利用接触式扫描测试系统进行多层芯片基板测试

先进芯片级封装的尺寸越来越小,如何才能高速准确地对封装基板进行测试已成为摆在制造商面前的难题之一。最近研究人员开发出接触式扫描测试系统,它采用了一种基板测试新技术,可以使多层芯片基板测试变得和传统印刷电路板测试一样快速容易。

Raymond P. Cronin

半导体测试部副总裁

Everett Charles Technologies

从本质上讲,先进芯片级封装的基板已经成为一块小型多层电路板。虽然基板测试非常重要,但对合约制造商(OEM)来说,对很小的测试节点提供激励信号、提高测试产量以及对各种级别产品进行分类等都是些难题。制造商及业界观察家们承认,以目前的生产测试手段,在不牺牲产量和准确性的前提下,根本无法对有机基板进行百分之百的功能测试。

最近推出的一种接触式扫描测试系统采用了基板测试新技术,从而改变了这一现状。该系统具有多功能特性,可以在样板制作和大批量生产之间切换使用,同时它还带有各种转换座以处理不同的芯片级封装产品。利用这种新系统再加上正在制订的高密度基板生产标准,将使得多层芯片基板的测试变得和传统印刷电路板(PCB)测试一样快速容易。

基板测试标准

基板功能测试(导通性及绝缘性)的目的,是要再现每个承载封装组装到线路板上以后的性能。高精度功能性测试必须在被测器件上施加电信号以测量节点之间较低的阻抗,以及它与网路之间近乎绝缘的电气绝缘性。测试设备则要在所有节点间输出实际电流以检测其导通性,而在所有网路间施加电压以验证其绝缘性。

实现这一目标的难点在于基板表面测试点的间距和尺寸,高密度基板的导线和间距非常窄,只有1～2mil,而导通孔(垂直连线)直径一般为6mil或更小。另外焊盘也很容易损坏,测试时必须保持它们的完好性,以便保证下面的工序如焊线或元件贴装正常进行。

由于存在这些问题,导致目前对有机芯片承载基板进行评估时,需要在合格品分类、测试质量以及产量之间采用一种折衷方案。过去曾经用过一些方法,如仅作绝缘性测试、飞针测试以及非接触电容感应器测试等等,结果都不能令人满意。如今基板复杂程度不断增加,同时对产能的需求提高,正反面节点和网路的可测性也在发生变化,所有这些都会对测试方法造成影响。

人们最初尝试使用通用栅格测试仪进行绝缘性测试,主要是因为这类系统在基板生产场合很容易找到。尽管这项技术可以带来很高的产量,但它却不能进行栅格阵列焊盘和细间距元件焊盘之间的导通性测试。其它有些方法采用电容测试,但通常只能得到不太确定的“基本导通”结果。虽然飞针测试仪已经成功地用在样板测试和小批量生产中,但在大批量生产中却不理想,因此不能满足基板供应商对成本的要求。

自动化增强型系统

新型生产测试系统对通用栅格测试进行了彻底改造,它加装了一个精密的微型自动装置和一个灵活的扫描触头。由于使用了转换座用于各种标准尺寸芯片载体,所以无需再使用耗时的定制夹具。例如该装置连通到球栅格阵列(BGA)有机基板后,高速自动扫描接头就会扫描每一个细间距阵列。绝缘性测试在自动扫描前进行,方法是在各网路之间施加电压；而作导通性测试时自动装置的运动状态与下面通用栅格阵列开关同步。这种系统由于自动化程度提高以及独特的扫描技术而将此类测试的产能提高到一个新的水平,一般在4.5秒内即可完成一个完整的绝缘和导通测试。以全自动模式运行时,它能以比飞针系统快近十倍的速度精确地进行测试。

从小批量到大批量

高密度基板自动化测试的主要困难在于产品不规则。基板供应商和内部生产部门要面对各种各样的封装类型、物理尺寸、与测试节点数及布局有关的性能指标以及各不相同的批次,因此基板要按照编号顺序以不同的批次进行加工,使得大部分制造商无法将传统的“大烙铁”方式发展成为自动化测试。固定布线的大批量测试系统不适合于紧缩以及环境因素不断变化的合约式制造,在产品生命周期不断缩短以及新工艺新材料不断涌现时更是如此。

新的测试方案必须具有模块化转接口,可快速达到满负荷生产,同时能迅速转换以进行其它型号产品的测试及样品评估,因此这种系统需要有以下一些特性:

• 适合各种标准球栅格阵列器件且能反复使用的转接口

• 采用扫描技术消除定位和重定位时间延迟

• 能在四秒内自动完成进入/退出

• 过程中断控制,Windows NT显示界面,以及带有能通过用户计算机网络实现远程监控报告的操作软件

测试流程考虑因素

对于基板供应商来说,理想的模式是既能照顾快速响应时间和投资,又能满足用户的各种需求。新型系统可以使用传统的专用测试夹具,另外还采用了一套适合各种工业标准球栅格阵列焊盘的可重复使用转接口,这样生产厂家就不用对用户的每个产品都进行装夹处理。使用时只需根据产品装入事先做好的转接口,调入相应的测试软件程序,将自动装置归位,然后就可以开始运行。

该系统可接受标准的JEDEC托盘装入和卸载,同时保持测试速度不变。对于失效的器件,用户可将其取出放入一个内置的仓中,或者也可以在系统内做一个“标记”,使它与好的器件一起仍然放在JEDEC盘内。失效器件将会在软件代码中作出记载,以便今后做进一步评估。

如果用户必须从批量生产测试转到对原型基板进行检查,通常都可以采用同样的接插座。操作人员退出自动程序,找出存于系统软件中的扫描路径,然后进行人工测试。之后再将自动装置归位,返回到全速运行模式下。