芯片的封装怎么测试

封装测试是集成电路三大产业中的最后一个环节。一般认为封装测试的技术含量和实现难度比前两者低，但是随着SiP及先进封装技术的出现和迅速发展，需要重新定义芯片的封装和测试。SiP及先进封装在封装原来的三个特点：芯片保护、尺度放大、电气连接的基础上，增加了三个新特点：提升功能密度、缩短互联长度、进行系统重构，因此其复杂程度和实现难度与传统的封装相比有很大程度的提升。同时，SiP及先进封装也给封装测试提出了新的机遇和挑战。

3.1芯片封装

我们从封装设计和产品封装两方面来分析芯片封装。

1）封装设计

早先的封装中没有集成（Integration）的概念，封装设计是比较简单的，对工具要求也很低，AutoCAD就是常用的封装设计工具，随着MCM、SiP技术的出现，封装设计变得越来越复杂，加上目前SiP、先进封装、Chiplet、异构集成概念的市场接受度越来越高，封装内集成的复杂度和灵活度急剧上升，对封装设计的要求也越来越高，SiP和先进封装设计工具目前只有cadence和SiemensEDA（mentor）两家，Cadence是老牌的封装设计EDA提供商，市场占有率高，用户的忠诚度也比较高。

SiemensEDA（Mentor）是封装设计领域的后起之秀，但其技术先进性上则体现了“后浪”的特点。业界大佬TSMC,Intel,SAMSUNG纷纷选择SiemensEDA作为其先进封装（HDAP）的首选工具，主要在于两点：先进的设计工具和强悍的验证工具。

首先我们说说设计工具，在一次技术论坛中，我说：“不同于传统封装设计，先进封装和SiP设计对3D环境要求很高，3D设计环境不在于是否看上去很直观、绚丽，而在于对客观元素的精准描述，包括键合线、腔体、芯片堆叠、硅转接板、2.5D集成、3D集成，Bump...”

在这一点上，SiemensEDA的SiP及先进封装设计工具已经远远将其竞争对手抛在身后。下图为先进封装版图设计工具XPD中的封装设计3D截图，4组芯片堆叠中，每组5颗芯片（4HBM+1Logic）以3DTSV连接在一起，和GPU一起集成在硅转接板（2.5DTSV）上，硅转接板和电阻、电容等一起集成在封装基板上。

该设计中包含了3D集成、2.5D集成、倒装焊、Bump、多基板集成等多种方式，在XPD设计环境中得到了精准的实现。先进封装验证工具包括电气验证和物理验证，电气验证包含80多条规则，对整个系统进行信号完整性、电源完整性、EMI\EMC等电气相关的检查和验证，物理验证则是基于IC验证工具Calibre，整合出Calibre3DSTACK，专门用于3D先进封装的物理验证。随着封装内的集成度、设计复杂度越来越高，对工具的要求也越来越高，另外，在先进封装领域，封装设计和芯片设计的协同度日益提高，在某种程度上有逐渐融合的趋势，因此对协同设计的要求也日益提升。关于SiP、微系统、先进封装的详细设计方法和实际案例，可参考电子工业出版社近期即将出版的新书：《基于SiP技术的微系统》
2）产品封装根据材料和工艺不同，封装可以分为塑料封装、陶瓷封装和金属封装三种类型。塑封主要基于有机基板，多应用于商业级产品，体积小、重量轻、价格便宜，具有大批量、低成本优势，但在芯片散热、稳定性、气密性方面相对较差。陶瓷封装和金属封装则主要基于陶瓷基板，陶瓷封装一般采用HTCC基板，金属封装则多采用LTCC基板，对于大功耗产品，散热要求高，可选用氮化铝基板。陶瓷封装特点包括：密封性好，散热性能良好，对极限温度的抵抗性好，容易拆解，便于问题分析；和金属封装相比体积相对小，适合大规模复杂芯片，适合航空航天等对气密性有要求的严苛环境应用；但价格昂贵，生产周期长，重量和体积都比同类塑封产品大。金属封装特点包括：密封性好，散热性能良好，容易拆解，灵活性高；但体积相对较大，引脚数量较少，不适合复杂芯片，价格贵，生产周期长，需要组装金属外壳和基板，工序复杂，多应用于MCM设计，航空航天领域应用较为普遍。陶瓷封装和金属封装内部均为空腔结构，具有可拆解的优势，便于故障查找和问题“归零”，因此受到航空航天等领域用户的欢迎。