晶圆、晶片和封装分别是什么？_测试_暗记

半导体电路最初因此晶圆形式制造出来的。
晶圆是一个圆形的硅片，在这个半导体的根本之上，建立了许多独立的单个的电路；一片晶圆上这种单个的电路被称为die（我前面翻译成"晶片"，不一定准确，大家还是称之为die好了），它的复数形式是dice.每个die都是一个完全的电路，和其他的dice没有电路上的联系。

当制造过程完成，每个die都必须经由测试。
测试一片晶圆称为"Circuit probing"（即我们常说的CP测试）、"Wafer porbing"或者"Die sort"。
在这个过程中，每个die都被测试以确保它能基本知足器件的特色或设计规格书（Specification），常日包括电压、电流、时序和功能的验证。
如果某个die不符合规格书，那么它会被测试过程判为失落效（fail），常日会用墨点将其标示出来（当然现在也可以通过Maping图来区分）。

在所有的die都被探测（Probed）之后，晶圆被切割成独立的dice，这便是常说的晶圆锯解，所有被标示为失落效的die都报废（扔掉）。
图2显示的是一个从晶圆上锯解下来没有被标黑点的die，它即将被封装成我们常日看到的芯片形式。

在一个Die封装之后，须要经由生产流程中的再次测试。
这次测试称为“Final test”（即我们常说的FT测试）或“Package test”。
在电路的特性哀求界线方面，FT测试常日实行比CP测试更为严格的标准。
芯片大概会在多组温度条件下进行多次测试以确保那些对温度敏感的特色参数。
商业用场（民品）芯片常日会经由0℃、25℃和75℃条件下的测试，而军事用场（军品）芯片则须要经由 -55℃、25℃和125℃。

芯片可以封装身分歧的封装形式，图4显示了个中的一些样例。
一些常用的封装形式如下表：

DIP： Dual Inline Package (dual indicates the package has pins on two sides) 双列直插式

CerDIP：Ceramic Dual Inline Package 陶瓷

PDIP： Plastic Dual Inline Package 塑料

PGA： Pin Grid Array 管脚阵列

BGA： Ball Grid Array 球栅阵列

SOP： Small Outline Package 小型外壳

TSOP： Thin Small Outline Package

TSSOP：Thin Shrink Small Outline Package (this one is really getting small!)

SIP： Single Inline Package 单列直插

SIMM： Single Inline Memory Modules (like the memory inside of a computer)

QFP： Quad Flat Pack (quad indicates the package has pins on four sides)

TQFP： Thin version of the QFP

MQFP： Metric Quad Flat Pack

MCM： Multi Chip Modules (packages with more than 1 die (formerly called hybrids)

随着集成电路繁芜度的提高，其测试的繁芜度也随之水涨船高，一些器件的测试本钱乃至占到了芯片本钱的大部分。
大规模集成电路会哀求几百次的电压、电流和时序的测试，以及百万次的功能测试步骤以担保器件的完备精确。
要实现如此繁芜的测试，靠手工是无法完成的，因此要用到自动测试设备（ATE，Automated Test Equipment）。

ATE是一种由高性能打算机掌握的测试仪器的凑集体，是由测试仪和打算机组合而成的测试系统，打算机通过运行测试程序的指令来掌握测试硬件。
测试系统最基本的哀求是可以快速且可靠地重复同等的测试结果，即速率、可靠性和稳定性。
为保持精确性和同等性，测试系统须要进行定期校验，用以担保旗子暗记源和丈量单元的精度。

当一个测试系统用来验证一片晶圆上的某个独立的Die的精确与否，须要用ProbeCard来实现测试系统和Die之间物理的和电气的连接，而ProbeCard和测试系统内部的测试仪之间的连接则通过一种叫做“Load board”或“Performance board”的接口电路板来实现。
在CP测试中，Performance board和Probe card一起利用构成回路使电旗子暗记得以在测试系统和Die之间传输。

当Die封装出来后，它们还要经由FT测试，这种封装后的测试须要手工将一个个这些独立的电路放入负载板（Load board）上的插座（Socket）里，这叫手工测试（hand test）。
一种快速进行FT测试的方法是利用自动化的机器手（Handler），机器手上有一种打仗装置实现封装引脚到负载板的连接，这可以在测试机和封装内的Die之间供应完全的电路。
机器手可以快速的抓起待测的芯片放入测试点（插座），然后拿走测试过的芯片并根据测试pass/fail的结果放入事先定义好的相应的Bin区。

有一系列的方法被用光降盆和制造数字半导体电路，这些方法称为半导体技能或工艺，常用的技能或工艺包括：TTL (Transistor-Transistor Logic a.k.a. bipolar logic), ECL (Emitter Coupled Logic), SOS (Silicon on Sapphire), and CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor)。
不管什么技能或工艺，出来的产品都要经由测试，这里我们关注数字TTL和CMOS电路。

过去，在仿照和数字电路设计之间，有着显著的不同。
数字电路掌握电子旗子暗记，表现为逻辑电平“0”和“1”，它们被分别定义成一种分外的电压分量，所有有效的数字电路数据都用它们来表示，每一个“0”或“1”表示数据的一个比特（bit）位，任何数值都可以由按照一定顺序排列的“0”“1”比特位组成的二进制数据来表示，数值越大，须要的比特位越多。
每8个比特一组构成一个Byte，数字电路中的数据常常以Byte为单位进行处理。

不同于数字旗子暗记的“0”“1”界线分明（离散），仿照电路时连续的——在任何两个旗子暗记电平之间有着无穷的数值。
仿照电路可以利用电压或电流来表示数值，我们常见的也是最常用的仿照电路实例便是运算放大器，简称运放。

为帮助理解仿照和数字电路数值的基本差别，我们可以拿时钟来比方。
“仿照”时钟上的指针连续地移动，因此所有的任一韶光值可以被不雅观察者直接读出，但是所得数值的准确度或者说精度取决于不雅观察者认知的程度。

而在“数字”时钟上，只有最小增量以上的值才能被显示，而比最小增量小的值则无法显示。
如果有更高的精度需求，则须要增加数据位，每个新增的数据位表示最小的韶光增量。

有的电路里既有数字部分也有仿照部分，如AD转换器（ADC）将仿照旗子暗记转换成数字旗子暗记，DA转换器（DAC）则相反，我们称之为“稠浊旗子暗记电路”（Mixed Signal Devices）。
另一种描述这种稠浊电路的方法则基于数字部分和仿照部分占到电路的多少：数字部分占大部分而仿照部分所占比例较少归于数字电路，反之则归于仿照电路。

一样平常认为测试系统都是通用的，实在大部分测试系统的设计都是面向专门类型的集成电路，这些专门的电路包括：存储器、数字电路、仿照电路和稠浊旗子暗记电路；每种类型下还可以细分成更多种类，我们这里只考虑这四种类型。

我们一样平常认为存储器是数字的，而且很多DC测试参数对付存储类和非存储类的数字器件是通用的，虽然如此，存储器的测试还是用到了一些独特的功能测试过程。
带内存的自动测试系统利用一种算法模式天生器（APG，algorithmic pattern generator）去生成功能测试模型，使得从硬件上天生繁芜的功能测试序列成为可能，这样我们就不用把它们当作测试向量来保存。
存储器测试的一些范例模型包括：棋盘法、反棋盘法、走0、走1、蝶形法，等等…… APG在器件的每次测试时天生测试模型，而不带内存的测试系统将预师长西席成的模型保存到向量存储区，然后每次测试时从中取出数据。
存储器测试常日须要很长的测试韶光去运行所哀求的测试模型，为了减少测试本钱，测试仪常日同时并行测试多颗器件。

仿照器件测试须要精确地天生与丈量电旗子暗记，常常会哀求天生和丈量微伏级的电压和纳安级的电流。
比较于数字电路，仿照电路对很小的旗子暗记颠簸都很敏感，DC测试参数的哀求也和数字电路不一样，须要更专业的测试仪器设备，常日会按照客户的选择在设计中利用分外的测试仪器乃至机架。
仿照器件须要测试的一些参数或特性包括：增益、输入偏移量的电压和电流、线性度、通用模式、供电、动态相应、频率相应、建立韶光、过冲、谐波失落真、信噪比、相应韶光、窜扰、临近通道滋扰、精度和噪声。

稠浊旗子暗记器件包括数字电路和仿照电路，因此须要测试系统包含这两部分的测试仪器或构造。
稠浊旗子暗记测试系统发展为两个系列：大部分数字电路测试构造、少量仿照测试构造的系列，被设计成用于测试以数字电路为主的稠浊旗子暗记器件，它能有效地进行DC参数测试和功能测试，但是仅支持少量的仿照测试；大部分仿照电路测试构造、少量数字测试构造的系列，相反，能够精确地测试仿照参数而在功能测试上稍逊风骚。

仅含有数字逻辑的电路器件可利用数字电路测试系统来完成测试，这些测试系统之间在价格、性能、尺寸、可选项上有着明显的不同。

低真个测试机被用来测试低价格或者低性能的低端产品，常日是些管脚少、繁芜度低的器件；一样平常运行于低于20MHz的时钟频率，且只能存储少量的测试向量；用于小规模（SSI）或中规模（MSI）集成电路的测试。

高真个测试机则是速率非常快（时钟频率高）、测试通道非常多的测试系统；时钟频率常日会达到400MHz，并能供应1024个测试通道；拥有高精度的时钟源和百万bit位的向量存储器。
它们被用于验证新的超大规模（VLSI）集成电路，但是昂贵的本钱阻碍了他们用于生产测试。

而半导体测试工业普遍利用的是中高真个测试设备，它们拥有较好的性价比，在对测试本钱非常敏感的半导体测试行业，这无疑是非常主要的。
这类测试设备多运行在50-100MHz，供应256个测试通道，常日带有一些可选的配置。

为了掌握测试本钱，谨慎地选择能知足器件测试需求的测试设备是非常主要的，选择功能相对付我们器件的测试哀求过于强大的测试系统会使得我们的测试本钱居高不下，而相反的选择会造成测试覆盖率不足；找到设备功能和本钱之间的平衡是测试本钱掌握实质的哀求。

测试负载板是一种连接测试设备的测试头和被测器件物理和电路接口，被固定在针测台（Probe）、机器手（Handler）或者其他测试硬件上，其上的布线连接测试机台内部旗子暗记测试卡的探针和被测器件的管脚。

在CP测试中，负载板连接ProbeCard；在手工测试中，我们将Socket固定在负载板上；而在FT的生产测试中，我们将其连接到Handler.由于测试机在物理和电气上须要与多种类型的设备连接、锁定，因而Loadboard的类型和格局也是多种多样。

测试高速或者大功率的器件须要定制的Loadboard，为担保旗子暗记完全性，这种高性能的定制电路板必须完成阻抗匹配——这对付布局、布线及线长、线宽等都有分外哀求，因此常日须要数月的韶光设计制作，并且价格非常昂贵。

探针卡在CP测试用于连接测试机电路和Die上的Pad，常日作为Loadboard的物理接口，在某些情形下ProbeCard通过插座或者其它接口电路附加到Loadboard上。

测试机的旗子暗记通过弹簧针（pogo pins）连接到ProbeCard底部的Pad上，再由ProbeCard上的布线通往被测的Die上。

转载至知乎-阴郁森林 张斌