高密度封裝技術(shù)推動(dòng)測(cè)試技術(shù)發(fā)展
自80年代中后期開(kāi)始，IC（集成電路）封裝技術(shù)就不斷向著高度集成化、高性能化、多引線和細(xì)間距化方向發(fā)展，并驅(qū)使著一些相關(guān)測(cè)試技術(shù)的淘汰和演變。在電子產(chǎn)品小型化的進(jìn)化壓力推動(dòng)之下，測(cè)試技術(shù)也象物種一樣，遵循著“適者生存”的簡(jiǎn)單法則。留心看看測(cè)試技術(shù)的發(fā)展之路，可以幫助我們預(yù)測(cè)未來(lái)。
自從表面貼裝技術(shù)（SMT）開(kāi)始逐漸取代插孔式安裝技術(shù)以來(lái)，線路板上安裝的元件變得越來(lái)越小，而板上單位面積所包含的功能則越來(lái)越強(qiáng)大。
就無(wú)源表面貼裝元件來(lái)說(shuō)，十年前鋪天蓋地被大量使用的0805元件，今天的使用量只占同類(lèi)元件總數(shù)的大約10%；而0603元件的用量也已在四年前就開(kāi)始走下坡路，取而代之的是0402元件。目前，更加細(xì)小的0201元件則顯得風(fēng)頭日盛。從0805轉(zhuǎn)向0603大約經(jīng)歷了10年時(shí)間。無(wú)疑，我們正處在一個(gè)加速小型化的年代。
再來(lái)看看表面貼裝的集成電路。從10年前占主導(dǎo)地位的四邊扁平封裝(QFP)到今天的倒裝芯片（FC）技術(shù)，其間涌現(xiàn)出五花八門(mén)的封裝形式，諸如薄型小引腳封裝(TSOP）、球型陣列封裝（BGA）、微小球型陣列封裝(μBGA）、芯片尺寸封裝（CSP）等。縱觀芯片封裝技術(shù)的演變，其主要特征是元件的表面積和高度顯著減小，而元件的引腳密度則急驟增加。特別是BGA技術(shù)，已成為現(xiàn)代高密度IC封裝技術(shù)的主流，如圖1所示的NVIDIA公司的GeForce FX圖形芯片（GPU）含有1152個(gè)焊腳，是同等尺寸大小QFP所容納引腳數(shù)的3-4倍。但高I/O數(shù)也給傳統(tǒng)電路接觸測(cè)試（如ICT）帶來(lái)挑戰(zhàn)，同時(shí)BGA焊點(diǎn)隱藏在封裝體下面，無(wú)法進(jìn)行人工目檢。。
表面貼裝元件尺寸的不斷縮小和隨之而來(lái)的高密度電路安裝，對(duì)測(cè)試帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的人工目檢即使對(duì)于中等復(fù)雜程度的線路板（如300個(gè)元件、3500個(gè)節(jié)點(diǎn)的單面板）也顯得無(wú)所適從。
曾經(jīng)有人進(jìn)行過(guò)這樣的試驗(yàn)，讓四位經(jīng)驗(yàn)豐富的檢驗(yàn)員對(duì)同一塊板子的焊點(diǎn)質(zhì)量分別作四次檢驗(yàn)。
結(jié)果是，第一位檢驗(yàn)員查出了其中44%的缺陷，第二位檢驗(yàn)員和第一位的結(jié)果有28%的一致性，第三位檢驗(yàn)員和前二位有12%的一致性，而第四位檢驗(yàn)員和前三位只有6%的一致性。
這一試驗(yàn)暴露了人工目檢的主觀性，對(duì)于高度復(fù)雜的表面貼裝電路板，人工目檢既不可靠也不經(jīng)濟(jì)。而對(duì)采用微小球型陣列封裝、芯片尺寸封裝和倒裝芯片的表面貼裝線路板，人工目檢實(shí)際上是不可能的。
不僅如此，由于表面貼裝元件引腳間距的減小和引腳密度的增大，傳統(tǒng)的電路接觸式測(cè)試受到了極大限制。據(jù)北美電子制造規(guī)劃組織預(yù)計(jì)，在2003年后利用在線測(cè)試對(duì)高密度封裝的表面貼裝線路板檢測(cè)將無(wú)法達(dá)到滿(mǎn)意的測(cè)試覆蓋率。以1998年100%的測(cè)試覆蓋率為基準(zhǔn)，估計(jì)在2004年后這測(cè)試覆蓋率將不足50%，而到2010年后，測(cè)試覆蓋率將不足10%。另外在線測(cè)試技術(shù)還存在的背面電流驅(qū)動(dòng)、測(cè)試夾具費(fèi)用和可靠性等問(wèn)題的困擾，種種跡象表明這一技術(shù)的發(fā)展已走到了盡頭。
柳暗花明: 光學(xué)檢測(cè)技術(shù)帶來(lái)測(cè)試新體驗(yàn)
技術(shù)的發(fā)展絕不會(huì)因?yàn)樯鲜隼щy就停滯不前，測(cè)試檢驗(yàn)設(shè)備制造商推出了像自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（Automatic Optical Inspection，簡(jiǎn)稱(chēng)AOI）設(shè)備和自動(dòng)X射線檢測(cè)（Automatic X-ray Inspection，簡(jiǎn)稱(chēng)AXI）設(shè)備等這樣的產(chǎn)品來(lái)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。事實(shí)上，這兩種設(shè)備在被大量用于線路板制造工業(yè)以前，就已經(jīng)在半導(dǎo)體芯片制造封裝過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。不過(guò)，它們還需要進(jìn)一步的創(chuàng)新才能真正應(yīng)對(duì)由表面貼裝元件小型化和高密度線路板帶來(lái)的測(cè)試?yán)щy。
現(xiàn)在的AOI系統(tǒng)采用了高級(jí)的視覺(jué)系統(tǒng)、新型的給光方式、增加的放大倍數(shù)和復(fù)雜的算法，從而能夠以高測(cè)試速度獲得高缺陷捕捉率。AOI系統(tǒng)能夠檢測(cè)下面錯(cuò)誤；元件漏貼、鉭電容的極性錯(cuò)誤、焊腳定位錯(cuò)誤或者偏斜、引腳彎曲或者折起、焊料過(guò)量或者不足、焊點(diǎn)橋接或者虛焊等。AOI除了能檢查出目檢無(wú)法查出的缺陷外，AOI還能把生產(chǎn)過(guò)程中各工序的工作質(zhì)量以及出現(xiàn)缺陷的類(lèi)型等情況收集，反饋回來(lái)，供工藝控制人員分析和管理。
未來(lái)展望: 組合測(cè)試技術(shù)成為測(cè)試首選
預(yù)測(cè)今后20年里那一種測(cè)試技術(shù)會(huì)取得成功或者被淘汰不是一件簡(jiǎn)單的工作，因?yàn)檫@不僅需要總結(jié)過(guò)去，還需要清楚地了解未來(lái)的應(yīng)用情況。但從近幾年的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，使用多種測(cè)試技術(shù)，會(huì)很快成為這一領(lǐng)域的測(cè)試首選，如圖5所示。
由于AXI/ICT組合測(cè)試具有較多的優(yōu)點(diǎn)，在過(guò)去的兩三年里，應(yīng)用AXI/ICT組合測(cè)試線路板的情況出現(xiàn)了驚人的增長(zhǎng)。很多公司如朗訊、思科和北電等都采用了AXI/ICT組合測(cè)試。但昂貴的價(jià)格是阻礙廠商采用AXI技術(shù)的一個(gè)主要因素。目前，AXI檢測(cè)設(shè)備的價(jià)格是AOI純光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的3到4倍。不過(guò)這種情況正在得到改善。AXI技術(shù)需要的數(shù)字相機(jī)的成本正在迅速降低，業(yè)界已開(kāi)始從512×512像素AXI系統(tǒng)轉(zhuǎn)向1024×1024甚至2048×2048像素系統(tǒng)。處理器和存儲(chǔ)器芯片價(jià)格的降低，使AXI系統(tǒng)已開(kāi)始采用PC上的處理器進(jìn)行圖形處理，大大增強(qiáng)了它的計(jì)算能力。
正因?yàn)樯鲜鲞@些優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)見(jiàn)得到未來(lái)隨著AXI系統(tǒng)成本的降低和性能的提高以及應(yīng)對(duì)BGA等高密度封裝元件廣泛應(yīng)用所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，采用AXI組合測(cè)試技術(shù)會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
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