芯片制造、封装 和 测试，封装和测试紧密相连，通常合称为“封测”,是芯片从晶圆走向成品的关键环节。
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第一部分：芯片封装技术
封装技术的核心目标是：保护脆弱的裸芯片、连接芯片与外部电路、散发芯片工作时产生的热量,并便于安装到最终的电子设备中。
封装技术的发展趋势是：小型化、高密度、高性能、高散热、低成本。
传统封装技术
这些是早期和基础的技术，主要用于对成本敏感、性能要求不高的领域。
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DIP (Dual In-line Package, 双列直插式封装)
（图片来源网络，侵删）- 特点：有两排平行的引脚,可以直接插入到电路板的孔中。
- 应用：早期的CPU、内存条、逻辑芯片。
- 缺点：体积大，引脚数量有限,无法满足高密度集成需求。
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SOP/SOIC (Small Outline Package, 小外形封装)
- 特点：引脚从封装两侧引出，呈“鸥翼”或“J”型，体积比DIP小,可以表面贴装在电路板上。
- 应用：逻辑芯片、存储器、电源管理芯片等。
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QFP (Quad Flat Package, 四侧引脚扁平封装)
- 特点：引脚从封装的四边引出，呈“鸥翼”或“J”型,引脚数量比SOP多得多。
- 应用：需要较多I/O的芯片，如FPGA、ASIC、微控制器。
- 缺点：引脚非常细小，间距小，焊接难度大,且引脚过长会影响高频性能。
先进封装技术
随着摩尔定律放缓，先进封装成为提升芯片性能和集成度的关键，被称为“超越摩尔定律”的核心驱动力。
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BGA (Ball Grid Array, 球栅阵列封装)
（图片来源网络，侵删）- 特点：用焊球阵列替代了传统的引脚，焊球位于封装底部,直接连接到电路板的焊盘上。
- 优势：
- 高I/O密度：可以在有限面积内放置更多I/O。
- 更好的电气性能：短而宽的连接线减少了信号干扰和电感。
- 可靠性高：焊球阵列受力均匀,不易虚焊。
- 应用：现代CPU、GPU、FPGA、高性能SoC,是目前主流的封装形式。
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Flip Chip (倒装芯片)
- 特点：芯片的金属凸点（焊球）直接朝下，倒扣在基板或封装衬底上，通过“回流焊”技术连接。
- 优势：
- 极短的互连路径：信号传输路径最短，信号完整性最好,高频性能极佳。
- 优异的散热性能：芯片产生的热量可以直接通过凸点传导到基板和散热器。
- 应用：几乎所有高性能芯片（如CPU、GPU、移动SoC）都会采用倒装技术。
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SiP (System in Package, 系统级封装)
- 特点：这不是一种单一的封装形式，而是一种集成理念，它将多个不同功能的裸芯片（如处理器、存储器、射频芯片等）和被动元件（电阻、电容）集成在一个封装体内，形成一个完整的“系统”。
- 优势：
- 高度集成：实现“More than Moore”,功能多样化。
- 缩短设计周期：无需设计复杂的单颗SoC。
- heterogeneous integration (异构集成)：可以集成不同工艺、不同材料的芯片。
- 应用：智能手机模块（射频模组、Wi-Fi/蓝牙模组）、智能手表、可穿戴设备。
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5D / 3D 封装
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5D 封装
- 特点：多个芯片并排放置在一个硅中介层上，中介层像一座“桥梁”，用高密度布线将这些芯片连接起来,中介层下方再连接到封装基板。
- 优势：解决了芯片间长距离布线的问题,极大地提升了芯片间的带宽和速度。
- 应用：AMD的CPU/GPU组合（如Ryzen Threadripper）、高端FPGA。
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3D 封装
- 特点：将芯片在垂直方向上堆叠起来，通过TSV（硅通孔，穿透硅片的垂直通道）进行连接。
- 优势：
- 极致的集成度：在极小的空间内容纳更多芯片。
- 极短的互连距离：TSV比传统 wire bond 短几个数量级,性能和功耗优势巨大。
- 应用：高带宽内存、3D NAND闪存（手机存储芯片）、高密度传感器。
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Fan-Out (扇出型封装)
- 特点：芯片的引脚（或称“凸块”）被“扇出”到封装体之外，分布在芯片四周,它不像传统封装那样需要一个基板。
- 优势：
- 更薄、更小：封装尺寸可以做得比传统BGA更小。
- 更好的电气性能：减少了信号传输路径。
- 成本相对较低：工艺流程简化。
- 应用：智能手机应用处理器、射频前端芯片。
第二部分：芯片测试技术
测试贯穿于芯片生产的全过程，主要分为两个阶段：晶圆测试 和 封装后测试。
晶圆测试
在晶圆制造完成后、切割之前,对晶圆上的每一个裸芯片进行测试。
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目的：
- 尽早发现缺陷：在晶圆阶段就筛选出不合格的芯片，避免将它们封装起来,从而节省大量的封装和测试成本。
- 提供数据反馈：测试结果可以帮助工程师分析制造工艺中的问题,提高良率。
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主要技术：
- CP测试：通常使用探针卡，上面有成千上万个微小的探针，精准地接触到芯片焊盘，对芯片进行功能测试、逻辑测试和部分模拟测试。
- WAT (Wafer Acceptance Test, 晶圆接受测试)：主要测试制造工艺中的关键参数，如晶体管的阈值电压、氧化层厚度、电阻/电容值等,确保工艺本身是稳定和合格的。
封装后测试
将晶圆切割、封装成独立的芯片后，进行的最终测试,确保芯片完全符合设计规格。
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目的：
- 最终质量保证：确认封装后的芯片功能、性能和可靠性都达标。
- 分级和筛选：根据测试结果对芯片进行分级（如Bin Sort），例如将性能最好的芯片标记为“超频版”或用于高端产品。
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主要技术：
- FT测试：这是最核心的测试，使用测试插座将封装好的芯片连接到自动测试设备上。
- 功能测试：验证芯片的逻辑功能是否正确，例如运行一个“Hello World”程序。
- 直流参数测试：测试电压、电流、功耗等是否符合规格。
- 交流参数测试：测试芯片的时序、频率、带宽等性能指标。
- 可靠性测试：模拟芯片在极端或长期使用条件下的表现，以确保其寿命和稳定性，测试项目包括：
- HTOL (High Temperature Operating Life, 高温工作寿命测试)：在高温下满负荷运行,加速老化。
- THB (Temperature Humidity Bias, 温湿度偏压测试)：高温高湿环境下加电,测试抗腐蚀能力。
- TCT (Temperature Cycling Test, 温度循环测试)：在极低和极高温度之间反复切换,测试抗热应力能力。
- Drop Shock (跌落冲击测试)：模拟芯片在跌落或受到外力冲击时的表现。
- 最终测试：在出厂前进行100%的测试,确保每一颗交付给客户的芯片都是合格的。
- FT测试：这是最核心的测试，使用测试插座将封装好的芯片连接到自动测试设备上。
| 类别 | 关键技术 | 核心目标/特点 | 主要应用领域 |
|---|---|---|---|
| 封装技术 | 传统封装 | DIP, SOP, QFP | 成本敏感、低密度应用 |
| 先进封装 | BGA (主流)、Flip Chip (高性能基础)、SiP (系统集成)、5D/3D (超高带宽)、Fan-Out (小型化) | CPU/GPU/FPGA/SoC/移动设备/存储 | |
| 测试技术 | 晶圆测试 | CP测试 (功能筛选)、WAT测试 (工艺监控) | 晶圆制造阶段，降低成本 |
| 封装后测试 | FT测试 (功能/性能验证)、可靠性测试 (寿命/稳定性验证) | 封装后阶段，质量保证 |
封装和测试技术是半导体产业中至关重要的一环，它们共同决定了芯片的性能、成本、可靠性和市场竞争力，随着芯片设计越来越复杂，封测技术的重要性与日俱增,成为了各大半导体厂商和封测厂商竞争的焦点。
