封測廠在做什麼

2022 年 7 月 1 日

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封裝與測試廠的定義
封裝與測試的流程
半导体封测（行业概述）
“半导体”的完整产业链是：
“半导体”的经营模式有：
目前“封测”行业的市场全球总规模：
“封测”技术及未来发展方向：
“封测”领域的“竞争”格局：
“封测”厂目前经营状况：
关于“封测”的市场总结：
存在的风险:

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封裝與測試廠的定義

➤封裝（Package）：將晶圓廠生產的晶片、塑膠、陶瓷、金屬外殼包裝起來，以保護晶片在工作時不受外界的水氣、灰塵、靜電等影響，封裝的材質必須考量成本與散熱的效果。

➤測試（Test）：將製作好的晶片進行點收測試，檢驗晶片是否可以正常工作，以確定每片晶圓的可靠度與良率，通常封裝前要先測試，將不良的晶片去除，只封裝好的晶片，封裝後還要再測試，以確定封裝過程是否發生問題。

封裝與測試的流程

封裝、測試封裝與測試有許多步驟會交叉進行，不同的積體電路也可能有不同的順序，一般而言積體電路的封裝與測試步驟如下：

➤封裝前測試
在封裝前先以「探針卡（Probe card）」對晶粒（Die）進行電性測試，＜圖一（a）＞為探針卡的外觀構造。積體電路的封裝前測試是將測試用的電訊號，經由探針卡的某些針腳輸入金屬黏著墊（Bond pad），再流入晶粒內的 CMOS 中，經過數百萬個 CMOS 運算後的結果再由另外某些針腳輸出，如＜圖一（b）＞所示，我們可以由這些輸出的電訊號來判斷晶粒是否正常工作，測試正常的晶粒才進行封裝，不正常則打上紅墨記號。

圖一、使用探針卡進行積體電路（IC）的測試工作

➤雷射修補及修補後測試
一般晶粒中都含有記憶體，這些含有記憶體的晶粒中一般都含有「備用記憶體」，如果測試時發現記憶體故障，則會以遠紅外線雷射切斷對應的金屬導線，使用備用記憶體取代故障記憶體，再次進行測試；如果測試正常再進行封裝，不正常則打上紅墨記號而不封裝。

➤晶粒切割及黏晶（Die dicing and mount）
以鑽石刀將晶圓上的晶粒沿著晶粒切割線切開，形成一顆顆正方形的晶片（Chip），再將晶片以環氧樹脂（Epoxy）黏貼在塑膠或陶瓷的封裝外殼內；環氧樹脂俗名「強力膠」，所以黏晶其實就是用強力膠來固定晶片。

➤打線封裝或覆晶封裝
以機械鋼嘴將金線一端加壓打在晶片四周圍的「黏著墊（Bond pad）」上，另一端加壓打在導線架的「金屬接腳」上，這樣使電訊號在地下室的 CMOS 中完成運算後送到最上層的黏著墊，再經由金線連接到導線架的金屬接腳上。此外，也可以經由覆晶封裝的方法，將在後面詳細介紹。

➤封膠（Molding）
將打線後的晶片與接腳放在鑄模內，注入環氧樹脂後再烘烤硬化將晶片密封包裝，封裝外殼必須具有保謢與散熱作用，封膠的動作其實就是將晶片完全包覆起來，以隔絕外界的水氣與污染，達到保護晶片的目的。

➤剪切成型（Trimming and forming）
以械器刀具將多餘的環氧樹脂去除，並將塑膠外殼剪切成所需的形狀，剪切成型後就得到長得很像蜈蚣的積體電路（IC）了。

➤預燒前測試（Pre-burn-in test）
預燒前測試的目的是確保積體電路在預燒時不會因為短路或大電流而影響其它正常元件的工作，同時可以將故障的積體電路先篩選出來，這些故障的積體電路就不必進行預燒了。

➤預燒（Burn-in）
預燒是讓積體電路在高溫與高電壓的嚴格條件下工作，使不良的元件「提早故障（Early failure）」。舉例來說，某一顆積體電路中可能某些多層金屬導線或金屬柱（Via）製作不良，要斷不斷的，賣給客戶以後可能使用一個月就發生故障，如果太多這種情形會造成公司商譽受損，退貨也會造成金錢損失，因此在積體電路出廠之前就先在高溫與高電壓的嚴格條件下工作，使製作不良的產品提早故障，而將這些不良品先篩選出來。

➤全功能測試（Final test）
全功能測試包括符合規格的完全測試與精密的時序參數測試等，以確保積體電路符合出廠標準。

➤雷射印字（Marking）
將產品的製造廠、品名、批號與製造日期等資訊以雷射打印在封裝外殼表面，做為辨識標記，雷射是高能量的光束，可以將文字直接刻寫在封裝外殼上。

➤封裝後測試
封裝好的積體電路外觀如＜圖二＞所示，積體電路的封裝後測試是將測試用的電訊號，經由導線架上的金屬接腳（蜈蚣腳）輸入積體電路，再經由金線傳送到黏著墊，再流入晶片內的 CMOS 中，經過數百萬個 CMOS 運算後的結果再由另外某些黏著墊送出，最後經由另外的金線傳送到導線架上另外的金屬接腳（蜈蚣腳）輸出，我們可以由這些輸出的電訊號來判斷積體電路是否正常工作。

封裝後測試是出廠前最後的測試工作，另外包括腳位掃瞄檢查、品管抽樣測試等，通過測試的積體電路就可以出廠銷售了。

圖二、封裝後的積體電路

【請注意】上述內容經過適當簡化以適合大眾閱讀，與產業現狀可能會有差異，若您是這個領域的專家想要提供意見，請自行聯絡作者；若有產業與技術問題請參與社群討論。

其他詳細內容請參考「積體電路與微機電產業，全華圖書公司」。

《知識力》授權轉載

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半导体封测（行业概述）

简介：

半导体：生产过程主要可分为（晶圆制造 Wafer Fabrication）、（封装工序 Packaging）、（测试工序 Test）几个步骤。

晶圆制造（Wafer Fabrication）：是晶体按照设计图纸，进行芯片制作。

（因为，这里主要讲“封装”所以晶圆加工就不细细说明了）

封装工序（Packaging）：是指生产加工后的晶圆进行切割、焊线塑封，使电路与外部器件实现链接，并为半导体产品提供机械保护，免受物理、化学等外界环境影响产品的使用。

测试（Test）：利用专业设备，对产品进行功能和性能测试，测试过程分为 “中测”和“终测”2个主要过程。

“半导体”的完整产业链是：

半导体，是电子终端产品（例如：手机、游戏机、遥控器等）的关键 “组成部分”，产业链分为：

设计、制造、封测 三个主要大环节。

设计：设计人员根据产品的需求，利用软件和代码，完成电路的设计和布线。

制造：晶圆厂根据设计图，在“晶圆”（一种半导体材料）上完成电路的制造（刻好电路图）。

封测：被刻好电路图的“晶圆”被送到封测厂进行“ 封装”和“测试”，检测合格的产品便可以应用于终端产品中了。

“半导体”的经营模式有：

主要分为2类：垂直整合、垂直分工

垂直整合(Integrated Device Manufacture 缩写：IDM）: 就是可以独立完成，上面说到的整个产业链所有流程的企业（包括：芯片设计、晶圆制造、封装和测试）。

代表企业：英特尔、三星等

垂直分工模式 : 就是把整个产业链每个环节都分工出去，然后每个独立的分工企业形成了，他们制作其中一个部分的工作。Fabless

设计 + Foundry 制造 + OSAT 封测。

Fabless 芯片设计公司：他们不负责晶圆的生产和制作（只做外包出去），只负责研发和设计。

代表企业：高通、英伟达

Foundry 晶圆代加企业：负责晶圆制造。

代表企业：台积电、中芯国际（大陆企业）

OSAT （Outsourced Semiconductor Assembly and Testing）封测企业： 只负责产品的封装和测试。

代表企业：日月光、安靠、长电科技（大陆企业）

目前“封测”行业的市场全球总规模：

根据 Yole 的数据，全球“封测”行业市场规模一直保持着逐年增涨的趋势，预计将会从2019年的680亿（美元）增长到2025年的850亿（美元）—— 年复合增速约4%

根据中国半导体行业协会数据，中国“封测”行业也市场的规模，从2011年的976亿（元）到了 2019年的2350亿（元）—— 年复合增速约为 11.6%（增速高于全球的增速）

“封测”技术及未来发展方向：

（一）封测生产流程

晶圆代工产制造完成的“晶圆”在出厂前需要经过一道电性测试，称为“晶圆可接受度测试（Wafer Acceptance Test，简称WAT）” —— WAT测试通过的“晶圆”被送去 “封测厂” —— “封测厂”首先对晶圆进行“中测（Chip Probe，简称CP） —— CP测试完成后进入“封装”环节 —— “封装”后再进行“终端测试（Final Test，FT） —— 通过 FT 测试的产品然后出货

注：（“封装流程”和基本工艺包括：晶圆减薄、晶圆切割、芯片贴装、固化、芯片互连、注塑成型、去飞边毛刺、上焊锡、切筋成型、打码等）

（二）半导体封装类型

根据“封装材料”的不同，分类：塑料封装、金属封装、陶瓷封装、玻璃封装。

塑料封装：通过特制的模具，在一定的压力和温度条件下，用环氧树脂等模塑料将键合后的半成品封装保护起来，是目前使用最多的封装形式。

金属封装：以金属作为集成电路外壳，可在高温、低温、高湿、强冲击等恶劣环境下使用，较多用于军事、高可靠民用电子领域。

陶瓷封装：以陶瓷为外壳，多用于有高可靠性需求和有空封结构要求的产品，如表面波器件、带空气桥的GaAs器件、MEMS器件等。

玻璃封装：以玻璃为外壳，广泛用于二极管、存储器、LED、MEMS传感器、太阳能电池铲平。

（注：金属封装、陶瓷封装和玻璃封装都属于气密性封装，能够防止水汽和其他污染物侵入，是高可靠性封装；塑料封装市面上最普遍，价格低廉但是是非气密性封装）

根据“封装互联”的不同，分类：引线建合、载带自动焊、倒装焊、埋入式。

引线建合：是用金属焊线连接芯片电极和基板或引线框架等

载带自动焊：将芯片上的凸点与仔带上的焊点焊接在一起，再对焊接后的芯片进行密封保护的一种封装技术。

倒装焊：在芯片的电极上预制凸点，再将凸点与基板或引线框架对应的电极区相连。

埋入式：将芯片嵌入基板内层中

根据“PCB连接方式”的不同，分类：通孔插装类、表面贴装。

通孔插装类：其外形特点是具有直插式引脚，引脚插入PCB上的通孔后，使用波峰焊进行焊接，器件和焊点分别位于PCB的两面。

表面贴装：器件是在通孔插装封装的基础上，随着集成电路高密度、小型化及薄型化的发展需要而发明出来的，一般具有“L”型引脚、“J”形引脚、焊球或焊盘（凸块），器件贴装在PCB表面的焊盘上，再使用回流焊进行高温焊接，器件与焊接点位于PCB的同一面上。

注：引线键合技术：目前最低廉，是主流的封装技术，但是不适合对高密度、高频的产品。

倒装焊接技术：适合高密度、高频以及大电流有要求的产品，如：电源管理、智能终端产品的处理器。

TAB封装技术：主要应用于大规模、多引线的集成电路的封装

（三）先进封装是后摩尔时代的必然选择

1.封装技术发展史

封装技术的发展需要满足电子产品小型化、轻量化、高性能等需求，因此，封装技术过去和未来的发展趋势是高密度、高脚位、薄型化、小型化。

半导体“封装”技术的发展分为5个阶段：

第一阶段：20世纪70年代（通孔插装时代）

第二阶段：20世纪80年代后（表面贴装时代）

第三阶段：20世纪90年代后（面积阵列封装时代）

第四阶段：20世纪末（多芯片组件、三位封装、系统级封装开始出现）

第五阶段：21世纪以来（系统级单芯片封装（Soc）、微机电机械系统封装（MEMS））

目前全球半导体封装的主流正处在“第三阶段”的成熟期和快速发展期，以CSP、BGA、WLP等主要封装形式进入大规模生产时期，同时向“第四阶段”、“第五阶段”发展。

2.封装技术

根据技术先进性、封装技术可分为：传统封装技术、先进封装技术。

传统封装技术：DIP、SOP、QFP、WB BGA 等

先进封装技术：FC、WLP、FO、3D

随着晶圆代工制程不断缩小，摩尔定律逼近极限，先进封装是最后摩尔时代的必然选择。

3.先进的封装市场规模

摩尔定律的放缓，异质集成和各种大趋势（包括5G、AI、HPC、物联网等）推动着先进封装市场强势发展。根据Yole的数据，2019年全球先进封装市场规模约290亿美元，预计2025年增长到420亿美元，年均复合增速约6.6%，高于整体封装市场4%的增速和传统封装市场1.9%的增速。

“封测”领域的“竞争”格局：

原来“封测”领域的厂商主要分两类：

一类是：IDM公司的封测部门，主要完成本公司半导体产品的封测环节，属于对内业务。

二类是：外包封测厂商OSTA，其作为独立封测公司承接半导体设计公司产品的封测环节。

随着摩尔定律极限接近，先进封装技术不断发展，晶圆代工厂利用其在硅平台的积累正在进入封测领域，尤其是先进封装。

接下来，主要重点关注OSAT公司和晶圆代工厂在封装领域的竞争情况。

（一）全球前十大“OSAT”（封测）企业

1.“安靠”公司：美国公司，1968年成立标志着封测业从IDM模式中独立出来，直到2002年安靠一直是全球封测龙头。

2.台积电：1978年台湾成立，全球第一家专业“晶圆”代工企业，并且长期占据全球晶圆代工50%以上的市场份额。

3.日月光：2003年取代安靠成为全球“封测”龙头地位，至今全球前十大OSAT企业中有6家来自台湾。

4.长电科技（大陆企业）：全球第三

5.通富微电（大陆企业）：全球第六

6.天水华天（大陆企业）：全球第七

（二）晶圆厂入局

1.“台积电”为代表的晶圆加工厂开始入局“封测”行业

台积电（1978年成立），在2008年时成立了“集成互连”与“封装技术”整合部门，经过10年的构建，目前已经完成“晶圆级系统整合（WLSI）”技术平台，入局“封测”行业，目前已经处于领先的地位。2019年OSAT排名全球第4，约30亿美金，“封测”业务占台积电总收入的8.4%。

“台积电”重心在发展 —— 扇出型封装（InFO ）、2.5D封装（CoWoS 基板上晶圆上芯片封装）、3D封装（ SoIC 集成芯片系统）

注：InFO （扇出型封装）目前成为台积电独占“苹果”A系列处理器订单的关键； SoIC 目前处于研发中，预计2021年量产。

2. 国内“中芯国际”携手“封测”厂入局

2014年，“中芯国际”与“长电科技”合资成立 —— “中芯长电”企业（中芯国际控股）

“中芯长电”是全球首家采用，“集成电路前段芯片”制造体系和标准，采用独立专业代工模式服务全球客户的“中段”硅片制造和测试服务，继续发展先进的三维系统集成芯片业务。

注：目前，中芯长电位于“江阴的基地 ”提供 —— 12英寸中段硅片加工和封装；“上海基地 ”提供 —— 8英寸中段硅片加工和封装。（2个基地都有“测试厂”，主要提供：程序开发、探针卡制作、晶圆测试、失效分析以及失效测试服务）2020年12月15日，中芯国际聘请了蒋尚义博士（曾台积电掌舵研发和封装技术开发）做为公司副董事长。

“封测”厂目前经营状况：

（一）封测厂商通过“外延”增强竞争力

封测厂商的发展主要围绕着：并购展开的。（其中“日月光”和“中国三巨头”尤其明显）

日月光：1984年成立，5年后（1989年）上市时全球排名第二，之后十年完成了3次重要并购，2003年超过安靠（原排名第一）成为全球第一封测厂商。之后仍然没有停止并购的步伐。

中国三大“封测厂”： “长电科技”、“通富微电”、“华天科技” 均在2015年前后通过收购海外封测厂而跻身全球前列。（“长电科技”原来全球第六的地位，收购了新加坡全球第四的“星科金朋”后，成为全球第三“封测厂商”）

（二）国内“四大”封测厂商经营数据分析

国内四大封测厂商中，

体量：“长电科技”的体量远远领先，“通富微电”、“华天科技”的体量接近，“晶方科技”聚集传感器市场体量较小。

研发投入：“晶方科技”所有收入均来自于先进封装，研发投入率高达22%，远远超过其他三家；“通富微电”聚焦处理器、存储等高端封装市场，研发投入率也明显高于长电科技和华天科技。

关于“封测”的市场总结：

半导体行业目前仍处于上行周期，“封测”产能供不应求，“先进封装”更是后摩尔时代的必然选择，成为各大厂商发力点。

除了原有的 IDM 封测部、OSAT 外包封测企业外，以台积电为代表的晶圆代工厂成为最大搅局者。从我国而言，封测环节是半导体产业链中实力最强的部分，具备国际竞争力。在行业景气度上行和加大内部整合的情况下，我国四大封测企业均在 2019 年下半年迎来了业绩拐点。从长期来看，国内半导体产业正处于快速发展期，芯片设计公司和晶圆代工厂的增加将带动本地封测需求，在产能吃紧的情况下，国内四大封测厂商均于近期发布了定增扩产计划，规模有望进一步扩大。另一方面，先进封装为半导体产业创造更多的价值，封测企业的话语权和产业地位提高，进而增厚盈利。