CPU的封装及电性能测试和设备.docx

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CPU的封装及电性能测试和设备

毕业论文

专业

班次

姓名

指导老师

成都电子机械高等专科学校

二00九年六月

CPU的封装及电性能测试和设备

摘要:

英特尔成都产品有限公司是一家主要从事于CPU的封装和测试的公司，而我们作为生产员工则主要是从事于CPU的流水线生产和机器的维护与维修。

要生产CPU，首先你必须要了解一些关于CPU封装的基础知识和决定CPU好坏的主要参数和性能，只有对它懂得越多你才会工作越出色。

对于机器的维护与维修，原器件的工作原理，电路板在机器里的作用等等则需要你在工作中不断的学习不断的总结。

有些东西可能想起来很简单，可真要你亲自动手去做的时候可能会遇到很多麻烦，这些都需要我们在以后的工作中不断的总结不断的提升自己的能力，以更好的适应这份工作。

关键字:

CPU封装测试参数维护维修

Abstract:

IntelChengDuProductLimitedcompanyisdoneCPU’spackageandtesting,ourjobasemployeerofIntelisCPU’sproductionbyproductionlineandmaintenanceandrepairofthemachinery.First,youmusttounderstandsomebasicknowledgeaboutCPU’spackageandparameter,justthemoreyouknowhowtoworkthemoreremarkable.Aboutmaintenanceandrepairofthemachine,theworkingprincipleoftheoriginaldevice,circuitboardintheroleofmachineetcneedcontinuouslearningconstantlysummaryinthework.Somethingmaybeveryeasyinyourbrain,butwhenyoudoityouwillencountsomeproblembyyourself,likethisalsoneedyoutosumarizeandimproveyourabilityinthefutureworkforbettertobeseasonedwiththisjob.

KeyWords:

CPUpackagetestingparametermaintenancerepair

目录

第1章英特尔成都公司的生产流程…………………………………………………1

1.1芯片封装技术………………………………………………………………………1

1.1.1概念……………………………………………………………………………1

1.1.2封装的目的……………………………………………………………………1

1.1.3芯片封装所实现的功能………………………………………………………1

1.2芯片封装的一般工艺流程…………………………………………………………2

1.2.1芯片切割………………………………………………………………………2

1.2.2芯片贴装………………………………………………………………………2

1.2.3芯片互连………………………………………………………………………4

1.2.4成型技术………………………………………………………………………4

1.2.5去飞边毛刺……………………………………………………………………5

1.2.6上焊锡…………………………………………………………………………5

1.2.7切筋成型………………………………………………………………………5

1.2.8打码……………………………………………………………………………6

1.2.9元器件的装配…………………………………………………………………6

1.3英特尔CPU封装流程及各站点简介……………………………………………6

1.3.1CPU无散热盖封装流程………………………………………………………6

1.3.2CPU有散热盖封装流程………………………………………………………7

1.3.3英特尔CPU工厂各站点介绍…………………………………………………8

第2章英特尔的封装工艺……………………………………………………………11

2.1封装工艺的种类…………………………………………………………………11

2.1.1DIP双列直插式封装…………………………………………………11

2.1.2PQFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装……………11

2.1.3PGA插针网格阵列封装………………………………………………11

2.1.4BGA球栅阵列封装……………………………………………………12

2.1.5CSP芯片尺寸封装……………………………………………………13

2.1.6MCM多芯片模块………………………………………………………13

2.2英特尔现大多用的芯片封装工艺…………………………………………14

2.2.1FCPGA……………………………………………………………………14

2.2.2BGA………………………………………………………………………14

2.2.3LAG………………………………………………………………………15

第3章英特尔CPU的电性能测试和设备……………………………………………………………………………16

3.1L1（生产员工）知识………………………………………………………………16

3.1.1测试批次分类………………………………………………………………16

3.1.2不同的测试socket…………………………………………………………16

3.1.3必须的设备和原料…………………………………………………………16

3.1.4常规安全指导方针/紧急事件的步骤………………………………………17

3.1.5必须的化学品………………………………………………………………17

3.1.6化学品溢出清理……………………………………………………………17

3.1.7标定锁定（LockOutTogOut,LOTO）……………………………………18

3.1.8危险能量类型………………………………………………………………18

3.1.9设备危险……………………………………………………………………18

3.1.10人机工程……………………………………………………………………19

3.1.11准备待处理的批次…………………………………………………………20

3.1.12加载输入料盘………………………………………………………………21

3.1.13卸载分类料盘………………………………………………………………21

3.1.14针对除FQA和CFQA之外的所有批次…………………………………22

3.1.15FQA%CFQA批次处理程序…………………………………………………23

3.1.16结束一个批次………………………………………………………………24

3.1.17交班…………………………………………………………………………25

3.1.18关于CPU的一些基本知识介绍和其发展历史……………………………26

3.2L2（机器维修员工）知识……………………………………………………33

3.2.1首先熟悉机器结构…………………………………………………………33

3.2.2测试过程中units丢失的处理流程图和解决方法…………………………34

3.2.3Chuck（对CPU进行加热的设备）的维修……………………………………37

3.2.4Chuck获取温度失败时的解决办法…………………………………………38

3.2.5机器中常用的传感器（sensor）……………………………………………39

3.2.6PCS系统（一种监视测试过程中的温度的系统）……………………………39

3.2.7临界边缘设备方针（MarginalToolPolicy,MTP）……………………40

3.3机器常见问题及解决方法………………………………………………………41

3.3.1Chuck（一种直接对CPU进行加热的装置）和Pusher（一种把CPU加载到Chuck上的一种装置）相撞……………………………………………41

3.3.2I/Omodule的机器手不能精确的将CPU吸住……………………………41

3.3.3机器测试部分不能自动加载测试程序……………………………………41

3.3.4Chuck不能达到精确的测试温度……………………………………………41

3.3.5CPU位置放置错乱导致CPU掉落……………………………………………41

3.3.6机器在生产过程中造成的假死现象………………………………………42

第4章结论……………………………………………………………………………43

谢辞………………………………………………………………………………………44

附录………………………………………………………………………………………45

第1章英特尔成都公司的生产流程

要了解英特尔的生产流程，需了解几种最基本的芯片封装技术。

1.1芯片封装技术

1.1.1概念

芯片封装技术就是将内存芯片包裹起来，以避免芯片与外界接触，防止外界对芯片的损害的一种工艺技术。

空气中的杂质和不良气体，乃至水蒸气都会腐蚀芯片上的精密电路，进而造成电学性能下降。

不同的封装技术在制造工序和工艺方面差异很大，封装后对内存芯片自身性能的发挥也起到至关重要的作用。

随着光电、微电制造工艺技术的飞速发展，电子产品始终在朝着更小、更轻、更便宜的方向发展，因此芯片元件的封装形式也不断得到改进。

芯片的封装技术多种多样，有DIP、POFP、TSOP、BGA、QFP、CSP等等，种类不下三十种，经历了从DIP、TSOP到BGA的发展历程。

芯片的封装技术已经历了几代的变革，性能日益先进，芯片面积与封装面积之比越来越接近1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，以及引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便。

1.1.2封装的目的

集成电路封装的目的，在于保护芯片不受或少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能。

封装为芯片提供了一种保护，人们平时所看到的电子设备如计算机、家用电器、通信设备等中的集成电路芯片都是封装好的，没有封装的集成电路芯片一般是不能够直接使用的。

1.1.3芯片封装所实现的功能

1）传递电能，主要是指电源电压的分配和导通。

电子封装首先要能接通电源，使芯片与电路导通电流。

其次，微电子封装的不同部位所需的电压有所不同，要能将不同部位的电压分配恰当，以减少电压的不必要损耗，这在多层布线基板上尤为重要，同时，还要考虑接地线的分配问题。

传递电路信号，主要是将电信号的延迟尽可能减少，在布线时应尽可能使信号线与芯片的互连路径以及通过封装的I/O接口引出的路径达到最短。

对于高频信号，还应考虑信号间的串扰，以进行合理的信号分配布线和接地线分配。

2）提供散热途径，主要是指各种芯片封装都要考虑元器件、部件长期工作如何将聚集的热量散出的问题。

不同的封装结构和材料具有不同的散热效果。

对于功耗大的芯片或部件封装，还应考虑附加热沉或使用强制风冷、水冷方式，以保证系统在使用温度要求的范围内能正常工作。

3）结构保护与支持，主要是指芯片封装可为芯片和其他连接部件提供牢固可靠的机械支撑，并能适应各种工作环境和条件下的变化。

半导体元器件和电路的许多参数（如击穿电压、反向电流、电流放大系数、噪声等），以及元器件的稳定性、可靠性都直接与半导体表面的状态密切相关。

半导体元器件以及电路制造过程中的许多工艺措施也是针对半导体表面问题的。

半导体芯片在制造出来后，在没有将其封装之前，始终都处于周围环境的威胁当中。

在使用中，有的环境条件极为恶劣，必须将芯片严加密封和包封。

所以，芯片封装对芯片的环境保护作用显得极为重要。

1.2芯片封装的一般工艺流程

1.2.1芯片切割

为了进一步降低生产成本，目前大批生产所用到的硅片多在6寸以上（如8寸、12寸），由于硅片尺寸较大，所以为了其不受到损害，厚度相应增加，这样就给切割以及划片带来了困难，所以在封装之前，一定要对硅片进行减薄处理。

目前，硅片的减薄技术主要有磨削、研磨、化学机械抛光（CMP）、干式抛光（DryPolishing）、电化学腐蚀（ElectrochemicalEtching）、湿法腐蚀（WetEtching）、等离子增强化学腐蚀（Plasma-EnhancedChemicalEtching,PECE）、常压等离子腐蚀（AtmosphereDownstream）等。

由于划片工艺改进，相继开发了“先划片后减薄”（DicingBeforeGrinding,DBG）和“减薄划片”（DicingByThinning,DBT）方法。

DBG法，即在背面磨削之前将硅片的正面切割出一定深度的切口，然后再进行背面磨削。

DBT法，即在减薄之前先用机械的或化学的方式切割出切口，然后用磨削方法减薄到一定厚度以后，采用ADPE腐蚀去除掉剩余加工量，实现裸芯片的自动分离。

这两种方法都很好地避免或减少了减薄引起的硅片翘曲以及划片引起的芯片边沿损害，特别是对于DBT技术，各向同性的Si刻蚀剂不仅能去除硅片背面研磨损伤，而且能除去芯片引起的微裂和凹槽，大大增强了芯片的抗碎裂能力。

1.2.2芯片贴装

芯片贴装（DieBonding或DieMount）也称为芯片粘贴，是将IC芯片固定于封装基板或引脚架芯片的承载座上的工艺过程。

贴装主要有4种方法：

a.共晶粘贴法

共晶粘贴法是利用金-硅合金（一般是69%Au,31%的Si），363℃时的共晶熔合反应使IC芯片粘贴固定。

一般的工艺方法是将硅芯片置于已镀金膜的陶瓷基板芯片座上，再加热至约425℃，借助金-硅共晶反应液面的移动使硅逐渐散至金中而形成的紧密接合。

在共晶粘贴之前，封装基板与芯片通常有交互摩擦的动作用以除去芯片背面的硅氧化层，使共晶溶液获得最佳润湿。

反应必须在热氮气的气氛中进行，以防止硅的高温氧化，避免反应液面湿性降低。

润湿性不良将减弱界面粘贴强度，并可能在接合面产生孔隙，若孔隙过大，则将使封装的热传导质量降低而影响IC电路运作的功能，也可能造成应力不均匀分布而导致IC芯片的破裂。

b.焊接粘贴法

焊接粘贴法是另一种利用合金反应进行芯片粘贴的方法，其优点是传导性好。

工艺是将芯片背面淀积一定厚度的Au或Ni,同时在焊盘上淀积Au-Pd-Ag和Cu的金属层。

这样就可以使用Pb-Sn合金焊料很好地焊接芯片在焊盘上。

焊接温度取决于Pb-Sn合金的具体成分。

焊接粘贴法与共晶粘贴法均利用合金反应形成贴装。

因为粘贴的媒介是金属材料，所具有良好热传导性质使其适合高功率元器件的封装。

焊接粘贴法所使用的材料可区分为硬质焊料与软质焊料两大类，硬质的金-硅、金-锡、金-锗等焊料塑变应力值高，具有良好的抗疲劳（Fatigue）下抗潜变（Creep）特性，但使用硬质焊料的接合难以缓和热膨胀系数差异所引发的应力破坏。

使用软质的铅-锡、铅-银-铟焊料则可以改变这一缺点，但使用软质焊料时必须先在IC芯片背面先镀上类似制作焊锡凸块时的多层金属薄膜以利焊料的润湿。

焊接粘贴法的工艺应在热氮气或能防止氧化的气氛中进行，以防止焊料的氧化及孔洞的形成。

c.导电胶粘贴法

导电胶是填充银的高分子材料聚合物，是具有良好导热导电性能的环氧树脂。

导电胶粘贴法不要求芯片背面和基板具有金属化层，芯片粘贴后，用导电胶固化要求的温度时间进行固化，可在洁净的烘箱中完成固化，操作起来简便易行。

因此成为塑料封装常用的芯片粘贴法。

导电填充料是银颗粒或者是银薄片，填充量一般在75%-80%之间，粘贴剂都是导电的。

但是，作为芯片的粘贴剂，添加如此高含量的填充料，其目的是改善粘贴剂的导热性，即为了散热。

因为在塑料封装中，电路运行过程产生的绝大部分热量将通过芯片粘剂和框架散发出去。

导电胶贴装工艺是用针筒或注射器将粘贴剂涂布到芯片焊盘上（要有适合的厚度和轮廓。

对较小芯片而言，内圆角形可提供足够的强度，但不能太靠近芯片表面，否则会引起银迁移现象），然后用自动拾片机（机械手）将芯片精确地放置到焊盘的粘贴剂上面。

对于大芯片，误差小于25µm,角误差小于0.3°。

对于15-30µm厚的粘贴剂，压力在5N/c㎡。

芯片放置不当，会产生一系列的问题，如空洞造成高应力；环氧粘贴剂在引脚上造成搭桥现象，引起内连接问题；在引线键合时造成框架翘曲，使得一边引线应力大，一边引线应力小，而且为了找准芯片位置，还会使引线键合的生产率降低，成品率下降。

d.玻璃胶粘贴法

玻璃胶为低成本芯片粘贴材料，使用玻璃胶进行芯片粘贴时是先以盖印（Stamping）、网印（ScreenPrinting）、点胶（SyringeDispense）的技术将胶原料涂布于基板的芯片座中，将IC芯片置放在玻璃胶上后，再将封装基板加热至玻璃熔融温度以上即可完成粘贴，冷却过程中谨慎控制降温的速度以免造成应力破裂，这是使用玻璃粘贴法应注意的事项。

除了一般的玻璃胶之外，胶材中也可填入金属箔（银为最常使用的填充剂）以提升热、电传导性能。

玻璃胶粘贴法的优点为可以得到无空隙、热稳定性优良、低接合应力与低湿气含量的芯片粘贴；它的缺点为胶中的有机成分与溶剂必须在热处理时完全去除，否则对封装结构及其可靠度将有所损害。

1.2.3芯片互连

集成电路芯片互连是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属布线焊区相连接，只有实现芯片与封装结构的电路连接才能发挥已有的功能。

a.打线键合技术（WireBonding,WB）

打线键合技术是集成电路芯片与封装结构之间电路互连最常使用的方法。

主要的打线键合技术有；超声波键合（UltrasonicBonding,U/SBonding）、热压键合（ThermocompressionBonding,T/CBonding）、热超声波键合（ThermosonicBonding,T/SBonding）三种。

方法是将细金属线或金属带按顺序打在芯片与引脚架或封装基板的焊垫（Pad）上而形成电路互连。

b.载动自动键合技术（TapeAutomatedBonding,TAB）

载动自动键合技术是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O或基板上的金属布线焊区用具有引线图形金属箔丝连接的技术工艺。

c.倒装芯片键合技术（FlipChipBonding,FCB）

倒装焊（FCB）是芯片面朝下，芯片焊区与基板焊区直接互连的一种方法。

WB和TAB互连都是芯片面朝上的安装互连，而FCB的互连连省略互连线，互连产生的杂散电容，互连电容与互连电感均比WB和TAB小很多，从而更有利于高频高速的电子产品的应用。

同时，芯片安装互连占的基板面积小，因而芯片安装密度高。

通常在倒装焊后，在芯片与基板间填充环氧树脂EpoxyUnderFill，这种环氧树脂的作用是十分重要的。

首先，环氧树脂可以保护芯片免受环境的影响，耐受机械振动和冲击，在此时之前因为只有接触点连接作用，在环境（温度）变化或者收到冲击的时候，接触点很容易发生断裂现象，从而出现可靠性问题；其次环氧树脂可以减小芯片与基板间热膨胀失配的影响，起到缓冲的作用。

同时环氧树脂可以使得应力和应变再分配，减小芯片中心用四角部分凸点连接处应力和应变过于集中。

这样，在环氧树脂的作用下，元器件的可靠性可以提高为原来的5-10倍。

1.2.4成型技术

芯片互连完成之后就到了塑料封装的步骤，即将芯片与引线框架“包装”起来。

这种成型技术有金属封装、塑料封装、陶瓷封装等。

塑料封装是最为常用的封装方式，它占据了90%的市场。

塑料封装的成型技术有多种，包括转移成型技术（TransferMolding）、喷射成型技术（InjectMolding）、预成型技术（Premolding）等，但最主要的成型技术是转移成型技术。

转移成型技术使用的材料一般为热固性聚合物（ThermosettingPolymer）所谓热固化性聚合物是指低温时聚合物是塑性的或流动的，但将其加热到一定温度时，即发生所谓的交联反应（Cross-Linking），形成刚性固体。

若继续将其加热，则聚合物只能变软而不能熔化、流动。

在塑料封装中使用的典型成型技术的工艺是将以贴装芯片完成引线键合的框架带置于模具中，将塑封的预成型块在预热炉中加热（预热温度在90-95℃之间），然后放进转移成型机的转移灌中。

在转移成型活塞的压力下，塑封料被挤压到浇道中，并经过浇口注入模腔（在整个过程中，模具温度保持在170-175℃）。

塑封料在模具中快速固化，经过一段时间的保压，使得模块达到一定硬度，然后用顶杆顶出模块，成型过程就完成了。

1.2.5去飞边毛刺

塑料封装中塑料树脂溢出、贴带毛边、引线毛刺等到统称为飞边毛刺现象。

造成溢料或毛刺的原因很复杂，一般认为是与模具设计、注模条件及塑封料本身有关。

随着模具设计的改进，以及严格控制注模条件，毛刺问题越来越轻了。

在一些比较先进的封装工艺中，已不在进行去飞边毛刺的工序。

去飞边毛刺工序主要有介质去飞边毛刺（MediaDeflash）、溶剂去飞边毛刺（SolventDeflash）、水去飞边毛刺（WaterDeflash）。

另外，当溢出塑封料发生在框架堤坝（DamBar）背后时，可用所谓的树脂清除（Dejunk）工艺。

其中，介质和水去飞边毛刺的方法用得最多。

用介质去飞边毛刺是将研磨料（如粒状的塑料球）与高压空气一起冲洗模块。

在去飞边毛刺过程中，介质会将框架引脚的表面轻微擦磨，这将有助于焊料和金属框架的粘连。

曾经使用天然的介质，如粉碎的胡桃壳和杏仁核，但由于它们会在框架表面残留油性物质而被放弃。

用水去飞边毛刺工艺是利用高压的水流来冲击模块，有时也会将研磨料与高压水流一起使用。

用溶剂来去飞边毛刺通常只适用于很薄的毛刺。

溶剂包括N-甲基吡咯烷酮（NMP）或双甲基呋喃（DMF）。

1.2.6上焊锡

对封装后框架外引脚的后处理可以是电镀（SolderPlating）或是浸锡（SolderDipping）工艺，该工序是在框架引脚上做保护性镀层，以增加其可悍性。

电镀目前都是在流水线式的电镀槽中进行的，包括首先进行的清洗，然后在不同尝试的电镀槽中进行电镀，最后冲洗、吹干，放入烘箱中烘干。

浸锡首先也是清洗工艺，将预处理后元器件在助焊剂中浸泡，现浸入熔融铅锡合金镀层。

工艺流程为：

去飞边→去油→去氧化物→浸助焊剂→热浸锡→清洗→烘干。

1.2.7切筋成型

所谓的切筋工艺，是指切除框架外引脚之间的堤坝（DamBar）以及在框架带上连在一起的地方；所谓的成型工艺则是将引脚弯成一定的形状，以适合装配（Assembly）的需要。

对于成型工艺，最主要的问题是引脚的变形。

对于PTH装配要求而言，由于引脚数较少，引脚较粗，基本上没有问题；而对于SMT装配而言，尤其是高引脚数目框架和微细间距框架器件，一个突出的问题是引脚的非共面性（LeadNonCoplanarity）。

造成非共面性的原因主要有两个：

一是在工艺过程中的不恰当处理，但随着生产自动化程度的提高，人为因素大大