芯片封裝測試的基本概念

芯片封裝測試是芯片制造過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。芯片是半導(dǎo)體元件產(chǎn)品的統(tǒng)稱，它是集成電路的載體，是集成電路經(jīng)過設(shè)計、制造、封裝、測試等后的獨立成熟產(chǎn)品。而芯片封裝測試就是將生產(chǎn)出來的合格晶圓進行切割、焊線、塑封等操作，使芯片電路與外部器件實現(xiàn)電氣連接，為芯片提供機械物理保護，并利用測試工具，對封裝完的芯片進行功能和性能測試 。

封裝不僅僅是簡單的物理保護，更是確保芯片性能和可靠性的關(guān)鍵步驟。它有著安放、固定、密封、保護芯片和增強電熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁——芯片上的接點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過印制板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接 。

芯片封裝測試各環(huán)節(jié)的詳細(xì)步驟

1. 晶圓測試（中測，Chip Probe，CP）

1.1 晶圓可接受度測試（Wafer Acceptance Test，WAT）

晶圓代工廠制造完成的晶圓在出廠前會經(jīng)過這一電性測試。這是對晶圓整體電學(xué)性能的初步檢測，只有通過WAT測試的晶圓才會被送去封測廠進行后續(xù)的封裝測試流程。這一步驟可以篩選出在晶圓制造過程中可能存在電學(xué)性能缺陷的產(chǎn)品，避免對后續(xù)封裝資源的浪費 。

1.2 芯片功能測試

• 探針臺操作：由于工藝原因會引入各種制造缺陷，導(dǎo)致晶圓上的裸Die（裸芯片）中會有一定量的殘次品。在這一環(huán)節(jié)，通過探針與芯片上的焊盤接觸，進行芯片功能的測試。探針臺由載物臺、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，提供晶圓自動上下片、找中心、對準(zhǔn)、定位，及按照設(shè)計的步距移動晶圓以使探針卡上的探針能對準(zhǔn)硅片相應(yīng)位置進行測試。例如克洛諾斯氣浮平臺應(yīng)用于晶圓切割，其自主研發(fā)的超精密氣浮平臺作為載物平臺，重復(fù)定位精度達±50nm，提供超精密的機械移動定位，以定位晶圓進行精密檢測 。

• 標(biāo)記不合格芯片：在測試過程中，會同時標(biāo)記出不合格的芯片，這些被標(biāo)記的芯片在后續(xù)的切割后會被篩選出來，從而縮減后續(xù)封測的成本。

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2. 封裝環(huán)節(jié)

2.1 前段操作

• 晶圓減薄（wafer grinding）：剛出場的晶圓（wafer）進行背面減薄，達到封裝需要的厚度。在背面磨片時，要在正面粘貼膠帶來保護電路區(qū)域，研磨之后，去除膠帶。例如在一些對封裝厚度有嚴(yán)格要求的芯片產(chǎn)品中，如手機芯片等消費電子產(chǎn)品中的芯片，晶圓減薄可以使芯片在封裝后能夠滿足產(chǎn)品整體的輕薄化設(shè)計需求 。

• 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個獨立的Dice（芯片單元），之后再對Dice進行清洗。這一步驟將整片晶圓分割成單個的芯片，為后續(xù)的芯片貼裝等操作做準(zhǔn)備。晶圓切割過程需要精確控制，以避免對芯片造成損傷。

• 光檢查：檢查是否出現(xiàn)殘次品。通過光學(xué)設(shè)備對切割后的芯片進行外觀檢查，查看是否有切割過程中產(chǎn)生的裂紋、破損等缺陷。

• 芯片貼裝（Die Attach）：包括芯片拾取和貼裝過程。首先Ejector Pin從wafer下方的Mylar頂起芯片，使之便于脫離藍(lán)膜；然后Collect/Pick up head從上方吸起芯片，完成從Wafer到L/F（引線框架）的運輸過程；接著Collect以一定的力將芯片Bond在點有銀漿的L/F的Pad上，具體位置可控。之后進行銀漿固化（防止氧化），通常在175°C，1個小時的N2環(huán)境下進行，并且會進行Die Attach質(zhì)量檢查，如Die Shear（芯片剪切力）測試。最后進行引線焊接，利用高純度的金線（Au）、銅線（Cu）或鋁線（Al）把Pad（芯片上電路的外接點）和Lead（Lead Frame上的連接點）通過焊接的方法連接起來，這是封裝工藝中較為關(guān)鍵的一部工藝 。

2.2 后段操作

• 注塑（Molding）：防止外部沖擊，用EMC（塑封料）把產(chǎn)品封裝起來，同時加熱硬化。塑封料主要成分為環(huán)氧樹脂及各種添加劑（固化劑，改性劑，脫模劑，染色劑，阻燃劑等），在熔融狀態(tài)下將Die和Lead Frame包裹起來，提供物理和電氣保護，防止外界干擾 。

• 激光打字（Laser Mark）：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。

• 高溫固化（Post Mold Cure）：保護IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部應(yīng)力。固化溫度通常為175+/-5°C，固化時間為8小時。

• 去溢料（De - flash）：修剪邊角。目的在于去除Molding后在管體周圍Lead之間多余的溢料，方法包括弱酸浸泡，高壓水沖洗。

• 電鍍（Plating）：提高導(dǎo)電性能，增強可焊接性。電鍍一般有兩種類型，Pb - Free（無鉛電鍍，采用的是99.95%的高純度的錫（Tin），為目前普遍采用的技術(shù)，符合RoHS的要求）和Tin - Lead（鉛錫合金，Tin占85%，Lead占15%，由于不符合RoHS，目前基本被淘汰）。

• 切片成型檢查殘次品（Trim&Form）：Trim是將一條片的Lead Frame切割成單獨的Unit（IC）的過程；Form是對Trim后的IC產(chǎn)品進行引腳成型，達到工藝需要求的形狀，并放置進Tube或者Tray盤中。之后還會進行Final Visual Inspection（第四道光檢），在低倍放大鏡下，對產(chǎn)品外觀進行檢查，主要針對EOL工藝可能產(chǎn)生的廢品，例如Molding缺陷，電鍍?nèi)毕莺蚑rim/Form缺陷等。

3. 終測（Final Test，F(xiàn)T）

封裝完成后的產(chǎn)品還需要進行終測。終測是對封裝好的芯片進行全面的功能和性能測試，只有通過FT測試的產(chǎn)品才能對外出貨。終測會檢查芯片在封裝后是否仍然滿足設(shè)計的功能要求，包括電氣性能、信號傳輸、邏輯功能等方面的測試，確保芯片在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。

芯片封裝測試的先進技術(shù)和發(fā)展趨勢

1. 先進封裝技術(shù)發(fā)展歷程

封裝技術(shù)的發(fā)展史是芯片性能不斷提高、系統(tǒng)不斷小型化的歷史，大致分為4個階段 ：

• 第一階段（1970年前）：直插型封裝，以雙列直插封裝（Dual In - line Package，DIP）為主。這種封裝形式的引腳從芯片兩側(cè)引出，適合早期電路板的穿孔安裝方式，在當(dāng)時的電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用，但隨著電子設(shè)備小型化的需求，逐漸被新的封裝形式取代。

• 第二階段（1970 - 1990年）：以表面貼裝技術(shù)衍生出的小外形封裝（Small Outline Package，SOP）、J型引腳小外形封裝（Small Outline J - leaded，SOJ）、無引腳芯片載體（Leadless Chip Carrier，LCC）、扁平方形封裝（Quad Flat Package，QFP）4大封裝技術(shù)和針柵陣列（Pin Grid Array，PGA）技術(shù)為主。這些封裝技術(shù)適應(yīng)了表面貼裝工藝的發(fā)展，相比直插型封裝，它們在尺寸上更小，更適合大規(guī)模生產(chǎn)和自動化裝配。

• 第三階段（1990 - 2000年）：球柵陣列（Ball Grid Array，BGA）、芯片尺寸封裝（Chip Scale Package，CSP）、倒裝芯片（Flip - Chip，F(xiàn)C）封裝等先進封裝技術(shù)開始興起。BGA封裝通過在芯片底部布置球形引腳，增加了引腳數(shù)量，提高了電氣性能和散熱性能；CSP封裝使得芯片面積與封裝面積接近1:1，實現(xiàn)了更高的封裝效率；倒裝芯片封裝則將芯片倒置，舍棄了傳統(tǒng)的引線鍵合方式，直接通過芯片上的凸點與基板連接，減少了信號傳輸延遲。

• 第四階段（2000年至今）：從二維封裝向三維封裝發(fā)展，出現(xiàn)了晶圓級封裝（Wafer Level Package，WLP）、系統(tǒng)級封裝（System in Package，SiP）、扇出型（Fan - Out，F(xiàn)O）封裝、2.5D/3D封裝、嵌入式多芯片互連橋接（Embedded Multi - die Interconnect Bridge，EMIB）等先進封裝技術(shù)。這些技術(shù)進一步提高了封裝的集成度，例如系統(tǒng)級封裝可以將多個不同功能的芯片（如處理器、存儲器、傳感器等）集成在一個封裝體內(nèi)，形成一個完整的系統(tǒng)，大大減小了系統(tǒng)的體積；2.5D/3D封裝則通過在垂直方向上堆疊芯片，實現(xiàn)了更高的集成度和性能提升。

2. 先進封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢

2.1 小型化和高集成度

在以人工智能、高性能計算為代表的新需求驅(qū)動下，芯片封裝朝著小型化、高集成度的方向發(fā)展。例如，系統(tǒng)級封裝（SiP）技術(shù)能夠?qū)⒍鄠€芯片和其他無源元件集成到一個單一的封裝中，減少了整個系統(tǒng)的體積，同時提高了系統(tǒng)的性能和功能密度。這對于便攜式電子設(shè)備（如智能手機、平板電腦等）以及高密度計算設(shè)備（如服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等）非常重要，因為它們需要在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能 。

2.2 超越摩爾定律的發(fā)展

隨著傳統(tǒng)的摩爾定律逐漸接近物理極限，通過縮小芯片制程來提高性能變得越來越困難和昂貴。因此，先進封裝技術(shù)成為了提升芯片性能的另一個重要途徑。例如，以芯粒（Chiplet）異質(zhì)集成為核心的先進封裝技術(shù)，將大芯片拆分成多顆芯粒，以搭積木的形式將不同功能、不同合適工藝節(jié)點制造的芯粒封裝在一起。這種方式可以避免制造大型單片芯片時的良率問題和成本增加問題，同時還可以靈活組合不同功能的芯粒，實現(xiàn)系統(tǒng)性能的提升，從而突破傳統(tǒng)芯片制造的瓶頸，成為集成電路發(fā)展的關(guān)鍵路徑和突破口 。

2.3 滿足高性能計算和人工智能需求

高性能計算和人工智能領(lǐng)域?qū)π酒男阅堋⒐暮蛿?shù)據(jù)傳輸速度等提出了更高的要求。先進封裝技術(shù)如2.5D/3D封裝通過在垂直方向上堆疊芯片，可以縮短芯片間的互連距離，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速度，降低信號延遲。同時，這些封裝技術(shù)還可以更好地解決高性能芯片的散熱問題，滿足其高功耗運行的需求。例如，在一些高端GPU和CPU的封裝中，采用先進的封裝技術(shù)來提高散熱效率，保證芯片在高性能運算時的穩(wěn)定性。

芯片封裝測試的實際案例分析

1. 臺積電的封裝技術(shù)案例

臺積電作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體制造企業(yè)，在芯片封裝技術(shù)方面也處于領(lǐng)先地位。例如，臺積電推出的整合扇出型（Integrated Fan - Out，InFO）封裝技術(shù)。

• 技術(shù)特點：InFO封裝技術(shù)采用扇出型封裝結(jié)構(gòu)，將芯片的輸入輸出（I/O）引腳重新布局在封裝的底部，實現(xiàn)了更高的引腳密度和更小的封裝尺寸。這種封裝技術(shù)可以有效地提高芯片的性能，降低功耗，并且在封裝過程中能夠更好地保護芯片。

• 應(yīng)用領(lǐng)域：該封裝技術(shù)被廣泛應(yīng)用于智能手機等移動設(shè)備中的芯片封裝。在智能手機中，芯片需要在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)高性能、低功耗和高集成度。InFO封裝技術(shù)能夠滿足這些需求，例如在蘋果公司的一些手機芯片封裝中就采用了臺積電的InFO封裝技術(shù)，使得手機芯片在性能提升的同時，還能夠保持較小的體積，從而有助于實現(xiàn)手機的輕薄化設(shè)計。

2. 英特爾的封裝技術(shù)案例

英特爾推出的嵌入式多芯片互連橋接（Embedded Multi - die Interconnect Bridge，EMIB）等先進封裝技術(shù)。

• 技術(shù)特點：EMIB技術(shù)是一種2.5D封裝技術(shù)，它通過在芯片之間嵌入硅橋來實現(xiàn)高速的芯片間互連。這種硅橋可以提供高帶寬、低延遲的信號傳輸路徑，同時相比傳統(tǒng)的封裝方式，能夠減少芯片間的互連線長度，降低信號傳輸?shù)膿p耗。

• 應(yīng)用領(lǐng)域：英特爾將EMIB技術(shù)應(yīng)用于高性能計算和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的芯片封裝。在這些領(lǐng)域，需要處理大量的數(shù)據(jù)，對芯片間的數(shù)據(jù)傳輸速度和帶寬要求極高。例如，在一些多核處理器的封裝中，采用EMIB技術(shù)可以實現(xiàn)不同核心之間以及核心與緩存、內(nèi)存等之間的高速通信，提高整個系統(tǒng)的計算性能。

芯片封裝測試流程中的常見問題與解決方法

1. 封裝過程中的常見問題及解決方法

1.1 芯片貼裝問題

• 問題：芯片貼裝過程中可能會出現(xiàn)芯片偏移、芯片與引線框架之間的連接不良（如銀漿固化不完全導(dǎo)致粘結(jié)力不足）等問題。芯片偏移可能會影響后續(xù)的引線焊接操作，導(dǎo)致焊接不良；而連接不良則可能會引起電氣性能不穩(wěn)定，甚至芯片無法正常工作。

• 解決方法：對于芯片偏移問題，可以優(yōu)化芯片拾取和貼裝設(shè)備的精度，例如提高Collect/Pick up head的定位精度，確保芯片能夠準(zhǔn)確地貼裝在指定位置。同時，在貼裝過程中可以增加視覺檢測系統(tǒng)，實時監(jiān)測芯片的貼裝位置，一旦發(fā)現(xiàn)偏移及時進行調(diào)整。對于連接不良的問題，需要嚴(yán)格控制銀漿的質(zhì)量和固化工藝參數(shù)。確保銀漿的成分符合要求，并且在固化過程中，精確控制固化溫度、時間和環(huán)境（如保持氮氣環(huán)境以防止氧化），保證銀漿能夠充分固化，提高芯片與引線框架之間的粘結(jié)力。

1.2 注塑問題

• 問題：在注塑過程中，可能會出現(xiàn)塑封料填充不完全，導(dǎo)致芯片部分暴露，失去保護作用；或者是注塑過程中產(chǎn)生氣泡，影響封裝的機械性能和電氣性能。

• 解決方法：針對塑封料填充不完全的問題，可以優(yōu)化注塑模具的設(shè)計，確保模具內(nèi)部的流道暢通，使塑封料能夠均勻地填充到芯片周圍。同時，調(diào)整注塑的工藝參數(shù)，如注塑壓力、溫度和速度等，以適應(yīng)不同的芯片封裝需求。對于注塑過程中產(chǎn)生氣泡的問題，可以對塑封料進行預(yù)處理，如進行真空脫泡處理，去除塑封料中的空氣。并且在注塑過程中，緩慢注入塑封料，避免空氣卷入。

2. 測試過程中的常見問題及解決方法

2.1 晶圓測試中的問題

• 問題：在晶圓測試過程中，探針與芯片焊盤之間的接觸可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。這可能是由于探針磨損、芯片表面不平或者是探針與焊盤之間的對準(zhǔn)偏差等原因引起的。

• 解決方法：定期檢查和更換探針，確保探針的尖端保持良好的形狀和導(dǎo)電性。對于芯片表面不平的情況，可以在測試前對芯片表面進行處理，如化學(xué)機械拋光等，使芯片表面更加平整。同時，優(yōu)化探針臺的對準(zhǔn)系統(tǒng)，提高探針與焊盤之間的對準(zhǔn)精度，減少對準(zhǔn)偏差。

2.2 終測中的問題

• 問題：終測時可能會出現(xiàn)芯片功能測試不合格的情況，但是在晶圓測試時芯片是合格的。這可能是由于封裝過程中引入了新的缺陷，如封裝應(yīng)力導(dǎo)致芯片內(nèi)部電路損壞、封裝過程中的靜電放電（ESD）對芯片造成損害等。

• 解決方法：為了避免封裝應(yīng)力對芯片的影響，可以優(yōu)化封裝工藝，例如在封裝過程中控制溫度變化的速率，避免溫度驟變產(chǎn)生過大的應(yīng)力。對于靜電放電問題，在封裝和測試環(huán)境中采取有效的靜電防護措施，如使用靜電防護設(shè)備（靜電手環(huán)、靜電墊等），確保操作人員接地良好，防止靜電對芯片造成損害。同時，對于測試不合格的芯片，需要進行詳細(xì)的故障分析，確定是芯片本身的問題還是封裝過程引入的問題，以便采取相應(yīng)的改進措施。

芯片封裝清洗劑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：

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行使用，一般稀釋比例應(yīng)控制在 1:3～1:5。