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前言

作為新型功率半導(dǎo)體器件的主流器件，IGBT應(yīng)用非常廣泛，如家用電器、電動汽車、鐵路、充電基礎(chǔ)設(shè)施、充電樁，光伏、風(fēng)能，工業(yè)制造、電機驅(qū)動，以及儲能等領(lǐng)域。

IGBT模塊是新一代的功率半導(dǎo)體電子元件模塊，誕生于20世紀(jì)80年代，并在90年代進行新一輪的改革升級，通過新技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的IGBT模塊已經(jīng)成為集通態(tài)壓降低、開關(guān)速度快、高電壓低損耗、大電流熱穩(wěn)定性好等等眾多特點于一身，而這些技術(shù)特點正式IGBT模塊取代舊式雙極管成為電路制造中的重要電子器件的主要原因。

近些年，電動汽車的蓬勃發(fā)展帶動了功率模塊封裝技術(shù)的更新迭代。目前電動汽車主逆變器功率半導(dǎo)體技術(shù)，代表著中等功率模塊技術(shù)的先進水平，高可靠性、高功率密度并且要求成本競爭力是其首先需要滿足的要求。

功率器件模塊封裝結(jié)構(gòu)演進趨勢

IGBT作為重要的電力電子的核心器件，其可靠性是決定整個裝置安全運行的最重要因素。由于IGBT采取了疊層封裝技術(shù)，該技術(shù)不但提高了封裝密度，同時也縮短了芯片之間導(dǎo)線的互連長度，從而提高了器件的運行速率。

按照封裝形式和復(fù)雜程度，IGBT產(chǎn)品可以分為裸片DIE、IGBT單管、IGBT模塊和IPM模塊。

1、裸片DIE：由一片晶圓切割而成的多顆裸片DIE；

2、IGBT單管：由單顆DIE封裝而成的IGBT分立器件，電流能力小，適用于家電等領(lǐng)域；

3、IGBT模塊：由多顆DIE并聯(lián)封裝而成，功率更大、散熱能力更強，適用于新能源汽車、高鐵、光伏發(fā)電等大功率領(lǐng)域；

4、IPM模塊：在IGBT模塊外圍增加其他功能的智能功率模塊（IPM）；

IGBT被稱成為“功率半導(dǎo)體皇冠上的明珠”，廣泛應(yīng)用于光伏電力發(fā)電、新能源汽車、軌道交通、配網(wǎng)建設(shè)、直流輸電、工業(yè)控制等行業(yè)，下游需求市場巨大。IGBT的核心應(yīng)用產(chǎn)品類型為IGBT模塊。IGBT模塊的市占率能夠達到50%以上，而IPM模塊和IGBT單管分別只有28%左右和20%左右。從產(chǎn)品的投資價值來看，由于IGBT模塊的價值量最大，有利于企業(yè)快速提升產(chǎn)品規(guī)模，其投資價值最大。

IGBT應(yīng)用領(lǐng)域

實現(xiàn)IGBT國產(chǎn)化，不僅需要研發(fā)出一套集芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝測試、可靠性試驗、系統(tǒng)應(yīng)用等于一體的成熟工藝技術(shù)，更需要先進的工藝設(shè)備。

隨著芯片減薄工藝的發(fā)展，對封裝提出了更高的要求。封裝環(huán)節(jié)關(guān)系到IGBT是否能形成更高的功率密度，能否適用于更高的溫度、擁有更高的可用性、可靠性，更好地適應(yīng)惡劣環(huán)境。

IGBT模塊封裝是將多個IGBT集成封裝在一起，以提高IGBT模塊的使用壽命和可靠性，體積更小、效率更高、可靠性更高是市場對IGBT模塊的需求趨勢。常見的模塊封裝技術(shù)有很多，各生產(chǎn)商的命名也不一樣，如英飛凌的62mm封裝、TP34、DP70等等。一個IGBT模塊的封裝需經(jīng)歷貼片、真空焊接、等離子清洗、X-RAY照線光檢測、鍵合、灌膠及固化、成型、測試、打標(biāo)等等的生產(chǎn)工序。

IGBT封裝工藝流程

IGBT模塊封裝流程簡介

1、絲網(wǎng)印刷：將錫膏按設(shè)定圖形印刷于散熱底板和DBC銅板表面，為自動貼片做好前期準(zhǔn)備 印刷效果；

2、自動貼片：將IGBT芯片與FRED芯片貼裝于DBC印刷錫膏表面；

IGBT封裝環(huán)節(jié)包括：絲網(wǎng)印、貼片、鍵合、功能測試等環(huán)節(jié)。這其中任何一個看似簡單的環(huán)節(jié)，都需要高水準(zhǔn)的封裝技術(shù)和設(shè)備配合完成。

例如貼片環(huán)節(jié)，將IGBT芯片與FRED芯片貼裝于DBC印刷錫膏表面。這個過程需要對IGBT芯片進行取放，要確保貼片良率和效率，就要求以電機為核心的貼片機具有高速、高頻、高精力控等特點。

隨著新能源汽車行業(yè)的高速發(fā)展，對高功率、高密度的IGBT模塊的需求急速增加，很多汽車廠商都已走上了IGBT自研道路，以滿足整車生產(chǎn)需求，不再被上游產(chǎn)業(yè)鏈“卡脖子”。

要生產(chǎn)具有高可靠性的IGBT模塊，高精度芯片貼裝設(shè)備必不可少。

3、真空回流焊接：將完成貼片的DBC半成品置于真空爐內(nèi)，進行回流焊接；

高質(zhì)量的焊接技術(shù)，才能生產(chǎn)出高可靠性的產(chǎn)品。一般回流焊爐在焊接過程中會殘留氣體，并在焊點內(nèi)部形成氣泡和空洞。超標(biāo)的焊接氣泡會對焊點可靠性產(chǎn)生負(fù)面的影響，包括：

（1） 焊點機械強度下降；

（2） 元器件和PCB電流通路減少；

（3）高頻器件的阻抗增加明顯；

（4）導(dǎo)熱性降低導(dǎo)致元器件過度升溫。

真空回流焊接工藝是在回流焊接過程中引入真空環(huán)境的一種回流焊接技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的回流焊，真空回流焊在產(chǎn)品進入回流區(qū)的后段，制造一個真空環(huán)境，大氣壓力可以降到 5mbar（500pa）以下，并保持一定的時間，從而實現(xiàn)真空與回流焊接的結(jié)合，此時焊點仍處于熔融狀態(tài)，而焊點外部環(huán)境則接近真空，由于焊點內(nèi)外壓力差的作用，使得焊點內(nèi)的氣泡很容易從中溢出，焊點空洞率大幅降低。低的空洞率對存在大面積焊盤的功率器件尤其重要，由于高功率器件需要通過這些大面積焊盤來傳導(dǎo)電流和熱能，所以減少焊點中的空洞，可以從根本上提高器件的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。

4、超聲波清洗：通過清洗劑對焊接完成后的DBC半成品進行清洗，以保證IGBT芯片表面潔凈度滿足鍵合打線要求求。

5、X-RAY缺陷檢測：通過X光檢測篩選出空洞大小符合標(biāo)準(zhǔn)的半成品，防止不良品流入下一道工序；

6、自動鍵合：通過鍵合打線，IGBT芯片打線將各個IGBT芯片或DBC間連結(jié)起來，形成完整的電路結(jié)構(gòu)。

半導(dǎo)體鍵合AOI主要應(yīng)用于WB段后的檢測，可為IGBT生產(chǎn)提供焊料、焊線、焊點、DBC表面、芯片表面、插針等全面的檢測。

▲高精度還原線弧

7、激光打標(biāo)：對IGBT模塊殼體表面進行激光打標(biāo)，標(biāo)明產(chǎn)品型號、日期等信息；

8、殼體塑封：對殼體進行點膠并加裝底板，起到粘合底板的作用；

9、功率端子鍵合

10、殼體灌膠與固化：對殼體內(nèi)部進行加注A、B膠并抽真空，高溫固化 ，達到絕緣保護作用；

11、封裝、端子成形：對產(chǎn)品進行加裝頂蓋并對端子進行折彎成形；

12、功能測試：對成形后產(chǎn)品進行高低溫沖擊檢驗、老化檢驗后，測試IGBT靜態(tài)參數(shù)、動態(tài)參數(shù)以符合出廠標(biāo)準(zhǔn) IGBT 模塊成品。

功率半導(dǎo)體模塊封裝是其加工過程中一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它關(guān)系到功率半導(dǎo)體器件是否能形成更高的功率密度，能否適用于更高的溫度、擁有更高的可用性、可靠性，更好地適應(yīng)惡劣環(huán)境。功率半導(dǎo)體器件的封裝技術(shù)特點為：設(shè)計緊湊可靠、輸出功率大。其中的關(guān)鍵是使硅片與散熱器之間的熱阻達到最小，同樣使模塊輸人輸出接線端子之間的接觸阻抗最低。

IGBT模塊的封裝技術(shù)難度高，高可靠性設(shè)計和封裝工藝控制是其技術(shù)難點。IGBT模塊具有使用時間長的特點，汽車級模塊的使用時間可達15年。因此在封裝過程中，模塊對產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量穩(wěn)定性要求非常高。高可靠性設(shè)計需要考慮材料匹配、高效散熱、低寄生參數(shù)、高集成度。封裝工藝控制包括低空洞率焊接/燒結(jié)、高可靠互連、ESD防護、老化篩選等，生產(chǎn)中一個看似簡單的環(huán)節(jié)往往需要長時間摸索才能熟練掌握，如鋁線鍵合，表面看只需把電路用鋁線連接起來，但鍵合點的選擇、鍵合的力度、時間及鍵合機的參數(shù)設(shè)置、鍵合過程中應(yīng)用的夾具設(shè)計、員工操作方式等等都會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率。

集成電路產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片設(shè)計、晶圓制造、芯片封裝和測試等環(huán)節(jié)，各個細(xì)分環(huán)節(jié)目前都 已經(jīng)發(fā)展成為獨立的子行業(yè)。按照集成電路產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程進行劃分，IC 設(shè)計行業(yè) 是集成電路行業(yè)的上游。IC 設(shè)計企業(yè)設(shè)計產(chǎn)品方案，通過代工方式由晶圓代工廠 Foundry、 封裝廠商和測試廠商完成芯片的制造、封裝和測試，然后將芯片產(chǎn)成品作為元器件銷售給 電子設(shè)備制造廠商。

集成電路測試服務(wù)行業(yè)上游的測試機、探針臺等設(shè)備主要由美國、日本的海外設(shè)備廠商壟 斷。測試服務(wù)廠家主要分為兩類：1）封測廠自有測試產(chǎn)線；2）專業(yè)的第三方測試公司。芯片設(shè)計廠商是芯片測試服務(wù)行業(yè)的主要客戶，以 SoC/MCU/FPGA 等設(shè)計行業(yè)為主。早期 的 IC 設(shè)計公司會將訂單直接下達至封測廠，再由封測廠外包至第三方的集成電路測試公 司，隨后逐步演進為 IC 設(shè)計公司直接下訂單至第三方測試公司。

晶圓測試（Chip Probing），簡稱 CP，是指通過探針臺和測試機的配合使用，對晶圓上的 裸芯片（gross die）進行功能和電學(xué)性能參數(shù)的測試。測試過程主要為：探針臺將晶圓 逐片傳送至測試位置，芯片端點通過探針、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接，測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號，以判斷芯片功能和性能是否達到設(shè)計規(guī)范要求。對裸片的測試結(jié)果通過通信接口傳送至探針臺，探針臺會根據(jù)相應(yīng)的信息對芯片進行打點 標(biāo)記，形成晶圓的 Mapping，即晶圓的電性能測試結(jié)果。CP 測試設(shè)備主要由支架、測試機、 探針臺、探針卡等部件組成。CP 測試會統(tǒng)計出晶圓上的芯片合格率、不合格芯片的確切位 置和各類形式的良率等，可用于指導(dǎo)芯片設(shè)計和晶圓制造的工藝改進。

芯片成品測試（Final Test），簡稱 FT，F(xiàn)T 測試是在芯片封裝后按照測試規(guī)范對電路成品 進行全面的電路性能檢測，目的是挑選出合格的成品芯片，保障芯片在任何環(huán)境下都可以 維持設(shè)計規(guī)格書上所預(yù)期的功能及性能。通過分選機和測試機配合使用，測試過程主要為：分選機將被測芯片逐個傳送至測試工位，被測芯片的引腳通過測試工位上的基座、專用連 接線與測試機的功能模塊進行連接，測試機對芯片施加輸入信號并采集輸出信號，判斷芯 片功能和性能是否達到設(shè)計規(guī)范要求。測試結(jié)果通過通信接口傳送至分選機，分選機據(jù)此 對被測芯片進行標(biāo)記、分選、收料或編帶。FT 測試系統(tǒng)通常由支架、測試機、分選機、測 試板和測試座組成。FT 測試環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)可以用于指導(dǎo)封裝環(huán)節(jié)的工藝改進。

CP 測試的主要目的在于挑出壞的裸片，減少后續(xù)的封裝和 FT 測試成本；FT 測試的主要目 的確保芯片符合交付要求，避免將不合格的芯片交付給下游用戶。相比于 FT 測試，CP 測 試精密度要求更高、技術(shù)要求更高、難度更大。芯片在完成封裝后處于良好的保護狀態(tài)， 體積也較晶圓狀態(tài)的裸片增加幾倍至數(shù)十倍，因此 FT 測試對潔凈等級和作業(yè)精細(xì)程度的 要求較 CP 測試低一個級別，但測試作業(yè)的工作量和人員用工量更大。CP 測試和 FT 測試 在確保芯片良率、控制生產(chǎn)成本、指導(dǎo) IC 設(shè)計和生產(chǎn)工藝改進等方面都起到了至關(guān)重要 的作用。

1.2AI 芯片加大Chiplet等先進封測需求，芯片測試 “量價齊升”

在 AI 浪潮下，算力是生成式 AI 核心。GPU 可以通過并行化矩陣運算，使得生成式 AI 中 龐大的語言模型能夠同時處理海量數(shù)據(jù)，從而顯著加快了訓(xùn)練時間。目前龍頭公司英偉達 的新產(chǎn)品GB200已經(jīng)采用Chiplet方案，將兩個GPU和一個CPU相連形成一個“Blackwell” 芯片，與上一代 H100 相比，有望將訓(xùn)練性能提高 4 倍，推理性能提高 30 倍。

此外，AMD 的 MI300 同樣采用 CPU+GPU 合封的 Chiplet 方式，單卡硬件性能出色。MI300A 成為全球首個為 AI 和 HPC 打造的 APU 加速卡。采用 Chiplet 設(shè)計，擁有 13 個小芯片，基 于 3D 堆疊，包括 24 個 Zen4 CPU 內(nèi)核，同時融合了 6 顆 CDNA 3 GPU 和 8 個 HBM3，集成 了 5nm 和 6nm IP，總共包含 128GB HBM3 顯存和 1460 億晶體管。根據(jù) AMD 發(fā)布會，MI300A 相比上一代產(chǎn)品 MI250X 在 AI 算力上是上一代的 8 倍，而在單位能耗的 AI 運算上是上一 代的 5 倍。MI300X 沒有集成 CPU，而是集成 8 個 GPU 以及 8 個HBM內(nèi)存模組，其集成的晶 體管數(shù)量達到了 1530 億。

在 AI 算力芯片的設(shè)計中，Chiplet 相較于 SoC 對于性能提升更有優(yōu)勢、性價比更高，有 望成為 AI 芯片設(shè)計公司的主流設(shè)計方案。Chiplet 具體是指小型模塊化芯片，通過 dieto-die 內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)將多個模塊芯片與底層基礎(chǔ)芯片封裝在一起形成一個整體的內(nèi)部芯 片。與 SoC 不同，SoC 是在設(shè)計階段將不同的模塊設(shè)計到一顆 die（芯片裸片）中，晶圓 制造完成后封裝；Chiplet 則將不同模塊從設(shè)計時就按照不同計算或者功能單元進行分解， 制作成不同 die 后使用先進封裝技術(shù)互聯(lián)封裝，不同模塊制造工藝可以不同。

Chiplet 相比傳統(tǒng) SoC 芯片優(yōu)勢明顯。Chiplet 能利用最合理的工藝滿足數(shù)字、射頻、模 擬、I/O 等不同模塊的技術(shù)要求，把大規(guī)模的 SoC 按照功能分解為模塊化的芯粒，在保持 較高性能的同時，大幅度降低了設(shè)計復(fù)雜程度，有效提高了芯片良率、集成度，降低芯片 的設(shè)計和制造成本，加速了芯片迭代速度。Chiplet 技術(shù)的興起，拉動測試產(chǎn)業(yè)整體需求。在 CP 測試環(huán)節(jié)，因為 Chiplet 封裝成本 高，為確保良率、降低成本，需要在封裝前對每一顆芯片裸片進行 CP 測試，相較于 SoC， Chiplet 對芯片的 CP 測試需求按照芯片裸片數(shù)量成倍增加；在 FT 測試環(huán)節(jié)，隨著 Chiplet 從 2D 逐漸發(fā)展到 2.5D、3D，測試的難度提升，簡單測試機減少，復(fù)雜測試機增加。Chiplet 技術(shù)拉動了測試需求，半導(dǎo)體測試廠商有望迎來需求起量。

大趨勢下的國產(chǎn)替代：芯片制造鏈從臺系向內(nèi)地轉(zhuǎn)移

中國大陸正承接產(chǎn)業(yè)遷移，帶動國內(nèi)半導(dǎo)體測試產(chǎn)能擴張。自從上世紀(jì) 70 年代半導(dǎo)體產(chǎn) 業(yè)在美國形成規(guī)模以來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)沿著“美國→日本→韓國和中國臺灣→中國大陸”的 順序共經(jīng)歷了三次產(chǎn)業(yè)遷移。中國大陸憑借著勞動力成本、技術(shù)、人才等優(yōu)勢，完成了半 導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的原始積累。此外，受地緣政治等因素的影響，建立自主可控的產(chǎn)業(yè)鏈已成為當(dāng) 前階段的重要目標(biāo)，特別是特種芯片及高端 AI 算力芯片制造鏈回遷迫在眉睫。半導(dǎo)體國 產(chǎn)化進程正持續(xù)加深，帶動國內(nèi)半導(dǎo)體測試新產(chǎn)能不斷擴張。

國內(nèi)晶圓廠及 IDM 廠商資本開支處于高位，擴產(chǎn)趨勢明顯，有望拉動整體測試需求。受產(chǎn) 業(yè)鏈轉(zhuǎn)移趨勢影響，國內(nèi)晶圓廠及 IDM 廠商資本開支持續(xù)處于高位，正處于不斷擴產(chǎn)的過 程。測試在產(chǎn)業(yè)鏈中的位置緊貼晶圓廠，伴隨著晶圓制造產(chǎn)能的遷移，測試產(chǎn)能有望隨之 向國內(nèi)轉(zhuǎn)移。根據(jù)中芯國際 2023 年報中給出的對于 2024 年的指引，資本開支較 2023 年 有望保持持平。展望未來，國內(nèi)晶圓廠資本開支有望持續(xù)處于高位，與之配套的測試服務(wù) 產(chǎn)能有望迎來快速增長。

01.芯片封測

芯片封測是半導(dǎo)體生產(chǎn)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，包括芯片測試和芯片封裝兩個步驟。

芯片測試是在半導(dǎo)體制造的過程中對芯片進行嚴(yán)格的檢測和測試，以驗證芯片是否符合設(shè)計要求，包括數(shù)字、模擬、混合信號電路的測試等，并檢查焊點的可靠性和連接強度。這一步是為了確保芯片的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

芯片封裝則是將測試完成的芯片進行封裝，以便其被應(yīng)用在各種設(shè)備中。封裝過程涉及一系列工藝和技術(shù)，包括晶圓減薄、晶圓切割、光檢查、芯片貼裝等，封裝后還要對封裝工藝質(zhì)量和代工質(zhì)量進行測試，以保證芯片的穩(wěn)定性和可靠性。

02.芯片封測的基本流程

芯片封測的基本流程主要包括封裝和測試兩大環(huán)節(jié)。

在封裝環(huán)節(jié)，首先進行晶圓減薄，將剛出廠的晶圓進行背面減薄，達到封裝需要的厚度。接著是晶圓切割，將晶圓切割成一個個獨立的Dice，并對這些Dice進行清洗。然后，進行芯片粘接，即將芯片粘接在基板上，銀漿固化以防止氧化，再進行引線焊接。完成這些步驟后，進行注塑，用EMC（塑封料）把產(chǎn)品封裝起來，并加熱硬化。隨后，進行激光打字，在產(chǎn)品上刻上生產(chǎn)日期、批次等內(nèi)容。緊接著是高溫固化，以保護IC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部應(yīng)力。之后，去溢料，修剪邊角。最后，進行電鍍，提高導(dǎo)電性能，增強可焊接性。

在測試環(huán)節(jié)，主要包括功能測試和焊點可靠性測試等。功能測試是對芯片的功能進行測試，驗證芯片是否符合設(shè)計要求。焊點可靠性測試則是對芯片焊點的可靠性進行測試，驗證焊點的可靠性和連接強度。

常見的封測設(shè)備和工具

封裝設(shè)備：封裝設(shè)備主要用于將芯片封裝在適當(dāng)?shù)姆庋b體中，常見的封裝設(shè)備有自動封裝機、上膠機、壓合機等。這些設(shè)備能夠自動化完成芯片的封裝過程，提高生產(chǎn)效率。

測試設(shè)備：測試設(shè)備用于對封裝好的芯片進行測試，包括性能測試和功能測試。常見的測試設(shè)備有測試機、探針臺、顯微鏡等。測試機能夠?qū)π酒M行電性能測試，探針臺則用于對芯片進行物理連接和信號傳輸，顯微鏡則用于觀察芯片的結(jié)構(gòu)和缺陷。

測量工具：測量工具用于精確測量芯片的尺寸、形狀和位置等參數(shù)。常見的測量工具有顯微鏡、千分尺、投影儀等。這些工具能夠確保芯片的封裝精度和質(zhì)量。

此外，在芯片封測過程中，還需要使用一些輔助設(shè)備和工具，如清洗設(shè)備、烘烤設(shè)備、夾具、吸盤等。這些設(shè)備和工具在封裝和測試過程中起著重要的作用，確保芯片能夠正常工作和符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

自動測試設(shè)備（ATE）

自動測試設(shè)備（ATE）是一種自動化系統(tǒng)，專門用于電氣、熱力和物理測試，無需人工直接干預(yù)。ATE的主要目的是加速測試過程、執(zhí)行重復(fù)任務(wù)或增強測試系統(tǒng)的重復(fù)性和一致性。它廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，對被測對象進行性能驗證和故障診斷，具有工作效率高、操作簡單、靈敏度高、精度高等優(yōu)勢。

ATE的主要工作流程是以計算機編程代替人工測試，基于測試程序控制儀器并對待測品進行輸入和輸出信號檢測分析，從而判斷待測品的性能是否符合要求。ATE的應(yīng)用可以顯著減少人工測試的成本和誤差，提高測試效率和準(zhǔn)確性。

隨著技術(shù)的發(fā)展，ATE正朝著高度集成化、更高的測試速度以及適應(yīng)5G和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用等方向發(fā)展。高度集成化的ATE測試座將整合更多的測試功能和自動化控制，以適應(yīng)電子產(chǎn)品的復(fù)雜性和需求的增加。同時，ATE也需要具備更快的測試和數(shù)據(jù)傳輸速度，以滿足更高的產(chǎn)能需求。

探針卡

探針卡（probe card）又稱晶元探針卡，是晶圓測試廠廣泛用于晶圓測試的關(guān)鍵接口，主要由PCB、探針、ring組成，根據(jù)不同需求，還可能有電子元件等。其功能是將探針卡上的探針直接與芯片上的焊墊或凸塊直接接觸，導(dǎo)出芯片訊號，再配合周邊測試儀器與軟件控制達到自動化量測晶圓的目的。探針卡的應(yīng)用范圍廣泛，包括內(nèi)存、邏輯、消費、驅(qū)動、通訊IC等科技產(chǎn)品的晶圓測試。

探針卡主要分為懸臂探針卡和垂直探針卡兩類，廣泛應(yīng)用于集成電路、光電器件、傳感器件、電子器件、LCD等測試領(lǐng)域，服務(wù)的產(chǎn)業(yè)涉及半導(dǎo)體、軍工、航天、汽車電子、工業(yè)控制、消費類電子等。

在操作時，需要準(zhǔn)備一支探針卡和一臺測試電路板的儀器設(shè)備，并檢查電路板是否有損壞或松動的部件。然后，根據(jù)測試需求在電路板上選擇測試點，并將探針卡的探頭連接到測試點。最后，在測試儀器上觀察結(jié)果并記錄。

探針卡對于前期測試的開發(fā)及后期量產(chǎn)測試的良率保證都非常重要，是晶圓制造過程中對制造成本影響相當(dāng)大的重要制程。

03.封測技術(shù)的分類

封測技術(shù)是指將半導(dǎo)體芯片進行封裝，并進行測試的過程，其分類可以從多個維度進行考察。

從測試目的和階段來看，封裝測試技術(shù)主要可以分為成品測試技術(shù)、封裝材料測試技術(shù)以及封裝失效分析技術(shù)。成品測試技術(shù)是在電子產(chǎn)品組裝和封裝后進行的最終測試，主要用于檢測產(chǎn)品是否符合設(shè)計要求和規(guī)格要求，通常包括功能測試、信號測試、無損測試等。封裝材料測試技術(shù)則主要用于測試封裝過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、機械強度和導(dǎo)電性等方面。封裝失效分析技術(shù)則是對封裝過程中所發(fā)生的各種故障進行分析和診斷，確定故障原因和采取措施。

從測試手段和方法來看，常見的封裝測試技術(shù)有人工目檢（MVI）、在線測試（ICT）、自動光學(xué)測試（AOI）、自動X射線測試（AXI）以及飛針測試等。人工目檢是一種用肉眼檢查的方法，但在處理細(xì)間距芯片和焊接質(zhì)量檢查時，其效果可能并不理想。飛針測試則是以兩根探針對器件加電來實現(xiàn)檢測的方法，但隨著器件的小型化和產(chǎn)品的高密度化，其不足也逐漸顯現(xiàn)。ICT針床測試是一種廣泛使用的測試技術(shù)，測試速度快，適合單一品種大批量的產(chǎn)品。自動光學(xué)檢測（AOI）則是近幾年興起的一種檢測方法，具有高效、準(zhǔn)確的特點。

此外，根據(jù)封裝形式和技術(shù)特點，還有系統(tǒng)級封裝（SiP）和晶圓級封裝（WLP）等先進封裝測試技術(shù)。這些技術(shù)不僅提高了芯片的集成度和可靠性，還在尺寸、重量和功耗等方面取得了顯著優(yōu)勢。

04.封測過程中的常見問題和挑戰(zhàn)

封裝問題：封裝過程中可能出現(xiàn)的問題有焊接不良、封裝裂紋、封裝漏膠等。焊接不良可能表現(xiàn)為焊點未焊接、焊接不良或焊點短路等，影響芯片的電氣性能。封裝裂紋則可能由于材料的熱膨脹系數(shù)不匹配或溫度控制不當(dāng)導(dǎo)致，影響封裝的穩(wěn)定性和可靠性。封裝漏膠則與封裝膠水不足或不均勻有關(guān)，可能導(dǎo)致封裝器件出現(xiàn)漏膠現(xiàn)象。

測試問題：測試階段的問題主要包括測試程序錯誤、測試環(huán)境干擾等。測試程序可能存在錯誤或不完整，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確或無法正確評估芯片的性能。測試環(huán)境中可能存在干擾或噪聲等因素，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，常見的測試挑戰(zhàn)還包括漏氣或滲漏、破裂、不均勻壓力分布等問題，這些都可能導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確或測試失敗。

操作和技術(shù)挑戰(zhàn)：芯片封測過程中，操作技術(shù)不當(dāng)也可能引發(fā)問題。例如，操作員可能未能正確安裝密封部件，或者使用了不合適的密封材料，這些都可能導(dǎo)致密封性能不達標(biāo)。此外，隨著芯片尺寸的不斷縮小和集成度的提高，對測試設(shè)備的精度和穩(wěn)定性要求也越來越高，這增加了操作和技術(shù)上的難度。

環(huán)境與可靠性挑戰(zhàn)：溫度變化和材料膨脹等因素也可能對封裝和測試過程造成影響。溫度變化可能引起材料膨脹或收縮，導(dǎo)致密封件不再緊密。而材料膨脹則可能在高溫和高壓環(huán)境下導(dǎo)致密封材料破壞。

05.封裝故障

焊接不良：

焊點裂縫：由于焊接過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力造成。

焊點虛焊：焊接溫度或時間不足導(dǎo)致。

焊點短路：焊料流動不良或焊點位置偏移造成。

接觸不良：

引腳接觸不良：由引腳表面氧化、污染或引腳與接插件之間的接觸不良造成。

引腳斷裂：引腳材料缺陷或外力引起。

引腳過度磨損：長時間插拔或使用環(huán)境惡劣導(dǎo)致。

封裝裂紋和漏膠：

由于封裝材料選擇不當(dāng)、封裝工藝參數(shù)不合適或環(huán)境因素（如溫度變化、濕度等）的影響，可能導(dǎo)致封裝體出現(xiàn)裂紋。

封裝漏膠則可能與封裝膠水的質(zhì)量、涂覆工藝或固化過程有關(guān)。

機械損傷：

在封裝、運輸或安裝過程中，芯片可能受到物理沖擊、振動等機械應(yīng)力的作用，導(dǎo)致封裝體或內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損。

材料問題：

封裝材料的質(zhì)量、成分和屬性對封裝質(zhì)量有重要影響。例如，材料的熱膨脹系數(shù)不匹配可能導(dǎo)致封裝體在溫度變化時產(chǎn)生應(yīng)力，進而引發(fā)故障。

06.測試失敗

芯片設(shè)計問題：設(shè)計缺陷是導(dǎo)致測試失敗的重要原因之一。芯片設(shè)計中如果存在錯誤或不完善的地方，其功能或性能可能無法滿足預(yù)期。設(shè)計上的不足可能導(dǎo)致芯片在測試階段表現(xiàn)出不符合要求的行為，從而引發(fā)測試失敗。

測試程序問題：測試程序是評估芯片性能的關(guān)鍵工具。如果測試程序存在錯誤或不完整，那么測試結(jié)果可能不準(zhǔn)確或無法正確評估芯片的性能。測試程序的設(shè)計和優(yōu)化是確保測試準(zhǔn)確性和可靠性的重要環(huán)節(jié)。

環(huán)境因素：測試環(huán)境中的干擾或噪聲等因素也可能對測試結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。這些環(huán)境因素可能干擾測試信號的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致測試結(jié)果與實際情況不符，從而引發(fā)測試失敗。

為了降低測試失敗的風(fēng)險，可以采取以下措施：

在芯片設(shè)計階段進行全面的驗證和仿真，盡量避免設(shè)計缺陷的出現(xiàn)。

優(yōu)化測試程序和方案，確保覆蓋率和準(zhǔn)確性，提高測試的可靠性。

加強測試環(huán)境的控制，減少干擾和噪聲的影響，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

07.封測技術(shù)的發(fā)展趨勢

封測技術(shù)的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出多個方向，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和新興領(lǐng)域的不斷涌現(xiàn)，芯片封測市場需求持續(xù)增長，為封測技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域的興起，對高可靠性集成電路的需求不斷增加，因此，高可靠性封測方案的需求也在增長。這要求封測技術(shù)不斷創(chuàng)新，以滿足市場對高質(zhì)量集成電路的需求。

先進封裝技術(shù)將成為未來封測市場的主要增長點。在芯片制程技術(shù)進入“后摩爾時代”后，先進封裝技術(shù)能在不單純依靠芯片制程工藝實現(xiàn)突破的情況下，通過晶圓級封裝和系統(tǒng)級封裝，提高產(chǎn)品集成度和功能多樣化，滿足終端應(yīng)用對芯片輕薄、低功耗、高性能的需求，同時大幅降低芯片成本。

隨著新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，芯片封測技術(shù)將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。新材料和新工藝的應(yīng)用將進一步提升封測技術(shù)的性能，降低制造成本，并推動產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化發(fā)展。

審核編輯 黃宇