微电子制造 【环球 SMT与封装】特约稿 吴懿平 博士 武汉光电国家实验室 研究员 华中科技大学 教授/博导制造与电子制造 【摘要】 本专稿介绍了制造、电子制造、半导体制造、电子封装等的基本概念。广义的电子制造是指电 子产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务等活动的全过程，而 狭义的电子制造则指的是电子产品从硅片开始到产品系统的物理实现过程。 【关键词】制造；电子制造；半导体制造；电子封装 ...
【环球 SMT与封装】特约稿 吴懿平 博士 武汉光电国家实验室 研究员 华中科技大学 教授/博导制造与电子制造 【摘要】 本专稿介绍了制造、电子制造、半导体制造、电子封装等的基本概念。广义的电子制造是指电 子产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务等活动的全过程，而 狭义的电子制造则指的是电子产品从硅片开始到产品系统的物理实现过程。 【关键词】制造；电子制造；半导体制造；电子封装 1 前言 最近我和上海交通大学丁汉教授等合作编写了《电子制造技术基础》一书，已由机械工业出版社正式出版 发行。本书系统地介绍了电子产品的主要制造技术。内容包括电子制造技术概述、芯片设计与制造技术、元器 件的互连封装技术、无源元件制造技术、光电子封装技术、微机电系统封装技术、基板技术、电子组装技术、 封装材料以及微电子制造设备。书中简要介绍了晶圆制造，重点介绍了电子封装与组装技术，系统介绍了制造 工艺、相关材料及应用等各方面（图 1）。在书中的第一章特别对制造、电子制造、IM电竞 IM电竞平台电子封装、半导体制造等概 念进行了论述。本专稿就是“电子制造的基本概念”一节的相关内容。 图 1 新出版的《电子制造技术基础》 2 制造的概念 人们一般将“制造”理解为产品的加工工艺过程。例如著名的 Longman词典对“制造”(Manufacture)的解 释为“通过机器进行(产品)制作或生产，特别是适用于大规模、大批量的方式运作”。 随着人类生产力的发展，“制造”的概念和内涵在“对象”和“范围”两个方面得到了极大的拓展。对象方 面，制造涉及的领域远非局限于机械制造，包括了机械、电子、化工、轻工、食品和军工等行业；过程方面， 制造不是仅指具体的工艺过程，而是包括市场分析、产品设计、生产工艺过程、装配检验和销售服务等在内的 产品整个生命周期过程。国际生产工程学会 1990年给“制造”下的定义是：制造是一个涉及制造工业中产品设 计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。 这是一个“大制造”的概念，是对“制造”的广义的理解。 和广义的制造相比，我们有时将制造及制造过程理解为从原材料或半成品经过加工和装配后形成最终产品 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 的过程。这是一个“小制造”的概念，是对“制造”的狭义的理解。 与大、小制造概念相对应，对制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义的制造技术涉及生产活动的各个 方面和全过程，是从产品概念到最终产品的集成活动和系统。狭义理解的制造技术主要涉及产品的加工和装配 工艺及过程。以机械制造为例，狭义的机械制造被理解为经加工和装配形成机械产品的过程，包括毛胚制作、 零件加工、检验、装配等，其重点是机械加工和装配工艺。广义的机械制造应该包括机械产品从市场分析、经 营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。 3 电子制造与电子封装 在当今信息时代，社会和经济发展对信息资源、信息技术和信息产业的依赖程度越来越大，信息化程度已 成为衡量一个国家现代化水平的重要标志。而信息化程度与先进电子制造业的代表产品¾¾计算机和微电子产 品的普及与发展密切相关，也是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的领域。据统计，当今发达国家国民生产总 值增长部分的 65%与电子有关。电子工业增长速率一般为 GDP 增长速率的 3 倍，目前已经发展成为为全球第 一大产业，是一个国家繁荣的核心工业。 现有各类电子产品，大致可分为航空航天电子产品、军用电子产品、工业控制电子产品与通讯设备、消费 类电子产品等。航空航天电子产品是一类需要工作 10到 20年而不修理的设备，在高性能、高可靠、轻重量、 小尺寸以及低能耗方面有着极其苛刻的要求，有非常高的开发和制造成本；军用电子产品必须能够承受非常恶 劣的环境以及高可靠性；工业控制电子产品与通讯设备（包括计算机等产品）的需求非常广，最优的性能、最 快的市场反应是至关重要的；而消费类电子产品（如移动电话、IM电竞 电子竞技平台个人娱乐电子产品、计算器和手表等）其市场 巨大、价格竞争压力大、轻便且低能耗的要求突出，其使用期一般为几年，而无需替换和修理。尽管生产制造 这些电子产品的具体要求不尽相同，但大致的制造过程基本是一样的。 和机械制造一样，“电子制造”（electronic manufacture）也有广义和狭义之分。广义的电子制造也包括电子 产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。狭义的电子 制造则是指电子产品从硅片开始到产品系统的物理实现过程。IM电竞 电子竞技平台如图 2所示。图 2中的椭圆部分又称为电子封装 （electronic Packaging），而晶片的制造则称为半导体制造（semiconductor manufacture）。 图 2 电子产品的物理实现过程 电子封装指的是从电路设计的完成开始，将裸芯片（chip）、陶瓷、金属、有机物等物质制造（封装）成芯 片、元件、板卡、电路板，最终组装成电子产品的整个过程。 半导体制造指的是利用微细加工技术将各单元器件按一定的规律制作在一块微小的半导体片上进而形成半 导体芯片的过程，也称为集成电路制造。 在半导体器件制作过程中，有前工程和后工程之分。二者以硅圆片（wafer）切分成晶片（chip）为界，在 此之前为前工程，在此之后为后工程。 所谓前工程是从整块硅圆片人手，经过多次重复的制膜、氧化、扩散，包括照相制版和光刻等工序，制成 三极管、集成电路等半导体元件及电极等，开发材料的电子功能，以实现所要求的元器件特性。 所谓后工程是从由硅圆片切分好的一个一个的小晶片入手，进行装片、固定、键合连接、塑料灌封、引出 接线端子、检查、打标等工序，完成作为器件、部件的封装体，以确保元器件的可靠性并便于与外电路连接。 单晶硅片 晶片 半导体 工艺 元器件 板卡 产品系统 引线键合 TAB 倒装芯片 通孔安装 表面安装 接插、导 线连接等 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电子制造也可视为是广义的“机械制造”：芯片制造对应于二维零部件成形，芯片封装对应于结构联结(装 配)，只是前者的精度要远远高于后者，在芯片和器件层面上分别具有纳米级和微米级的制造精度，为此采用具 有分子尺度加工单位的薄膜生长、刻蚀等成形工艺和焊接、粘接等直接互连工艺。实际上 IC制造工艺，无论是 前工程中的光刻还是后工程中的键合，均已成为典型的微机械制造工艺，并和传统的超精密加工工艺、特种加 工工艺、以及 LIGA工艺、STM表面加工工艺等一些有发展前景的新工艺一道构成了完整的微制造工艺体系。 另一方面微电子制造装备作为一种自动化装备与传统的机械制造装备有很多共性之处，但亦有其特殊之处，主 要表现在以下两个方面： (1) 具备高性能的运动控制系统，如光刻机可实现运动平台和掩膜平台的十二轴联动，定位精度
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