半導體封裝測試

半導體生產流程由晶圓製造、晶圓測試、晶片封裝和封裝後測試組成。半導體封裝測試是指將通過測試的晶圓按照產品型號及功能需求加工得到獨立晶片的過程。

過程

封裝過程為：來自晶圓前道工藝的晶圓通過劃片工藝後，被切割為小的晶片（Die），然後將切割好的晶片用膠水貼裝到相應的基板（引線框架）架的小島上，再利用超細的金屬（金、錫、銅、鋁）導線或者導電性樹脂將晶片的接合焊盤（Bond Pad）連線到基板的相應引腳（Lead）,並構成所要求的電路；然後再對獨立的晶片用塑膠外殼加以封裝保護，塑封之後，還要進行一系列操作，如後固化（Post Mold Cure）、切筋和成型（Trim&Form）、電鍍（Plating）以及列印等工藝。封裝完成後進行成品測試，通常經過入檢（Incoming）、測試（Test）和包裝（Packing）等工序，最後入庫出貨。典型的封裝工藝流程為：劃片 裝片 鍵合 塑封 去飛邊 電鍍 列印 切筋和成型 外觀檢查 成品測試 包裝出貨。

形式

半導體器件有許多封裝形式，按封裝的外形、尺寸、結構分類可分為引腳插入型、表面貼裝型和高級封裝三類。從DIP、SOP、QFP、PGA、BGA到CSP再到SIP，技術指標一代比一代先進。總體說來，半導體封裝經歷了三次重大革新：第一次是在上世紀80年代從引腳插入式封裝到表面貼片封裝，它極大地提高了印刷電路板上的組裝密度；第二次是在上世紀90年代球型矩陣封裝的出現，滿足了市場對高引腳的需求，改善了半導體器件的性能；晶片級封裝、系統封裝等是現在第三次革新的產物，其目的就是將封裝面積減到最小。

高級封裝實現封裝面積最小化

晶片級封裝CSP

幾年之前封裝本體面積與晶片面積之比通常都是幾倍到幾十倍，但近幾年來有些公司在BGA、TSOP的基礎上加以改進而使得封裝本體面積與晶片面積之比逐步減小到接近1的水平，所以就在原來的封裝名稱下冠以晶片級封裝以用來區別以前的封裝。就目前來看，人們對晶片級封裝還沒有一個統一的定義，有的公司將封裝本體面積與晶片面積之比小於2的定為CSP，而有的公司將封裝本體面積與晶片面積之比小於1.4或1.2的定為CSP。目前開發套用最為廣泛的是FBGA和QFN等，主要用於記憶體和邏輯器件。就目前來看，CSP的引腳數還不可能太多，從幾十到一百多。這種高密度、小巧、扁薄的封裝非常適用於設計小巧的掌上型消費類電子裝置。

CSP封裝具有以下特點：解決了IC裸晶片不能進行交流參數測試和老化篩選的問題；封裝面積縮小到BGA的1/4至1/10；延遲時間縮到極短；CSP封裝的記憶體顆粒不僅可以通過PCB板散熱，還可以從背面散熱，且散熱效率良好。就封裝形式而言，它屬於已有封裝形式的派生品，因此可直接按照現有封裝形式分為四類：框架封裝形式、硬質基板封裝形式、軟質基板封裝形式和晶片級封裝。

多晶片模組MCM

20世紀80年代初發源於美國，為解決單一晶片封裝集成度低和功能不夠完善的問題，把多個高集成度、高性能、高可靠性的晶片，在高密度多層互聯基板上組成多種多樣的電子模組系統，從而出現多晶片模組系統。它是把多塊裸露的IC晶片安裝在一塊多層高密度互連襯底上，並組裝在同一個封裝中。它和CSP封裝一樣屬於已有封裝形式的派生品。

多晶片模組具有以下特點：封裝密度更高，電性能更好，與等效的單晶片封裝相比體積更小。如果採用傳統的單個晶片封裝的形式分別焊接在印刷電路板上，則晶片之間布線引起的信號傳輸延遲就顯得非常嚴重，尤其是在高頻電路中，而此封裝最大的優點就是縮短晶片之間的布線長度，從而達到縮短延遲時間、易於實現模組高速化的目的。

WLCSP

此封裝不同於傳統的先切割晶圓，再組裝測試的做法，而是先在整片晶圓上進行封裝和測試，然後再切割。它有著更明顯的優勢：首先是工藝大大最佳化，晶圓直接進入封裝工序，而傳統工藝在封裝之前還要對晶圓進行切割、分類；所有積體電路一次封裝，刻印工作直接在晶圓上進行，設備測試一次完成，有別於傳統組裝工藝；生產周期和成本大幅下降，晶片所需引腳數減少，提高了集成度；引腳產生的電磁干擾幾乎被消除，採用此封裝的記憶體可以支持到800MHz的頻率，最大容量可達1GB，所以它號稱是未來封裝的主流。它的不足之處是晶片得不到足夠的保護。

表面貼片封裝降低PCB設計難度

表面貼片封裝是從引腳直插式封裝發展而來的，主要優點是降低了PCB電路板設計的難度，同時它也大大降低了其本身的尺寸大小。用這種方法焊上去的晶片，如果不用專用工具是很難拆卸下來的。表面貼片封裝根據引腳所處的位置可分為：Single-ended(引腳在一面)、Dual(引腳在兩邊)、Quad(引腳在四邊)、Bottom(引腳在下面)、BGA(引腳排成矩陣結構)及其他。

Single-ended

此封裝形式的特點是引腳全部在一邊，而且引腳的數量通常比較少。它又可分為：導熱型，像常用的功率三極體，只有三個引腳排成一排，其上面有一個大的散熱片；COF是將晶片直接貼上在柔性線路板上(現有的用Flip-Chip技術)，再經過塑膠包封而成，它的特點是輕而且很薄，所以當前被廣泛用在液晶顯示器(LCD)上，以滿足LCD解析度增加的需要。其缺點一是Film的價格很貴，二是貼片機的價格也很貴。

Dual

此封裝形式的特點是引腳全部在兩邊，而且引腳的數量不算多。它的封裝形式比較多，又可細分為SOT、SOP、SOJ、SSOP、HSOP及其他。

SOT系列主要有SOT-23、SOT-223、SOT25、SOT-26、SOT323、SOT-89等。當電子產品尺寸不斷縮小時，其內部使用的半導體器件也必須變小，更小的半導體器件使得電子產品能夠更小、更輕、更便攜，相同尺寸包含的功能更多。SOT封裝既大大降低了高度，又顯著減小了PCB占用空間。

小尺寸貼片封裝SOP

飛利浦公司在上世紀70年代就開發出小尺寸貼片封裝SOP，以後逐漸派生出SOJ(J型引腳小外形封裝)、TSOP(薄小外形封裝)、VSOP(甚小外形封裝)、SSOP(縮小型SOP)、TSSOP(薄的縮小型SOP)及SOT(小外形電晶體)、SOIC(小外形積體電路)等。SOP引腳數在幾十個之內。

薄型小尺寸封裝TSOP

它與SOP的最大區別在於其厚度很薄，只有1mm，是SOJ的1/3；由於外觀輕薄且小，適合高頻使用。它以較強的可操作性和較高的可靠性徵服了業界，大部分的SDRAM記憶體晶片都是採用此TSOP封裝方式。TSOP記憶體封裝的外形呈長方形，且封裝晶片的周圍都有I/O引腳。在TSOP封裝方式中，記憶體顆粒是通過晶片引腳焊在PCB板上的，焊點和PCB板的接觸面積較小，使得晶片向PCB板傳熱相對困難。而且TSOP封裝方式的記憶體在超過150MHz後，會有很大的信號干擾和電磁干擾。

J形引腳小尺寸封裝SOJ

引腳從封裝主體兩側引出向下呈J字形，直接粘著在印刷電路板的表面，通常為塑膠製品，多數用於DRAM和SRAM等記憶體LSI電路，但絕大部分是DRAM。用SOJ封裝的DRAM器件很多都裝配在SIMM上。引腳中心距1.27mm，引腳數從20至40不等。

四邊引腳扁平封裝QFP

QFP是由SOP發展而來，其外形呈扁平狀，引腳從四個側面引出，呈海鷗翼(L)型，鳥翼形引腳端子的一端由封裝本體引出，而另一端沿四邊布置在同一平面上。它在印刷電路板(PWB)上不是靠引腳插入PWB的通孔中，所以不必在主機板上打孔，而是採用SMT方式即通過焊料等貼附在PWB上，一般在主機板表面上有設計好的相應管腳的焊點，將封裝各腳對準相應的焊點，即可實現與主機板的焊接。因此，PWB兩面可以形成不同的電路，採用整體回流焊等方式可使兩面上搭載的全部元器件一次鍵合完成，便於自動化操作，實裝的可靠性也有保證。這是目前最普遍採用的封裝形式。

此種封裝引腳之間距離很小、管腳很細，一般大規模或超大規模積體電路採用這種封裝形式。其引腳數一般從幾十到幾百，而且其封裝外形尺寸較小、寄生參數減小、適合高頻套用。該封裝主要適合用SMT表面安裝技術在PCB上安裝布線。但是由於QFP的引線端子在四周布置，且伸出PKG之外，若引線間距過窄，引線過細，則端子難免在製造及實裝過程中發生變形。當端子數超過幾百個，端子間距等於或小於0.3mm時，要精確地搭載在電路圖形上，並與其他電路組件一起採用再流焊一次完成實裝，難度極大，致使價格劇增，而且還存在可靠性及成品率方面的問題。採用J字型引線端子的PLCC等可以緩解一些矛盾，但不能從根本上解決QFP的上述問題。由QFP衍生出來的封裝形式還有LCCC、PLCC以及TAB等。

此封裝的基材有陶瓷、金屬和塑膠三種。從數量上看，塑膠封裝占絕大部分，當沒有特別表示出材料時，多數情況為塑膠QFP。塑膠QFP是最普及的多引腳LSI封裝。QFP封裝的缺點是：當引腳中心距小於0.65mm時，引腳容易彎曲。為了防止引腳變形，現已出現了幾種改進的QFP品種。

塑膠四邊引腳扁平封裝PQFP

晶片的四周均有引腳，其引腳數一般都在100以上，而且引腳之間距離很小，管腳也很細，一般大規模或超大規模積體電路採用這種封裝形式。用這種形式封裝的晶片，必須採用表面安裝設備技術(SMT)將晶片邊上的引腳與主機板焊接起來。PQFP封裝適用於SMT表面安裝技術在PCB上安裝布線，適合高頻使用，它具有操作方便、可靠性高、晶片面積與封裝面積比值較小等優點。

帶引腳的塑膠晶片載體PLCC。它與LCC相似，只是引腳從封裝的四個側面引出，呈丁字形，是塑膠製品。引腳中心距1.27mm，引腳數從18到84。J形引腳不易變形，比QFP容易操作，但焊接後的外觀檢查較為困難。它與LCC封裝的區別僅在於前者用塑膠，後者用陶瓷，但現在已經出現用陶瓷製作的J形引腳封裝和用塑膠製作的無引腳封裝。

無引腳晶片載體LCC或四側無引腳扁平封裝QFN。指陶瓷基板的四個側面只有電極接觸而無引腳的表面貼裝型封裝。由於無引腳，貼裝占有面積比QFP小，高度比QFP低，它是高速和高頻IC用封裝。但是，當印刷基板與封裝之間產生應力時，在電極接觸處就不能得到緩解，因此電極觸點難於做到QFP的引腳那樣多，一般從14到100左右。材料有陶瓷和塑膠兩種，當有LCC標記時基本上都是陶瓷QFN，塑膠QFN是以玻璃環氧樹脂為基板基材的一種低成本封裝。

球型矩陣封裝BGA

BGA封裝經過十幾年的發展已經進入實用化階段，目前已成為最熱門的封裝。

隨著積體電路技術的發展，對積體電路的封裝要求越來越嚴格。這是因為封裝關係到產品的性能，當IC的頻率超過100MHz時，傳統封裝方式可能會產生所謂的交調噪聲"Cross-Talk Noise"現象，而且當IC的管腳數大於208腳時，傳統的封裝方式有其難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現今大多數的高腳數晶片皆轉而使用BGA封裝。BGA一出現便成為CPU、高引腳數封裝的最佳選擇。BGA封裝的器件絕大多數用於手機、網路及通信設備、數位相機、微機、筆記本計算機、PAD和各類平板顯示器等高檔消費市場。

BGA封裝的優點有：1.輸入輸出引腳數大大增加，而且引腳間距遠大於QFP，加上它有與電路圖形的自動對準功能，從而提高了組裝成品率；2.雖然它的功耗增加，但能用可控塌陷晶片法焊接，它的電熱性能從而得到了改善，對於集成度很高和功耗很大的晶片，採用陶瓷基板，並在外殼上安裝微型排風扇散熱，從而可達到電路的穩定可靠工作；3.封裝本體厚度比普通QFP減少1/2以上，重量減輕3/4以上；4.寄生參數減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高;5.組裝可用共面焊接，可靠性高。

BGA封裝的不足之處：BGA封裝仍與QFP、PGA一樣，占用基板面積過大；塑膠BGA封裝的翹曲問題是其主要缺陷，即錫球的共面性問題。共面性的標準是為了減小翹曲，提高BGA封裝的特性，應研究塑膠、粘片膠和基板材料，並使這些材料最佳化。同時由於基板的成本高，而使其價格很高。

小型球型矩陣封裝Tiny-BGA

它與BGA封裝的區別在於它減少了晶片的面積，可以看成是超小型的BGA封裝，但它與BGA封裝比卻有三大進步：由於封裝本體減小，可以提高印刷電路板的組裝密集度；晶片與基板連線的路徑更短，減小了電磁干擾的噪音，能適合更高的工作頻率；具有更好的散熱性能。

微型球型矩陣封裝mBGA。它是BGA的改進版，封裝本體呈正方形，占用面積更小、連線短、電氣性能好、不易受干擾，所以這種封裝會帶來更好的散熱及超頻性能，但製造成本極高。

插入式封裝主要針對中小規模積體電路

引腳插入式封裝。此封裝形式有引腳出來，並將引腳直接插入印刷電路板中，再由浸錫法進行波峰焊接，以實現電路連線和機械固定。由於引腳直徑和間距都不能太細，故印刷電路板上的通孔直徑、間距乃至布線都不能太細，而且它只用到印刷電路板的一面，從而難以實現高密度封裝。它又可分為引腳在一端的封裝形式(Single ended)、引腳在兩端的封裝形式(Double ended)和引腳矩陣封裝(Pin Grid Array)。

引腳在一端的封裝形式大概又可分為三極體的封裝形式和單列直插封裝形式。

典型的三極體引腳插入式封裝形式有TO-92、TO-126、TO-220、TO-251、TO-263等，主要作用是信號放大和電源穩壓。

單列直插式封裝SIP

引腳只從封裝的一個側面引出，排列成一條直線，引腳中心距通常為2.54mm，引腳數最多為二三十，當裝配到印刷基板上時封裝呈側立狀。其吸引人之處在於只占據很少的電路板面積，然而在某些體系中，封閉式的電路板限制了SIP封裝的高度和套用，加上沒有足夠的引腳，性能不能令人滿意。多數為定製產品，它的封裝形狀還有ZIP和SIPH。

引腳在兩端的封裝形式大概又可分為雙列直插式封裝、Z形雙列直插式封裝和收縮型雙列直插式封裝等。

雙列直插式封裝DIP

絕大多數中小規模積體電路均採用這種封裝形式，其引腳數一般不超過100。DIP封裝的晶片有兩排引腳，分布於兩側，且呈直線平行布置，引腳間距為2.54mm，需要插入到具有DIP結構的晶片插座上。當然，也可以直接插在有相同焊孔數和幾何排列的電路板上進行焊接。此封裝的晶片在從晶片插座上插拔時應特別小心，以免損壞管腳。它的封裝結構形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP、單層陶瓷雙列直插式DIP、引線框架式DIP等。此封裝具有以下特點：1.適合在印刷電路板(PCB)上穿孔焊接，操作方便。2.晶片面積與封裝面積之間的比值較大，故體積也較大。3.除其外形尺寸及引腳數之外，並無其他特殊要求。帶散熱片的雙列直插式封裝DIPH主要是為功耗大於2W的器件增加的。

Z形雙列直插式封裝ZIP

它與DIP並無實質區別，只是引腳呈Z狀排列，其目的是為了增加引腳的數量，而引腳的間距仍為2.54mm。陶瓷Z形雙列直插式封裝CZIP與ZIP外形一樣，只是用陶瓷材料封裝。

收縮型雙列直插式封裝SKDIP。形狀與DIP相同，但引腳中心距為1.778mm小於DIP(2.54mm)，引腳數一般不超過100，材料有陶瓷和塑膠兩種。

引腳矩陣封裝PGA

它是在DIP的基礎上，為適應高速度、多引腳化(提高組裝密度)而出現的。此封裝其引腳不是單排或雙排，而是在整個平面呈矩陣排布，在晶片的內外有多個方陣形的插針，每個方陣形插針沿晶片的四周間隔一定距離排列，與DIP相比，在不增加引腳間距的情況下，可以按近似平方的關係提高引腳數。根據引腳數目的多少，可以圍成2圈-5圈，其引腳的間距為2.54mm，引腳數量從幾十到幾百。

PGA封裝具有以下特點：1.插拔操作更方便，可靠性高;2.可適應更高的頻率;3.如採用導熱性良好的陶瓷基板，還可適應高速度、大功率器件要求;4.由於此封裝具有向外伸出的引腳，一般採用插入式安裝而不宜採用表面安裝;5.如用陶瓷基板，價格又相對較高，因此多用於較為特殊的用途。它又分為陳列引腳型和表面貼裝型兩種。

陳列引腳型PGA

是插裝型封裝，其底面的垂直引腳呈陳列狀排列。封裝材料基本上都採用多層陶瓷基板(在未專門表示出材料名稱的情況下，多數為陶瓷PGA)，用於高速大規模邏輯LSI電路，成本較高。引腳中心距通常為2.54mm，引腳數從幾十到500左右，引腳長約3.4mm。為了降低成本，封裝基材可用玻璃環氧樹脂印刷基板代替，也有64～256引腳的塑膠PGA。

表面貼裝型PGA

在封裝的底面有陳列狀的引腳，其長度從1.5mm到2.0mm。貼裝採用與印刷基板碰焊的方法，因而也稱為碰焊PGA。因為引腳中心距只有1.27mm，比插裝型PGA小一半，所以封裝本體可製作小一些，而引腳數比插裝型多(250～528)，是大規模邏輯LSI用的封裝形式。封裝的基材有多層陶瓷基板和玻璃環氧樹脂印刷基數，以多層陶瓷基材製作的封裝已經實用化。

有機管引腳矩陣式封裝OPGA。這種封裝的基底使用的是玻璃纖維，類似印刷電路板上的材料。此種封裝方式可以降低阻抗和封裝成本。

相關連結

按材料分類的半導體封裝形式

金屬封裝

由於該種封裝尺寸嚴格、精度高、金屬零件便於大量生產，故其價格低、性能優良、封裝工藝容易靈活，被廣泛套用於電晶體和混合積體電路如振盪器、放大器、交直流轉換器、濾波器、繼電器等等產品上，現在及將來許多微型封裝及多晶片模組(MCM)也採用此金屬封裝。

陶瓷封裝

陶瓷封裝的許多用途具有不可替代的功能，特別是積體電路組件工作頻率的提高，信號傳送速度的加快和晶片功耗的增加，需要選擇低電阻率的布線導體材料及低介電常數、高導電率的絕緣材料等。

金屬-陶瓷封裝

它是以傳統多層陶瓷工藝為基礎，以金屬和陶瓷材料為框架而發展起來的。最大特徵是高頻特性好、噪音低而被用於微波功率器件。金屬-陶瓷封裝的種類有分立器件封裝，包括同軸型和帶線型；單片微波積體電路(MMIC)封裝，包括載體型、多層陶瓷型和金屬框架-陶瓷絕緣型。

塑膠封裝

塑膠封裝由於其成本低廉、工藝簡單，並適於大批量生產，因而具有極強的生命力，自誕生起發展得越來越快，在封裝中所占的份額越來越大。目前塑膠封裝在全世界範圍內占積體電路市場的95%以上。塑膠封裝的種類有分立器件封裝，包括A型和F型；積體電路封裝包括SOP、DIP、QFP和BGA等等。