Halbleiter ermöglichen Milliarden von elektronischen Geräten, die wir täglich verwenden, aber wie genau werden sie hergestellt?
Wie werden Halbleiter hergestellt?
Milliarden von Halbleitern ermöglichen die Elektronifizierung der Welt um uns herum. Was als einfaches chemisches Element beginnt, treibt am Ende alles an, von Unterhaltungselektronik wie Taschenrechnern und Mobiltelefonen bis hin zu fortschrittlichen Computersystemen wie selbstfahrenden Autos und Raketensteuerungen während des Fluges. Halbleiter speichern Daten, führen logische Funktionen aus und vieles mehr. Aber wie kommen sie vom gereinigten Silizium zur Grundlage der gesamten vernetzten, elektronischen Welt?
Herstellung von Siliziumwafern
Die Halbleiterherstellung beginnt mit einem einfachen Element wie Silizium (oft aus Sand oder Quarz gereinigt). Sobald Silizium hochrein ist, wird es zu einem zylindrischen kristallinen Barren geformt, der als Siliziumkugel bezeichnet wird. Die Kugel wird in sehr dünne, gleichmäßige Wafer mit einer Vielzahl unterschiedlicher Durchmesser geschnitten, abhängig von der Kugelgröße und der erforderlichen Spanausbeute.
Jeder Wafer wird in einem Prozess, der als Halbleiterdotierung bezeichnet wird, Elementen wie Bor oder Phosphor in präzisen Mengen ausgesetzt. Dadurch verändern sich die elektrischen Eigenschaften des Materials und Halbleiter können unterschiedliche Funktionen erfüllen.
Die dotierten Siliziumwafer werden in einer thermischen Prozessanlage in Gase eingebracht. Auch wenn die spezifische Abscheidungsmethode variieren kann, besteht das Ziel immer darin, eine Oxidschicht auf dem Wafer zu erzeugen, die die Siliziumoberfläche schützt, da Verunreinigungen den elektrischen Strom stören könnten.
Fotolithografie und Dünnschichtabscheidung
Je nach Verwendung des integrierten Schaltkreises (IC) wird ein komplexes System aus integrierten Komponenten wie Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Widerständen und mehr per Photomasking auf den Wafer übertragen. Sobald die Schaltungsdesigns auf dem Wafer nachverfolgt wurden, werden sie durch Nassätzen (Flüssigätzmittel) oder Trockenätzen (Plasmaätzmittel) in den Wafer geätzt.
Halbleiter sind zwar unglaublich dünn, enthalten aber Dutzende von Materialschichten, die aus den Fotolacken und dem Ätzen übereinander gestapelt sind. Anschließend wird ein dünner Film aus leitfähigen und isolierenden Schichten in das Schaltungsmuster eingebracht. Auf dem Wafer werden Interkonnektoren angebracht, um alle Schichten elektrisch miteinander zu verbinden.
Wafer-Tests und Halbleiter-Dicing
Nachdem der Wafer nun mit den notwendigen Schaltkreisen ausgestattet ist, durchläuft er erste Tests. Drahtlose oder kabelgebundene automatisierte Testgeräte (ATE) führen eine elektronische Die-Sortierung (EDS) durch, die Schaltungsabtastungen, Reparaturprozesse, Wafer-Burn-In und mehr umfasst, um fehlerhafte Halbleiterchips entlang des Wafers zu identifizieren und sie nach dem Herausschneiden der Halbleiterchips aus der Ausbeute zu entfernen.
Halbleiterchips werden schließlich in einem Prozess, der als Halbleiter-Dicing bezeichnet wird, einzeln entlang vorgegebener Linien über eine Klinge aus dem Wafer geschnitten. Je nachdem, wofür der Chip verwendet wird, wird er in Halbleiter-Testsockel eingesetzt, um auf Spannung, Strom, Widerstand, Kapazität und mehr getestet zu werden.
Halbleiter-Verpackungen
Die durchlaufenden Halbleiter durchlaufen dann die letzte Phase der Halbleiterproduktion: das Packaging integrierter Schaltkreise (IC). Der Halbleiterchip wird an Bonddrähten befestigt und in ein Gehäuse aus Kunststoff, Keramik, Metall oder einer Kombination davon eingekapselt. Die Verpackung schützt den empfindlichen Spän vor Korrosion, Eindringen von Feuchtigkeit und physischen Beschädigungen. Thermal and electromechanical solutions such as EMI shielding and heat transfer fins can also be incorporated into the packaging at this step.
Jedes integrierte Schaltungsgehäuse enthält auch eine Reihe von Leitungen, die zum Verbinden des ICs mit einer Leiterplatte verwendet werden. Diese bestehen je nach Größe und Konnektivitätsanforderungen häufig aus Pins in einem Pin-Grid-Array (PGA), Löten in einem Ball-Grid-Array (BGA) oder flachen No-Leads-Gehäusen (QFN/DFN). In jüngster Zeit haben sich einige IC-Gehäuse zu System-in-Package-Konstruktionen (SiP) entwickelt, bei denen mehrere Halbleiterchips zu einem dreidimensionalen integrierten Schaltkreis zusammengefügt werden.
Schließlich werden die integrierten Schaltkreispakete sorgfältig verpackt und an den Endbenutzer gesendet, wo sie Tests auf Systemebene unterzogen werden können, um jeden Chip im Kontext seines endgültigen Einsatzes zu testen.
Der Boyd Unterschied für Halbleiterlösungen
Von einzigartigen temperaturzwingenden Geräten für Halbleitertests bis hin zu kundenspezifischen Tauchkühlsystemen, die Prozessorchips in Rechenzentren kühlen, tragen die integrierten Schaltkreislösungen von Boyd dazu bei, nahezu jeden Aspekt der Halbleiterindustrie zu kühlen, abzudichten und zu schützen. Die Experten von Boyd kombinieren jahrzehntelange Erfahrung in der Zusammenarbeit mit führenden Halbleiterherstellern mit modernster Innovation, um eine höhere Rechenleistung bei geringerem Platzbedarf zu ermöglichen.
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