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高密度封裝技術(shù)推動(dòng)測試技術(shù)發(fā)展
作者：
時(shí)間：2012-11-03
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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自80年代中后期開(kāi)始，IC（集成電路）封裝技術(shù)就不斷向著(zhù)高度集成化、高性能化、多引線(xiàn)和細間距化方向發(fā)展，并驅使著(zhù)一些相關(guān)測試技術(shù)的淘汰和演變。在電子產(chǎn)品小型化的進(jìn)化壓力推動(dòng)之下，測試技術(shù)也象物種一樣，遵循著(zhù)“適者生存”的簡(jiǎn)單法則。留心看看測試技術(shù)的發(fā)展之路，可以幫助我們預測未來(lái)。
自從表面貼裝技術(shù)（SMT）開(kāi)始逐漸取代插孔式安裝技術(shù)以來(lái)，線(xiàn)路板上安裝的元件變得越來(lái)越小，而板上單位面積所包含的功能則越來(lái)越強大。
就無(wú)源表面貼裝元件來(lái)說(shuō)，十年前鋪天蓋地被大量使用的0805元件，今天的使用量只占同類(lèi)元件總數的大約10%；而0603元件的用量也已在四年前就開(kāi)始走下坡路，取而代之的是0402元件。目前，更加細小的0201元件則顯得風(fēng)頭日盛。從0805轉向0603大約經(jīng)歷了10年時(shí)間。無(wú)疑，我們正處在一個(gè)加速小型化的年代。
再來(lái)看看表面貼裝的集成電路。從10年前占主導地位的四邊扁平封裝(QFP)到今天的倒裝芯片（FC）技術(shù)，其間涌現出五花八門(mén)的封裝形式，諸如薄型小引腳封裝(TSOP）、球型陣列封裝（BGA）、微小球型陣列封裝(μBGA）、芯片尺寸封裝（CSP）等?？v觀(guān)芯片封裝技術(shù)的演變，其主要特征是元件的表面積和高度顯著(zhù)減小，而元件的引腳密度則急驟增加。特別是BGA技術(shù)，已成為現代高密度IC封裝技術(shù)的主流，如圖1所示的NVIDIA公司的GeForce FX圖形芯片（GPU）含有1152個(gè)焊腳，是同等尺寸大小QFP所容納引腳數的3-4倍。但高I/O數也給傳統電路接觸測試（如ICT）帶來(lái)挑戰，同時(shí)BGA焊點(diǎn)隱藏在封裝體下面，無(wú)法進(jìn)行人工目檢。。 
山窮水盡: 傳統測試技術(shù)面臨嚴峻挑戰
表面貼裝元件尺寸的不斷縮小和隨之而來(lái)的高密度電路安裝，對測試帶來(lái)了極大的挑戰。傳統的人工目檢即使對于中等復雜程度的線(xiàn)路板（如300個(gè)元件、3500個(gè)節點(diǎn)的單面板）也顯得無(wú)所適從。
曾經(jīng)有人進(jìn)行過(guò)這樣的試驗，讓四位經(jīng)驗豐富的檢驗員對同一塊板子的焊點(diǎn)質(zhì)量分別作四次檢驗。
結果是，第一位檢驗員查出了其中44%的缺陷，第二位檢驗員和第一位的結果有28%的一致性，第三位檢驗員和前二位有12%的一致性，而第四位檢驗員和前三位只有6%的一致性。
這一試驗暴露了人工目檢的主觀(guān)性，對于高度復雜的表面貼裝電路板，人工目檢既不可靠也不經(jīng)濟。而對采用微小球型陣列封裝、芯片尺寸封裝和倒裝芯片的表面貼裝線(xiàn)路板，人工目檢實(shí)際上是不可能的。
不僅如此，由于表面貼裝元件引腳間距的減小和引腳密度的增大，傳統的電路接觸式測試受到了極大限制。據北美電子制造規劃組織預計，在2003年后利用在線(xiàn)測試對高密度封裝的表面貼裝線(xiàn)路板檢測將無(wú)法達到滿(mǎn)意的測試覆蓋率。以1998年100%的測試覆蓋率為基準，估計在2004年后這測試覆蓋率將不足50%，而到2010年后，測試覆蓋率將不足10%。另外在線(xiàn)測試技術(shù)還存在的背面電流驅動(dòng)、測試夾具費用和可靠性等問(wèn)題的困擾，種種跡象表明這一技術(shù)的發(fā)展已走到了盡頭。
柳暗花明: 光學(xué)檢測技術(shù)帶來(lái)測試新體驗
技術(shù)的發(fā)展絕不會(huì )因為上述困難就停滯不前，測試檢驗設備制造商推出了像自動(dòng)光學(xué)檢測（Automatic Optical Inspection，簡(jiǎn)稱(chēng)AOI）設備和自動(dòng)X(jué)射線(xiàn)檢測（Automatic X-ray Inspection，簡(jiǎn)稱(chēng)AXI）設備等這樣的產(chǎn)品來(lái)應對挑戰。事實(shí)上，這兩種設備在被大量用于線(xiàn)路板制造工業(yè)以前，就已經(jīng)在半導體芯片制造封裝過(guò)程中得到了廣泛的應用。不過(guò)，它們還需要進(jìn)一步的創(chuàng )新才能真正應對由表面貼裝元件小型化和高密度線(xiàn)路板帶來(lái)的測試困難。 
AOI不但可對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗，還可對裸板、焊膏印刷質(zhì)量、貼片質(zhì)量等進(jìn)行檢查。各工序AOI的出現幾乎完全替代人工操作，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率都是大有作為的。當自動(dòng)檢測時(shí)，AOI設備通過(guò)攝像頭自動(dòng)掃描PCB，采集圖像，測試的焊點(diǎn)與數據庫中的合格的參數進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)圖像處理，檢查出PCB上缺陷，并通過(guò)顯示器或自動(dòng)標志把缺陷顯示/標示出來(lái)，供維修人員修整。
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