优化应用于消费电子、智能驾驶、电源管理的QFN封装芯片的生产测试

2022-04-27 11:51:56 来源: 史密斯英特康

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在既有严苛的电气性能要求而且对芯片外形尺寸、薄型占位面积要求尽量小的应用中，IC 设计人员越来越多地使用 QFN 封装。凭借其直接连接的外围Pad结构、较大的接地块可以保证热和电气性能，以及非常薄的堆叠高度，QFN封装提供了无与伦比的优势，但也带来了一系列新的测试挑战。应对这些测试挑战需要一种稳定、可靠且电气“洁净”的测试插座解决方案。

当逻辑芯片朝着大引脚数、高功耗和越来越大的 BGA 封装结构发展，另一类器件却有完全不同的测试要求。对于大多数模拟、混合信号、电源和射频器件来说，功率和引脚数在电气性能和可靠性方面处于次要地位。这些芯片主要在传统 (>16nm) 工艺上制造，往往具有少量 I/O 连接和成组的电源连接。为了提高电气性能，同时减小这些芯片的尺寸、重量和面积，芯片制造商利用 QFN 封装技术来实现他们的目标。

QFN 封装利用传统的引线键合和模塑封装技术来保护硅芯片。它们最大的优势是它们在外围使用 “接近芯片级” 的Pad布局，并结合了较大“ePad”或“外露Paddle”。由于电气Pad完全包含在模塑封装体的轮廓内，QFN 解决了先前 QFP 和 SOIC封装技术在运用时遇到的可操作性和可靠性的挑战。将 QFN 焊接到 PCB 上时，电气连接路径短，而且除了某些 CTE（热膨胀）因素外，非常稳固。由于QFN 在矩形封装体的中心有一个尽可能大的接地块，它不仅提供了出色的电气性能，而且大大改善了散热性能。在QFN ePad中，IC 的热量无需通过封装体向上散发，而是可以向下输送到 PCB上的散热孔中，大大提高了稳定性和电性能。

为了测试 QFN 器件，测试操作团队必须平衡其成本目标，即在几十万次的测试动作中仍然保持稳定，可靠的连接以及尽量减少对信号的干扰。在许多情况下，被测芯片 (DUT) 会有超过 10GHz 或更高的射频要求，在这种情况下，必须仔细管控电感参数，以及保证足够低的接触电阻。为了平衡这些需求，史密斯英特康的“Joule 20” 测试插座为测试工程师和测试运营经理们提供了一个经过验证的成熟的解决方案，它平衡了当下先进的 QFN 封装 IC 的电气性能目标和大规模量产的生产要求。史密斯英特康的 Joule 20测试采用单件式接触结构，提供非常短的的电路长度、非常低的电感和接触电阻，满足行业对低于 20GHz 测试应用的所有需求。

另外，机械结构中需要特别考虑的一个关键因素是：用于连接插座和 ATE 测试系统的 PCB板表面Pad的磨损率。由于PCB板的成本非常昂贵，通常超过 50,000 至 75,000 美元，因此测试插座对Pad表面造成的磨损要尽可能小。如果测试插座造成Pad损坏，测试操作团队可能需要重新电镀 PCB 的表面Pad，甚至需要更换整个 PCB。与同类产品相比，史密斯英特康的Joule 20测试插座的金属连接片在弹性体的的轻柔转动，对 PCB Pad的磨损降至最低，可以在几乎零维护的情况下进行数十万次测试。 Joule-20 测试插座与市场主流的QFN刮擦测试插座解决方案兼容，可在短时间内实现高要求的大批量 IC 应用的需求。