淺談集成電路封裝過程中的風險評估_風聞

來源：內容來自半導體行業觀察（ID：icbank）原創，作者：Evan Zhong，謝謝！畢業進入集成電路封裝這個行業馬上15年了，工作地點換了三個：張江、青浦、江陰，企業也換了三個台資、外資和民營。從維修工程師、初級製程工程師到製程工程師，再到新產品導入經理，轉入客服工程部門做經理；從自己給客户調試產品，到教工程師給客户做產品，再到跨部門協調大家給客户導入產品。所謂“久病成醫”吧，我非常樂意分享一點自己對封裝過程中風險評估的淺顯理解，希望對有需要的公司、朋友提供一點幫助，希望祖國的的半導體產業早日強大。

大體而言集成電路產業可分為三個階段：電路設計，晶圓製造，封裝測試。電路設計大體是一羣電路系統畢業的學霸搞出來的(因為學霸，所以高薪)，他們把設計好電路給晶圓製造廠(台積電、聯電、中芯國際……)，最後圓片從晶圓廠發貨到封裝測試廠(日月光、安靠、長電科技……)。簡而言之的流程就這樣啦，如果想知道更加詳細的可以去諮詢下度娘。

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剛入行的時候，師傅就告誡説：千萬別把圓片摔壞了，一片等於一輛寶馬。現在知道圓片本身的價格只是百萬分之一，最低端的芯片工藝從設計出來到成功流片至少百萬人民幣，而高端的5納米工藝，那就是天文數字據説到了4~5億美金。試想如果芯片流片成功，不能正常封裝、量產、沒法按計劃推向市場，那將是多麼悲劇的一件事情，輕則傷筋動骨掉幾斤肉，重則公司關門大吉、人去樓空。市場的事情讓市場去説，技術的事情讓搞技術的人來談。作為封裝廠客服部門的工作人員，建議設計公司在項目啓動之初就要和封裝廠進行系統的TRA技術風險評估(TRA：Technical Risk Assessment)對接工作，防患於未然。

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一般來説，設計公司與封裝工廠做TRA對接的最佳節點有4個：封裝選型、項目啓動之初，封裝定版、樣品製作、Pre-Qual.階段，Formal Qual.封裝測試和可靠性階段，預量產階段。

1．封裝選型、項目啓動之初的TRA

通常而言，初創設計公司都會去照抄競爭對手的樣品封裝，形成Pin-To-Pin的替換關係，便於打開終端市場，掘取第一桶金。而但凡有想法的設計公司，自己會去找到終端客户提供客製化芯片設計服務（比如功能、形狀、特性）。這時設計公司就會面臨封裝選型的問題，比較什麼類型封裝、封裝3D尺寸、管腳的數量/間距甚至封裝材質。如果封裝選型正確，可以不用開發新框架、新基板，不用買封裝模具，可以省去大概2-3個月左右的時間；如果選型錯誤，需要設計、購買新框架或基板，甚至需要購買封裝模具，這會耗用大概3-5個月時間和約10-50萬的資金投入。另外一個，芯片的Bond Pad尺寸設計、Test Pad設計、Bond Pad佈局也會影響到封裝，比如芯片的Bond Pad設計為40um，而芯片性能需要用25um的焊線，這就會超封裝設計規範（因為焊球的尺寸一般為2-3倍焊線直徑，不得超出Bond Pad）；又如Bond Pad佈局不合理導致焊線交叉，甚至在超薄封裝中做交叉焊線，這就面臨封裝難度增加甚至喊停；測試Pad只是給晶圓廠 Chip Probe用的，跟封裝無關？No No No，因為如果測試Pad放在切割道中間，會導致封裝廠必須使用激光開槽技術為刀切開路，使得封裝成本增加。所以在封裝選型、項目啓動之初，就要跟封裝廠初步定好封裝方案，和基本的項目進度表，雙方在統一的平台上使用統一的語言順暢溝通，我們可以暫且給這個階段的技術風險評估取名為TRA1。

2. 封裝圖初定、樣品製作、Pre-Qual.階段的TRA

我們可以把封裝圖初定、樣品製作和Pre-Qual.這個階段比喻成設計公司的孩子在學習“站立”。孩子站穩當了，後面才能學走路和跑步。封裝圖初定的時候，小的封裝工廠可能靠單個工程師的經驗做風險評估，專業的封裝工廠會找一羣工程師做風險評估，也許未來的封裝工廠會用系統做風險評估。根據封裝工廠提供的風險評估結果，一般而言封裝工廠會自我風險閉環，確保識別出來的風險能被監控到位，不帶病進入正式Qual.。如果某個站別的風險比較高，通常封裝廠會建議客户投小量芯片進行DOE驗證（Design Of Experiment），確定封裝工藝參數區間。樣品製作階段就意味這流程、原材料都已經初定了，工廠按照Qual的、量產的流程進行生產，這一步完成後大家可以拿到封裝良率、樣品性能數據、測試良率三個數據，數據由設計公司和封裝廠雙方核對、判讀，確認是否需要做出工藝、原材料甚至打線圖的調整，為正式Qual.的工作做好準備工作。這項工作結束之後，可以請封裝廠出具第二版技術風險評估報告，可簡稱為TRA2。

3.Formal Qual.和可靠性階段的TRA

如果説前面的電性樣品、Pre-Qual.是孩子在學習站立，那正式Qual.和可靠性就是孩子在學習走路了。產品進入正式Qual.階段，也就意味風險都已經得到非常大的釋放，這當中會產生大量的數據收集、封測Qual.報告和可靠性報告，其中蓋公章的可靠性報告是產品打開市場的通行證。普通的產品下1批Formal Qual.即可，封裝完成後進行測試，並選取測試良品安排可靠性；重要的產品或供重要的終端，通常會安排3批Formal Qual.，並分別取測試良品安排可靠性。更有講究的設計公司會要求更加嚴苛，比如封裝過程中必須使用不同批次的原材料，必須安排在不同班別時間和人員生產，必須使用同一型號而不同機台號碼的設備；安排測試良品進行DPA（Destroy Physical Analysis），確認封裝工藝中的重要監控項目是否達標。取得測試良品安排可靠性之後，一般就可以準備轉量產審核了。可靠性項目和數量視設計公司或終端要求來定，一般來説250顆就夠了，基本的項目含有MSL，TCT，HTSL，PCT等。在封裝作業性正常、封裝測試良率達標且可靠性通過的情況下，產品即可順利轉入量產。其實這個階段完成之後，所有的技術風險已經得到了充足的釋放，在TRA2的基礎上略微更新即可生成TRA3。

4.初期量產階段的TRA

通常而言孩子學會走路不是目的，而學會奔跑才是重點，這個時代的變化太快了。產品經過雙方及雙方內部認可產品轉入初期量產，有的工廠卡控初期量產的批次數量，也有的工廠卡控下單的數量。在這個階段我們要注意，雙方都可能存在責任部門轉換的問題，比如在封裝工廠，初期量產前的工作都是由CE （Customer Engineer）部門主導，進入初期量產階段主導工作會轉移到PE(Process Engineer)和CQE（Customer Quality Engineer）；而在大型的設計公司，項目也會從NPI(New Product Income)轉入到PE（Process Engineer）階段。在這個階段，責任承接部門通常會要求收集一些封裝和測試的數據，比如Top Defect分析、封裝和測試良率。如果確認產品質量或封裝測試良率有問題，項目有可能會退回到Qual.階段(雖然這種情形很少見到)。收集到完整的封裝、測試數據，Top Defect分析後，在TRA3的基礎上可以生成TRA4，通常而言這個項目可以説導入結束啦。表1是國內某工廠的TRA模板，供大家參考使用。

表 1

最後講個扁鵲三兄弟的故事吧。魏文王問扁鵲曰：“子昆弟三人其孰最善為醫？”扁鵲曰：“長兄最善，中兄次之，扁鵲最為下。”魏文侯曰：“可得聞邪？”扁鵲曰：“長兄於病視神，未有形而除之，故名不出於家。中兄治病，其在毫毛，故名不出於閭。若扁鵲者，鑱血脈，投毒藥，副肌膚，閒而名出聞於諸侯。”

在做技術風險評估能力的所有等級中，當視“未有形而除之”為最高境界。希望通過這篇小文，電路設計從業人員、集成電路項目管理人員和有興趣的朋友可以從中得到啓發，儘早識別出項目的風險並解決，讓項目更加順利啓動、進行和完成！

2021年，做更好的自己！