技術(shù)分享
芯片一般是指集成電路的載體，也是集成電路經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試后的結(jié)果，通常是一個可以立即使用的獨(dú)立的整體。如果把中央處理器CPU比喻為整個電腦系統(tǒng)的心臟，那么主板上的芯片組就是整個身體的軀干。對于主板而言，芯片組幾乎決定了這塊主板的功能，進(jìn)而影響到整個電腦系統(tǒng)性能的發(fā)揮，芯片組是主板的靈魂。
那么要想造個芯片，首先，你得畫出來一個長這樣的玩意兒給Foundry (外包的晶圓制造公司)▼
再放大▼
我們終于看到一個門電路啦! 這是一個NAND Gate(與非門)，大概是這樣▼
A, B 是輸入, Y是輸出
其中藍(lán)色的是金屬1層，綠色是金屬2層，紫色是金屬3層，粉色是金屬4層。那晶體管(“晶體管”自199X年以后已經(jīng)主要是 MOSFET, 即場效應(yīng)管了 ) 呢？仔細(xì)看圖，看到里面那些白色的點(diǎn)嗎？那是襯底，還有一些綠色的邊框？那些是Active Layer (也即摻雜層)。
Foundry是怎么做的呢? 大體上分為以下幾步:
首先搞到一塊圓圓的硅晶圓, (就是一大塊晶體硅, 打磨的很光滑, 一般是圓的)
圖片按照生產(chǎn)步驟排列. 但是步驟總結(jié)單獨(dú)寫出.
1、濕洗 (用各種試劑保持硅晶圓表面沒有雜質(zhì))
2、光刻 (用紫外線透過蒙版照射硅晶圓, 被照到的地方就會容易被洗掉, 沒被照到的地方就保持原樣. 于是就可以在硅晶圓上面刻出想要的圖案. 注意, 此時還沒有加入雜質(zhì), 依然是一個硅晶圓. )
3、 離子注入 (在硅晶圓不同的位置加入不同的雜質(zhì), 不同雜質(zhì)根據(jù)濃度/位置的不同就組成了場效應(yīng)管.)
4.1、干蝕刻 (之前用光刻出來的形狀有許多其實(shí)不是我們需要的，而是為了離子注入而蝕刻的?，F(xiàn)在就要用等離子體把他們洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出來的結(jié)構(gòu)，這一步進(jìn)行蝕刻).
4.2、濕蝕刻 (進(jìn)一步洗掉，但是用的是試劑， 所以叫濕蝕刻)—— 以上步驟完成后, 場效應(yīng)管就已經(jīng)被做出來啦，但是以上步驟一般都不止做一次, 很可能需要反反復(fù)復(fù)的做，以達(dá)到要求。
5、等離子沖洗 (用較弱的等離子束轟擊整個芯片)
6、熱處理，其中又分為：
6.1 快速熱退火 (就是瞬間把整個片子通過大功率燈啥的照到1200攝氏度以上, 然后慢慢地冷卻下來, 為了使得注入的離子能更好的被啟動以及熱氧化)
6.2 退火
6.3 熱氧化 (制造出二氧化硅, 也即場效應(yīng)管的柵極(gate) )
7、化學(xué)氣相淀積(CVD)，進(jìn)一步精細(xì)處理表面的各種物質(zhì)
8、物理氣相淀積 (PVD)，類似，而且可以給敏感部件加coating
9、分子束外延 (MBE) 如果需要長單晶的話就需要。
10、電鍍處理
11、化學(xué)/機(jī)械表面處理
12、晶圓測試
13、晶圓打磨就可以出廠封裝了。
再通過圖示來一步步看▼
1、上面是氧化層, 下面是襯底(硅)——濕洗
2、一般來說, 先對整個襯底注入少量(10^10 ~ 10^13 / cm^3) 的P型物質(zhì)(最外層少一個電子)，作為襯底——離子注入
3、先加入Photo-resist, 保護(hù)住不想被蝕刻的地方——光刻
4、上掩膜！ (就是那個標(biāo)注Cr的地方。中間空的表示沒有遮蓋，黑的表示遮住了。) —— 光刻
5、紫外線照上去，下面被照得那一塊就被反應(yīng)了——光刻
6、撤去掩膜——光刻
7、把暴露出來的氧化層洗掉, 露出硅層(就可以注入離子了)——光刻
8、把保護(hù)層撤去. 這樣就得到了一個準(zhǔn)備注入的硅片. 這一步會反復(fù)在硅片上進(jìn)行(幾十次甚至上百次)——光刻
9、然后光刻完畢后, 往里面狠狠地插入一塊少量(10^14 ~ 10^16 /cm^3) 注入的N型物質(zhì)就做成了一個N-well (N-井)——離子注入
10、用干蝕刻把需要P-well的地方也蝕刻出來，也可以再次使用光刻刻出來——干蝕刻
11、上圖將P-型半導(dǎo)體上部再次氧化出一層薄薄的二氧化硅—— 熱處理
12、用分子束外延處理長出的一層多晶硅，該層可導(dǎo)電——分子束外延
13、進(jìn)一步的蝕刻，做出精細(xì)的結(jié)構(gòu)。(在退火以及部分CVD)—— 重復(fù)3-8光刻 + 濕蝕刻
14、再次狠狠地插入大量(10^18 ~ 10^20 / cm^3) 注入的P/N型物質(zhì)，此時注意MOSFET已經(jīng)基本成型——離子注入
15、用氣相積淀 形成的氮化物層 —— 化學(xué)氣相積淀
16、將氮化物蝕刻出溝道——光刻 + 濕蝕刻
17、物理氣相積淀長出 金屬層——物理氣相積淀
18、將多余金屬層蝕刻。光刻 + 濕蝕刻重復(fù) 17-18 次長出每個金屬層。
附圖的步驟在每幅圖的下面標(biāo)注，一共18步。
最終成型大概長這樣:
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其中，步驟1-15 屬于 前端處理 (FEOL)，也即如何做出場效應(yīng)管。步驟16-18 (加上許許多多的重復(fù)) 屬于后端處理 (BEOL)，后端處理主要是用來布線。最開始那個大芯片里面能看到的基本都是布線！一般一個高度集中的芯片上幾乎看不見底層的硅片，都會被布線遮擋住。
SOI (Silicon-on-Insulator) 技術(shù)：
傳統(tǒng)CMOS技術(shù)的缺陷在于：襯底的厚度會影響片上的寄生電容，間接導(dǎo)致芯片的性能下降。 SOI技術(shù)主要是將 源極/漏極 和 硅片襯底分開，以達(dá)到(部分)消除寄生電容的目的。
傳統(tǒng)：
SOI:
制作方法主要有以下幾種(主要在于制作硅-二氧化硅-硅的結(jié)構(gòu)，之后的步驟跟傳統(tǒng)工藝基本一致。)
1. 高溫氧化退火:
在硅表面離子注入一層氧離子層
等氧離子滲入硅層, 形成富氧層
高溫退火
成型
或者是
2. Wafer Bonding(用兩塊! )不是要做夾心餅干一樣的結(jié)構(gòu)嗎? 爺不差錢! 來兩塊!
對硅2進(jìn)行表面氧化
對硅2進(jìn)行氫離子注入對硅2進(jìn)行氫離子注入
翻面
將氫離子層處理成氣泡層將氫離子層處理成氣泡層
切割掉多余部分切割掉多余部分
成型 + 再利用
光刻
離子注入離子注入
微觀圖長這樣:
再次光刻+蝕刻
撤去保護(hù), 中間那個就是Fin撤去保護(hù), 中間那個就是Fin
門部位的多晶硅/高K介質(zhì)生長門部位的多晶硅/高K介質(zhì)生長
門部位的氧化層生長門部位的氧化層生長
長成這樣
源極 漏極制作(光刻+ 離子注入)
初層金屬/多晶硅貼片
蝕刻+成型
物理氣相積淀長出表面金屬層(因?yàn)槭侨S結(jié)構(gòu), 所有連線要在上部連出)
機(jī)械打磨(對! 不打磨會導(dǎo)致金屬層厚度不一致)
成型! 成型!
IC封裝知識
概念
封裝，就是指把硅片上的電路管腳,用導(dǎo)線接引到外部接頭處,以便與其它器件連接.封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼。它不僅起著安裝、固定、密封、保護(hù)芯片及增強(qiáng)電熱性能等方面的作用，而且還通過芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件相連接，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部電路的連接。
芯片為什么要封裝？
一方面因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離，以防止空氣中的雜質(zhì)對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面，封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還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，因此它是至關(guān)重要的。
衡量一個芯片封裝技術(shù)先進(jìn)與否的重要指標(biāo)是芯片面積與封裝面積之比，這個比值越接近1越好。封裝時主要考慮的因素：
1、 芯片面積與封裝面積之比為提高封裝效率，盡量接近1：1；
2、 引腳要盡量短以減少延遲，引腳間的距離盡量遠(yuǎn)，以保證互不干擾，提高性能；
3、 基于散熱的要求，封裝越薄越好。
封裝主要分為DIP雙列直插和SMD貼片封裝兩種。從結(jié)構(gòu)方面，封裝經(jīng)歷了最早期的晶體管TO（如TO-89、TO92）封裝發(fā)展到了雙列直插封裝，隨后由PHILIP公司開發(fā)出了SOP小外型封裝，以后逐漸派生出SOJ（J型引腳小外形封裝）、TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、SSOP（縮小型SOP）、TSSOP（薄的縮小型SOP）及SOT（小外形晶體管）、SOIC（小外形集成電路）等。從材料介質(zhì)方面，包括金屬、陶瓷、塑料、塑料，目前很多高強(qiáng)度工作條件需求的電路如軍工和宇航級別仍有大量的金屬封裝。
封裝大致經(jīng)過了如下發(fā)展進(jìn)程：
結(jié)構(gòu)方面：TO－>DIP－>PLCC－>QFP－>BGA －>CSP；
材料方面：金屬、陶瓷－>陶瓷、塑料－>塑料；
引腳形狀：長引線直插－>短引線或無引線貼裝－>球狀凸點(diǎn)；
裝配方式：通孔插裝－>表面組裝－>直接安裝
具體的封裝形式
1、 SOP/SOIC封裝
SOP是英文Small Outline Package 的縮寫，即小外形封裝。SOP封裝技術(shù)由1968～1969年菲利浦公司開發(fā)成功，以后逐漸派生出SOJ（J型引腳小外形封裝）、TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、SSOP（縮小型SOP）、TSSOP（薄的縮小型SOP）及SOT（小外形晶體管）、SOIC（小外形集成電路）等。
2、 DIP封裝
DIP是英文 Double In-line Package的縮寫，即雙列直插式封裝。插裝型封裝之一，引腳從封裝兩側(cè)引出，封裝材料有塑料和陶瓷兩種。DIP是最普及的插裝型封裝，應(yīng)用范圍包括標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC，存貯器LSI，微機(jī)電路等。
3、 PLCC封裝
PLCC是英文Plastic Leaded Chip Carrier 的縮寫，即塑封J引線芯片封裝。PLCC封裝方式，外形呈正方形，32腳封裝，四周都有管腳，外形尺寸比DIP封裝小得多。PLCC封裝適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
4、 TQFP封裝
TQFP是英文thin quad flat package的縮寫，即薄塑封四角扁平封裝。四邊扁平封裝（TQFP）工藝能有效利用空間，從而降低對印刷電路板空間大小的要求。由于縮小了高度和體積，這種封裝工藝非常適合對空間要求較高的應(yīng)用，如 PCMCIA 卡和網(wǎng)絡(luò)器件。幾乎所有ALTERA的CPLD/FPGA都有 TQFP 封裝。
5、 PQFP封裝
PQFP是英文Plastic Quad Flat Package的縮寫，即塑封四角扁平封裝。PQFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在100以上。
6、 TSOP封裝
TSOP是英文Thin Small Outline Package的縮寫，即薄型小尺寸封裝。TSOP內(nèi)存封裝技術(shù)的一個典型特征就是在封裝芯片的周圍做出引腳， TSOP適合用SMT技術(shù)（表面安裝技術(shù)）在PCB（印制電路板）上安裝布線。TSOP封裝外形尺寸時，寄生參數(shù)(電流大幅度變化時，引起輸出電壓擾動) 減小，適合高頻應(yīng)用，操作比較方便，可靠性也比較高。
7、 BGA封裝
BGA是英文Ball Grid Array Package的縮寫，即球柵陣列封裝。20世紀(jì)90年代隨著技術(shù)的進(jìn)步，芯片集成度不斷提高，I/O引腳數(shù)急劇增加，功耗也隨之增大，對集成電路封裝的要求也更加嚴(yán)格。為了滿足發(fā)展的需要，BGA封裝開始被應(yīng)用于生產(chǎn)。
采用BGA技術(shù)封裝的內(nèi)存，可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高兩到三倍，BGA與TSOP相比，具有更小的體積，更好的散熱性能和電性能。BGA封裝技術(shù)使每平方英寸的存儲量有了很大提升，采用BGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量下，體積只有TSOP封裝的三分之一；另外，與傳統(tǒng)TSOP封裝方式相比，BGA封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。
BGA封裝的I/O端子以圓形或柱狀焊點(diǎn)按陣列形式分布在封裝下面，BGA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是I/O引腳數(shù)雖然增加了，但引腳間距并沒有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率；雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能；厚度和重量都較以前的封裝技術(shù)有所減少；寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高。
說到BGA封裝就不能不提Kingmax公司的專利TinyBGA技術(shù)，TinyBGA英文全稱為Tiny Ball Grid Array（小型球柵陣列封裝），屬于是BGA封裝技術(shù)的一個分支。是Kingmax公司于1998年8月開發(fā)成功的，其芯片面積與封裝面積之比不小于1:1.14，可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高2～3倍，與TSOP封裝產(chǎn)品相比，其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。
采用TinyBGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量情況下體積只有TSOP封裝的1/3。TSOP封裝內(nèi)存的引腳是由芯片四周引出的，而TinyBGA則是由芯片中心方向引出。這種方式有效地縮短了信號的傳導(dǎo)距離，信號傳輸線的長度僅是傳統(tǒng)的TSOP技術(shù)的1/4，因此信號的衰減也隨之減少。這樣不僅大幅提升了芯片的抗干擾、抗噪性能，而且提高了電性能。采用TinyBGA封裝芯片可抗高達(dá)300MHz的外頻，而采用傳統(tǒng)TSOP封裝技術(shù)最高只可抗150MHz的外頻。
TinyBGA封裝的內(nèi)存其厚度也更薄（封裝高度小于0.8mm），從金屬基板到散熱體的有效散熱路徑僅有0.36mm。因此，TinyBGA內(nèi)存擁有更高的熱傳導(dǎo)效率，非常適用于長時間運(yùn)行的系統(tǒng)，穩(wěn)定性極佳。
國際部分品牌產(chǎn)品的封裝命名規(guī)則資料
1、 MAXIM
MAXIM前綴是“MAX”。DALLAS則是以“DS”開頭。 MAX×××或MAX××××
說明：
1.后綴CSA、CWA 其中C表示普通級，S表示表貼，W表示寬體表貼。
2.后綴CWI表示寬體表貼，EEWI寬體工業(yè)級表貼，后綴MJA或883為軍級。
3.CPA、BCPI、BCPP、CPP、CCPP、CPE、CPD、ACPA后綴均為普通雙列直插。
舉例MAX202CPE、CPE普通ECPE普通帶抗靜電保護(hù)
MAX202EEPE 工業(yè)級抗靜電保護(hù)（-45℃-85℃）,說明E指抗靜電保護(hù)MAXIM數(shù)字排列分類
1字頭 模擬器；
2字頭 濾波器 ；
3字頭 多路開關(guān) ；
4字頭 放大器 ；
5字頭 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ；
6字頭 電壓基準(zhǔn) ；
7字頭 電壓轉(zhuǎn)換 ；
8字頭 復(fù)位器 ；
9字頭 比較器 ；
DALLAS命名規(guī)則
例如DS1210N.S. DS1225Y-100IND
N=工業(yè)級 S=表貼寬體 MCG=DIP封 Z=表貼寬體 MNG=DIP工業(yè)級 ；
IND=工業(yè)級 QCG=PLCC封 Q=QFP ；
2、 ADI
AD產(chǎn)品以“AD”、“ADV”居多，也有“OP”或者“REF”、“AMP”、“SMP”、“SSM”、“TMP”、“TMS”等開頭的。
后綴的說明：
1. 后綴中J表示民品（0-70℃），N表示普通塑封，后綴中帶R表示表示表貼。
2.后綴中帶D或Q的表示陶封，工業(yè)級（45℃-85℃）。后綴中H表示圓帽。
3.后綴中SD或883屬軍品。
例如：JN DIP封裝 JR表貼 JD DIP陶封
3、 BB
BB產(chǎn)品命名規(guī)則：
前綴ADS模擬器件 后綴U表貼 P是DIP封裝 帶B表示工業(yè)級 前綴INA、XTR、PGA等表示高精度運(yùn)放 后綴U表貼 P代表DIP PA表示高精度
4、 INTEL
INTEL產(chǎn)品命名規(guī)則：
N80C196系列都是單片機(jī)；
前綴：N=PLCC封裝 T=工業(yè)級 S=TQFP封裝 P=DIP封裝 ；
KC20主頻 KB主頻 MC代表84引角 ；
舉例：TE28F640J3A-120 閃存 TE=TSOP DA=SSOP E=TSOP。
5、 ISSI
以“IS”開頭
比如：IS61C IS61LV 4×表示DRAM 6×表示SRAM 9×表示EEPROM ；
封裝： PL=PLCC PQ=PQFP T=TSOP TQ=TQFP ；
6、 LINEAR
以產(chǎn)品名稱為前綴
LTC1051CS CS表示表貼 ；
LTC1051CN8 **表示*IP封裝 8腳 ；
后綴C為民用級 I為工業(yè)級 后面數(shù)字表示引腳數(shù)量！
7、 IDT
IDT的產(chǎn)品一般都是IDT開頭的
后綴的說明：
1. 后綴中TP屬窄體DIP
2. 后綴中P 屬寬體DIP
3. 后綴中J 屬PLCC
比如：IDT7134SA55P 是DIP封裝
IDT7132SA55J 是PLCC
IDT7206L25TP 是DIP
8、 NS
NS的產(chǎn)品部分以LM 、LF開頭的
LM324N 3字頭代表民品 帶N圓帽 ；
LM224N 2字頭代表工業(yè)級 帶N塑封 ；
LM124J 1字頭代表軍品 帶J陶封 ；
9、 HYNIX
封裝： DP代表DIP封裝 DG代表SOP封裝 DT代表TSOP封裝。
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