CSP封裝在日益普及的今天，其量產(chǎn)測(cè)試中存在的問(wèn)題也將逐漸顯現(xiàn)，其解決辦法也多種多樣，本文僅對(duì)目前測(cè)試的主要問(wèn)題提出一種較為經(jīng)濟(jì)的解決方案，此方案經(jīng)過(guò)實(shí)際量產(chǎn)測(cè)試驗(yàn)證，并取得良好效果，同時(shí)也可以應(yīng)用于其它測(cè)試場(chǎng)合，具有比較普遍的實(shí)用價(jià)值和參考價(jià)值。

　　在當(dāng)前下游整機(jī)廠家對(duì)IC封裝尺寸及性能的要求日益提高的情況下，無(wú)疑，目前的CSP封裝以其超小的封裝尺寸、優(yōu)良的散熱性能以及較高的性價(jià)比，當(dāng)為眾多消費(fèi)類芯片的封裝首選，但是，采用CSP封裝，尤其是目前的無(wú)鉛封裝，給產(chǎn)品的量產(chǎn)測(cè)試帶來(lái)了一定的技術(shù)難題，本文就CSP封裝量產(chǎn)測(cè)試的基本方法、測(cè)試中存在的問(wèn)題以及簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的解決辦法稍做闡述，并舉以實(shí)例，希望能夠?qū)σ恍┱趯で驝SP測(cè)試解決方案的工程師能有一些幫助。

　　1、CSP封裝簡(jiǎn)介

　　CSP封裝，即Chip Scale Package，芯片級(jí)封裝；也稱Chip Size Package，芯片尺寸封裝，如圖為一9腳的CSP封裝的芯片，是最近幾年才發(fā)展起來(lái)的新型集成電路封裝技術(shù)。應(yīng)用CSP技術(shù)封裝的產(chǎn)品封裝密度高，性能好，體積小，重量輕，與表面安裝技術(shù)兼容，因此它的發(fā)展速度相當(dāng)快，現(xiàn)已成為集成電路重要的封裝技術(shù)之一。目前已開(kāi)發(fā)出多種類型的CSP，品種多達(dá)100多種；另外，CSP產(chǎn)品的市場(chǎng)也是很大的，并且還在不斷擴(kuò)大，與其相關(guān)的測(cè)試也在迅速發(fā)展。

　　2、CSP封裝量產(chǎn)測(cè)試的基本方法

　　CSP封裝的芯片測(cè)試，由于其封裝較小，采用普通的機(jī)械手測(cè)試無(wú)法實(shí)現(xiàn)，目前主要采用類似晶圓測(cè)試的方法，在芯片完成置球封裝后，先不做劃片，而直接用探針卡進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完成后，再實(shí)行劃片、分選和包裝。測(cè)試時(shí)探針卡固定在探針臺(tái)上，探針直接扎在CSP封裝的錫球上以實(shí)現(xiàn)電氣連接，然后測(cè)試機(jī)通過(guò)導(dǎo)線施加電壓或波形等激勵(lì)進(jìn)行測(cè)試芯片的相關(guān)電氣參數(shù)，以目前CSP封裝應(yīng)用較多的消費(fèi)類芯片手機(jī)音頻功放為例，作詳細(xì)說(shuō)明以便大家理解，其功能框圖如下：

　　主要測(cè)試參數(shù)如下：

　　以上測(cè)試參數(shù)中主要分直流參數(shù)和交流參數(shù)，直流參數(shù)就是加上相應(yīng)電壓等待穩(wěn)定后，測(cè)量相應(yīng)管腳的電壓、電流即可，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在此不多做說(shuō)明，對(duì)于交流參數(shù)VOP-P、THD、PO來(lái)說(shuō)，具體測(cè)試方法為：Shutdown = VDD=3.6V，從IN-（IN+端通過(guò)40k的電阻接地）端通過(guò)40k的電阻輸入峰－峰值為VSINP-P=2Vp-p，頻率為1KHz的正弦信號(hào)。待芯片穩(wěn)定工作后，差分測(cè)量VO+、VO-兩端的電壓波形幅度值，即可得到波形幅值的峰－峰值VOP-P然后作快速傅立葉變換計(jì)算THD。測(cè)量PO時(shí)只需改變輸入正弦信號(hào)的幅度為2Vrms，之后測(cè)量輸出電壓有效值U，并通過(guò)公式PO=U*U/RL（RL=8.2 Ohm）計(jì)算功率大小。針對(duì)以上測(cè)試參數(shù)可選用中低端測(cè)試機(jī)，如Eagle、ASL1000、V50等均可滿足測(cè)試需求。

　　3、CSP封裝量產(chǎn)測(cè)試中存在的問(wèn)題

　　如前所述，CSP封裝芯片的量產(chǎn)測(cè)試采用類似晶圓測(cè)試的方法進(jìn)行，但是兩者的區(qū)別在于：晶圓的測(cè)試，探針是扎在管芯的PAD（通常情況下為鋁金屬）上，而CSP封裝的測(cè)試，探針是扎到CSP封裝的錫球上。問(wèn)題由此產(chǎn)生，在晶圓測(cè)試中鋁質(zhì)的PAD對(duì)探針污染很小，測(cè)試過(guò)程中不需要經(jīng)常對(duì)探針進(jìn)行清潔（一般測(cè)試幾百上千顆進(jìn)行在線清針一次即可），而CSP封裝的錫球?qū)μ结樜廴痉浅?yán)重，特別是在空氣中放置一段時(shí)間后，加重了錫球的氧化，對(duì)探針的污染就更為嚴(yán)重，另外流過(guò)探針的電流大小也會(huì)直接影響探針和錫球之間的電氣接觸。這樣對(duì)探針的抗粘粘度及抗氧化能力要求很高，對(duì)于一般的探針，測(cè)試幾十顆就需要對(duì)其進(jìn)行清潔，否則隨著沾污越來(lái)越嚴(yán)重，會(huì)造成探針與錫球之間的接觸電阻大到2歐姆以上（一般情況下在0.5歐姆以下），從而嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果。

　　對(duì)于本文所舉實(shí)例而言，在負(fù)載電阻僅為8.2歐姆的情況下，這樣測(cè)試得到的VOP-P及PO值僅為真實(shí)值的8.2/（8.2+2+2），既0.672倍左右，從而導(dǎo)致測(cè)試的嚴(yán)重失效，同時(shí)也會(huì)影響到THD測(cè)試值。所以在測(cè)試過(guò)程中需要對(duì)探針進(jìn)行不斷的清潔動(dòng)作，這樣在不斷的清針過(guò)程中，既浪費(fèi)了測(cè)試的時(shí)間又加速了探針的老化，導(dǎo)致針卡壽命急劇縮短，同樣也會(huì)造成測(cè)試的誤判，需要通過(guò)多次的復(fù)測(cè)才能達(dá)到比較可信的測(cè)試良率。

　　在此針對(duì)接觸電阻稍作說(shuō)明：

　　在實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試中，探針的接觸電阻在很大程度上取決于PAD的材料、清洗的次數(shù)、以及探針的狀況。就探針而言，目前主要有鎢針和鎢錸針兩種，其中鎢錸合金的探針接觸電阻比鎢稍高，抗疲勞性相似。但是，由于鎢錸合金的晶格結(jié)構(gòu)比鎢更加緊密，其探針頂端的平面更加光滑。因此，這些探針頂端被污染的可能性更小，更容易清潔，其接觸電阻也比鎢更加穩(wěn)定。所以一般的探針材料均選用鎢錸合金。

　　另外影響接觸電阻的關(guān)鍵參數(shù)為觸點(diǎn)壓力，觸點(diǎn)壓力的定義為探針頂端施加到接觸區(qū)域的壓力，頂端壓力主要由探針臺(tái)的驅(qū)動(dòng)器件控制，額外的Z運(yùn)動(dòng)（垂直行程）會(huì)令其直線上升，一般情況下，接觸電阻會(huì)隨著壓力的增大，探針從開(kāi)始接觸PAD并逐漸深入PAD氧化物，并接觸到PAD金屬的亞表層而減小，但當(dāng)壓力達(dá)到一定的程度后，接觸電阻就接本保持不變，此時(shí)再增加觸點(diǎn)壓力會(huì)損傷PAD或者芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)致芯片直接失效。因此，在正常的生產(chǎn)過(guò)程中，觸點(diǎn)壓力的大小有比較嚴(yán)格的控制的，一般表現(xiàn)為探針臺(tái)設(shè)置的OVER DRIVER大小。

　　4、CSP封裝量產(chǎn)測(cè)試問(wèn)題的解決

　　由以上分析可知，問(wèn)題的關(guān)鍵在于探針與錫球的接觸電阻過(guò)大，那么如何才能減小接觸電阻或者消除接觸電阻的影響呢？通常，工程師們會(huì)從探針的角度出發(fā)，尋找一種抗沾污能力較強(qiáng)的探針，就目前來(lái)講，這種材料的探針也確實(shí)存在，但費(fèi)用極其昂貴，用其測(cè)試低附加值的消費(fèi)類產(chǎn)品得不償失；另外一種方法就是采用類似成品量產(chǎn)測(cè)試中使用的socket（測(cè)試座），這種socket是用貴金屬金特殊加工的彈簧針來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣接觸，從實(shí)際的應(yīng)用的結(jié)果來(lái)說(shuō)，效果相對(duì)較好，但其價(jià)格為普通探針卡的4到5倍，且壽命比一般的針卡短，因此這種方法也只能作為過(guò)度所用。

　　本文所提到的即經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)單的方法為：借助kelvin的接觸方式（或稱四線測(cè)試方式）來(lái)消除接觸電阻的影響，所謂Kelvin接觸；既對(duì)于每個(gè)測(cè)試點(diǎn)都有一條激勵(lì)線F 和一條檢測(cè)線S，二者嚴(yán)格分開(kāi)，各自構(gòu)成獨(dú)立回路；同時(shí)要求S 線必須接到一個(gè)有極高輸入阻抗的測(cè)試回路上，使流過(guò)檢測(cè)線S 的電流極小，近似為零，這樣在S線上就不會(huì)有電壓損失，檢測(cè)出來(lái)的電壓最為準(zhǔn)確。針對(duì)本文實(shí)例具體做法也非常簡(jiǎn)單，只需要在VO+及VO-端在原來(lái)的基礎(chǔ)上多加上一根探針作為測(cè)量用，讓電流只從另外一根探針上流過(guò)，這樣從這根測(cè)試用探針測(cè)試出來(lái)的電壓值就是很準(zhǔn)確的輸出電壓值了，具體可參考下圖：

　　圖中r1、r2、r3、r4為接觸電阻，上圖為采用一根探針時(shí)的測(cè)量點(diǎn)位置，下圖為采用兩根探針時(shí)的測(cè)量點(diǎn)位置，雖然在下圖中測(cè)量點(diǎn)仍然存在接觸電阻，但此時(shí)流過(guò)接觸電阻上的電流非常小，所產(chǎn)生的壓降幾乎可以忽略不計(jì)，所以測(cè)試的輸出電壓更為準(zhǔn)確。實(shí)踐證明這種方案大大提高了測(cè)試準(zhǔn)確度和測(cè)試效率，已經(jīng)在不同的產(chǎn)品類別中展開(kāi)應(yīng)用。

　　細(xì)心的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)本文所舉的實(shí)例比較特殊，因?yàn)楣Ψ诺姆答侂娮瑁?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tongxin/rf/" target="_blank">Rf1、Rf2，是集成在芯片內(nèi)部的，但如果反饋電阻不在芯片內(nèi)部，而是作為外圍元件，那么之前所提到的接觸電阻將不會(huì)影響輸出電壓波形幅度的測(cè)試，也就沒(méi)有必要使用兩根探針，至于具體原因，讀者可自行分析。另外讀者可能還會(huì)考慮另外一個(gè)問(wèn)題：錫球的大小能否允許同時(shí)扎兩根探針？對(duì)于目前大多數(shù)CSP封裝的錫球而言，其直徑基本在260um左右，間距在500um左右，對(duì)于這樣大小及間距的情況下，同時(shí)扎兩根探針是沒(méi)有問(wèn)題的。另外也沒(méi)有必要每個(gè)錫球上都扎兩根針，而僅僅是在對(duì)接觸電阻比較敏感的錫球采用此種方式即可，這樣也不至于過(guò)多的使用探針而導(dǎo)致成本的提高。

　　本文所提到的CSP的雙針解決方案同樣可以應(yīng)用于晶圓測(cè)試中，但有一個(gè)條件必須滿足：那就是PAD的尺寸大小允許同時(shí)扎上兩根探針，這需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮，也就是人們比較熟悉的DFT（design for test）了。 科學(xué)技術(shù)的研究貴在舉一反三，同一種技術(shù)可以解決不同的問(wèn)題，對(duì)于本文的方案也并不是一種創(chuàng)新的方案，只是借用了前人所提到的kelvin接觸方式而已。另外在此順便說(shuō)一句：當(dāng)你在測(cè)試調(diào)試中，測(cè)試的結(jié)果始終沒(méi)有達(dá)到你的理想時(shí)，你要考慮一下測(cè)試原理圖中不存在的，但在實(shí)際的硬件電路中又的的確確存在的東西，那就是電路中寄生的電阻、電容、電感等無(wú)形元件，本文實(shí)例中影響測(cè)試結(jié)果的只是寄生的電阻，但在其他的項(xiàng)目中影響結(jié)果的可能就是這幾種的組合，這時(shí)就需要你扎實(shí)的電路基礎(chǔ)來(lái)分析了。