【半导体封装测试】集成电路芯片封装第十五讲
集成电路芯片封装第十五讲
可靠性测试项目
不同企业间的的可靠性测试类型不完全相同， 不同企业间的的可靠性测试类型不完全相同，但所包 含的测试项目基本一致。 含的测试项目基本一致。
可靠性测试项目
各测试项目均有一定的针对性和具体操作方法， 各测试项目均有一定的针对性和具体操作方法，测试 有一定的顺序。各试验均采用随机抽样进行测试， 有一定的顺序。各试验均采用随机抽样进行测试，不同的 随机抽样进行测试 企业采用的标准不尽相同：不同水准的标准。 企业采用的标准不尽相同：不同水准的标准。
可靠性测试结果应如实反馈回封装设计工艺 端，从而有助于通过调整材料和工艺来改善产 品的可靠性：正反馈与负反馈
预处理测试流程
产品抽样 检查电气性能和内部结构 T/C测试： T/C测试：模拟实际运输过程 测试 水分干燥处理： 水分干燥处理：模拟实际真空包装 恒温放置吸湿 模拟焊接： 模拟焊接：电气特性和内部结构测试
越接近实际状况，测试结果越有指导意义
预处理模拟环境等级
加速试验—不改变失效机理前提下, 加速试验 不改变失效机理前提下,通过强化试验条件使受试产品加 不改变失效机理前提下 速失效, 速失效,便于较短时间内获得必要信息评估产品在正常条件下的可靠性指 加速试验有助于产品尽早投放市场， 标。加速试验有助于产品尽早投放市场，但不能引入正常使用中不发生 的故障模式。在加速试验中要单独或者综合使用加速因子， 的故障模式。在加速试验中要单独或者综合使用加速因子，包括更高频 率功率循环、更高的振动水平、高温高湿、更严酷的温度循环。 率功率循环、更高的振动水平、高温高湿、更严酷的温度循环。
高温下， 高温下，由于元器件吸收过多潮气产生的塑封体开裂现象
T/C测试 T/C测试
T/C测试即温度循环 T/C测试即温度循环 测试， 测试，测试进行时需要 控制测试设备四个参数 ：热腔温度、冷腔温度 热腔温度、 、循环次数和芯片停留 时间。 时间。
半导体封装测试
半导体封装测试半导体封装测试定义:半导体生产流程由晶圆制造、晶圆测试、芯片封装和封装后测试组成。
半导体封装测试是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。
封装过程为：来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后，被切割为小的晶片（Die），然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板（引线框架）架的小岛上，再利用超细的金属（金、锡、铜、铝）导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘（Bond Pad）连接到基板的相应引脚（Lead）,并构成所要求的电路；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后，还要进行一系列操作，如后固化（Post Mold Cure）、切筋和成型（Trim&Form）、电镀（Plating）以及打印等工艺。
封装完成后进行成品测试，通常经过入检（Incoming）、测试（Test）和包装（Packing）等工序，最后入库出货。
典型的封装工艺流程为：划片装片键合塑封去飞边电镀打印切筋和成型外观检查成品测试包装出货。
半导体封装形式:半导体器件有许多封装形式，按封装的外形、尺寸、结构分类可分为引脚插入型、表面贴装型和高级封装三类。
从DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP，技术指标一代比一代先进。
总体说来，半导体封装经历了三次重大革新：第一次是在上世纪80年代从引脚插入式封装到表面贴片封装，它极大地提高了印刷电路板上的组装密度；第二次是在上世纪90年代球型矩阵封装的出现，满足了市场对高引脚的需求，改善了半导体器件的性能；芯片级封装、系统封装等是现在第三次革新的产物，其目的就是将封装面积减到最小。
高级封装实现封装面积最小化芯片级封装CSP。
几年之前封装本体面积与芯片面积之比通常都是几倍到几十倍，但近几年来有些公司在BGA、TSOP的基础上加以改进而使得封装本体面积与芯片面积之比逐步减小到接近1的水平，所以就在原来的封装名称下冠以芯片级封装以用来区别以前的封装。
半导体封装及测试技术
半导体封装及测试技术半导体封装及测试技术是指将芯片进行外包装，并进行测试以确保其性能符合设计要求的过程。
半导体封装技术主要包括封装结构设计、封装材料选择和封装工艺等方面，而半导体测试技术主要包括封装后测试和片上测试两个环节。
本文将详细介绍半导体封装及测试技术的相关内容。
首先，半导体封装技术是将芯片进行封装，增加其机械强度、保护芯片以及方便与外部连接等功能的过程。
封装结构的设计既要满足电性能要求，又要考虑成本、尺寸和工艺等因素。
封装材料的选择要考虑材料的导热性能、电绝缘性能、耐候性、耐高温性能等。
常用的封装材料有塑料、陶瓷和金属等。
封装工艺主要包括芯片倒装、焊接、封胶等工艺步骤。
其次，半导体测试技术主要包括封装后测试和片上测试两个环节。
封装后测试是指封装完成后对芯片进行功能测试和可靠性测试，以保证芯片性能符合设计要求，并且能够在不同的工作条件下稳定可靠地工作。
封装后测试主要包括电气性能测试、功能性能测试和可靠性测试等。
电气性能测试主要是测试芯片的电气参数，如工作电流、工作电压、功耗等。
功能性能测试主要是测试芯片的功能是否正常，如逻辑电路的正确性、模拟电路的灵敏度和精度等。
可靠性测试主要是测试芯片在不同的工作条件下的可靠性，如温度变化、湿度变化以及机械振动等。
片上测试是指在芯片封装之前对芯片进行测试，以确保芯片的质量和性能。
片上测试主要通过测试芯片的电气参数来判断芯片的好坏，如芯片的工作电流、工作电压、功耗等。
片上测试技术主要包括设计和制造测试机、测试方法和测试流程等方面。
设计和制造测试机是指根据芯片的特点和测试要求，设计和制造测试机来对芯片进行测试。
测试方法是指采用不同的测试手段和测试设备来进行测试。
测试流程是指按照一定的顺序和步骤来进行测试，以提高测试效率和准确性。
半导体封装及测试技术在半导体产业中起着重要作用。
通过封装可以提高芯片的稳定性和可靠性，保护芯片不受外界环境的干扰，从而提高整个产品的可靠性和性能。
集成电路芯片封装技术培训课程(ppt-35页)全
微电子技术发展对封装的要求
四、高密度化和高引脚数
高密度和高I/O数造成单边引脚间距缩短、封装难
度加大：焊接时产生短路、引脚稳定性差
解决途径：
采用BGA技术和TCP（载带）技术
成本高、难以进行外观检查等。
微电子技术发展对封装的要求
五、适应恶劣环境
密封材料分解造成IC芯片键合结合处开裂、断路
解决办法：寻找密封替代材料
Ceramic
Ceramic or
Thin Film on Ceramic
Thin Film on PWB
PWB-D
•Integration to
BEOL
•Integration in
Package level
PWB-Microation at
System level
1、电源分配：传递电能-配给合理、减少电压损耗
2、信号分配：减少信号延迟和串扰、缩短传递线路
3、提供散热途径：散热材料与散热方式选择
4、机械支撑：结构保护与支持
5、环境保护：抵抗外界恶劣环境（例：军工产品）
确定封装要求的影响因素
成本
外形与结构
产品可靠性
性能
类比：人体器官的构成与实现
微电子封装技术的技术层次
芯片，但两类芯片的可靠性和成本不同。
封装材料
芯片封装所采用的材料主要包括金属、陶瓷、
高分子聚合物材料等。
问题：如何进行材料选择？
依据材料的电热性质、热-机械可靠性、技术和
工艺成熟度、材料成本和供应等因素。
表1.2-表1.4
封装材料性能参数
介电系数：表征材料绝缘程度的比例常数，相对值，通常介
电系数大于1的材料通常认为是绝缘材料。
半导体集成电路封装测试基本流程
半导体集成电路封装测试基本流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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芯片封装测试流程详解课件
芯片封装测试的重要性
芯片封装测试是确保芯片质量的重要环节，能够发现和排除生产过程中可能存在 的缺陷和问题。
通过测试，可以确保芯片在各种应用场景下能够正常工作，提高产品的可靠性和 稳定性。
芯片封装测试的流程简介
芯片封装测试流程包括多个环节，如封装完成后的初步检测 、功能测试、可靠性测试等。
每个环节都有相应的测试标准和要求，以确保芯片的质量和 性能达到预期。
自适应测试策略
根据芯片性能和功能，动态调整测试策略，提高 测试效率。
3
预测性维护
通过实时监测和数据分析，预测测试设备的维护 需求，降低故障率。
高性能测试设备
高精度测试仪器
提高测试设备的测量精度和稳定性，确保测试结果的可靠性。
高速数据传输接口
支持高速数据传输，满足高带宽芯片的测试需求。
自动化测试设备
提高测试设备的自动化程度，降低人工干预和测试成本。
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芯片封装测试流程详 解课件
目录
• 芯片封装测试概述 • 芯片封装流程 • 芯片测试流程 • 封装测试中的问题与解决方案 • 未来芯片封装测试技术发展趋势
01
芯片封装测试概述
芯片封装测试的定义
芯片封装测试是对芯片进行封装后的 性能和可靠性检测，以确保其满足设 计要求和规格。
它包括对芯片的外观、尺寸、引脚、 电气性能等方面的检测，以及在各种 环境条件下的可靠性测试。
应力测试
02
通过施加各种应力条件，如电压、温度等，检测芯片的可靠性
。
环境适应性测试
03
在不同环境条件下，如温度、湿度、气压等，测试芯片的可靠
性。
04
封装测试中的问题与解 决方案
半导体 第十五讲 互连
铝互连的不足（二）：电迁移现象
电迁移现象的本质是导体原 子与通过该导体电子流之间 存在相互作用，当一个铝金 属粒子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候，它 将受到两个方向相反的作用 力：
（1）静电作用力，方向沿 着电场（电流）的方向。 （2）由于导电电子与金属 原（离）子之间的碰撞引起的相 互间的动量交换，我们称之为 “电子风”作用力，方向沿着电 子流的方向。
以Cu作为互连材料的工艺流程
刻蚀引线沟槽 去掉刻蚀停止层 淀积刻蚀停止层 淀积介质材料 光刻通孔图形 去掉光刻胶 刻蚀通孔 溅射势垒和籽晶层 光刻引线沟槽图形 金属填充通孔 去掉光刻胶 CMP 金属层
电迁移现象是集成电路 制造中需要努力解决的 一个问题。特别是当集 成度增加，互连线条变 窄时，这个问题更为突 出。
早期互连技术：铝互连
铝互连的优点：
铝在室温下的电阻率仅为2.7μΩ·cm； 与n+ 和p+ 硅的欧姆接触电阻可以低至 10E- 6Ω/cm2；与硅和磷硅玻璃的附着 性很好，易于沉积与刻蚀。由于上述优 点，铝成为集成电路中最早使用的互连 金属材料。
• 引入铜工艺技术，可以说是半导体制造业的一场 革命。由此带来了设计、设备、工艺、材料、可 靠性以及工艺线管理等方面的巨大变化。从技术 层面上来说，涉及工艺线后段从光刻、等离子刻 蚀、铜金属化、化学机械抛光、多层介质、清洗 ，直到工艺集成的所有模块。 • 随着设计的进一步缩小，金属布线层不断增加， 随之而来的互联延迟也随之加大。
三层夹心结构
在两层铝膜之间增加一个约50nm的过渡金属层（如Ti）可以改 善铝的电迁移。这种方法可以使MTF值提高2-3个量级，但工艺 比较复杂。
采用新的互连金属材料
目前应用最广泛的互连技术：铜互连
半导体集成电路封装技术测试试题汇总(李可为版)
半导体集成电路封装技术试题汇总(李可为版)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：半导体集成电路封装技术试题汇总第一章集成电路芯片封装技术1.(P1)封装概念：狭义：集成电路芯片封装是利用（膜技术）及（微细加工技术），将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体结构的工艺。
广义：将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。
2.集成电路封装的目的：在于保护芯片不受或者少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能。
3.芯片封装所实现的功能：①传递电能，②传递电路信号，③提供散热途径，④结构保护与支持。
4．在选择具体的封装形式时主要考虑四种主要设计参数：性能，尺寸，重量，可靠性和成本目标。
5.封装工程的技术的技术层次？第一层次，又称为芯片层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次的组装进行连接的模块元件。
第二层次，将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电子卡的工艺。
第三层次，将数个第二层次完成的封装组成的电路卡组合成在一个主电路版上使之成为一个部件或子系统的工艺。
第四层次，将数个子系统组装成为一个完整电子厂品的工艺过程。
6.封装的分类？按照封装中组合集成电路芯片的数目，芯片封装可分为：单芯片封装与多芯片封装两大类，按照密封的材料区分，可分为高分子材料和陶瓷为主的种类，按照器件与电路板互连方式，封装可区分为引脚插入型和表面贴装型两大类。
依据引脚分布形态区分，封装元器件有单边引脚，双边引脚，四边引脚，底部引脚四种。
常见的单边引脚有单列式封装与交叉引脚式封装，双边引脚元器件有双列式封装小型化封装，四边引脚有四边扁平封装，底部引脚有金属罐式与点阵列式封装。
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预处理测试（Precon测试）
预处理测试模拟了产品由芯片制造企业到最终用户端 的全过程，只有通过了Precon测试，产品才能进入到后 续测试项目。
预处理测试流程
产品抽样 检查电气性能和内部结构 T/C测试：模拟实际运输过程 水分干燥处理：模拟实际真空包装
热致失效：长时间高温或温度循环 热应力来源：PCB制造过程中的热冲击或热循环
组装过程中的热冲击或热循环 工作过程中的热循环
失效机理-电化学失效
• 导电污染物引起桥连 • 电化学腐蚀 • 导电阳极丝生长-阴极孔洞 • 锡（晶）须-Tin whiskers
预处理测试（Precon测试）
预处理的必要性：电子产品的成品与半成品在 到达客户之前有一段较长时间间隔，且需要经历 包装和运输等阶段的外界干扰，存在有潜在损坏 产品的因素：国际合作化和代工加工
温度循环测试
各材料界面间随环境温度变化热胀冷缩，进而引起裂 纹、脱层和电性能失效等。
脱层与开裂模型
解决方案：材料选择匹配性要好；增加缓冲材料层
T/S测试
T/S（Thermal Shock Test）测试指温度冲击试验， 用来测试封装体抗热冲击的能力。与温度循环区别在于热 量的加载速度：骤冷骤热。测试参数选择及产品性能测试 与温度循环相类似。
可靠性测试项目 各测试项目均有一定的针对性和具体操作方法 ，测试有一定的顺序。各试验均采用随机抽样进 行测试，不同的企业采用的标准不尽相同：不同 水准的标准。
电子组装失效机理
测试目的在于确定组装完成的电路具有性能优劣程度和 寿命：失效主要出现在三个方面：【元器件、PCB和互连 焊点】，从失效原因角度来看又分为机械失效、热致失效 和电化学失效，其中元器件失效以热致失效为主。 机械失效：过载与冲击失效、振动失效
恒温放置吸湿 模拟焊接：电气特性和内部结构测试
越接近实际状况，测试结果越有指导意义
预处理模拟环境等级
加速试验—不改变失效机理前提下,通过强化试验条件使受试产品加速 失效,便于较短时间内获得必要信息评估产品在正常条件下的可靠性指标。 加速试验有助于产品尽早投放市场，但不能引入正常使用中不发生的故 障模式。在加速试验中要单独或者综合使用加速因子，包括更高频率功 率循环、更高的振动水平、高温高湿、更严酷的温度循环。
解决办法：采用同种物质连接 电路；增加扩散阻挡层；避免产 品长时间处于高温环境。
TH测试
TH测试常称为蒸煮测试，是测试芯片封装体在高温、 潮湿环境下的耐久性试验。测试在等压、恒温、恒湿锅体 中进行，实验结束后测定封装体电路通断特性。
塑封EMC（Epoxy Molding Compound）材 料吸湿性强，内部电路在潮 湿环境下很容易漏电和短路 。可通过改善材料成见芯片问题：爆米花效应、分层开裂 和电路失效等：随工艺温度提升，元器件吸入的潮气在高 温作用下汽化并急剧膨胀，形成很大的压力。
爆米花现象（popcorn effect）
高温下，由于元器件吸收过多潮气产生的塑封体开裂现象
T/C测试
T/C测试即温度循环 测试，测试进行时需要 控制测试设备四个参数 ：热腔温度、冷腔温度 、循环次数和芯片停留 时间。
PC测试
PC（Pressure Cooker）测试又称为高压蒸煮测试， 是在TH测试基础上增加环境压强以缩短测试时间，实验 工具为“高压锅”。
PC测试最后，同样是测试 产品的电路通断特性，特别 是LeadfFrame和EMC材 料的结合处：采用UV光照 射检测。
可靠性测试
可靠性测试的目的在于检验封装芯片的可靠度性能， 一个良好的封装体必须具有良好的耐湿、耐高温能力，以 上六个测试项目均与温度和湿度密不可分，芯片封装体的 失效或寿命不合格多是因为热、湿引起的综合作用。
企业通常在芯片封装完成后会进行两方面检测： 质量测试和可靠性测试—二者的区别？
二者区别： 质量测试—产品的可用性，是否符合使用要求：非破坏
性测试。 可靠性测试—产品的耐用性：寿命和寿命合理性，通常
为破坏性实验或对产品性能有影响的测试。
可靠性测试项目 不同企业间的的可靠性测试类型不完全相同， 但所包含的测试项目基本一致。
封装可靠性工程
前课回顾
１、气密性封装定义与近气密性封装
气密性封装是指完全能够防止污染物的侵入和腐蚀的 封装形式；介于Full-Non：材料不同、工艺相同
2、气密性封装常用材料
陶瓷、金属、玻璃
3、金属气密性封装的分类
平台插入式、腔体插入式、扁平式和圆形金属封装
浴盆曲线 失效率—时间关系曲线
企业测试
可靠性测试结果应如实反馈回封装设计工艺 端，从而有助于通过调整材料和工艺来改善产 品的可靠性：正反馈与负反馈
HTS测试
HTS（High Temperature Storage）测试指测试样 品长时间暴露于高温环境下的耐久性试验。将封装产品放 置在惰性气体保护环境下测试其电性能和其他性能。
TS测试机理
高温下，半导体材料活化性增 强，物质间扩散加剧：机械特性 差的材料易损坏。柯肯达尔空洞 ：物质间扩散-Al和Au