后端工具的智能化，將成半導(dǎo)體制造行業(yè)的冠軍
現(xiàn)在成為半導(dǎo)體生產(chǎn)商是一個(gè)棘手的過(guò)程。在以前低成本的工業(yè)區(qū)，工資和能源價(jià)格上漲，而資本支出攀升。與此同時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)正在升溫，近年來(lái)有大量新業(yè)務(wù)加入市場(chǎng)。行業(yè)參與者對(duì)這些變化感到焦慮是可以理解的，他們一直在追求創(chuàng)紀(jì)錄數(shù)量的并購(gòu)活動(dòng)，以期利用下一波生產(chǎn)力增長(zhǎng)。
半導(dǎo)體的制造分為兩個(gè)階段：“前端”和“后端”。在晶圓上形成所有電路之后，后端半導(dǎo)體制造是指制造操作。革命性的技術(shù)是通過(guò)將非凡的準(zhǔn)確度和精確度與巨大的吞吐量相結(jié)合而創(chuàng)造出來(lái)的。
后端半導(dǎo)體生產(chǎn)中的許多操作都采用伺服驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樗鼈兙哂谐錾男阅芎涂芍貜?fù)性，這正是高端半導(dǎo)體加工所需要的。
大多數(shù)位于新興國(guó)家的后端工廠尚未在其關(guān)鍵業(yè)務(wù)中使用工業(yè) 4.0 技術(shù)，包括單個(gè)半導(dǎo)體的晶圓切割、組裝、測(cè)試和封裝。其中許多工廠仍在努力實(shí)施前端工廠中常見(jiàn)的精益方法。即使后端制造商從精益計(jì)劃中獲得一些好處，他們也經(jīng)常難以保持進(jìn)步。
面對(duì)日益增長(zhǎng)的消費(fèi)者需求和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升，半導(dǎo)體生產(chǎn)中后端活動(dòng)的相關(guān)性不斷提高。需要更有效的工具來(lái)協(xié)助機(jī)器設(shè)置和批次調(diào)度決策，以實(shí)現(xiàn)短周期時(shí)間、高吞吐量和高利用率，同時(shí)提高到期日性能。
行榜后端工具過(guò)程
晶圓檢查
光學(xué)晶圓檢測(cè)會(huì)尋找可能對(duì)最終產(chǎn)品造成問(wèn)題的缺陷?？梢詸z測(cè)到小至 30 納米的缺陷和煩惱，有效用途小至 10 納米。電子束檢測(cè)克服了光學(xué)檢測(cè)的局限性，精確到亞 3 納米分辨率。與光學(xué)檢測(cè)相比，電子束檢測(cè)可識(shí)別最微小的故障，但吞吐量較低。在發(fā)現(xiàn)缺陷和煩惱后，它們會(huì)被映射并糾正或避免。
晶圓測(cè)試/晶圓探針
這些芯片在整個(gè)半導(dǎo)體制造過(guò)程中都經(jīng)過(guò)第一次測(cè)試，以確保它們按預(yù)期運(yùn)行。芯片仍在晶片上時(shí)進(jìn)行功能檢查，使用帶有針的測(cè)試夾具與芯片表面上的電路接觸。芯片的信號(hào)響應(yīng)由探頭發(fā)送和測(cè)量。如果可行，修復(fù)故障芯片；否則，它們會(huì)在切割過(guò)程后被銷毀。
切割晶圓
在這個(gè)后端半導(dǎo)體制造過(guò)程中，完成的晶圓被切割成單獨(dú)的芯片。機(jī)械鋸切和激光切割是兩種自動(dòng)化方式。切割鋸使用圓形切割刀片將模具切割成35mm至0.1mm的尺寸，用于機(jī)械鋸切。隨后使用芯片處理設(shè)備將芯片轉(zhuǎn)移到芯片鍵合工藝。
伺服運(yùn)動(dòng)適用于對(duì)齊切割鋸和晶圓以及調(diào)節(jié)切割刀片。
芯片綁定
單個(gè)芯片太小太脆弱而無(wú)法單獨(dú)處理。它們必須受到保護(hù)，并且必須有一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)電氣連接到芯片。將裸芯片綁定到基板的過(guò)程稱為芯片綁定或芯片連接。
在接下來(lái)的過(guò)程中，基板將作為芯片的微小尺寸與大規(guī)模電子加工之間的接口。它還將作為 PC 板保護(hù)芯片封裝的基礎(chǔ)。
線接頭
引線鍵合在管芯鍵合后使用細(xì)金線將管芯上的每個(gè)焊盤連接到基板上的相應(yīng)焊盤。這通過(guò)電氣連接將芯片容器內(nèi)的硅芯片連接到外部的引腳。引線鍵合用于傳統(tǒng)芯片封裝，例如雙列直插式封裝 (DIP)，它具有特征性的黑色長(zhǎng)方形矩形，銀色引腳像 bug 腿一樣突出，以及 PLCC 封裝，其四邊都有導(dǎo)體。
引線鍵合機(jī)以極快的速度運(yùn)行，以保持每個(gè)芯片所需的大量連接。事實(shí)上，這是我們帶寬最密集的應(yīng)用程序之一。
倒裝芯片/焊球
倒裝芯片“向后”安裝，作為線焊的現(xiàn)代替代品。結(jié)果，創(chuàng)造了術(shù)語(yǔ)“倒裝芯片”。與引線鍵合中圍繞芯片邊緣連接的引線不同，在芯片表面上會(huì)產(chǎn)生“凸點(diǎn)”陣列。這些凸塊用作芯片和周圍容器之間的連接器。以下是倒裝芯片技術(shù)的一些好處：
與芯片更好的連接，而不是引線鍵合，會(huì)增加額外的長(zhǎng)度、電容和電感，所有這些都會(huì)降低信號(hào)速度。
由于整個(gè)芯片都暴露在外，而不僅僅是邊界，因此可以訪問(wèn)更多連接站點(diǎn)。
提高生產(chǎn)速度
整體包裝尺寸較小。
封裝
在后端半導(dǎo)體制造過(guò)程完成時(shí)，使用模制塑料化合物或通過(guò)連接密封蓋來(lái)密封粘合的芯片和框架。硅芯片現(xiàn)已準(zhǔn)備好用于電子行業(yè)。
如何優(yōu)化后端工具？
充分發(fā)揮勞動(dòng)力的潛力
操作員接觸時(shí)間員工接觸材料或運(yùn)行機(jī)器的時(shí)間占后端工廠所有工作的 30% 到 50%。員工在等待機(jī)器完成其制造周期時(shí)，經(jīng)常在工作日的剩余時(shí)間里閑置。即使生產(chǎn)線未滿負(fù)荷運(yùn)行，員工與機(jī)器的比率也是一致的，這增加了員工不積極參與工作的持續(xù)時(shí)間。
標(biāo)準(zhǔn)的精益做法，例如根據(jù)操作員接觸時(shí)間改變工人與機(jī)器的比例或采用靈活的人員配置以確保車間人員數(shù)量足以滿足工廠目前的能力，已幫助某些后端制造商提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。這些舉措已經(jīng)產(chǎn)生了一些好處，但它們很難維持，這意味著后端生產(chǎn)仍然是勞動(dòng)密集型的。
不耽誤產(chǎn)線提高品質(zhì)
工程團(tuán)隊(duì)必須研究機(jī)器數(shù)據(jù)并與生產(chǎn)線上的同事溝通，以確定在出現(xiàn)產(chǎn)量峰值或損失或后端設(shè)施出現(xiàn)意外質(zhì)量問(wèn)題時(shí)造成損失的具體生產(chǎn)步驟。然而，工程師可能每周只收集一次數(shù)據(jù)，在問(wèn)題出現(xiàn)很久之后，這使得查明根本原因變得更加困難。
工程師可能需要采訪生產(chǎn)線員工以獲取信息，而工人可能會(huì)回憶一些有關(guān)工具設(shè)置或其他操作環(huán)境的基本數(shù)據(jù)，這可能會(huì)導(dǎo)致延誤。
建立專門的產(chǎn)量和質(zhì)量改進(jìn)團(tuán)隊(duì)以及每日精益“會(huì)議”可能是一種更可取的方法。這些有組織的討論可以幫助工程師掌握輸出穩(wěn)定性和不可預(yù)測(cè)性等問(wèn)題，從而進(jìn)行改進(jìn)。
以更熟練的方式考慮吞吐量
大多數(shù)后端工廠依賴于可用或不可用的正常運(yùn)行時(shí)間設(shè)備的絕對(duì)指標(biāo)，而忽略了細(xì)微的結(jié)果，例如在評(píng)估 OEE 時(shí)不會(huì)導(dǎo)致完全關(guān)閉的小停工。此外，后端制造商使用手動(dòng)程序來(lái)跟蹤生產(chǎn)損失，這只會(huì)隨著時(shí)間的推移揭示廣泛的模式。這些高級(jí)結(jié)論并未讓工程師全面了解導(dǎo)致生產(chǎn)問(wèn)題的要素，因此難以制定改進(jìn)策略。
為了解決這些問(wèn)題，需要某些回歸精益的基本原理。例如，制造商可能會(huì)組建持續(xù)改進(jìn)團(tuán)隊(duì)來(lái)確定優(yōu)先級(jí)并查明吞吐量瓶頸的來(lái)源。許多組織都有這些團(tuán)隊(duì)，盡管他們并不總是出現(xiàn)在后端工廠。
考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的想法：機(jī)器可以配備傳感器來(lái)跟蹤影響 OEE 的重大事件，例如生產(chǎn)失敗或設(shè)備故障。然后，操作員將通過(guò)觸摸屏界面輸入上下文數(shù)據(jù)，從而節(jié)省手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入的時(shí)間并為工程師提供更高級(jí)別的詳細(xì)信息。
總而言之，半導(dǎo)體業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)收集的領(lǐng)導(dǎo)者；問(wèn)題是公司只使用他們獲得的部分?jǐn)?shù)據(jù)。先進(jìn)技術(shù)首次可以幫助制造商挖掘其海量知識(shí)庫(kù)，提供開(kāi)發(fā)解決方案所需的具體、實(shí)用的見(jiàn)解。
此外，工業(yè)革命 4.0 工具可自動(dòng)執(zhí)行許多現(xiàn)在在后端工廠手動(dòng)完成的耗時(shí)流程。這些增強(qiáng)功能共同幫助管理人員更快、更有效地執(zhí)行精益計(jì)劃，一些組織在幾個(gè)月內(nèi)就看到了有意義的成本、吞吐量和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。
集成了智能制造技術(shù)的后端工廠可能會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的半導(dǎo)體行業(yè)脫穎而出，超越那些采用更傳統(tǒng)的精益方法的企業(yè)。
