PoP模塊芯片級測試方案

摘 要:PoP器件以它集成度高且封裝體積小成為3G產品首選的關鍵部件。目前，如何去測試和判定PoP在模塊級的狀態在各工廠中還尚屬空白。本文將就PoP器件在使用中出現的問題及如何設計一種方案去測試和判定PoP在使用前的預知狀態做較為詳實的分析和介紹。

關鍵詞:POP(package on package)IC(集成芯片)SMT(貼片技術)

中圖分類號：ＴP319.3文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2011)08(c)-0092-01

1 背景

正如上文所述，目前POP這種封裝形式以其獨特的優勢在電子產品領域被廣泛應用，所謂POP就是將兩個單獨封裝的BGA IC上下放置在一起，再通過中間引腳粘連在一起后，再貼裝到相關的PCBA上去應用的一種形式。對于工廠的應用來說，下部的IC是Argon CPU芯片，上部為Flash part芯片，SMT機器在貼裝過程中是先貼裝Argon CPU IC然后將上部的Flash part先粘上Flux再貼裝到Argon CPU上去。這樣就帶來了諸如兩片IC之間的制程問題，如果手機主板因為PoP問題測試下線，分析工程師在更換PoP時，所用的PoP是提前將兩片IC焊接在一起的，但是因為沒有PoP的使用前的預先測試和判定方案，分析工程師往往是更換完PoP后進行板測，如果此PoP不能用的話就要再更換，這樣就給分析工程師帶來了許多不必要的重復勞動，因此設計一種PoP用前的預測試和判定方案對于我們來說是非常緊急和勢在必行的。

2 方案研究

從PoP的貼裝結構示意圖及生產線的反饋數據，我們得到PoP兩片IC間的焊接粘連問題是PoP器件在使用時最主要的問題，那么能否找到一種解決方案來對PoP器件在使用前就進行測試和判定呢？PoP與手機主板相連，其連接的引腳數達604個，這么多的引腳如何去逐腳測量和連接是我們首先要克服的難點之一，因此找到一種適合的測試夾具是解決這一難點的關鍵一步。目前最常見測試夾具大多采用測試探針作為連接介質，但對于604這么多的引腳和引腳直徑僅為0.25mm間隔0.30mm的引腳排列密度來說，用測試探針作為連接介質無疑是難度較大且成本較高的，維護也較為困難，經過我們的對多種連接介質的搜集和現有方案的比較和論證，我們決定使用一種新型的導電膠的材料來作為連接介質代替目前通用的測試探針的方案，但是我們也并沒放棄測試探針這一傳統的測試應用方案，下面就分別來闡述這兩種方案的設計、試驗過程以及測試原理。

3 方案1：導電膠方案（ACF）

3.1 夾具設計

導電膠是一種新型的導電材料，其厚度很薄且只能是在0.01mm直徑范圍內垂直上下導通而與周圍單元絕緣。我們利用這一特性并考慮結合測試平臺設計一款測試夾具，先將一塊測試好的手記主板的PoP器件摘掉并處理好焊盤部位后植入夾具內部，將夾具上部的壓蓋在PoP的對應位置處挖空，先把導電膠放入并固定，再放入被測的PoP器件，然后用壓頭壓緊，通過測試線纜給手機主板加電并與PC USB端口連接等待測試。

3.2 測試原理

既然是依托手機主板，我們就設計采用NexTest（生產測試平臺）測試平臺的在線刷機的方法來判定PoP的狀態，如圖三所示，首先把待測PoP放入夾具后給手機主板家加電開機，這樣PC通過USB端口來搜索和發現是否有設備接入，一旦找到就會完成設備枚舉過程，當成功完成枚舉過程后，NexTest測試平臺就會通過操作者輸入的條碼到相關的服務器上進行相關的型號的驗證和程序調用。然后通過Argon CPU IC 向其上面的Flash part IC燒入從服務器上調用的引導程序，這樣在燒寫的過程中就驗證了Argon CPU IC與Flash part IC之間的地址線、數據線、控制線以及電源線、地線等的連接情況，對于引腳間的連焊與開焊的情況在在線刷機的時將會測試失敗，反之則會測試通過，這樣就實現了PoP器件的用前測試，從而保證了PoP的在使用前的狀態控制。

3.3 實驗驗證

我們利用此方案進行了548片的全程控制跟蹤測試，通過PoP測試發現5片PoP測試失敗，得到了543片測試通過的PoP器件，經過與500片不經過PoP測試的進行了數據比較后，得到的結果不難看出，PoP器件的使用情況得到了很大的改善，從8000ppm 降到了1832ppm，從這次試運行的結果，我們也得到了導電膠夾具的優缺點，總結如下：

優點：結構簡單，成本低，維護方便，有現成的測試平臺

缺點：導電膠壽命短，只適合于小規模、小批量生產使用

4 方案2:探針方案

4.1 夾具設計

我們對PoP器件的604個引腳的功能和定義進行了仔細的分組和分析，發現在Argon CPU與Flash part之間的有用連接引腳數為160腳，因此我們如果能用I/V curve（電流電壓曲線）的測試原理用在掃描這160個引腳上，不僅能測試和判定PoP的連接狀態，而且由于引腳數量從604個降到160個，使測試探針的夾具的復雜性大大降低，又因為用I/V curve的測試就可以脫離手機主板，不用寫入手機軟件使測試程序和方案變得單一，但是I/V curve的測試連接接口比導電膠方案會變得復雜。

4.2 探針方案實驗

從試驗結果和分析可以看出引腳的連接好、壞的明顯區別，如果連接引腳連接良好，我們就能得到反饋明顯的I/V curve曲線，反之，如果連接引腳開路，那么我們的得到I/V curve曲線將是將是非常明顯的區別于連接良好的短路或者開路的反饋曲線。測試引腳從604降到160以后，讓我們來總結一下測試探針的夾具的優缺點：

優點：測試程序、方案單一，不依賴手機主板，不燒寫手機軟件，壽命長，可用于大規模、大批量生產。

缺點：成本投入高，夾具結構相對復雜。

5 結論

PoP器件的用前測試方案的實現，使PoP器件的測試從無到有，以目前天津廠的3G產能來說，每節省或者少報廢一片PoP器件，將為我們節省$42美元，這無疑降低了我們的轉化成本，同時也降低和減少了分析工程師的無謂的勞動負荷，提高了維修效率，降低了Ana.的WIP存量和報廢成本，更為關鍵的是實現了PoP器件的質量控制，使PoP器件的焊接和放置貼裝問題得到了及時的反饋，使前線的PoP failure rate 得到了很大的改善，減少了PCBA板級的測試下線，目前此二種方案正在評估測試之中。

Reference

[1]Argon+/Atlas Platform Hardware Design Specification.

[2]15x15 PoP MCP Memory IC，512 512M b M 1.8V Burst Flash.