substrate的贴装区域印刷足够的助焊剂Flux并同时读取Substrate表面的2Dmatrix信息，以跟踪Substrate，防止混料。

从前面的介绍中可以看到substrate从kanban存储室589拿出来之后就会被

送到601站点，也就是Sub-Mark站点打mark,然后再将打好mark的substrate送到APL站点，经过APL再送到NG-CAM站点去，完成Die及其他一些无源元件

与substrate的粘贴,那么APL在Sub-Mark与NGCAM这两个站点之中到底处

怎样位置呢？

这一站点的工艺目的、工艺指标及操作方法是什么呢？

下面进行着重介绍。

APL即全自动装载机（AutomaticPackageLoader）的英文缩写。

它在Sub-Mark站点与NG-CAM站点之间主要是起着承前启后的作用，通过这一站点，把从Sub-Mark那里打好的、不同数量的Substrate进行拆分和合并，使得每个LOT的数量都是1500，以匹配从TRDI里面放出Die的数量，使得每个Die都有一个与之对应的Substrate。

2.1.3工艺指标

每一个Substrate刚从厂家那里拿来的时候都有个PIN1角，主要就是为了区别方向，其次就是在经过Sub-Mark站点之后，每个substrate上都印有唯一的一个去不掉的、字迹清晰的字母和标识，包括供应商的信息、国家、器件代码等，主要是为了识别和跟踪。

在APL这一站点的工艺指标比较简单，只有三条：

（1）确保在Substrate载体转换过程中PIN1角的方向始终正确（如下图2-3）

（图2-3PIN1方向）

（2）确保在Substrate载体转换过程中所有的substrate都是同一供应商、同一种类，避免混料。

这主要是看标签，如（图2-4）所示

它包括了供应商的信息、国家、器件代码等，Sub-Mark站点主要就是通过这个

标签对每个substrate进行打码的。

（图2-4）substrate的标签

（3）确保每个LOT里的Substrate数量与从TRDI里面放出Die的数量一致。

不过一般情况下都是1500/LOT，如果有小LOT的话，我们会从TRDI（即1209站点）或者是MH那里接到具体数量的通知，再去做。

2.1.4所需工艺设备和材料:

 LKT TMT 1214或者FUJI QP201/301E 

装载机/卸载机 LKT

 料盒推车

料盒Magazine 

FOL/EOL 料盘. carrier

Dummy coupon料盘.  jedectray

Electrica