01.芯片封测

芯片封测是半导体生产过程的关键环节之一，包括芯片测试和芯片封装两个步骤。

芯片测试是在半导体制造的过程中对芯片进行严格的检测和测试，以验证芯片是否符合设计要求，包括数字、模拟、混合信号电路的测试等，并检查焊点的可靠性和连接强度。这一步是为了确保芯片的质量和稳定性。

芯片封装则是将测试完成的芯片进行封装，以便其被应用在各种设备中。封装过程涉及一系列工艺和技术，包括晶圆减薄、晶圆切割、光检查、芯片贴装等，封装后还要对封装工艺质量和代工质量进行测试，以保证芯片的稳定性和可靠性。


02.芯片封测的基本流程

芯片封测的基本流程主要包括封装和测试两大环节。

在封装环节，首先进行晶圆减薄，将刚出厂的晶圆进行背面减薄，达到封装需要的厚度。接着是晶圆切割，将晶圆切割成一个个独立的Dice，并对这些Dice进行清洗。然后，进行芯片粘接，即将芯片粘接在基板上，银浆固化以防止氧化，再进行引线焊接。完成这些步骤后，进行注塑，用EMC（塑封料）把产品封装起来，并加热硬化。随后，进行激光打字，在产品上刻上生产日期、批次等内容。紧接着是高温固化，以保护IC内部结构，消除内部应力。之后，去溢料，修剪边角。最后，进行电镀，提高导电性能，增强可焊接性。

在测试环节，主要包括功能测试和焊点可靠性测试等。功能测试是对芯片的功能进行测试，验证芯片是否符合设计要求。焊点可靠性测试则是对芯片焊点的可靠性进行测试，验证焊点的可靠性和连接强度。

常见的封测设备和工具

封装设备：封装设备主要用于将芯片封装在适当的封装体中，常见的封装设备有自动封装机、上胶机、压合机等。这些设备能够自动化完成芯片的封装过程，提高生产效率。

测试设备：测试设备用于对封装好的芯片进行测试，包括性能测试和功能测试。常见的测试设备有测试机、探针台、显微镜等。测试机能够对芯片进行电性能测试，探针台则用于对芯片进行物理连接和信号传输，显微镜则用于观察芯片的结构和缺陷。

测量工具：测量工具用于精确测量芯片的尺寸、形状和位置等参数。常见的测量工具有显微镜、千分尺、投影仪等。这些工具能够确保芯片的封装精度和质量。

此外，在芯片封测过程中，还需要使用一些辅助设备和工具，如清洗设备、烘烤设备、夹具、吸盘等。这些设备和工具在封装和测试过程中起着重要的作用，确保芯片能够正常工作和符合质量标准。

自动测试设备（ATE）

自动测试设备（ATE）是一种自动化系统，专门用于电气、热力和物理测试，无需人工直接干预。ATE的主要目的是加速测试过程、执行重复任务或增强测试系统的重复性和一致性。它广泛应用于半导体领域，对被测对象进行性能验证和故障诊断，具有工作效率高、操作简单、灵敏度高、精度高等优势。

ATE的主要工作流程是以计算机编程代替人工测试，基于测试程序控制仪器并对待测品进行输入和输出信号检测分析，从而判断待测品的性能是否符合要求。ATE的应用可以显著减少人工测试的成本和误差，提高测试效率和准确性。

随着技术的发展，ATE正朝着高度集成化、更高的测试速度以及适应5G和物联网(IoT)应用等方向发展。高度集成化的ATE测试座将整合更多的测试功能和自动化控制，以适应电子产品的复杂性和需求的增加。同时，ATE也需要具备更快的测试和数据传输速度，以满足更高的产能需求。

探针卡（probe card）又称晶元探针卡，是晶圆测试厂广泛用于晶圆测试的关键接口，主要由PCB、探针、ring组成，根据不同需求，还可能有电子元件等。其功能是将探针卡上的探针直接与芯片上的焊垫或凸块直接接触，导出芯片讯号，再配合周边测试仪器与软件控制达到自动化量测晶圆的目的。探针卡的应用范围广泛，包括内存、逻辑、消费、驱动、通讯IC等科技产品的晶圆测试。

探针卡主要分为悬臂探针卡和垂直探针卡两类，广泛应用于集成电路、光电器件、传感器件、电子器件、LCD等测试领域，服务的产业涉及半导体、军工、航天、汽车电子、工业控制、消费类电子等。

在操作时，需要准备一支探针卡和一台测试电路板的仪器设备，并检查电路板是否有损坏或松动的部件。然后，根据测试需求在电路板上选择测试点，并将探针卡的探头连接到测试点。最后，在测试仪器上观察结果并记录。

探针卡对于前期测试的开发及后期量产测试的良率保证都非常重要，是晶圆制造过程中对制造成本影响相当大的重要制程。


03.封测技术的分类

封测技术是指将半导体芯片进行封装，并进行测试的过程，其分类可以从多个维度进行考察。

从测试目的和阶段来看，封装测试技术主要可以分为成品测试技术、封装材料测试技术以及封装失效分析技术。成品测试技术是在电子产品组装和封装后进行的最终测试，主要用于检测产品是否符合设计要求和规格要求，通常包括功能测试、信号测试、无损测试等。封装材料测试技术则主要用于测试封装过程中所使用的材料是否符合要求，涉及到材料的可靠性、耐久性、机械强度和导电性等方面。封装失效分析技术则是对封装过程中所发生的各种故障进行分析和诊断，确定故障原因和采取措施。

从测试手段和方法来看，常见的封装测试技术有人工目检（MVI）、在线测试（ICT）、自动光学测试（AOI）、自动X射线测试（AXI）以及飞针测试等。人工目检是一种用肉眼检查的方法，但在处理细间距芯片和焊接质量检查时，其效果可能并不理想。飞针测试则是以两根探针对器件加电来实现检测的方法，但随着器件的小型化和产品的高密度化，其不足也逐渐显现。ICT针床测试是一种广泛使用的测试技术，测试速度快，适合单一品种大批量的产品。自动光学检测（AOI）则是近几年兴起的一种检测方法，具有高效、准确的特点。

此外，根据封装形式和技术特点，还有系统级封装（SiP）和晶圆级封装（WLP）等先进封装测试技术。这些技术不仅提高了芯片的集成度和可靠性，还在尺寸、重量和功耗等方面取得了显著优势。


04.封测过程中的常见问题和挑战

封装问题：封装过程中可能出现的问题有焊接不良、封装裂纹、封装漏胶等。焊接不良可能表现为焊点未焊接、焊接不良或焊点短路等，影响芯片的电气性能。封装裂纹则可能由于材料的热膨胀系数不匹配或温度控制不当导致，影响封装的稳定性和可靠性。封装漏胶则与封装胶水不足或不均匀有关，可能导致封装器件出现漏胶现象。

测试问题：测试阶段的问题主要包括测试程序错误、测试环境干扰等。测试程序可能存在错误或不完整，导致测试结果不准确或无法正确评估芯片的性能。测试环境中可能存在干扰或噪声等因素，影响测试结果的准确性。此外，常见的测试挑战还包括漏气或渗漏、破裂、不均匀压力分布等问题，这些都可能导致测试结果不准确或测试失败。

操作和技术挑战：芯片封测过程中，操作技术不当也可能引发问题。例如，操作员可能未能正确安装密封部件，或者使用了不合适的密封材料，这些都可能导致密封性能不达标。此外，随着芯片尺寸的不断缩小和集成度的提高，对测试设备的精度和稳定性要求也越来越高，这增加了操作和技术上的难度。

环境与可靠性挑战：温度变化和材料膨胀等因素也可能对封装和测试过程造成影响。温度变化可能引起材料膨胀或收缩，导致密封件不再紧密。而材料膨胀则可能在高温和高压环境下导致密封材料破坏。


05.封装故障

焊接不良：

焊点裂缝：由于焊接过程中产生的热应力造成。

焊点虚焊：焊接温度或时间不足导致。

焊点短路：焊料流动不良或焊点位置偏移造成。

接触不良：

引脚接触不良：由引脚表面氧化、污染或引脚与接插件之间的接触不良造成。

引脚断裂：引脚材料缺陷或外力引起。

引脚过度磨损：长时间插拔或使用环境恶劣导致。

封装裂纹和漏胶：

由于封装材料选择不当、封装工艺参数不合适或环境因素（如温度变化、湿度等）的影响，可能导致封装体出现裂纹。

封装漏胶则可能与封装胶水的质量、涂覆工艺或固化过程有关。

机械损伤：

在封装、运输或安装过程中，芯片可能受到物理冲击、振动等机械应力的作用，导致封装体或内部结构受损。

材料问题：

封装材料的质量、成分和属性对封装质量有重要影响。例如，材料的热膨胀系数不匹配可能导致封装体在温度变化时产生应力，进而引发故障。


06.测试失败

芯片设计问题：设计缺陷是导致测试失败的重要原因之一。芯片设计中如果存在错误或不完善的地方，其功能或性能可能无法满足预期。设计上的不足可能导致芯片在测试阶段表现出不符合要求的行为，从而引发测试失败。

测试程序问题：测试程序是评估芯片性能的关键工具。如果测试程序存在错误或不完整，那么测试结果可能不准确或无法正确评估芯片的性能。测试程序的设计和优化是确保测试准确性和可靠性的重要环节。

环境因素：测试环境中的干扰或噪声等因素也可能对测试结果产生负面影响。这些环境因素可能干扰测试信号的准确性，导致测试结果与实际情况不符，从而引发测试失败。

为了降低测试失败的风险，可以采取以下措施：

在芯片设计阶段进行全面的验证和仿真，尽量避免设计缺陷的出现。

优化测试程序和方案，确保覆盖率和准确性，提高测试的可靠性。

加强测试环境的控制，减少干扰和噪声的影响，确保测试结果的准确性和可靠性。


07.封测技术的发展趋势

封测技术的发展趋势呈现出多个方向，随着电子信息产业的快速发展和新兴领域的不断涌现，芯片封测市场需求持续增长，为封测技术的发展提供了广阔的空间。

随着物联网、智能家居等领域的兴起，对高可靠性集成电路的需求不断增加，因此，高可靠性封测方案的需求也在增长。这要求封测技术不断创新，以满足市场对高质量集成电路的需求。

先进封装技术将成为未来封测市场的主要增长点。在芯片制程技术进入“后摩尔时代”后，先进封装技术能在不单纯依靠芯片制程工艺实现突破的情况下，通过晶圆级封装和系统级封装，提高产品集成度和功能多样化，满足终端应用对芯片轻薄、低功耗、高性能的需求，同时大幅降低芯片成本。

随着新材料、新工艺的不断涌现，芯片封测技术将迎来更加广阔的发展空间。新材料和新工艺的应用将进一步提升封测技术的性能，降低制造成本，并推动产业向高端化、智能化发展。