第三章 台灣半導體封裝測試產業概況
第二節 半導體封裝測試製造流程
一、 半導體產品製作流程
半導體在製造過程中共分為上游-IC設計(IC Design)、中游-IC晶圓製造 (IC Manufacturing and Foundry)及下游-IC封裝及測試(IC Packing and Testing)三 個主要生產環節方能完成且是缺一不可，其說明如下：
(一) IC 設計(又稱電路設計)
專業IC設計公司即一般認知的無晶圓公司(Fabless)，屬於知識密集產業，
其資本進入障礙較低．但其專業技術進入障礙高，其主要是設計半導體IC並 銷售自有產品或接受客戶委託設計產品，屬於半導體IC製程的最上游。
(二) 晶片製造
主要是依照IC設計電路圖進行加工製造成晶圓，是將設計圖製作成半成 品的生產過程，屬於半導體IC製程中的上游，由於晶圓廠之籌建、維修、保 養及研發費用龐大，因此IC 製造具有高度資本進入障礙及技術進入障礙，但
若在營運步入正軌後，其獲利空間相當豐厚。
(三) 半導體封裝測試
在晶圓廠製造完成之晶圓仍需進一步切割封裝及測試方能應用於最終一 顆顆IC產品。半導體封裝測試亦為資本、技術密集行業，惟半導體封裝測試 皆屬代工服務，其利潤來自固定加工費用，廠商必須與上游IC 晶圓廠保持良 好關係以確保業務來源。
在上述三個環節中以第二個環節最困難也耗費最多成本。過去國際大廠 大多是以設計、製造、封裝、測試，甚至系統產品等以上、下游垂直整合方 式經營，但台灣獨特的將其上、下游水平分工經營型態，而此垂直分工的產 業結構就成了我國半導體的特性，其半導體製造流程如圖8之半導體產業關聯 圖。台灣半導體產業以垂直分工的觀念讓台灣擁有龐大綿密的周邊相互支援 系統，企業也將其視為競爭優勢，而將垂直分工經營發揮到極大化。讓晶片 生產流程從設計、製造、封裝到測試，在專業分工的模式，整體半導體產業 發展加快其腳步且產品成本也因垂直分工競爭下讓終端消費者能得到便宜又 實用電子產品。
圖8 半導體產業細部關聯圖
二、IC製造流程介紹
IC製造過程可概分為電路設計、晶圓製造、晶圓處理製程、半導體構裝 以及半導體測試製程等步驟。一般稱電路設計、晶圓製造及晶圓處理製程為 前段製程，而半導體構裝及半導體測試為後段製程。
(一) 電路設計
在決定好開發設計一個IC所需求的功能及其工作規格後，便針對其需求 設 計 能 達 成 其 功 能 作 電 路 設 計 。 電 路 設 計 的 主 要 目 地 在 產 生 佈 局 圖 (Layout)，它能定義出晶圓加工製程中所需要的各層圖案(Pattern)。藉由佈局 圖，可做成晶圓加工製程中所需要的各道光罩 (Mask or Reticle)。知名廠商：
聯發科、威盛、矽統、揚智、矽成、鈺創……等。
(二) 晶圓處理製程
晶圓處理製程是在整個半導體IC製作流程中最複雜、資金及技術最密集 的一部份。這部份就是要將上步驟所設計出來的電路及電子元件，能在晶圓 上加以實現完成其電路及功能操作。主要工作為在矽晶圓上製作電路與電子 元件 (如電晶體、電容體、邏輯閘等)，其製作程序可達數百道，而其所需加 工機台先進且昂貴，動輒數千萬一台，更真對其所需製造環境為為溫度、濕 度與含塵量(Particle)均需控制的無塵室(Clean-Room)中生產，其詳細的處理程 序是隨著產品種類與所使用的技術有所關聯；不過最基本處理步驟通常是晶 圓先經過適當的清洗(Cleaning)之後，接著進行氧化(Oxidation)及沈積，最後 進行微影、蝕刻及離子植入等反覆步驟，以完成晶圓上電路的加工與製作。
知名廠商如：華邦、旺宏、茂矽、力晶……等。
而所謂的晶圓代工廠，就是專門將別家公司所設計出的電路，以該公司 晶圓加工製造廠(Foundry)現有的技術能力及儀器設備，完成其晶圓加工製程 之意。名廠商如：台積電、聯電……等。
光罩在此的功用在於能定義出各層薄膜的圖案、元件區域，或元件間的 連線情形，以達所要的電路功能及規格。知名廠商如：台灣光罩、新台……
等。
(三) 晶圓針測製程
晶圓針測製程可以說是經過Wafer Fab之製程後，晶圓上即形成一格格的 小格，我們稱之為晶方或是晶粒(Die)，正常情況下，同一片晶圓上皆製作相 同的晶片，但是也有可能在同一片晶圓上製作不同規格的產品；這些晶圓必 須通過晶片允收測試，晶粒將會一一經過針測(Probe)儀器以測試其電氣特
性，而不合格的的晶粒將會被標上記號(Ink Dot)，此程序即稱之為晶圓針測 製程(Wafer Probe)。然後晶圓將依晶粒為單位分割成獨立的晶粒，接著，晶 粒將依其電氣特性分類(Sort)並分入不同的倉(Die Bank)，而不合格的晶粒將 於下個製程中丟棄。過去此一製程通常被合併在晶圓處理製程或IC封裝製程 中，但隨著其機台設備成本與製程技術提升陸續有廠商專營此製程如知名的 京元電等。
(四) IC封裝製程
IC封裝製程(Packaging或Assembly)則是利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線 以成積體電路(Integrated Circuit, IC)，此製程的目的是為了製造出所生產的電 路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。最後整個積體電路的 周圍會向外拉出腳架(Pin)，稱之為打線，作為與外界電路板連接之用。知名 廠商如：日月光、矽品、華泰、飛信……等。
(五) 測試製程
半導體製造最後一個製程為測試，測試製程可分成初步測試與最終測 試，其主要目的除了為保證顧客所要的貨批無缺點，也將依規格劃分IC的等 級。在初步測試階段，包裝後的晶粒將會被置於各種環境下測試其電氣特 性，例如消耗功率、速度、電壓容忍度……等。測試後的IC將會將會依其電 氣特性劃分等級而置入不同的Bin中(此過程稱之為Bin Splits)，最後因應顧客 之需求規格，於相對應的Bin中取出部份IC做特殊的測試及燒機(Burn-In)，此 即為最終測試。最終測試的成品將被貼上規格標籤(Brand)並加以包裝而後交 與顧客。未通過的測試的產品將被降級(Downgrading)或丟棄。而有些工廠是 將IC構裝製程與測試製程合併在一起，只是兩邊規模大小有所差異。知名廠 商如：力成、京元電、泰林、……等。
三、 半導體封裝測試製作流程
半導體製程依據電路的形成，分為前後段製程： 前段製程包括拉晶、晶 圓切片、拋光後進入重覆的光學顯影、蝕刻、及薄膜沉積等步驟，擴散、沉 積、微影、蝕刻階段，完成IC 製造後，進入後段製程的晶圓測試(Wafer Sort/Wafer Probe)、切割(Dicing)、封裝(Assembly，包含打線、黏粒、封蓋、
電鍍、去腳、成型等過程)，與最後的成品測試(Final Test)。下列將對半導體 後段製程之IC測試及IC封裝作簡介：
(一) 半導體IC封裝流程
IC封裝(Assembly)製程是利用塑膠或陶瓷(ceramics)包裝晶粒(Die)與配線 來組成積體電路(IntegratedCircuit, IC)，塑膠或陶瓷可以保護電路，避免電路 受到刮傷或是高溫破壞。最後整個積體電路的周圍會向外拉出腳架(Lead / Pin)，稱為打線(Wire bonding)，作為與外界電路板連接之用，IC 晶片需要搭 配與其他電路相連接才能發揮正常的功能。以導線架(Lead frame)打線接合的 IC 封裝做為例其生產流程如下圖9。
圖9 導線架打線接合的IC封裝生產流程圖
其各站細部說明如下：
1. 晶圖研磨(Wafer Grinding)：晶圓最終的目的是要切割然後封裝，當晶圓的 厚度(Thickness)太厚時，必須要先做研磨的製程，然後才能繼續後面的製 程。
2. 晶片切割(Die Saw)：晶片切割的製程是晶圓上一顆顆他晶粒(Die)切割分 離。首先將晶圓黏片，送到晶圓片切割機上切割。然後排列於膠帶上，有 框架的支撐以避免膠帶的皺摺和晶粒碰撞。
3. 黏晶(Die Bond )：切割完的晶片利用黏晶機(Die Bonder)將晶粒與銀膠 (EPoxy)黏著導線架(lead frame)上 。
4. 烘烤(EPoxy Cure)：主要的目的就是讓黏晶完成的半製品上的銀膠能快速
晶圓研磨 (Wafer Grinding）
黏晶
（Die Bond）
晶圓切割
（Die Saw）
烘烤
（Epoxy Cure）
打線
（Wire Bolld）
目檢（Post 一 Bonding Inispection 壓模
（Molding）
電鍍
（Plating）
蓋印
（Marking）
剪切成型 (Trimming /
電路測試
（Open / Short
外觀檢測
（Final Inspection）
包裝
（Packing）
出貨前檢驗
（outgoing QC）
乾燥。
5. 銲線(wire Bond )：將晶粒上的接點以金線連接到導線架之內引腳，IC 晶 粒才可以傳輸電路訊號至外界。
6. 目檢(Post-Bnding Inspection , PBI )：目視檢驗半成品外觀。
7. 壓模(Mold)：將導線架置於框架上並預熱，再將框架置於壓模機上的模具 上，利用樹脂充填銲以完成的半成品，並待硬化。
8. 電鍍(Plating )：用電鍍液電鍍以避免金屬氧化。
9. 印字(Mark )：利用油墨(Ink)或是雷射(Laser)的方式將商品之規格、製造者 或是顧客指定樣式等資訊印在封裝完成的IC上。
10. 剪切／成形(Trim / Form )：將導線架上封裝完成之 IC 分開，把多餘的接 材料和凸出之樹脂切除(deJunk) 然後將外引腳壓成各種形狀 。
11. 電路測試(Open/Short Test)：測試電路是否正常。
12. 掃腳(Lead Scan)：利用掃腳機檢查IC引腳是否正常。
13. 檢驗(Inspectlon)：確定封裝完成產品是否合格。大部分檢驗外觀 包括：
外引腳、腳距、印字是否清晰及膠體是否有損傷等。
14. 包裝(Packing)：依照顧客指定的包裝方式包裝，準備送至測試廠做測試製 程。
15. 出貨前檢驗(Outgoing QC)：品管部門做最後確認。
(二) 半導體IC測試流程
IC測試為檢驗IC在晶圓生成過程是否為良品的流程，其測試包含封裝前 的 晶 圓 測 試 ， 以 及 封 裝 後 的 成 品 測 試 、 預 燒(Burn-In) 、 以 及 最 終 的 Performance Test。相關流程如下圖10。
圖10 半導體測試流程圖
Receiving
（收料登錄） IQC（進料檢驗） FT1（常溫測試） Burn In（預燒）
FT3 （低溫測試）
FT2（高溫測試）
Laser Mark(雷射印 Outlook Inspection 碼）
FQC（最終檢驗） 烘烤/包裝
（Packing/Barking） OQC（出貨檢驗）
1. 收料登錄(Receiving)：主要是半導體IC測試廠收到客戶所送來的待測產品 後，收料人員便進行拆箱作業。拆箱後即核對收料之資料包括型號、客戶 批號、數量等皆正確無誤後，方可進入電腦系統進行收料登錄。
2. 進料檢驗(Incoming Quality Control, IQC)：在收料完成在由進料檢驗之人員 將完成收料的IC，依客戶要求的抽樣標準決定該批產品抽樣之數量。並由 各家客戶所訂定 IC 進料檢驗之檢驗標準及項目進行人工目檢，對於通過 進料檢驗的客戶委測產品，即留待庫房等候生產管制人員通知方可進行測 試。
3. 常溫測試(Finial Test 1, FT1)：常溫測試主要在攝氏25±3℃對IC進行第一次 全功能測試，此段測試又稱為FT1。其主要目的是用以偵測IC的直流特性 及一般電氣功能。主要是由測試機執行程式傳送電子訊號驗證其功能是否 正常，並其IC區分良品及不良品。良品依其速度，不良品則依不良原因，
由Handler Sorting Bin 計算良率。對於較低良率之產品，工程師須取Fail Bin IC 進行原因分析，瞭解其發生原因源自製程問題或封裝問題。完成測 試後通常須做電性抽測，其方式是取Pass Bin IC 數顆至測試機台以程式 重測，目的在驗證測試機台設備(Tester、Handler、Hi-Fix)是否正常。
4. 預燒(Burn-In)：進行IC預燒，主要在攝氏125±3℃的高溫下，使用高於正常 工作的電壓及電流，以加速產品的劣化，使得本身體質不佳的產品提早淘 汰。對於通過檢測的IC 即可進行上機作業，其作業的方式是將IC放置於 BIB(Burn-In Board)上，並將其產品放至於爐內作預燒，一般預燒的時間大 約是2至24小時(依客戶需求)，而預燒過程中作業人員必須每2~4小時確實 執行抄錄預燒系統狀態紀錄表。
5. 低溫測試(Finial Test 3, FT3)：由於預燒結束到低溫測試完畢不能超過有效 時數。若未能在有效時數內完成則必須將IC整批退回預燒站重新執行預燒 才能進行低溫測試，以確保其產品在於高低溫轉換時是可正常運作。一般 稱為預燒時效控制(Burn-In Window Control)。低溫測試是將IC置於低溫的 環境下進行測試(大約是攝氏-10℃左右)。目的是為了確保IC於低溫環境下 能正常運作。
6. 高溫測試(Finial Test 2, FT2)：在前製程高溫預燒及低溫測試後在進行一
次，高溫測試的目的除了做一般電性功能測試外，還利用高溫(大約是攝 氏90±3℃)以檢測IC 工作速度的劣化，分類出IC的存取時間及可靠度等問 題。
7. 雷射刻碼(Laser Mark)：在半導體IC通過以上測試的產品將會在進行雷射刻 碼，雷射刻碼機主要是利用雷射將生產公司的名稱、標誌(Logo)、IC 型 號製造批號或日期等，刻於IC封裝的膠體上主要目的在標明半導體IC其相 關資訊以利辨別產品。
8. 外觀檢查(Outlook Inspection)：藉由機器或人工檢視半導體IC其極性、腳 型、平坦度、正印、膠體、色澤及錫渣等狀況，以確保品質並針對發現有 缺陷產品作其原因追蹤及改善，並以作為客戶端的產品外觀品質確認。
9. 最終檢驗(Final Quality Control, FQC)：做完雷射印碼後即必須針對IC 做最 終檢驗。最終檢驗的目的是檢驗測試完畢之IC品質是否合乎產品的出貨要 求。
10. 烘烤包裝(Baking/Packing)：在進行包裝前，將IC 置於烘烤爐內進行烘烤 2至12 小時(依客戶要求)，其主要目的則是去除水份。
11. 出貨檢驗(Outgoing Quality Control, OQC)：為確保客戶收貨時外箱標籤內 容和箱內的成品IC相符合，故須進行出貨檢驗。檢驗項目包括出貨箱 數、標籤內容等，於確認無誤後即將完測委測品送至庫房等待客戶指示 出貨。