芯片封装测试的基本概念

芯片封装测试是芯片制造过程中的关键环节。芯片是半导体元件产品的统称，它是集成电路的载体，是集成电路经过设计、制造、封装、测试等后的独立成熟产品。而芯片封装测试就是将生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封等操作，使芯片电路与外部器件实现电气连接，为芯片提供机械物理保护，并利用测试工具，对封装完的芯片进行功能和性能测试 。

封装不仅仅是简单的物理保护，更是确保芯片性能和可靠性的关键步骤。它有着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接 。

芯片封装测试各环节的详细步骤

1. 晶圆测试（中测，Chip Probe，CP）

1.1 晶圆可接受度测试（Wafer Acceptance Test，WAT）

晶圆代工厂制造完成的晶圆在出厂前会经过这一电性测试。这是对晶圆整体电学性能的初步检测，只有通过WAT测试的晶圆才会被送去封测厂进行后续的封装测试流程。这一步骤可以筛选出在晶圆制造过程中可能存在电学性能缺陷的产品，避免对后续封装资源的浪费 。

1.2 芯片功能测试

• 探针台操作：由于工艺原因会引入各种制造缺陷，导致晶圆上的裸Die（裸芯片）中会有一定量的残次品。在这一环节，通过探针与芯片上的焊盘接触，进行芯片功能的测试。探针台由载物台、光学元件、卡盘组成，主要承担输送定位任务，使晶圆依次与探针接触完成测试，提供晶圆自动上下片、找中心、对准、定位，及按照设计的步距移动晶圆以使探针卡上的探针能对准硅片相应位置进行测试。例如克洛诺斯气浮平台应用于晶圆切割，其自主研发的超精密气浮平台作为载物平台，重复定位精度达±50nm，提供超精密的机械移动定位，以定位晶圆进行精密检测 。

• 标记不合格芯片：在测试过程中，会同时标记出不合格的芯片，这些被标记的芯片在后续的切割后会被筛选出来，从而缩减后续封测的成本。

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2. 封装环节

2.1 前段操作

• 晶圆减薄（wafer grinding）：刚出场的晶圆（wafer）进行背面减薄，达到封装需要的厚度。在背面磨片时，要在正面粘贴胶带来保护电路区域，研磨之后，去除胶带。例如在一些对封装厚度有严格要求的芯片产品中，如手机芯片等消费电子产品中的芯片，晶圆减薄可以使芯片在封装后能够满足产品整体的轻薄化设计需求 。

• 晶圆切割（wafer Saw）：将晶圆粘贴在蓝膜上，再将晶圆切割成一个个独立的Dice（芯片单元），之后再对Dice进行清洗。这一步骤将整片晶圆分割成单个的芯片，为后续的芯片贴装等操作做准备。晶圆切割过程需要精确控制，以避免对芯片造成损伤。

• 光检查：检查是否出现残次品。通过光学设备对切割后的芯片进行外观检查，查看是否有切割过程中产生的裂纹、破损等缺陷。

• 芯片贴装（Die Attach）：包括芯片拾取和贴装过程。首先Ejector Pin从wafer下方的Mylar顶起芯片，使之便于脱离蓝膜；然后Collect/Pick up head从上方吸起芯片，完成从Wafer到L/F（引线框架）的运输过程；接着Collect以一定的力将芯片Bond在点有银浆的L/F的Pad上，具体位置可控。之后进行银浆固化（防止氧化），通常在175°C，1个小时的N2环境下进行，并且会进行Die Attach质量检查，如Die Shear（芯片剪切力）测试。最后进行引线焊接，利用高纯度的金线（Au）、铜线（Cu）或铝线（Al）把Pad（芯片上电路的外接点）和Lead（Lead Frame上的连接点）通过焊接的方法连接起来，这是封装工艺中较为关键的一部工艺 。

2.2 后段操作

• 注塑（Molding）：防止外部冲击，用EMC（塑封料）把产品封装起来，同时加热硬化。塑封料主要成分为环氧树脂及各种添加剂（固化剂，改性剂，脱模剂，染色剂，阻燃剂等），在熔融状态下将Die和Lead Frame包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰 。

• 激光打字（Laser Mark）：在产品上刻上相应的内容，例如生产日期、批次等等。这些标记有助于产品的追溯和管理。

• 高温固化（Post Mold Cure）：保护IC内部结构，消除内部应力。固化温度通常为175+/-5°C，固化时间为8小时。

• 去溢料（De - flash）：修剪边角。目的在于去除Molding后在管体周围Lead之间多余的溢料，方法包括弱酸浸泡，高压水冲洗。

• 电镀（Plating）：提高导电性能，增强可焊接性。电镀一般有两种类型，Pb - Free（无铅电镀，采用的是99.95%的高纯度的锡（Tin），为目前普遍采用的技术，符合RoHS的要求）和Tin - Lead（铅锡合金，Tin占85%，Lead占15%，由于不符合RoHS，目前基本被淘汰）。

• 切片成型检查残次品（Trim&Form）：Trim是将一条片的Lead Frame切割成单独的Unit（IC）的过程；Form是对Trim后的IC产品进行引脚成型，达到工艺需要求的形状，并放置进Tube或者Tray盘中。之后还会进行Final Visual Inspection（第四道光检），在低倍放大镜下，对产品外观进行检查，主要针对EOL工艺可能产生的废品，例如Molding缺陷，电镀缺陷和Trim/Form缺陷等。

3. 终测（Final Test，FT）

封装完成后的产品还需要进行终测。终测是对封装好的芯片进行全面的功能和性能测试，只有通过FT测试的产品才能对外出货。终测会检查芯片在封装后是否仍然满足设计的功能要求，包括电气性能、信号传输、逻辑功能等方面的测试，确保芯片在实际应用中的稳定性和可靠性。

芯片封装测试的先进技术和发展趋势

1. 先进封装技术发展历程

封装技术的发展史是芯片性能不断提高、系统不断小型化的历史，大致分为4个阶段 ：

• 第一阶段（1970年前）：直插型封装，以双列直插封装（Dual In - line Package，DIP）为主。这种封装形式的引脚从芯片两侧引出，适合早期电路板的穿孔安装方式，在当时的电子设备中广泛应用，但随着电子设备小型化的需求，逐渐被新的封装形式取代。

• 第二阶段（1970 - 1990年）：以表面贴装技术衍生出的小外形封装（Small Outline Package，SOP）、J型引脚小外形封装（Small Outline J - leaded，SOJ）、无引脚芯片载体（Leadless Chip Carrier，LCC）、扁平方形封装（Quad Flat Package，QFP）4大封装技术和针栅阵列（Pin Grid Array，PGA）技术为主。这些封装技术适应了表面贴装工艺的发展，相比直插型封装，它们在尺寸上更小，更适合大规模生产和自动化装配。

• 第三阶段（1990 - 2000年）：球栅阵列（Ball Grid Array，BGA）、芯片尺寸封装（Chip Scale Package，CSP）、倒装芯片（Flip - Chip，FC）封装等先进封装技术开始兴起。BGA封装通过在芯片底部布置球形引脚，增加了引脚数量，提高了电气性能和散热性能；CSP封装使得芯片面积与封装面积接近1:1，实现了更高的封装效率；倒装芯片封装则将芯片倒置，舍弃了传统的引线键合方式，直接通过芯片上的凸点与基板连接，减少了信号传输延迟。

• 第四阶段（2000年至今）：从二维封装向三维封装发展，出现了晶圆级封装（Wafer Level Package，WLP）、系统级封装（System in Package，SiP）、扇出型（Fan - Out，FO）封装、2.5D/3D封装、嵌入式多芯片互连桥接（Embedded Multi - die Interconnect Bridge，EMIB）等先进封装技术。这些技术进一步提高了封装的集成度，例如系统级封装可以将多个不同功能的芯片（如处理器、存储器、传感器等）集成在一个封装体内，形成一个完整的系统，大大减小了系统的体积；2.5D/3D封装则通过在垂直方向上堆叠芯片，实现了更高的集成度和性能提升。

2. 先进封装技术的发展趋势

2.1 小型化和高集成度

在以人工智能、高性能计算为代表的新需求驱动下，芯片封装朝着小型化、高集成度的方向发展。例如，系统级封装（SiP）技术能够将多个芯片和其他无源元件集成到一个单一的封装中，减少了整个系统的体积，同时提高了系统的性能和功能密度。这对于便携式电子设备（如智能手机、平板电脑等）以及高密度计算设备（如服务器、数据中心等）非常重要，因为它们需要在有限的空间内实现更多的功能 。

2.2 超越摩尔定律的发展

随着传统的摩尔定律逐渐接近物理极限，通过缩小芯片制程来提高性能变得越来越困难和昂贵。因此，先进封装技术成为了提升芯片性能的另一个重要途径。例如，以芯粒（Chiplet）异质集成为核心的先进封装技术，将大芯片拆分成多颗芯粒，以搭积木的形式将不同功能、不同合适工艺节点制造的芯粒封装在一起。这种方式可以避免制造大型单片芯片时的良率问题和成本增加问题，同时还可以灵活组合不同功能的芯粒，实现系统性能的提升，从而突破传统芯片制造的瓶颈，成为集成电路发展的关键路径和突破口 。

2.3 满足高性能计算和人工智能需求

高性能计算和人工智能领域对芯片的性能、功耗和数据传输速度等提出了更高的要求。先进封装技术如2.5D/3D封装通过在垂直方向上堆叠芯片，可以缩短芯片间的互连距离，从而提高数据传输速度，降低信号延迟。同时，这些封装技术还可以更好地解决高性能芯片的散热问题，满足其高功耗运行的需求。例如，在一些高端GPU和CPU的封装中，采用先进的封装技术来提高散热效率，保证芯片在高性能运算时的稳定性。

芯片封装测试的实际案例分析

1. 台积电的封装技术案例

台积电作为全球领先的半导体制造企业，在芯片封装技术方面也处于领先地位。例如，台积电推出的整合扇出型（Integrated Fan - Out，InFO）封装技术。

• 技术特点：InFO封装技术采用扇出型封装结构，将芯片的输入输出（I/O）引脚重新布局在封装的底部，实现了更高的引脚密度和更小的封装尺寸。这种封装技术可以有效地提高芯片的性能，降低功耗，并且在封装过程中能够更好地保护芯片。

• 应用领域：该封装技术被广泛应用于智能手机等移动设备中的芯片封装。在智能手机中，芯片需要在有限的空间内实现高性能、低功耗和高集成度。InFO封装技术能够满足这些需求，例如在苹果公司的一些手机芯片封装中就采用了台积电的InFO封装技术，使得手机芯片在性能提升的同时，还能够保持较小的体积，从而有助于实现手机的轻薄化设计。

2. 英特尔的封装技术案例

英特尔推出的嵌入式多芯片互连桥接（Embedded Multi - die Interconnect Bridge，EMIB）等先进封装技术。

• 技术特点：EMIB技术是一种2.5D封装技术，它通过在芯片之间嵌入硅桥来实现高速的芯片间互连。这种硅桥可以提供高带宽、低延迟的信号传输路径，同时相比传统的封装方式，能够减少芯片间的互连线长度，降低信号传输的损耗。

• 应用领域：英特尔将EMIB技术应用于高性能计算和数据中心领域的芯片封装。在这些领域，需要处理大量的数据，对芯片间的数据传输速度和带宽要求极高。例如，在一些多核处理器的封装中，采用EMIB技术可以实现不同核心之间以及核心与缓存、内存等之间的高速通信，提高整个系统的计算性能。

芯片封装测试流程中的常见问题与解决方法

1. 封装过程中的常见问题及解决方法

1.1 芯片贴装问题

• 问题：芯片贴装过程中可能会出现芯片偏移、芯片与引线框架之间的连接不良（如银浆固化不完全导致粘结力不足）等问题。芯片偏移可能会影响后续的引线焊接操作，导致焊接不良；而连接不良则可能会引起电气性能不稳定，甚至芯片无法正常工作。

• 解决方法：对于芯片偏移问题，可以优化芯片拾取和贴装设备的精度，例如提高Collect/Pick up head的定位精度，确保芯片能够准确地贴装在指定位置。同时，在贴装过程中可以增加视觉检测系统，实时监测芯片的贴装位置，一旦发现偏移及时进行调整。对于连接不良的问题，需要严格控制银浆的质量和固化工艺参数。确保银浆的成分符合要求，并且在固化过程中，精确控制固化温度、时间和环境（如保持氮气环境以防止氧化），保证银浆能够充分固化，提高芯片与引线框架之间的粘结力。

1.2 注塑问题

• 问题：在注塑过程中，可能会出现塑封料填充不完全，导致芯片部分暴露，失去保护作用；或者是注塑过程中产生气泡，影响封装的机械性能和电气性能。

• 解决方法：针对塑封料填充不完全的问题，可以优化注塑模具的设计，确保模具内部的流道畅通，使塑封料能够均匀地填充到芯片周围。同时，调整注塑的工艺参数，如注塑压力、温度和速度等，以适应不同的芯片封装需求。对于注塑过程中产生气泡的问题，可以对塑封料进行预处理，如进行真空脱泡处理，去除塑封料中的空气。并且在注塑过程中，缓慢注入塑封料，避免空气卷入。

2. 测试过程中的常见问题及解决方法

2.1 晶圆测试中的问题

• 问题：在晶圆测试过程中，探针与芯片焊盘之间的接触可能会出现不稳定的情况，导致测试数据不准确。这可能是由于探针磨损、芯片表面不平或者是探针与焊盘之间的对准偏差等原因引起的。

• 解决方法：定期检查和更换探针，确保探针的尖端保持良好的形状和导电性。对于芯片表面不平的情况，可以在测试前对芯片表面进行处理，如化学机械抛光等，使芯片表面更加平整。同时，优化探针台的对准系统，提高探针与焊盘之间的对准精度，减少对准偏差。

2.2 终测中的问题

• 问题：终测时可能会出现芯片功能测试不合格的情况，但是在晶圆测试时芯片是合格的。这可能是由于封装过程中引入了新的缺陷，如封装应力导致芯片内部电路损坏、封装过程中的静电放电（ESD）对芯片造成损害等。

• 解决方法：为了避免封装应力对芯片的影响，可以优化封装工艺，例如在封装过程中控制温度变化的速率，避免温度骤变产生过大的应力。对于静电放电问题，在封装和测试环境中采取有效的静电防护措施，如使用静电防护设备（静电手环、静电垫等），确保操作人员接地良好，防止静电对芯片造成损害。同时，对于测试不合格的芯片，需要进行详细的故障分析，确定是芯片本身的问题还是封装过程引入的问题，以便采取相应的改进措施。

芯片封装清洗剂W3800介绍

倒装芯片清洗剂W3800是针对PCBA（印刷线路板组装）焊后清洗开发的一款浓缩型环保水基清洗剂。主要用于清除电子组装件PCBA、功率LED器件及引线框架型分立器件上的锡膏或者助焊剂残留物。特别适用于助焊剂残留较多且顽固的PCBA清洗，本品在材料兼容性方面表现优越，适应于超声、喷淋等多种清洗工艺。

倒装芯片清洗剂W3800的产品特点：

1、用去离子水按一定比例稀释后不易起泡，可以应用在在线和离线式喷淋清洗设备中。

2、清洗负载能力高，可过滤性好，具有超长的使用寿命，维护成本低。

3、适用于具有高精、高密、高洁净清洗要求的精密电子零件的清洗，特别适用于针对细间距和低底部间隙元器件的清洗应用。

4、浓缩型产品应用更宽广，选择不同的稀释比例灵活清洗不同残留。

5、对市场上大多数种类型的助焊剂和锡膏焊后残留均具有良好的清洗效果。

倒装芯片清洗剂W3800的适用工艺：

W3800水基清洗剂适应于超声、喷淋等多种清洗工艺。

倒装芯片清洗剂W3800产品应用：

W3800在材料兼容性方面表现优越，主要用于清除电子组装件PCBA、功率LED器件及引线框架型分立器件上的锡膏或者助焊剂残留物。特别适用于助焊剂残留较多且顽固的PCBA清洗，清洗时可根据PCBA残留物的状态，将本品按一定比例稀释后再进行使用，一般稀释比例应控制在 1:3～1:5。