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)商是一個棘手的過程。在以前低成本的工業(yè)區(qū)，工資和能源價格上漲，而資本支出攀升。與此同時，競爭正在升溫，近年來有大量新業(yè)務(wù)加入市場。行業(yè)參與者對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)量的并購活動，以期利用下一波生產(chǎn)力增長。
半導(dǎo)體的制造分為兩個階段：“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)造出來的。
后端半導(dǎo)體生產(chǎn)中的許多操作都采用伺服驅(qū)動器，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)，包括單個半導(dǎo)體的晶圓切割、組裝、測試和封裝。其中許多工廠仍在努力實(shí)施前端工廠中常見的精益方法。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。
面對日益增長的消費(fèi)者需求和行業(yè)競爭力的提升，半導(dǎo)體生產(chǎn)中后端活動的相關(guān)性不斷提高。需要更有效的工具來協(xié)助機(jī)器設(shè)置和批次調(diào)度決策，以實(shí)現(xiàn)短周期時間、高吞吐量和高利用率，同時提高到期日性能。
行榜后端工具過程
晶圓檢查
光學(xué)晶圓檢測會尋找可能對最終產(chǎn)品造成問題的缺陷?？梢詸z測到小至 30 納米的缺陷和煩惱，有效用途小至 10 納米。電子束檢測克服了光學(xué)檢測的局限性，精確到亞 3 納米分辨率。與光學(xué)檢測相比，電子束檢測可識別最微小的故障，但吞吐量較低。在發(fā)現(xiàn)缺陷和煩惱后，它們會被映射并糾正或避免。
晶圓測試/晶圓探針
這些芯片在整個半導(dǎo)體制造過程中都經(jīng)過第一次測試，以確保它們按預(yù)期運(yùn)行。芯片仍在晶片上時進(jìn)行功能檢查，使用帶有針的測試夾具與芯片表面上的電路接觸。芯片的信號響應(yīng)由探頭發(fā)送和測量。如果可行，修復(fù)故障芯片；否則，它們會在切割過程后被銷毀。
切割晶圓
在這個后端半導(dǎo)體制造過程中，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)動適用于對齊切割鋸和晶圓以及調(diào)節(jié)切割刀片。
芯片綁定
單個芯片太小太脆弱而無法單獨(dú)處理。它們必須受到保護(hù)，并且必須有一種簡單的方法來電氣連接到芯片。將裸芯片綁定到基板的過程稱為芯片綁定或芯片連接。
在接下來的過程中，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焊盤連接到基板上的相應(yīng)焊盤。這通過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“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，會增加額外的長度、電容和電感，所有這些都會降低信號速度。
由于整個芯片都暴露在外，而不僅僅是邊界，因此可以訪問更多連接站點(diǎn)。
提高生產(chǎn)速度
整體包裝尺寸較小。
封裝
在后端半導(dǎo)體制造過程完成時，使用模制塑料化合物或通過連接密封蓋來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)揮勞動力的潛力
操作員接觸時間員工接觸材料或運(yùn)行機(jī)器的時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，經(jīng)常在工作日的剩余時間里閑置。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)時間。
標(biāo)準(zhǔn)的精益做法，例如根據(jù)操作員接觸時間改變工人與機(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)量問題時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)測性等問題，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)行時間設(shè)備的絕對指標(biāo)，而忽略了細(xì)微的結(jié)果，例如在評估 OEE 時不會導(dǎo)致完全關(guān)閉的小停工。此外，后端制造商使用手動程序來跟蹤生產(chǎn)損失，這只會隨著時間的推移揭示廣泛的模式。這些高級結(jié)論并未讓工程師全面了解導(dǎo)致生產(chǎn)問題的要素，因此難以制定改進(jìn)策略。
為了解決這些問題，需要某些回歸精益的基本原理。例如，制造商可能會組建持續(xù)改進(jìn)團(tuán)隊(duì)來確定優(yōu)先級并查明吞吐量瓶頸的來源。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。
考慮一個簡單的想法：機(jī)器可以配備傳感器來跟蹤影響 OEE 的重大事件，例如生產(chǎn)失敗或設(shè)備故障。然后，操作員將通過觸摸屏界面輸入上下文數(shù)據(jù)，從而節(jié)省手動數(shù)據(jù)輸入的時間并為工程師提供更高級別的詳細(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庫，提供開發(fā)解決方案所需的具體、實(shí)用的見解。
此外，工業(yè)革命 4.0 工具可自動執(zhí)行許多現(xiàn)在在后端工廠手動完成的耗時流程。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，一些組織在幾個月內(nèi)就看到了有意義的成本、吞吐量和質(zhì)量優(yōu)勢。
集成了智能制造技術(shù)的后端工廠可能會在競爭激烈的半導(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)。
