為QFN封裝晶片實現生產測試最佳化

作者 : Smiths Interconnect

憑藉其直接連接的週邊Pad結構、較大的接地層可確保熱和電氣性能,以及非常薄的堆疊高度,QFN封裝提供了無與倫比的優勢,但也帶來了一系列新的測試挑戰...

在既有嚴苛的電氣性能要求且對晶片外形尺寸、薄型佔位面積要求儘量小型的應用中,IC 設計人員越來越多地使用 QFN 封裝。憑藉其直接連接的週邊Pad結構、較大的接地層可以確保熱和電氣性能,以及非常薄的堆疊高度,QFN封裝提供了無與倫比的優勢,但也帶來了一系列新的測試挑戰。因應這些測試挑戰需要一種穩定、可靠且電氣「潔淨」的測試插座解決方案。

當邏輯晶片朝著大接腳數、高功耗和越來越大的 BGA 封裝結構發展,另一類元件卻有完全不同的測試要求。 對於大多數類比、混合訊號、電源和射頻(RF)元件來說,功率和接腳數在電氣性能和可靠性方面處於次要地位。 這些晶片主要在傳統 (>16nm)製程上製造,往往具有少量 I/O 連接和成組的電源連接。為了提高電氣性能,同時縮減這些晶片的尺寸、重量和面積,晶片製造商利用 QFN 封裝技術來實現目標。

QFN 封裝利用傳統的線鍵合和模塑封裝技術來保護矽晶片。其最大優勢在於其週邊使用「接近晶片級」的Pad佈局,並結合了較大‘ePad’或「外露Paddle」。 由於電氣Pad完全包含在模塑封裝體的輪廓內,QFN 解決了先前 QFP 和 SOIC封裝技術在運用時遇到的可操作性和可靠性的挑戰。將 QFN 焊接到 PCB 上時,電氣連接路徑短,而且除了某些 CTE (熱膨脹)因素外,非常穩固。由於QFN 在矩形封裝體的中心有一個盡可能大的接地區塊,不僅提供出色的電氣性能,而且大幅改善了散熱性能。在QFN ePad中,IC 的熱量無需透過封裝體向上散發,而是可以向下輸送到 PCB上的 散熱孔中,大大地提高了穩定性和電性能。

為了測試 QFN 元件,測試操作團隊必須平衡其成本目標,即在幾十萬次的測試動作中仍然保持穩定,可靠的連接以及儘量減少對訊號的干擾。在許多情況下,待測晶片(DUT)會有超過 10GHz 或更高的RF要求,在這種情況下,必須仔細管控電感參數,以及保證足夠低的接觸電阻。為了平衡這些需求,史密斯英特康(Smiths Interconnect)的‘Joule 20’測試插座為測試工程師和測試營運經理們提供了一個經過驗證的成熟解決方案,它平衡了當下先進的 QFN 封裝 IC 的電氣性能目標和大規模量產的生產要求。Joule 20測試採用單件式接觸結構,提供非常短的的電路長度、非常低的電感和接觸電阻,滿足業界對低於 20GHz 測試應用的所有需求。

另外,機械結構中需要特別考慮的一個關鍵因素是:用於連接插座和 ATE 測試系統的 PCB板表面Pad的磨損率。由於PCB板的成本非常昂貴,通常超過 50,000 至 75,000 美元,因此測試插座對Pad表面造成的磨損要盡可能小。如果測試插座造成Pad損壞,測試操作團隊可能需要重新電鍍 PCB 的表面Pad,甚至需要更換整個 PCB。

相較於同類產品,Smiths Interconnect這款測試插座的金屬連接片在彈性體的的輕柔轉動,對 PCB Pad的磨損降至最低,可以在幾乎零維護的情況下進行數十萬次測試。Joule 20 測試插座與市場主流的QFN刮擦測試插座解決方案相容,可在短時間內實現高要求的大量 IC 應用需求。

Joule 20 高頻測試插座結構細節展示

該測試插座出色的接觸技術和高頻能力有效的確保了訊號傳輸的可靠性和完整性。此外,其創新的設計結構可允許拆卸測試插座外殼而無需將其從PCB板上卸下,在設備測試期間仍然可進行清潔和維護工作,從而大大減少了客戶設備停機時間並協助提高了測試產量。

近年來,隨著數位時代的加速發展,對新的消費電子產品以及自動駕駛車產生了巨大的需求。晶片更新反覆運算的速度變得越來越快,功能越來越複雜,這就要求更高的測試可靠性和更少的測試時間以將產品快速推出市場。

Smiths Interconnect提供的測試解決方案具有可靠的彈簧探針技術、最佳化的設計和絕佳的機械性能,可在各種嚴格的半導體測試應用中表現卓越的品質和可靠性。

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