分類: 文化

• 半導體、
  1. 晶圓：
     GAA、
  2. 晶片：
     HBM、
• 打線技術、
• 半導體封裝：
  1. 同軸式封裝、
  2. 晶體管封裝、
  3. 積體電路封裝：
     • 單列直插式封裝（Single In-Line package）
     • 雙列直插式封裝（Dual In-Line package）
     • 覆晶技術（Flip Chip Package）
     • 晶片尺寸封裝（Chip Scale Package｜CSP）
     • 球柵陣列封裝（Ball Grid Array｜BGA）
     • CoWoS、
• 印刷電路板：
• 銲接：
  波峰銲、回流焊接、

半導體產業（semiconductor industry）是從事半導體以及半導體元件設計製造的產業。該產業萌發於 1960年左右；由於應用技術的發展，半導體元件的製造在當時已經成為一項勢在必行的業務。半導體行業是電子工業幕後推手，於 2011年，全球電子產品的年銷售額為 218’000’000’000美元；2018年，半導體行業的年度銷售收入已經增長到 481’000’000’000美元以上。預計到 2020年，消費性電子產品的年銷售額將達 2’900’000’000’000美元。

雖然半導體行業自 21世紀（西元 2000年）以來 的年平均增長率約為 13%，卻面臨高度的靈活性和創新的挑戰，以不斷適應製程技術快速變化；因此導致顯著的製程技術週期性波動。許多嵌入半導體元件（如：混合集成電路…等）的產品僅擁有非常短的生命週期。半導體產業被廣泛認為是整個電子產業·價值鏈的關鍵驅動力和技術推動者。

---

〖人文學科〗【main】

半導體

半導體（semiconductor）是一種電導率（electrical conductivity）介於在絕緣體（insulator）至電導體（electrical conductor）之間的物質（matter）或材料（material）。半導體材料以原料分為：

1. 元素半導體材料：硼、金剛石、鍺、矽、灰錫、銻、硒、碲…等；
2. 化合物半導體材料：
   • 三五半導體，由Ⅲ族元素（如Al、Ga、In）和Ⅴ族元素（如P、As、Sb）組成，如：砷化鎵（GaAs）、
   • 二六半導體，由 ⅡB族元素（如Zn、Cd、Hg）和 Ⅵ族元素（如：S、Se、Te）組成的化合物，如：硫化鋅（ZnS）、碲化鎘（CdTe）、碲化汞（HgTe）、
   • 四四半導體，如：碳化矽（SiC）和矽鍺合金；
3. 有機半導體是有機物質的半導體。

---

〖元素週期表〗【top】【main】

晶圓

晶圓（wafer）是最基礎的半導體元件（element），為圓柱狀半導體·晶體的薄切片，用於積體電路（integrated circuit）製程中作為載體·基片，也適用於製造太陽能電池。晶圓按其直徑分為 3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸…等規格，近來已發展出 12英寸甚至研發更大規格。

• 奈米製程到底是什麼？
• 7nm、5nm到底是半導體的哪些部分？

---

【top】【main】

GAA

GAA（ Gate-All-Around）是多閘極電晶體架構的一種，又稱：環繞式閘極電晶體，相較於平面獨立雙閘極電晶體（FlexFET）、鰭式場效應電晶體（FinFET）架構，GAA可以減少電流洩漏，並增加電晶體密度，提升晶片性能。
·†·）台積電（2021/04/14）已表示，未來 2奈米製程研發生產將落腳新竹寶山，將規劃建設 4個超大型晶圓廠，將成為下一輪半導體大戰主力。

---

【top】【main】

晶片

晶片（chip）是將電子電路製造在半導體的積體電路，又稱：薄膜（thin-film）積體電路。一張晶圓可以透過製程技術（如：蝕刻、微技術）同時製造許多晶片。

---

【top】【main】

HBM

HBM（High Bandwidth Memory）全稱：高頻寬記憶體是一種基於 3D堆疊工藝的高效能 DRAM，適用於高記憶體頻寬需求的應用場合，與高效能圖形處理器、網路交換及轉發裝置（如：路由器、交換器）、高效能資料中心的 AI特殊應用積體電路結合使用。
HBM更適於與 GPU整合於同一塊晶片上，更有利於就近存取、傳輸資料。HBM主要作法是利用 TSV（Through Silicon Via/矽穿孔）技術，在晶片鑽出小洞，再填充導電體，例如使用銅這樣的導電物質，連接金屬球以達通電效果。
HBM厚度僅能為人類頭髮的一半，意味著每一層 DRAM的厚度、研磨都必須控制得當、相當精細。瓦伊迪亞納坦指出：「一旦堆疊層數越多，DRAM就必須做得更薄。」

• 首先：企業必須擁有更先進的 DRAM流程才可能達成。
• 其次：晶圓堆疊的精確度。HBM的封裝是將每一片DRAM晶圓疊齊後再做切割，切下來的晶粒就是HBM。
  不過，製造商為讓堆疊更薄，會在矽晶圓上穿孔並用金屬物質填滿，用以通電，藉此取代傳統封裝的導線架。這樣的 TSV技術，
  倘若是堆疊4層的HBM，從晶圓堆疊切割前開始，就必須精確對齊矽穿孔（TSV），「切的時候也不能移位，否則不能正確導通。由於矽穿孔僅略大於細菌尺寸，需要非常精細的工藝才能做到。
• 第三：是堆疊後的散熱問題。HBM之所以被發明，來自於晶片商希望將記憶體和處理器，包含 CPU和 GPU，全都包在一顆 IC中。如此一來，內存與處理器的距離變得比之前近很多，散熱問題更需要解決。

§ 綜合以上三點來看，封裝技術的重要性更甚以往。
https://www.bnext.com.tw/story/17/what-is-hbm?
§ AI 熱潮帶動的高頻寬記憶體 HBM
https://youtu.be/G57P-Zz6hBw （2023/11/06）

打線技術

打線技術（wire bonding）是積體電路封裝製程之一個步驟。 打線接合利用線徑 15～50微米的金屬線材將晶片（chip）與導線架（lead frame）連接，作為半導體元件與外部電路溝通的一種技術。覆晶接合（flip-chip）也是積體電路封裝的一種，是將晶片翻轉與基座（substrate）連接，利用銲錫凸塊（solder bump）而不採用打線接合，達到晶片與外部電路溝通的目的，擁有縮減封裝面積的優點。

---

【top】【main】

半導體封裝

同軸式封裝、晶體管封裝、積體電路封裝、CoWoS、

半導體封裝（semiconductor package）為半導體·晶片提供適當的保護（如：外力傷害、濕氣滲入、游離顆粒腐蝕…等），也提供與外部電路連接的接點，達到電路工作的目的，同時也將晶片工作時產生的熱量（heat / thermal）帶走。封裝的材料可以是玻璃（glass）、塑料（plastic）、金屬（metal）、或者是陶瓷（ceramic｜參考：陶瓷電容）。

---

【top】【main】

同軸式封裝

同軸式封裝適用於二極晶體管，早期封裝材料為玻璃用於射頻訊號·檢波，隨後發展塑膠封裝應用於穩壓（如：稽納二極體）、整流…等電力用途。

---

【top】【main】

晶體管封裝

晶體管封裝為最早期的半導體封裝技術。主要為塑膠封裝（plastic package）與金屬殼封裝（metal can package）。主要產品：場效應晶體管、雙極性晶體管、光電晶體…等。

---

【top】【main】

積體電路封裝

集成電路封裝（integrated circuit packaging）是將集成電路（chip｜晶粒）固定在支撐物（leadframe）並接通引腳（leads、pins、balls）利用塑料（plastic）或陶瓷（ceramic）進行封裝；之後進行集成電路性能測試，通過測試的元件有利於裝置在電路系統，發揮正常功能。如此的集成電路封裝過程，又稱：封裝製程（backend）。
透過封裝製程的集成電路可以有效的防止物理損壞（如：觸摸、碰撞、劃傷）以及化學腐蝕（如：酸鹼污染）。

晶片·封裝技術：

• 單列直插式封裝（Single In-Line package）
• 雙列直插式封裝（Dual In-Line package）
• 覆晶技術（Flip Chip Package）
• 晶片尺寸封裝（Chip Scale Package｜CSP）
• 球柵陣列封裝（Ball Grid Array｜BGA）

---

【top】【main】

雙列直插封裝

雙列直插封裝（dual in-line package）是一種積體電路的封裝方式， 又稱：DIP封裝，簡稱為 DIP或 DIL。1964年快捷半導體公司（Fairchild Semiconductor）的 Bryant Buck Rogers發明 DIP包裝元件。雙列直插封裝的積體電路，其兩側具有兩排平行的金屬接腳（又稱：排針），便於採用通孔插裝技術（throu-hole technology｜THT）的方式安裝在電路板上。DIP包裝元件是 1970～1980年代微電子產業的主流。DIP包裝的元件也可以焊接在印刷電路板電鍍的貫穿孔中，或是插入在DIP插座（socket）上。
許多電子設備（如：電腦）也常用 DIP包裝的接頭，如：DIP開關、七段顯示器、繼電器及排線。隨著 IBM公司進行技術研發的表面黏著技術（SMT）漸趨成熟，電子元件，如：電阻、電容、電晶體、積體電路…等，安裝到印刷電路板上，並通過釺焊形成電氣聯結。

---

【top】【main】

CoWoS

CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）是一種先進的半導體封裝技術，主要針對 7奈米以下的晶片。CoWoS為 CoW和 WoS合稱。CoW就是將晶片堆疊在晶圓上（Chip-on-Wafer）、WoS就是基板上的晶圓（Wafer-on-Substrate）。CoWoS又分成 2.5D與 3D版本的封裝體系技術，其差別在於堆疊的方式不同。2.5D封裝是部分晶片堆疊在基板上，而 3D封裝則是全部晶片都堆疊在基板上，其中 2.5D封裝是目前主流且可量產的技術。

§ CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）產能吃緊！
圖解 CoWoS封裝…
https://money.udn.com/money/story/5612/7405380（2023/08/30）
§ 台積電的 CoWoS技術 
https://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Read.aspx?PostID=20673 （2024/04/30）

---

【top】【main】

印刷電路板

印刷電路板（printed circuit board，PCB｜printed wire board，PWB），是電子元件的支撐體（基板），是一類絕緣基板（如：酚醛樹脂、環氧樹脂、玻璃纖維…等）。印刷電路板是將金屬導體利用蒸著或腐蝕作為連接電子元器件的線路連接，這種類似印刷製程所完成的線路板，有利於實現固定元件位置與正確連接電子元件

---

【top】【main】

銲接

銲接（welding）是一種以加熱或加壓方式接合金屬或其它熱塑性塑料達成接合的目的的工藝與技術。銲接技術有鍛銲、鋁熱銲接、氣銲、電阻銲、電弧銲（手工電弧焊、氣體保護電弧銲、鎢極氣體保護電弧銲、埋弧銲…）、感應銲接及雷射銲接…等。銲接的能量來源有很多種，涵蓋：氣體焰、電弧、雷射、電子束、摩擦和超音波…等。

---

【top】【main】

波峰銲

波峰銲（wave soldering）是比較常見的組裝板（printed circuit board assembly，縮寫：PCBA）銲接技術，適用於通孔元件插裝。波峰銲設備的熔池（solder pot）將熔化中的銲料（早期使用錫鉛合金，2006年以來推廣使用不含鉛的無鉛銲料）向上噴起形成一股波浪。銲接過程中，先將組裝板（插有電子零件的 PCB）銲接面塗敷助銲劑（flux），經過預熱後再通過熔池的焊料所形成的波峰，使組裝板（PCBA）的底面（銲接面）接觸波峰頂部，將電子零件接腳（leads）和 插件板（PCBA）銅箔（copper foil）於接觸銲點（footprint）接受銲料而被妥當焊接。

---

【top】【main】

回流焊接

回流焊接（reflow soldering）是表面黏著技術（surface-mount technology｜SMT）將電子元件黏接至印刷電路板（printed circuit board｜PCB）上最常使用的方法。回流焊接是利用焊膏（由焊料和助焊劑混合而成的混合物）將多個電子元件連接到接觸墊上之後，利用回焊爐、紅外加熱燈或熱風槍…等，透過控制加溫過程來熔化焊膏以達到接合目的。另一種方式則是透過通孔插裝（throu-hole technology｜THT）來連接電子元件。通孔插裝為將電路板上既有的孔洞填入焊膏，將接腳插入焊膏並把電子元件嵌至板上進行軟釺焊（反之稱為硬焊）。由於波焊接（wave soldering）較簡單且便宜，所以回流焊接基本上不會運用在通孔插裝的電路板上。

---

【top】【main】