毕业设计论文CPU的封装测试工艺技术.doc
《毕业设计论文CPU的封装测试工艺技术.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计论文CPU的封装测试工艺技术.doc(47页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、-成都电子机械高等专科学校 电子与电气工程系毕业设计论文毕业设计(论文) 专 业 微电子技术 班 次 07242 班 姓 名 指导老师 成都电子机械高等专科学校二0一0年六月一日 CPU的封装测试工艺技术 摘要:集成电路封装的目的,在于保护芯片不受或少受外界环境的影响,并为之提供一个发挥集成电路芯片功能的良好环境,以使之稳定,可靠,正常的完成电路功能.但是集成电路芯片封装只能限制而不能提高芯片的功能.测试的目的是让电路有一个完整的通路,它的各项参数是否达到设计的要求。 本文主要从集成电路芯片封装技术理论知识出发,针对当前国内封装业的迅猛发展现状和英特尔成都封装测试工厂CPU区的工艺流程作出系统
2、化概述以及对流程中的个别站点(CMT : configurable module test )进行详细的阐述,通过对产品的测试,首先我们可以把本身带有缺陷的产品筛选出来,其次通过性能的测试分出产品的等级,而且通过测试能找出是机器还是产品自身的原因,:通过测试对产品,及时监控,把最新动态反馈给工程师,从而不断的改进和完善工艺。【关键词】:CPU; 集成电路; 封装测试;故障;传送机 ;测试机目录 第一章 集成电路芯片封装概述11.1集成电路的简介11.1.1集成电路的概念11.12 我国集成电路的发展情况21.2 封装31.2.1封装的概念31.2.2封装的工艺流程41.2.3封装技术的作用41
3、.2.4 常见几种先进的封装技术5第二章 CPU的封装测试与测试工艺82.1 CPU封装的主要的工艺流程82.2测试工艺112.2.1流程的目标112.1.2测试的操作流程的描述112.2.3 批次测试的产品和类型12第三章 测试设备与标准操作流程143.1测试设备143.1.1 测试所需要的设备143.1.2操作机器所需的个人防护设备143.1.3所需的材料143.1.4设备的危险163.2 操作流程173.2.1准备待处理的批次173.2.2 运行一个批次193.2.3结束一个批次203.2.4交班203.2.5测试系统(CTSC)21第四章 测试系统与故障维修254.1 Summit A
4、TC254.2 Tester(测试机)的介绍294.3测试系统的介绍294.3.1 Summit ATC 3.6.0(温度控制系统)304.3.2 T2000(测试系统)304.4 机器故障及处理304.4.1测试过程中units丢失的处理流程图和解决方法304.4.2 I/O module的机器手不能精确的将CPU吸住334.4.3 Chuck不能达到精确的测试温度334.4.4 CPU位置放置错乱导致CPU掉落334.4.5 机器在生产过程中造成的假死现象344.4.6 一种直接对CPU进行加热的装置(chuck)和一种把CPU加载到Chuck上的一种装置(picker)相撞344.4.7
5、 生产过程中测试机部分的问题(换测试头的板子)354. 5 测试的结果分析及处理方法384.5.1 测试结果为15384.5.2 测试结果为13394.5.3 测试结果为840总结41辞谢42参考文献4343第一章 集成电路芯片封装概述1.1集成电路的简介1.1.1集成电路的概念集成电路(图1-1),是通过半导体工艺或膜(薄/厚膜)工艺技术,将晶体管、二极管等有源元件和电阻、电容等无源原件,按照一定的互联,集成在一个半导体单晶片上,封装在一个管壳内,执行特定的功能或系统功能的电路。图1.1.1是目前较为常见的各式封装种类和功能的集成电路。 1-1集成电路集成电路的分类 一 按集成度分类: 小规
6、模(SSI),中规模(MSI),大规模(LSI),超大规模(VLSI),盛大规模(ULSI)。二 按电路功能分类: 以门电路为基础的数字逻辑电路和以放大器为主基础的线性电路两大类,还有微波集成电路和光集成电路等。三 按构成集成电路基础的晶体管分类分为双极型集成电路和MOS型集成电路两大类。前者以双极型平面晶体管为主要器件;后者以MOS场效应晶体管为基础。 1、双极型电路晶体管-晶路(SLTTL)及集成注入逻辑电路(I2L)等。 2、MOS型电路N沟道MOS电路(NMOS)、P沟道MOS电路(PMOS)、互补MOS电路(CMOS)、(bi-CMOS)及DMOS、VMOS电路等。体管逻辑(TTL)
7、电路、高速发射极耦合逻辑(ECL)电路、高速低功耗肖特基晶体管-晶体管逻辑电。四 按用途分类集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。上述各类集成电路中,制造工序各不相同,但其制造工艺技术是相同的。1.12 我国集成电路的发展情况我国集成电路产业经过30多年的发展,经历了自主研发创业、引进提高、重点建设三个发展阶段。目前,我国形成了具有一定规模,包括设计、制造和封装三业及配套业共同发展的产业格局,建成和在建的6至8英寸晶圆生产线超过20条,中芯国际、宏力半导体等企业在建世界先进的12英寸晶圆生产线,集成电路产业从业人员达到12万左右;国内集成电路设计企业已从原先的100家迅速增加
8、到近500家,IT设计人才从2000年的不足5000人增长到2万多人,而且从单一设计领域向投资、贸易、管理等产业全领域发展。据统计,20002003年我国集成电路全行业销售额分别为186.2亿元、200亿元、268亿元和351.4亿元,三年累计增长90以上。 集成电路产品的技术水平在不断提高。 “方舟”、“龙芯”、“华夏网芯”、“星光系列”等一大批具有自主知识产权的“中国芯”在研发生产上取得了重大突破。2004年我国集成电路产业的工业技术水平已达到能够生产12寸晶圆和刻录精度为0.18微米的集成电路产品,与国际先进水平的差距进一步缩小。以下是我国的集成电路发展的情况趋势: 图1-2 我国集成电
9、路设计发展情况目前,中国集成电路产业已经形成了IC设计、制造、封装测试三业及支撑配套业共同发展的较为完善的产业链格局,随着IC设计和芯片制造行业的迅猛发展,国内集成电路价值链格局继续改变,其总体趋势是设计业和芯片制造业所占比例迅速上升。1.2 封装1.2.1封装的概念所谓“封装技术”是一种将集成电路用绝缘的塑料或陶瓷材料打包的技术。以CPU为例,实际看到的体积和外观并不是真正的CPU内核的大小和面貌,而是CPU内核等元件经过封装后的产品。封装对于芯片来说是必须的,也是至关重要的。因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运
10、输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的印制电路板(PCB)的设计和制造,因此它是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此,对于很多集成电路产品而言,封装技术都是非常关键的 一环。如图(1-3)所示采用的CPU封装多是用绝缘的塑料或陶瓷材料包装起来,能起着密封和提高芯片电热性能的作用。由于现在处理器芯片的内频越来越高。 图 1-3 常见的封装功能越来越强,引
11、脚数越来越多,封装的外形也不断在改变。封装时主要考虑的因素:1、芯片面积与封装面积之比为提高封装效率,尽量接近1:1 。2、引脚要尽量短以减少延迟,引脚间的距离尽量远,以保证互不干扰,提高性能。 3、基于散热的要求,封装越薄越好。作为计算机的重要组成部分,CPU的性能直接影响计算机的整体性能。而CPU制造工艺的最后一步也是最关键一步就是CPU的封装技术,采用不同封装技术的CPU,在性能上存在较大差距。只有高品质的封装技术才能生产出完美的CPU产品。1.2.2封装的工艺流程归纳起来芯片封装技术的基本工艺流程为:硅片减薄、硅片切割、芯片贴装、芯片互连、成型技术、去飞边毛刺、切筋成形、上焊锡、打码等
12、工序,如图1-4所示。图1-4 芯片封装技术工艺流程1.2.3封装技术的作用封装(Package)对于芯片来说是必须的,也是至关重要的。封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用,而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。封装的主要作用有:(1)物理保护。因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降,保护芯片表面以及连接引线等,使相当柔嫩的芯片在电气或热物理等方面免受外力损害及外部环境的影响;同时通过封装使芯片的热膨胀系数与框架或基板的热膨胀系数相匹配,这样就能缓解由于热等外部环境的变化而产生的应力
13、以及由于芯片发热而产生的应力,从而可防止芯片损坏失效。基于散热的要求,封装越薄越好,当芯片功耗大于2W时,在封装上需要增加散热片或热沉片,以增强其散热冷却功能;51OW时必须采取强制冷却手段。另一方面,封装后的芯片也更便于安装和运输。(2)电气连接。封装的尺寸调整(间距变换)功能可由芯片的极细引线间距,调整到实装基板的尺寸间距,从而便于实装操作。例如从以亚微米(目前已达到01 3m以下)为特征尺寸的芯片,到以10m为单位的芯片焊点,再到以100m为单位的外部引脚,最后剑以毫米为单位的印刷电路板,都是通过封装米实现的。封装在这里起着由小到大、由难到易、由复杂到简单的变换作用,从而可使操作费用及材
14、料费用降低,而且能提高工作效率和可靠性,特别是通过实现布线长度和阻抗配比尽可能地降低连接电阻,寄生电容和电感来保证正确的信号波形和传输速度。(3)标准规格化。规格通用功能是指封装的尺寸、形状、引脚数量、间距、长度等有标准规格,既便于加工,又便于与印刷电路板相配合,相关的生产线及生产设备都具有通用性。这对于封装用户、电路板厂家、半导体厂家都很方便,而且便于标准化。相比之下,裸芯片实装及倒装目前尚不具备这方面的优势。由于组装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的印刷电路板(PCB)的设计和制造,对于很多集成电路产品而言,组装技术都是非常关键的一环。1.2.4 常见几种先进的封装技术D
15、IP技术DIP封装(Dual In-line Package),也叫双列直插式封装技术,指采用双列直插形式封装的集成电路芯片,绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式,其引脚数一般不超过100。DIP封装的CPU芯片有两排引脚,需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然,也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心,以免损坏管脚。DIP封装结构形式有:多层陶瓷双列直插式DIP,单层陶瓷双列直插式DIP,引线框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式,塑料包封结构式,陶瓷低熔玻璃封装式。DIP封装具有以下特点: (1)适合在PCB(印刷电路板)上穿
16、孔焊接,操作方便。 (2)芯片面积与封装面积之间的比值较大,故体积也较。英特尔系列CPU中8088就采用这种封装形式,缓存(Cache)和早期的内存芯片也是这种封装形式。BGA技术BGA技术(Ball Grid Array Package)即球栅阵列封装技术。该技术的出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。但BGA封装占用基板的面积比较大。虽然该技术的I/O引脚数增多,但引脚之间的距离远大于QFP,从而提高了组装成品率。而且该技术采用了可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善它的电热性能。另外该技术的组装可用共面焊接,从而能大大提高封装的可靠性;并且由该技术实现的封装
17、CPU信号传输延迟小,适应频率可以提高很大。BGA封装具有以下特点:(1)I/O引脚数虽然增多,但引脚之间的距离远大于QFP封装方式,提高了成品率 。(2)虽然BGA的功耗增加,但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接,从而可以改善电热性能。 (3)信号传输延迟小,适应频率大大提高 。(4)组装可用共面焊接,可靠性大大提高。BGA封装的不足之处:BGA封装仍与QFP、PGA一样,占用基板面积过大;塑料BGA封装的翘曲问题是其主要缺陷,即锡球的共面性问题。共面性的标准是为了减小翘曲,提高BGA封装的特性,应研究塑料、粘片胶和基板材料,并使这些材料最佳化。同时由于基板的成本高,而使其价格很高。PGA技术该
18、技术也叫插针网格阵列封装技术(Ceramic Pin Grid Arrau Package),由这种技术封装的芯片内外有多个方阵形的插针,每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列,根据管脚数目的多少,可以围成25圈。安装时,将芯片插入专门的PGA插座。为了使得CPU能够更方便的安装和拆卸,从486芯片开始,出现了一种ZIF CPU插座,专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。该技术一般用于插拔操作比较频繁的场合之下。PGA封装具有以下特点:(1)插拔操作更方便,可靠性高。(2)可适应更高的频率。(3)如采用导热性良好的陶瓷基板,还可适应高速度、大功率器件要求。(4)由于此封装具有
19、向外伸出的引脚,一般采用插入式安装而不宜采用表面安装。(5)如用陶瓷基板,价格又相对较高,因此多用于较为特殊的用途。它又分为陈列引脚型和表面贴装型两种。 QFP技术这种技术的中文含义叫方型扁平式封装技术(Plastic Quad Flat Package),该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小,管脚很细,一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式,其引脚数一般都在100以上。该技术封装CPU时操作方便,可靠性高;而且其封装外形尺寸较小,寄生参数减小,适合高频应用;该技术主要适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线。QF P(Plastic Quad Flat Package)封装的芯片引
20、脚之间距离很小,管脚很细,一般大规模或超大型集成电路都采用这种封装形式,其引脚数一般在100个以上。用这种形式封装的芯片必须采用SMD(表面安装设备技术)将芯片与主板焊接起来。采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔,一般在主板表面上有设计好的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点,即可实现与主板的焊接。用这种方法焊上去的芯片,如果不用专用工具是很难拆卸下来的。QFP/PFP封装具有以下特点: (1)适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线。(2)适合高频使用。(3)操作方便,可靠性高。(4)芯片面积与封装面积之间的比值较小。 Intel系列CPU中80286、80386和某些486主板
21、采用这种封装形式。第二章 CPU的封装测试与测试工艺2.1 CPU封装的主要的工艺流程我们都知道CPU封装是一个非常复杂的过程,它需要许多的工艺过程,封装的工艺也有多种多样,不同的产品有不同的工艺。而且每一个步骤的精度都非常的高。我们现在主要生产的市场上笔记本的酷睿i3 ,和 i5,少量i7系列的CPU。英特尔CPU的封装和芯片的封装是大致相同。但是也有许多差异。现在英特尔生产的CPU的都是没有加散热盖的。下面是详细的工艺流程如图2-1 图2-1 封装的详细工艺流程SUBMARK,LASERMARK是用于标记的。基片标记,目的是给生产制造提供SLI追踪信息。不同的产品的标记可能是黑色,灰色,铜
22、标记中的一种。前道标记作用:(1)当前道信息不存在或者被散热盖覆盖时,将产品的信息以二维码和人可识别的文字的方式做生产追踪信息。(2)给商标和版权信息留出空位,这个标记总是打在散热盖上面。后道标记:这个标记的目的是向客户提供产品信息,这个标记可能用黑白,棕色标记或者IHS标记刻在组件表面或者铜标记刻在组件底边外。APL(automatic package loading)CTL(carrier tray loader)它们的作用都是一样的都是物料转换,并且机器也是一样的。不过它们的运用是相反的,APL是把基片从料盘中转移到carrier上面,而CTL是把carrier上的基片转移到料盘上。NG
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 CPU 封装 测试 工艺技术
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4857916.html