半导体测试分选编带机的简单系统工程分析与评价

半导体测试分选编带机的可行性简单分析与评价

王晓东

中国电子科技集团第二研究所

2009.01.08

1.引言

半导体产业是整个电子信息产业的核心和基础。随着各类电子产品领域消费需求的快速增长，半导体器件需求量逐年扩大，国内半导体生产企业也在升级换代扩产，尤其是核心的集成电路制造商。

集成电路对设备生产、原材料以及生产环境的要求十分苛刻。制造的工序有800多道，耗时20天以上，只要一道工序出现问题或者一粒尘埃落在产品上，都会导致产品报废，造成巨大的经济损失。这也直接导致集成电路产业几乎成为全世界上最昂贵的“吞金”产业。一般来说，投资一条8英寸的集成电路生产线需要10亿美元，而建设一条12英寸的集成电路生产线所需的资金更是高达15亿―20亿美元，因此集成电路的生产实际上也是对一个国家整体工业水平和经济实力的考验。在中国，每1元人民币的集成电路产值可以带动10元电子产品产值，并创造100元国内生产总值，因此集成电路产业的振兴对一个国家的经济发展有着重要的战略意义。

而我国的装备制造业整体都比较弱势，半导体设备业经过40多年的发展具备了一定的基础，但与集成电路芯片制造业相比，无论从规模、研发水平、投资强度以及人才聚集等是滞后和弱小的产业。仅在近年来得到投资和发展，成为电子专用设备行业8个门类中增长最快的领域之一。近两年我国半导体设备的增长率在50%以上。

随着半导体设备市场的快速发展，我国从事半导体设备开发和生产的企业正在迅速增加，已从2002年的40个发展为2006年的60个（包括兼做单位），其中主要单位20家左右，自主研制的集成电路专用设备达到上百个品种。大部分企业从事前工序和后工序设备研制，另外材料制备设备、净化设备、半导体专用工模具、检测设备、试验设备，半导体设备零部件也各有一些单位在研究和生产。这些设备应用领域为：集成电路、分立器件、新型显示器件（LED、LCD、PDP、VFD）、电力电子器件、混合集成电路（HIC）、压电晶体器件（石英晶体谐振器、振荡器、滤波器、声表器件）、太阳能电池、敏感器件、微机械、光纤通信器件等。

国产半导体设备的服务方向虽仍以一些院校和研究所中的科研型集成电路生产线以及半导体分立器件、LED、太阳能电池、SAW、电力电子等其他应用半导体设备的领域为主，但部分材料制备设备（6英寸单晶炉、研磨机、抛光机）、后

道工序设备（6英寸划片机、塑封机、自动封装系统、模具）以及6英寸前道工序中的扩散设备、快速热处理设备、清洗设备等已逐步进入集成电路生产领域。

目前我国半导体设备制造业的技术水平为：0.8微米6英寸以下设备可提供使用；0.5微米生产线主要设备（包括电子束曝光机、光刻机、离子注入机、IMDCVD、MRIE、PVD）的原型样机已经提供用户。0.25微米以上水平设备的单元技术有所突破；0.1微米、10级的空气净化产品和检测仪器，超纯水处理设备和超纯气体净化设备已有系列产品；有些品种的半导体塑封模具已可满足需要；适应线宽1微米以上、64脚以下集成电路的数/模混合和数字集成电路测试系统已经批量提供用户使用；国产高低温试验设备已在用户中取得了良好的信誉。但与国外先进水平相比，国内半导体设备的制造技术存在较大差距，相应的加工线宽相差5个技术档次。其中，半导体器件的测试分选编带设备特别在高端领域对国外设备具有很强的依赖性。目前国内后道工序只能开发单独功能的测试、分选、编带设备。

本项目将实现对大规模封装好的散装器件的测试分选并编带，完成收集，保证最终产品100％的合格率。我们可参考国际上最先进的瑞士ISMECA的NX16测试编带机，针对国内半导体封测产业，结合国内生产厂家的工艺要求，通过收集整理相关半导体器件测试的工艺参数和测试条件，进行工艺试验，解决快速上料，静电处理，器件精确定位，可靠测试，以及高速编带方式等关键技术，研制出高速全自动测试分选编带机。测试后打标并编带的整机一体化设计理念，可节约设计成本，节约净房空间。要求该设备综合性能指标达到国际主流产品的先进水平，填补我国目前在该领域的空白，实现高端领域IC测试分选编带设备的国产化，替代进口。在项目实施中做好技术储备，为下一步拓展兼容性，实现多类器件(如SOP，QFP，分立器件等)测试打好基础，力争进军国际市场，参与国际竞争，并协同封测企业制定相关器件测试标准，申请技术专利等。

2. 技术指标分析

通过综合比对，提出该设备主要技术指标如下：

①支持QFN，SOT等系列器件进行电性能测试、分选及编带，测试编带最大速度为900pcs/min；

②QFN封装IC引脚范围为8－68个；QFN电极触点中心距最小为0.5mm；测试工装加工精度为±0.01mm；

③工作台采用20工位转盘，测试站采用5工位并行处理；高速转台最大速度为800rpm，定位精度为±0.005mm；

④具有3路视觉图像识别功能，处理速度：＞60c/s；

⑤镭射打标：重复定位精度±0.005mm，扫描速度：≤8000mm/sec。

各项技术指标可达到国际主流产品的先进技术水平，通过生产线技术考核，产业化后产能可达到每年60台测试分选编带机。

分析可得该项目有8个关键技术影响其可行性：

S1：快速上料；S2：静电处理；S3：器件精确定位；S4：电性能测试可靠高速；S5：高速高成品率编带；S6：高速图像识别处理；S7：高速高精度镭射打标；S8：高速转台。

系统结构用有向图表达为图1。

图1系统结构有向图

建立邻接矩阵为：

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

S1 0 0 1 1 1 1 1 1

S2 0 0 0 1 0 0 0 0

A = S3 0 0 0 1 1 1 1 0 (1)

S4 0 0 0 0 1 0 0 0

S5 0 0 0 0 0 0 0 0

S6 0 0 0 0 1 0 1 0

S7 0 0 0 0 1 1 0 0

S8 0 0 1 1 1 1 1 0