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技術文章

廣東宏展科技技術分享:封裝載板尺寸持續擴大,可靠性試驗設備選型要點

一、先進封裝邁入大尺寸、高堆疊的發展階段

當前先進封裝技術持續迭代,行業公開數據顯示,先進封裝載板面積正由現階段 5.5 倍光罩面積,朝著 2028 年 14 倍以上光罩面積演進,單顆封裝內部集成 HBM 堆疊數量持續增加。封裝物理尺寸不斷變大、堆疊層數持續提升,直接帶來熱密度上漲,封裝內部熱應力環境趨于復雜。

對于先進封裝產品,溫度可靠性已經不是可選測試項目。測試是否精準、設備運行是否穩定,直接決定對封裝失效風險的判斷,大尺寸、高堆疊產品對環境可靠性試驗提出更高標準。

二、載板面積擴張,溫度均勻性成為測試第一道門檻

載板尺寸持續增大之后,溫度均勻性是首要需要解決的測試難題。大尺寸封裝載板不同區域,必須承受保持一致的溫度應力。如果箱體內溫度分布不均,封裝中心位置與邊緣位置溫差過大,會造成同一件樣品不同區域經受不一樣的熱應力,測試結果失真,無法真實反映器件可靠性水平。

同時,大尺寸載板連同測試夾具整體放入腔體,傳統小型試驗箱的內部空間、承載能力已經無法滿足裝載需求。這就要求試驗設備兼顧腔體容積與溫度均勻度兩大指標。容積不足無法放下整套測試治具;單純放大腔體,風道、控溫算法跟不上,又會造成箱內溫差超標。專業設備廠商需要優化風道結構,搭配成熟溫控算法,在大容積與高均勻度之間取得平衡。

三、HBM 堆疊擴展,散熱與熱應力雙重測試壓力凸顯

隨著單封裝 HBM 堆疊層數增加,產品測試難度進一步加大。HBM 多層堆疊結構內部散熱路徑長,芯片內部會形成明顯溫度梯度;TSV 硅通孔結構在反復溫度循環下承受復雜熱應力,任意一層互連出現失效,整顆高價值封裝器件直接報廢。

多芯片共存還帶來多熱源問題,計算芯片與多顆 HBM 同時工作發熱,封裝體內部溫度分布差異明顯。僅僅依靠箱體單點測溫遠遠不夠,需要多路溫度采集,分別監控不同芯片點位的實際溫度,才能夠量化評估熱應力分布對器件可靠性帶來的影響。

HBM 器件采購成本高昂,放大了試驗設備的容錯要求。一旦設備出現溫度過沖、溫控漂移,就有可能造成整批樣品報廢。諸如 15℃/min 速率條件下過沖≤±0.5℃這類指標,不只是宣傳參數,更是保護高價值半導體樣品的**底線。

四、大尺寸高堆疊先進封裝對試驗設備的核心要求

綜合大載板、高堆疊 HBM 產品的測試場景,試驗設備需要同時滿足四項核心條件。 第一,充足溫域覆蓋,能夠完成高溫工作壽命、低溫貯存、高低溫循環等全套測試項目; **,大容積下依舊維持良好溫度均勻性,保障大尺寸封裝樣品各位置溫度應力一致; 第三,多路溫度采集能力,可同步采集封裝內部不同芯片、HBM 堆疊點位溫度; 第四,具備長期連續穩定運行能力,可以承受數千次不間斷溫度循環,規避溫控異常損壞樣品。

除此之外,測試數據需要支撐失效分析閉環。溫循過程采集全部溫度曲線、設備報警記錄,能夠和電性能測試結果相互關聯,定位失效發生位置,同時滿足客戶審核、產品認證資料歸檔需求。

五、廣東宏展科技芯片封裝整機全層級溫度驗證方案

廣東宏展科技整合高低溫試驗箱、TC 系列快速溫變試驗箱、步入式試驗箱,構建完整測試產品矩陣,覆蓋先進封裝各個測試層級。

高低溫試驗箱常規溫域-70℃~+180℃,可定制-80℃~+200℃;控溫精度 ±0.3℃,溫度均勻度≤±0.5℃,滿足 JESD22  A104 標準,勝任封裝級長期溫度循環、高溫工作壽命測試。TC 系列快速溫變箱,帶載實測速率覆蓋 5~25℃/min,選配液氮最高 30℃/min;340L、600L、1000L 中型機型可擴展 24 路溫度采集通道,對封裝內部多顆芯片、HBM 堆疊做多點位溫度監測。中型機型在 15℃/min 工況下,溫度過沖≤±0.5℃,均勻度≤±1.5℃,腔體可容納大尺寸載板連同測試夾具整體裝載。

步入式試驗箱容積 1000L~10000L,可容納 42U 整機服務器機柜;機型可承受 50kW 被測件自發熱負載,完成算力整機系統級驗證。全部機型支持試驗程序預存調用,自動生成可追溯報表,方便企業多生產基地統一測試標準。

六、封裝技術越先進,可靠性驗證體系越要扎實

載板向 14 倍光罩面積演進、HBM 堆疊規模持續擴大,先進封裝技術每一次升級,都同步帶來溫度可靠性測試新難題。封裝產品越復雜,就越不能簡化可靠性驗證環節:大尺寸封裝看重腔體溫度均勻性,高堆疊器件依賴多點溫度采集,批量測試考驗設備長期運行穩定性。

廣東宏展科技打造從芯片級延伸至系統整機的完整溫度驗證方案,面向大尺寸、高堆疊先進封裝產業提供可靠的測試硬件底座,保障每一件高價值封裝器件,都經過充分、可信的全溫域可靠性考核。