谈CPU的封装及测试毕业论文.doc
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1、 四川交通职业技术学院毕业设计(论文) 编号 毕 业 设 计(论 文)题目:谈CPU的封装及测试学 生 姓 名:_ _ 学 号: 系 别: 自动化工程系 专 业: 数 控 技 术 _班 级: 数 控10 - 2 指 导 教 师:_ 四川交通职业技术学院前 言电子技术,在中国这是一门新兴的学科,它涉及的面很广,涵盖了:材料学、物理学、化学等科学、半导体技术、陶瓷技术、焊接技术、薄厚膜技术、真空技术、纳米技术及多种封装技术等等。 本文主要针对Intel成都公司CPU的封装测试相关工艺,对微电子技术的一些知识方向进行描述。Intel作为拥有全球顶尖技术的CPU制造商,它的IC设计和封装技术不断推陈出
2、新,带领着集成电路朝着低功耗、低成本、高集成度、高可靠性的方向发展。而随着环境问题被世人越来越关注,IC的设计选材也开始考虑环境友好问题,Intel最新一代45纳米笔记本微处理器Penryn就已经停止使用含铅材料,且采用Hing-K材料后,能有效降低漏电流、提高集成度、降低电能损,耗延长电池续航能力。英特尔笔记本处理器序列正在进行一次大规模的更新换代,尤其明显的是最低端的赛扬双核和最高端的新酷睿2双核。将原本高阶的处理器放入低一阶的产品序列中,这在T1600身上表现得尤其明显。英特尔于去年四季度推出基于45纳米Penryn架构的奔腾双核T4200处理器,、它无疑已拉开新老奔腾双核之间的差距,加
3、快老款酷睿2处理器的退市速度。45纳米新制程的奔腾双核T4000系列和酷睿2双核T6000系列将会一统中端主流市场.下一步,Intel计划将推出16nm的新架构,将更加体现上述优点。目前,已知的16nm命名为Haswell的CPU,已在小规模生产中。根据Intel最新规划,首16nm桌面双核心处理器Haswell及行动计算机双核心处理器将会于2013年上市,主要针对主流级,均内建绘图核心,主流级至效能四核心级短期内无意导入16nm,仍会由45nm桌面4核心Lynnfield及行动计算机4核心Clarksfield支撑,2013年下半年将推出全新6核心高阶桌面、服务器处理器Gulftown,取代
4、Bloomfield处理器原有地位。 封装正朝着高频率,高信号强度,低能耗,微型化,低成本、优良散热性、适应复杂环境等方向发展。 Intel目前研发的CPU主要包括: wolfdale 、conroe 、woodcrest 、merom 、penryn(3m/6m) 、harpertown、 Clarkdale、 Nehalem。 通过对Intel的整个生产流程的一些了解,本文将对从封装到测试的每个站点进行介绍。而老化作为Intel公司在CPU生产企业中独有的一个站点,它在生产中起到的是什么作用。经老化后的产品有哪些优点都会在本文中介绍。生产的基本操作,以及在生产过程中遇到故障如何排除,机器如
5、何维护都会在后面进行详尽的描述目 录前 言.。. 1 摘 要. 4第 一 章 芯 片 的 封 装 及 测 试 工 艺 概 述. 6第 二 章 因 特 尔 公 司 的 封 装 及 测 试 工 艺. 72.1 站点介绍 2.2 Submark Lasermark 打码 2.3 CAM 芯片贴装 2.4 DEFLUX 去助焊剂 2.5 EPOXY环氧树脂的注塑 2.6 芯片测试 第 三 章 因 特 尔 公 司 的 封 装 及 测 试 工 艺 规 程. 13第 四 章 C T L物 料 转 换. 144.1 CTL站点工艺目的、加工技术 4.2 CTL站点设备结构介绍 4.2.1 卸载机Uoloade
6、r/装载机Loader结构4.2.2 分拣机ACS结构 4.3 人机工程学 4.4 设备维护PM 第 五 章 结 论. 31致 谢. 32参 考 文 献. 33摘 要 中央处理器是英语“Central Processing Unit”的缩写,即CPU,CPU是电脑中的核心配件,只有火柴盒那么大,几十张纸那么厚,但它却是一台计算机的运算核心和控制核心。电脑中所有操作都由CPU负责读取指令,对指令译码并执行指令的核心部件。目前以Intel和AMD所生产的CPU占的市场份额较大,生产技术较前端。中国区域现在主要以封装测试为主,还没有比较成熟的CPU制造技术。我国自主研发的“龙芯”系列CPU,将打开中
7、国在半导体领域的新篇章。 本文只要针对实习单位Intel的CPU部分封装测试工艺流程进行详细说明。以流程为主线,针对低成本老化测试(Low Cost Burn In)站点的工艺进行了更细层次的讲述,包括老化的一些基本概念,老化在半导体生产中的主要作用,站点使用的设备介绍,设备的具体操作,常见设备故障的分析处理关键词 CPU 封装 测试 低成本老化 流程 操作 故障AbstractCPU is the English“Central Processing Unit”of the acronym, that is, CPU, CPU is the heart of computer accesso
8、ries, matchbox only so much, a few dozen sheets of paper so thick, but it is a computer computing core and control core . Computer is responsible for all operations by the cpu command to read the instruction decoding and execution of the core components. At present, as long as Intel and AMD accounte
9、d for by the production of the CPU market share larger than the front-end production technology. China regional now based mainly in packaging and testing, there is no more mature manufacturing technology. China own development “Godson”series CPU, China will open a new chapter in the field of semicon
10、ductors. In this paper, as long as the intern for my part of Intel CPU for packaging and testing process in detail. To process the main line, the aging test for low-cost (Low Cost Burn In) site of the process in more detail about the level, including some of the basic concepts of aging, the site int
11、roduced the use of the equipment, the concrete operation of equipment, common equipment failure analytical processing.Key Word CPU Assembly Test (Low Cost Burn In) Process Operation Fault第一章 芯片的封装及测试工艺概述 芯片封装技术90年代至21世纪初时我国有计划经济向社会主义市场经济过渡的重要时期,初步建立新的经济体系,也是国际产业重组、国际分工不断深化、科学技术突飞猛进发展的时期,世界各国都在把提高产业竞
12、争力和发展高新技术抢占未来经济至高点作为科技工作的主攻方向。在经济和科学技术方面我国与世界各国日益紧密,中国市场与国际市场进一步接轨,面对国内外激烈的市场竞争,企业对技术的需求将更加强化和迫切,先进制造技术将得到更大的重视,机械工业科技发展正面临着挑战与机遇并存的新形势。我们故要抓住机遇,迎接挑战,坚决贯彻“以科技为先导,以质量为主体”的方针,进一步推动机械工业的振兴。我们就必须不断的开发自己的大脑设计出更加科学更加便捷的制造方法和方案。不断提高企业的产品自主开发能力和制造技术水平。第二章 因特尔公司的封装及测试工艺2.1 站点介绍如图所示,每个方框代表一个站点,因特尔的CPU封装测试是一个有
13、着复杂工序的过程,这个过程就是通过各个站点有机的结合起的。每个站点有着它自己的工艺目的。SubmarkAPLCAMDEFLUXEPXOYTRDIOLFPPVLCBIPEVICTLCSAMCMTOLBSFGILASERMARKMTIFVIOuttostrap2.2 Submark Lasermark 打码打码的工艺目的是用于标记。通过打码给每颗芯片一个标记,就相当于“身份证”,这样就便于产品的追踪。当在生产过程中出现了混料,质量缺陷等情况时,可以通过这个标记追查产品在哪个地方出现的问题。这样有了问题及时解决,提高了产品的可靠性。不同产品的标记可能是黑色,灰色,铜标记中的一种。标记的作用:1.提供
14、产品追踪信息。2.向客户提供产品信息。2.3 CAM 芯片贴装通过模版印刷和喷涂的方式在基片的贴装区域印制或者喷涂足够的助焊剂,然后读取基片表面上的2D matkix信息以跟踪基片。再把芯片和基片精确的粘贴在一起然后通过回流焊接形成电连接。在粘贴的时候会造成芯片贴歪的情况,造成这种情况的原因可能是助焊剂过多或者机器的数据不正确。因此每天测助焊剂的厚度和收集数据时都要仔细,保证数据正常。这里的芯片贴装方法属于导电胶粘贴法。导电胶是大家熟悉的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。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
15、为塑料封装常用的芯片粘贴法。以下有三种导电胶的配方可以提供所需要的电互联:1,各向同性材料,它能沿所有方向导电,代替热敏元件上的焊料,也能用于需要接地的元器件。2,导电硅橡胶,它能有助于保护器件免受环境的危害。3,各向异性导电聚合物,它只允许电流沿某一方向流动,提供倒装芯片元器件的电连接和消除应变。2.4 DEFLUX 去助焊剂这个站点的作用就是为了去除芯片回流以后残余在芯片和基片之间的助焊剂和为溶助焊剂,因为助焊剂和残余会减弱环氧树脂和芯片或基片之间的粘连,因此要去除助焊剂对芯片的危害。助焊剂冲洗机的结构图形如图2.4:图2.4 助焊剂冲洗机的示意图它总共分为6个区:B: 冲洗区 对产品的冲
16、洗清洗掉助焊剂主要是去除多余助焊剂。C: 预漂洗区 对产品进行初步的漂洗D: 漂洗区 在次清洗助焊剂和杂质让产品更干净E: 最终漂洗区 最后对产品进行清洗F: 吹干区 用风吹干产品上面的水G:烘干区 把产品的水分充分的烘干,不让水分对产品产生影响这6个区就是冲洗机的主要组成。产品的经过清洗漂洗烘干的主要过程。清洗有一个区,而漂洗有三个区,烘干有两个区它们共同组成机器的6个区域。2.5 EPOXY环氧树脂的注塑它分为EPOXY:Underfill环氧注塑和EPOXY:Cure烘烤。EPOXY:Underfill就是把经过烘烤后的产品把环氧树脂注入到芯片和基片之间以保护焊接点。而EPOXY:Cur
17、e是固化环氧树脂,通过固化炉固化环氧树脂为芯片和基片之间的焊球提供结构化支撑。下面是经过EPOXY过后是CPU如图2.5: 图2.5 环氧树脂的注塑环氧树脂的作用:首先环氧树脂可以保护芯片免受环境影响,耐受机械振动和冲击,在此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于基片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,环氧树脂作用下,元器件的可靠性可以得到提高。通过环氧树脂的作用可以推断出来作为合格的环氧树脂填充料应
18、至少具有以下的要求:(1)填料无挥发性,否则可能导致机械失效。(2)应尽可能减小以消除应力失配。(3)为避免基片产生变形,固化温度要低。因为高的固化温度不但可能引起基片的变形,还可能对芯片造成损坏。(4)填料的粒子尺寸应小于倒装芯片于基片间的间隙。(5)在填充温度下的填料粘滞性要低,流动性要好。(6)填料应具有较高的弹性模量用弯曲强度,求确保喊节点不会断裂。(7)在高温高湿的环境下,填料的绝缘电阻要高,以免产生短路现象。2.6 芯片测试在芯片完成这个封装流程之后,封装厂会对其产品进行质量和可靠性两方面的检测。质量检测主要是检测封装后芯片的可用性,封装后的质量和性能情况,而可靠性则是对封装的可靠
19、性相关参数的测试。在封装芯片做T/C测试的时候,有4个参数,分别为热腔温度,冷腔温度,循环次数,芯片单次单腔停留时间。如表2.6所示的参数代表T/C测试时把封装后的芯片放在150C的热炉15分钟,再通过阀门放入-65C的冷炉15分钟,再放入热炉,如此反复1000次。之后测试电力路性能以检测是否通过T/C可靠性测试。表2.6 温度循环测试参数表 温度 时间 次数 150/-65 15分/各区 1000次从T/C的测试方式可以看出,T/C测试的主要目的是测试半导体封装体热胀冷缩的耐久性。T/S测试即测试封装体抗热冲击的能力。HTS测试,是测试封装体长时间暴露在高温环境下的耐久性试验。HTS测试是把
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