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广东宏展科技技术分享:封装载板尺寸持续扩大,可靠性试验设备选型要点

一、先进封装迈入大尺寸、高堆叠的发展阶段

当前先进封装技术持续迭代,行业公开数据显示,先进封装载板面积正由现阶段 5.5 倍光罩面积,朝着 2028 年 14 倍以上光罩面积演进,单颗封装内部集成 HBM 堆叠数量持续增加。封装物理尺寸不断变大、堆叠层数持续提升,直接带来热密度上涨,封装内部热应力环境趋于复杂。

对于先进封装产品,温度可靠性已经不是可选测试项目。测试是否精准、设备运行是否稳定,直接决定对封装失效风险的判断,大尺寸、高堆叠产品对环境可靠性试验提出更高标准。

二、载板面积扩张,温度均匀性成为测试第一道门槛

载板尺寸持续增大之后,温度均匀性是首要需要解决的测试难题。大尺寸封装载板不同区域,必须承受保持一致的温度应力。如果箱体内温度分布不均,封装中心位置与边缘位置温差过大,会造成同一件样品不同区域经受不一样的热应力,测试结果失真,无法真实反映器件可靠性水平。

同时,大尺寸载板连同测试夹具整体放入腔体,传统小型试验箱的内部空间、承载能力已经无法满足装载需求。这就要求试验设备兼顾腔体容积与温度均匀度两大指标。容积不足无法放下整套测试治具;单纯放大腔体,风道、控温算法跟不上,又会造成箱内温差超标。专业设备厂商需要优化风道结构,搭配成熟温控算法,在大容积与高均匀度之间取得平衡。

三、HBM 堆叠扩展,散热与热应力双重测试压力凸显

随着单封装 HBM 堆叠层数增加,产品测试难度进一步加大。HBM 多层堆叠结构内部散热路径长,芯片内部会形成明显温度梯度;TSV 硅通孔结构在反复温度循环下承受复杂热应力,任意一层互连出现失效,整颗高价值封装器件直接报废。

多芯片共存还带来多热源问题,计算芯片与多颗 HBM 同时工作发热,封装体内部温度分布差异明显。仅仅依靠箱体单点测温远远不够,需要多路温度采集,分别监控不同芯片点位的实际温度,才能够量化评估热应力分布对器件可靠性带来的影响。

HBM 器件采购成本高昂,放大了试验设备的容错要求。一旦设备出现温度过冲、温控漂移,就有可能造成整批样品报废。诸如 15℃/min 速率条件下过冲≤±0.5℃这类指标,不只是宣传参数,更是保护高价值半导体样品的**底线。

四、大尺寸高堆叠先进封装对试验设备的核心要求

综合大载板、高堆叠 HBM 产品的测试场景,试验设备需要同时满足四项核心条件。 第一,充足温域覆盖,能够完成高温工作寿命、低温贮存、高低温循环等全套测试项目; **,大容积下依旧维持良好温度均匀性,保障大尺寸封装样品各位置温度应力一致; 第三,多路温度采集能力,可同步采集封装内部不同芯片、HBM 堆叠点位温度; 第四,具备长期连续稳定运行能力,可以承受数千次不间断温度循环,规避温控异常损坏样品。

除此之外,测试数据需要支撑失效分析闭环。温循过程采集全部温度曲线、设备报警记录,能够和电性能测试结果相互关联,定位失效发生位置,同时满足客户审核、产品认证资料归档需求。

五、广东宏展科技芯片封装整机全层级温度验证方案

广东宏展科技整合高低温试验箱、TC 系列快速温变试验箱、步入式试验箱,构建完整测试产品矩阵,覆盖先进封装各个测试层级。

高低温试验箱常规温域-70℃~+180℃,可定制-80℃~+200℃;控温精度 ±0.3℃,温度均匀度≤±0.5℃,满足 JESD22  A104 标准,胜任封装级长期温度循环、高温工作寿命测试。TC 系列快速温变箱,带载实测速率覆盖 5~25℃/min,选配液氮最高 30℃/min;340L、600L、1000L 中型机型可扩展 24 路温度采集通道,对封装内部多颗芯片、HBM 堆叠做多点位温度监测。中型机型在 15℃/min 工况下,温度过冲≤±0.5℃,均匀度≤±1.5℃,腔体可容纳大尺寸载板连同测试夹具整体装载。

步入式试验箱容积 1000L~10000L,可容纳 42U 整机服务器机柜;机型可承受 50kW 被测件自发热负载,完成算力整机系统级验证。全部机型支持试验程序预存调用,自动生成可追溯报表,方便企业多生产基地统一测试标准。

六、封装技术越先进,可靠性验证体系越要扎实

载板向 14 倍光罩面积演进、HBM 堆叠规模持续扩大,先进封装技术每一次升级,都同步带来温度可靠性测试新难题。封装产品越复杂,就越不能简化可靠性验证环节:大尺寸封装看重腔体温度均匀性,高堆叠器件依赖多点温度采集,批量测试考验设备长期运行稳定性。

广东宏展科技打造从芯片级延伸至系统整机的完整温度验证方案,面向大尺寸、高堆叠先进封装产业提供可靠的测试硬件底座,保障每一件高价值封装器件,都经过充分、可信的全温域可靠性考核。