芯片封裝測試工藝流程概述

芯片封裝測試是芯片制造過程中的重要環(huán)節(jié)，它將生產(chǎn)出來的合格晶圓進(jìn)行處理，為芯片提供機(jī)械物理保護(hù)，實(shí)現(xiàn)芯片電路與外部器件的電氣連接，并對芯片進(jìn)行功能和性能測試，以確保芯片在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。

一、晶圓準(zhǔn)備階段 晶圓是芯片制造的基礎(chǔ)，在進(jìn)行封裝測試之前，晶圓需要經(jīng)過一系列的前期處理。首先是晶圓制造，這一過程涉及到多個(gè)復(fù)雜的工藝步驟，例如從沙子中提取硅并制成晶圓的過程，包括鑄錠等操作，即將沙子加熱分離出一氧化碳和硅，不斷重復(fù)以獲得超高純度的電子級(jí)硅，再將其熔化成液體然后凝固成單晶固體形式的“錠”，最后切割形成晶圓。在晶圓代工廠制造完成的晶圓在出廠前會(huì)經(jīng)過一道電性測試，稱為晶圓可接受度測試（Wafer Acceptance Test，WAT），只有WAT測試通過的晶圓才會(huì)被送去封測廠。

二、封裝前測試（中測，Chip Probe，CP） 封測廠首先對送來的晶圓進(jìn)行中測。由于在晶圓制造過程中工藝原因會(huì)引入各種制造缺陷，導(dǎo)致晶圓上的裸Die（芯片未封裝時(shí)的單個(gè)單元）中會(huì)有一定量的殘次品。CP測試的目的就是在封裝前將這些殘次品找出來。在進(jìn)行CP測試時(shí)，通過探針與芯片上的焊盤接觸，進(jìn)行芯片功能的測試，同時(shí)標(biāo)記不合格芯片，并在后續(xù)切割后進(jìn)行篩選。這個(gè)過程需要用到探針臺(tái)，探針臺(tái)由載物臺(tái)、光學(xué)元件、卡盤組成，主要承擔(dān)輸送定位任務(wù)，使晶圓依次與探針接觸完成測試，它能夠提供晶圓自動(dòng)上下片、找中心、對準(zhǔn)、定位，及按照設(shè)計(jì)的步距移動(dòng)晶圓以使探針卡上的探針能對準(zhǔn)硅片相應(yīng)位置進(jìn)行測試。例如克洛諾斯自主研發(fā)的超精密氣浮平臺(tái)作為載物平臺(tái)，重復(fù)定位精度達(dá)±50nm，可以提供超精密的機(jī)械移動(dòng)定位，以定位晶圓進(jìn)行精密檢測。

三、封裝環(huán)節(jié)

1. 前段操作

• 晶圓減薄（wafer grinding）：剛出場的晶圓（wafer）通常需要進(jìn)行背面減薄，達(dá)到封裝需要的厚度。在背面磨片時(shí)，要在正面粘貼膠帶來保護(hù)電路區(qū)域，研磨之后，去除膠帶。這一步驟有助于后續(xù)芯片在封裝后的整體厚度控制，以滿足不同應(yīng)用場景對于芯片尺寸的要求，例如在一些對空間要求苛刻的移動(dòng)設(shè)備中，芯片必須足夠薄才能適應(yīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)需求。

• 晶圓切割（wafer Saw）：將晶圓粘貼在藍(lán)膜上，再將晶圓切割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的Dice（芯片單元），然后對Dice進(jìn)行清洗。切割過程需要精確控制，以確保每個(gè)芯片單元的完整性和準(zhǔn)確性，避免切割過程中對芯片造成損傷。

• 光檢查：檢查在前面步驟中是否出現(xiàn)殘次品。這是一道重要的質(zhì)量檢測工序，通過光學(xué)檢測設(shè)備對芯片進(jìn)行細(xì)致的檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，如芯片表面的劃痕、電路連接的異常等，從而保證進(jìn)入下一工序的芯片質(zhì)量。

• 芯片貼裝（Die Attach）：包括芯片貼裝、銀漿固化（防止氧化）、引線焊接等操作。芯片貼裝是將切割后的芯片準(zhǔn)確地放置在封裝基板或框架上，銀漿固化能夠確保芯片與基板或框架之間的連接穩(wěn)定且不易被氧化，引線焊接則是建立芯片與外部電路連接的關(guān)鍵步驟，它使得芯片的電路能夠與外界進(jìn)行電氣通信。

2. 后段操作

• 注塑：用EMC（塑封料）把產(chǎn)品封測起來，同時(shí)加熱硬化。這一步驟為芯片提供了機(jī)械物理保護(hù)，防止外部沖擊對芯片造成損害。塑封料能夠包裹芯片，使其免受外界灰塵、濕氣等環(huán)境因素的影響，就像給芯片穿上了一層堅(jiān)固的防護(hù)衣。

• 激光打字：在產(chǎn)品上刻上相應(yīng)的內(nèi)容，例如生產(chǎn)日期、批次等等。這些標(biāo)記有助于產(chǎn)品的追溯和管理，在芯片的生產(chǎn)、銷售和使用過程中，可以通過這些標(biāo)記快速獲取芯片的生產(chǎn)信息，方便進(jìn)行質(zhì)量控制和售后服務(wù)。

• 高溫固化：通過高溫處理保護(hù)IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部應(yīng)力。在芯片的制造和封裝過程中，由于材料的不同熱膨脹系數(shù)等原因，會(huì)在芯片內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，高溫固化能夠使芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，提高芯片的可靠性和使用壽命。

• 去溢料：修剪邊角。在注塑過程中，可能會(huì)有多余的塑封料溢出到芯片的邊角部位，去溢料操作可以去除這些多余的部分，使芯片的外觀更加整齊，同時(shí)也避免了溢料可能對芯片性能產(chǎn)生的影響，如影響芯片的散熱性能等。

• 電鍍：提高導(dǎo)電性能，增強(qiáng)可焊接性。電鍍層可以改善芯片引腳或連接部位的導(dǎo)電性，使其更容易與外部電路進(jìn)行焊接連接，確保電氣連接的穩(wěn)定性和可靠性，這對于芯片在各種電路系統(tǒng)中的正常工作至關(guān)重要。

• 切片成型檢查殘次品：對封裝后的芯片進(jìn)行最后的成型處理，并再次檢查是否存在殘次品，確保封裝后的芯片質(zhì)量符合要求，只有通過這一檢查的芯片才能夠進(jìn)入最終的測試環(huán)節(jié)。

四、封裝后測試（終測，F(xiàn)inal Test，F(xiàn)T） 封裝完成后的產(chǎn)品還需要進(jìn)行終測。終測是對封裝后的芯片進(jìn)行全面的功能和性能測試，包括芯片的電氣特性、邏輯功能、信號(hào)傳輸?shù)确矫娴臏y試。只有通過FT測試的產(chǎn)品才能對外出貨，以保證到達(dá)用戶手中的芯片能夠正常工作，滿足各種應(yīng)用場景的需求。

芯片封裝測試的關(guān)鍵步驟

一、測試環(huán)節(jié)的關(guān)鍵步驟

1. 晶圓可接受度測試（WAT） 這是晶圓在代工廠出廠前的一道電性測試。它是對晶圓整體電學(xué)性能的初步檢測，測試內(nèi)容涵蓋了晶圓中各個(gè)芯片單元（Die）的基本電學(xué)參數(shù)，如電阻、電容、電壓等特性的檢測。通過WAT測試，可以篩選出在晶圓制造過程中就存在嚴(yán)重電學(xué)性能問題的晶圓，避免將有明顯缺陷的晶圓送入封測廠，從而提高整個(gè)芯片制造流程的效率，減少不必要的封裝成本。例如，如果晶圓中的某個(gè)區(qū)域存在大面積的電學(xué)性能異常，可能是由于制造過程中的摻雜不均勻或者光刻不準(zhǔn)確等原因造成的，WAT測試能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種問題。

2. 中測（CP）

• 精確探測：CP測試在封裝前對晶圓上的裸Die進(jìn)行檢測，其關(guān)鍵在于精確的探測技術(shù)。通過探針與芯片上的焊盤進(jìn)行精準(zhǔn)接觸，來獲取芯片的功能信息。探針的精度和穩(wěn)定性對于測試結(jié)果至關(guān)重要，因?yàn)槿绻结樑c焊盤接觸不良，可能會(huì)導(dǎo)致測試結(jié)果的誤判，將合格的芯片誤判為不合格，或者反之。例如，在測試一些引腳間距非常小的芯片時(shí)，需要使用高精度的探針設(shè)備，確保每個(gè)探針都能準(zhǔn)確地與對應(yīng)的焊盤連接。

• 缺陷篩選：CP測試的核心目的是篩選出裸Die中的殘次品。由于晶圓制造過程中的各種工藝偏差，如光刻、蝕刻、沉積等工序可能引入的缺陷，會(huì)導(dǎo)致部分Die的功能不正常。CP測試通過對芯片功能的全面檢測，能夠識(shí)別出這些存在功能缺陷的Die，如邏輯電路中的門電路故障、存儲(chǔ)單元的讀寫錯(cuò)誤等，然后將其標(biāo)記出來，在后續(xù)的切割和封裝過程中進(jìn)行剔除，從而避免對這些殘次品進(jìn)行不必要的封裝操作，大大降低了封裝成本。

3. 終測（FT）

• 功能完整性測試：FT是對封裝后的芯片進(jìn)行的全面測試。它需要確保芯片的各項(xiàng)功能都能正常運(yùn)行，包括各種邏輯功能、運(yùn)算功能、信號(hào)處理功能等。例如，對于一款CPU芯片，F(xiàn)T測試需要檢查其指令集的執(zhí)行是否正確，數(shù)據(jù)處理是否準(zhǔn)確，中斷處理是否正常等。對于通信芯片，要測試其信號(hào)的發(fā)送和接收功能、調(diào)制解調(diào)功能等是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

• 性能指標(biāo)測試：除了功能測試外，F(xiàn)T還需要對芯片的性能指標(biāo)進(jìn)行測試，如芯片的工作頻率、功耗、響應(yīng)速度等。這些性能指標(biāo)直接關(guān)系到芯片在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。以手機(jī)芯片為例，其工作頻率決定了手機(jī)的運(yùn)行速度，功耗影響手機(jī)的電池續(xù)航能力，響應(yīng)速度則關(guān)系到用戶操作手機(jī)時(shí)的流暢體驗(yàn)。只有當(dāng)芯片的各項(xiàng)性能指標(biāo)都滿足要求時(shí)，才能判定該芯片通過終測，允許對外出貨。

• 
  

二、封裝環(huán)節(jié)的關(guān)鍵步驟

1. 晶圓減薄

• 厚度控制：晶圓減薄過程中，精確的厚度控制是關(guān)鍵。不同的芯片應(yīng)用場景對芯片的厚度有不同的要求，例如在超薄型電子產(chǎn)品如智能手表中，芯片需要非常薄才能適應(yīng)產(chǎn)品的緊湊設(shè)計(jì)。減薄操作需要將晶圓的厚度降低到滿足封裝需求的數(shù)值，同時(shí)要避免減薄過度導(dǎo)致晶圓破裂或者損傷到正面的電路結(jié)構(gòu)。在減薄過程中，需要使用高精度的研磨設(shè)備，并且要根據(jù)晶圓的初始厚度、材料特性以及目標(biāo)厚度等因素來調(diào)整研磨參數(shù)，如研磨速度、研磨壓力等。

• 正面保護(hù)：在晶圓背面減薄時(shí)，正面粘貼膠帶保護(hù)電路區(qū)域是一個(gè)重要操作。因?yàn)檠心ミ^程中產(chǎn)生的振動(dòng)、摩擦等可能會(huì)對正面的電路造成損壞，膠帶能夠起到緩沖和隔離的作用。而且在研磨完成后，膠帶的去除也需要謹(jǐn)慎操作，避免在去除過程中殘留膠漬或者對電路造成拉扯等破壞。

2. 芯片貼裝

• 貼裝精度：芯片貼裝過程中，要將芯片準(zhǔn)確地放置在預(yù)定的位置上，這對于后續(xù)的引線焊接和芯片的正常工作至關(guān)重要。貼裝的精度需要達(dá)到微米級(jí)別，以確保芯片與封裝基板或框架之間的電氣連接和機(jī)械固定的準(zhǔn)確性。例如，在一些多芯片封裝的情況下，如果其中一個(gè)芯片貼裝位置偏差較大，可能會(huì)導(dǎo)致引線連接困難，甚至在工作過程中出現(xiàn)芯片之間的信號(hào)干擾等問題。

• 銀漿固化與連接可靠性：銀漿固化是芯片貼裝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。銀漿作為芯片與基板或框架之間的連接介質(zhì)，其固化效果直接影響連接的可靠性。在固化過程中，需要控制固化的溫度、時(shí)間等參數(shù)，以確保銀漿能夠充分固化，形成穩(wěn)定的電氣連接，同時(shí)防止銀漿氧化。如果銀漿固化不完全或者被氧化，會(huì)導(dǎo)致芯片與基板之間的接觸電阻增大，影響芯片的電氣性能，甚至可能出現(xiàn)連接斷開的情況。

3. 注塑

• 塑封料填充：注塑過程中，確保塑封料能夠完全填充到芯片周圍的空間是關(guān)鍵。如果塑封料填充不充分，會(huì)在芯片內(nèi)部留下空隙，這些空隙可能會(huì)導(dǎo)致芯片在后續(xù)使用過程中受到濕氣、灰塵等污染物的侵入，從而影響芯片的性能和可靠性。同時(shí)，不均勻的填充還可能會(huì)對芯片產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致芯片變形或者出現(xiàn)裂紋。

• 加熱硬化控制：在注塑的同時(shí)進(jìn)行加熱硬化操作，加熱的溫度和時(shí)間需要精確控制。如果溫度過高或者時(shí)間過長，可能會(huì)導(dǎo)致塑封料過度硬化，使其變脆，容易在受到外力沖擊時(shí)破裂；而溫度過低或者時(shí)間過短，則會(huì)導(dǎo)致塑封料硬化不完全，無法提供足夠的機(jī)械保護(hù)作用。

芯片封裝測試工藝實(shí)例分析

以常見的塑料封裝工藝為例進(jìn)行分析。

一、工藝流程實(shí)例

1. 前期準(zhǔn)備

• 首先是晶圓的準(zhǔn)備，假設(shè)是一個(gè)直徑為300mm的硅晶圓，經(jīng)過晶圓制造過程后，進(jìn)行WAT測試，測試結(jié)果顯示晶圓整體電學(xué)性能符合要求，然后將其送往封測廠。

• 在封測廠，對晶圓進(jìn)行CP測試。使用高精度的探針臺(tái)，探針卡上的探針間距根據(jù)芯片的引腳布局設(shè)計(jì)，例如對于一款引腳間距為100μm的芯片，探針的間距也為100μm左右，以確保能夠準(zhǔn)確地與芯片焊盤接觸。通過CP測試發(fā)現(xiàn)晶圓上大約有5%的裸Die存在功能缺陷，將這些殘次品標(biāo)記出來。

2. 封裝過程

• 注塑環(huán)節(jié)，使用EMC塑封料對芯片進(jìn)行注塑封裝，將芯片完全包裹起來。注塑過程中，控制塑封料的填充速度和壓力，確保塑封料能夠均勻地填充到芯片周圍的空間，避免產(chǎn)生空隙。加熱硬化過程中，將溫度升高到175°C左右，保持40分鐘，使塑封料充分硬化。

• 激光打字，在封裝后的芯片表面刻上生產(chǎn)日期、批次號(hào)以及芯片型號(hào)等信息，激光的功率和頻率根據(jù)芯片表面的材料特性進(jìn)行調(diào)整，以確保清晰、準(zhǔn)確的標(biāo)記。

• 高溫固化，將封裝后的芯片放入高溫爐中進(jìn)行高溫固化，溫度設(shè)定為200°C，時(shí)間為2小時(shí)，以消除芯片內(nèi)部在封裝過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。

• 去溢料，使用專門的切割設(shè)備去除注塑過程中溢出到芯片邊角的多余塑封料，使芯片的外觀整齊。

• 電鍍環(huán)節(jié)，對芯片的引腳進(jìn)行電鍍處理，電鍍層采用金材料，電鍍厚度為5μm左右，以提高引腳的導(dǎo)電性能和可焊接性。

• 切片成型檢查殘次品，對經(jīng)過上述處理后的芯片進(jìn)行最后的成型處理，使其符合標(biāo)準(zhǔn)的封裝外形尺寸要求，然后再次進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有極少數(shù)芯片在電鍍過程中引腳出現(xiàn)短路現(xiàn)象，將這些不合格品剔除。

• 進(jìn)行晶圓減薄，將晶圓的原始厚度從700μm減薄到200μm左右，以滿足后續(xù)封裝對厚度的要求。在減薄過程中，在晶圓正面粘貼特殊的保護(hù)膠帶，減薄完成后，使用專業(yè)的膠帶去除設(shè)備干凈地去除膠帶。

• 晶圓切割環(huán)節(jié)，將晶圓粘貼在藍(lán)膜上，使用切割設(shè)備按照芯片的尺寸將晶圓切割成單個(gè)的Dice，每個(gè)Dice的尺寸為5mm×5mm左右。切割完成后，對Dice進(jìn)行清洗，去除切割過程中產(chǎn)生的碎屑和雜質(zhì)。

• 光檢查環(huán)節(jié)，通過高分辨率的光學(xué)檢測設(shè)備對切割后的Dice進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有少量芯片表面存在微小劃痕，這可能是由于切割過程中的振動(dòng)或者切割刀具的磨損造成的，將這些有劃痕的芯片標(biāo)記為不合格品。

• 芯片貼裝階段，將合格的芯片貼裝到塑料封裝基板上，使用銀漿作為連接介質(zhì)，銀漿的厚度控制在10μm左右，確保芯片與基板之間的良好電氣連接。貼裝完成后，進(jìn)行銀漿固化，固化溫度設(shè)定為150°C，固化時(shí)間為30分鐘，以保證銀漿充分固化且不被氧化。

• 前段操作

• 后段操作

3. 終測環(huán)節(jié)

• 對經(jīng)過封裝后的芯片進(jìn)行終測。通過專門的測試設(shè)備對芯片的功能和性能進(jìn)行全面測試。對于功能測試，輸入各種不同的測試信號(hào)，檢查芯片的邏輯功能是否正確，例如對于一款數(shù)字信號(hào)處理芯片，檢查其對不同頻率和幅度的數(shù)字信號(hào)的處理是否符合設(shè)計(jì)要求。在性能測試方面，測量芯片的工作頻率、功耗等指標(biāo)。假設(shè)該芯片的設(shè)計(jì)工作頻率為1GHz，測試結(jié)果顯示芯片的實(shí)際工作頻率在0.98 - 1.02GHz之間，符合要求；芯片的功耗在設(shè)計(jì)的額定功耗范圍內(nèi)，判定該芯片通過終測，可以對外出貨。

二、工藝特點(diǎn)分析

1. 成本效益

• 在這個(gè)塑料封裝工藝實(shí)例中，塑料封裝材料成本相對較低，這使得在大規(guī)模生產(chǎn)中能夠有效控制成本。例如，與陶瓷封裝或金屬封裝相比，塑料封裝料的原材料價(jià)格較低，并且注塑等工藝相對簡單，設(shè)備投資成本也較低。同時(shí)，由于能夠在封裝過程中有效地篩選出殘次品，避免了對不合格芯片進(jìn)行不必要的加工和測試，進(jìn)一步降低了成本。例如在CP測試和各工序后的檢查中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除不合格品，減少了后續(xù)工序的浪費(fèi)。

2. 廣泛適用性

• 塑料封裝工藝適用于多種類型的芯片。對于大多數(shù)消費(fèi)電子產(chǎn)品中的芯片，如手機(jī)、平板電腦等中的芯片，其對芯片的性能和可靠性要求在塑料封裝能夠滿足的范圍內(nèi)。例如，對于一些中低端的手機(jī)芯片，塑料封裝能夠提供足夠的機(jī)械保護(hù)、電氣連接和散熱性能。而且，塑料封裝工藝能夠適應(yīng)不同尺寸和引腳布局的芯片，具有較高的靈活性。例如，從較小尺寸的傳感器芯片到較大尺寸的應(yīng)用處理器芯片，都可以采用塑料封裝工藝。

3. 工藝挑戰(zhàn)與應(yīng)對

• 在這個(gè)實(shí)例中，也面臨一些工藝挑戰(zhàn)。如在晶圓切割過程中，可能會(huì)出現(xiàn)芯片表面劃痕的問題，這就需要定期檢查和更換切割刀具，優(yōu)化切割參數(shù)，如降低切割速度、調(diào)整切割壓力等，以減少劃痕的產(chǎn)生。在注塑環(huán)節(jié)，要確保塑封料的均勻填充，這需要精確控制注塑設(shè)備的參數(shù)，并且對塑封料的質(zhì)量和流動(dòng)性進(jìn)行嚴(yán)格檢測。對于終測環(huán)節(jié)，隨著芯片功能和性能的日益復(fù)雜，需要不斷更新測試設(shè)備和測試方法，以確保能夠準(zhǔn)確地檢測出芯片的各種問題。

先進(jìn)的芯片封裝測試技術(shù)

一、先進(jìn)封裝技術(shù)

1. 晶圓級(jí)封裝（WLP）

• 技術(shù)原理：晶圓級(jí)封裝是一種較為先進(jìn)的封裝技術(shù)，它直接在晶圓上進(jìn)行封裝，無需將晶圓切割成單個(gè)芯片后再進(jìn)行封裝。其主要原理是在晶圓表面構(gòu)建重布線層（RDL），通過重布線層將芯片的電極重新布局，以滿足不同的封裝需求。例如，當(dāng)芯片的引腳間距較小，而外部電路連接需要較大的引腳間距時(shí)，可以通過RDL進(jìn)行重新布線，調(diào)整引腳間距。同時(shí)，在晶圓表面

倒裝芯片清洗劑W3800介紹

倒裝芯片清洗劑W3800是針對PCBA（印刷線路板組裝）焊后清洗開發(fā)的一款濃縮型環(huán)保水基清洗劑。主要用于清除電子組裝件PCBA、功率LED器件及引線框架型分立器件上的錫膏或者助焊劑殘留物。特別適用于助焊劑殘留較多且頑固的PCBA清洗，本品在材料兼容性方面表現(xiàn)優(yōu)越，適應(yīng)于超聲、噴淋等多種清洗工藝。

倒裝芯片清洗劑W3800的產(chǎn)品特點(diǎn)：

1、用去離子水按一定比例稀釋后不易起泡，可以應(yīng)用在在線和離線式噴淋清洗設(shè)備中。

2、清洗負(fù)載能力高，可過濾性好，具有超長的使用壽命，維護(hù)成本低。

3、適用于具有高精、高密、高潔凈清洗要求的精密電子零件的清洗，特別適用于針對細(xì)間距和低底部間隙元器件的清洗應(yīng)用。

4、濃縮型產(chǎn)品應(yīng)用更寬廣，選擇不同的稀釋比例靈活清洗不同殘留。

5、對市場上大多數(shù)種類型的助焊劑和錫膏焊后殘留均具有良好的清洗效果。

倒裝芯片清洗劑W3800的適用工藝：

W3800水基清洗劑適應(yīng)于超聲、噴淋等多種清洗工藝。

倒裝芯片清洗劑W3800產(chǎn)品應(yīng)用：

W3800在材料兼容性方面表現(xiàn)優(yōu)越，主要用于清除電子組裝件PCBA、功率LED器件及引線框架型分立器件上的錫膏或者助焊劑殘留物。特別適用于助焊劑殘留較多且頑固的PCBA清洗，清洗時(shí)可根據(jù)PCBA殘留物的狀態(tài)，將本品按一定比例稀釋后再進(jìn)行使用，一般稀釋比例應(yīng)控制在 1:3～1:5。