简述集成电路老化测试插座的结构形式

# 新闻 2013-08-29 17:08 来源：中国电力电子产业网

　　摘要：集成电路(IC)老化测试插座(以下简称老化测试插座)主要应用于集成电路产品的检测、老化、筛选等场合，其最大的用户是集成电路器件制造厂。本文对集成电路老化测试插座的结构形式做一简单的介绍。

　　集成电路制造厂对其生产的每种集成电路封装器件都要进行老化测试，所以集成电路需求量的迅速增长，为老化测试插座产业也提出了更高的要求，必须具备与产量和品种相适应的老化测试插座。老化测试插座是对集成电路进行可靠性验证和各类环境适应性试验的必备的试验装置。

　　集成电路封装的结构型式

　　集成电路芯片的封装技术已历经了好几代的变迁，技术指标一代比一代先进，如芯片面积与封装面积越来越接近，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚节距减小，可靠性提高，更加方便等等。芯片封装形式很多，但就其与PCB的安装方式来看主要有以下两类封装：通孔式封装和表面贴装式封装。

　　通孔式封装，是IC的引脚通过穿孔插进电路板，在板的背后焊接。主要包括双列直插式封装(DIP)和针栅阵列封装(PGA)。较受欢迎的表面贴装式封装，是将芯片载体(封装)直接焊接在PCB上的封装。包括：小外形封装SOP;四方扁平封装QFP;塑料引线芯片载体封装PLCC;无引线陶瓷芯片载体封装LCC;球栅阵列封装BGA、芯片级封装CSP等。

　　老化测试插座的结构

　　无论是通孔式封装还是表面贴装式封装，生产制造过程中的老化测试都是一个重要环节，所以老化测试插座是随着集成电路的发展而发展的。老化测试插座的结构是根据集成电路封装结构的不同而设计的，其命名与集成电路封装形式一致。因此，为了顺应集成电路的飞速发展，一般而言，有什么样的封装形式就有什么样的老化测试插座。并且由于集成电路封装节距小、密度大，所以给老化测试插座的设计与制造带来了很大的难度。下面对老化测试插座的结构作简单介绍。

　　通孔式封装老化测试插座

　　单、双列直插式封装老化测试插座

　　单、双列直插式封装的I/O接脚是从封装的对边伸延出来的，然后弯曲(见图1)。双列直插式封装有塑料PDIP和陶瓷CDIP两种，中心距为2.54mm或1.778mm，一般是8~64接脚，而塑料封装DIP的接脚数目通常可以多至68。因为压模和引线框的关系，令制造尺寸更大的DIP有困难，导致接脚数目局限在68以内。由于DIP接脚数目比较少，最多为68，所以DIP老化测试插座一般采用低插拔力片簧式结构(见图2)，此结构由接触件和绝缘安装板组成。接触件采用片簧式结构使封装引线，与片簧式接触件双面接触，耐磨损，并易于插拔。

　　图1 直插式封装老练测试插座

　　图2 片簧式结构老练测试插座

　　虽然国内外大多数IC生产厂家在对DIP进行老化测试时采用上述的片簧式结构，也有少数的IC生产厂家采用手柄式老化测试插座，这种插座是零插拔力结构，设计制造难度比较大，价格也比较高，所以也有少数IC生产厂家使用圆孔式结构(见图3)，即装机用DIP插座，因装机用DIP插座插拔力小，接触可靠，并且价格很便宜。

　　图3 圆孔式老练测试插座

　　针栅阵列封装(PGA)封装老化测试插座

　　PGA是通孔封装中的一种流行封装，它是一个多层的芯片载体封装，外形通常是正方形的，这类封装底部焊有接脚，通常用在接脚数目超过68 的超大规模IC(VLSI)上。当需要高接脚数目或低热阻时，PGA是DIP的最佳取代封装方式。PGA封装的外形见图4。

　　图4 PGA封装外形

　　PPGA为塑料针栅阵列封装，CPGA为陶瓷针栅阵列封装其节距为2.54mm。而FPGA为窄节距PGA，目前接脚节距为0.80mm、0.65mm的FPGA为主流。目前国内常用的PGA封装接脚数目从100(10×10)到441(21×21)或更多。

　　对于接脚数目少于100线的PGA封装进行老化测试时，国内有一小部分生产厂家采用性价比较好、插拔力较小的圆孔插入式插座(见图5)。而对于超过接脚数目100的，则要使用零插拔力老化测试插座。

　　图5 圆孔插入式插座

　　PGA零插拔力老化测试插座的结构形式(见图6)。使用时把这种插座的手柄轻轻抬起，PGA就可以很容易、轻松地插入插座中，然后将手柄水平放置到原处，利用插座本身的特殊结构生成的挤压力，将PGA的接脚与插座牢牢地接触，绝对不存在接触不良的问题，而拆卸PGA芯片只需将插座的手柄轻轻抬起，则压力解除，PGA芯片既可轻松取出。由于PGA零插拔力插座使用方便，接触可靠，也常用于装机。例如，计算机主机中的CPU就使用的是PGA零插拔力插座。

　　图6 PGA零插拔力老练测试插座

　　表面贴装式封装老化测试插座

　　表面贴装式封装形式

　　QFP四方扁平封装适用于高频和多接脚器件，四边都有细小的“L”字引线(见图7)。小外形封装(SOP)的引线与QFP方式基本相同。唯一区别是QFP一般为正方形，四边都有引线，而SOP则是两对边有引线，见图8。

　　图7 QFP四方扁平封装

　　图8 小外形封装

　　QFP在电路板的占位比DIP节省一倍。外形可以是正方形或长方形，引线节距为1.27mm、1mm、0.8mm、0.65mm和0.5mm，引线数目由20~240。而SOP的引线节距最大为1.27 mm，最小为0.5 mm，比DIP要小很多。到了20世纪80年代，出现的内存第二代封装技术以TSOP为代表，它很快为业界所普遍采用，到目前为止还保持着内存封装的主流地位。

　　LCC系列封装是无引线封装，其引线是采用特殊的工艺手段附着在陶瓷底板上的镀金片，节距为1.27 mm，常见芯数为18、20、24、28、68等。封装形式见图9。

　　图9 LCC系列封装

　　塑料有引线芯片载体(PLCC/JLCC)是TI于1980年代初期开发的，是代替无引线芯片载体的一个低成本封装方式。PLCC是J形弯曲(J-bend)的，那是说这封装的接脚向内弯曲成“J”的形状，所以有些厂家也叫JLCC 或QFJ(见图10)。PLCC的优点是占的安装位置更小，而且接脚受封装保护。PLCC通常是正方形或长方形，四边都有接脚，节距为1.27 mm或0.65 mm。引线数常见的有18、20、22、28、32、44、52、68、84。

　　图10 塑料有引线芯片载体

　　J形引线小外形封装(SOJ)的对边伸延出来的，然后弯曲成“J”形(见图11)，引线形状与PLCC相同，不过PLCC的引线分布在四边，其引线节距为1.27 mm，常用芯数为16、20、24、26、28、32、34、40、44(节距为0.80)。

　　图11 J形引线小外形封装

　　为满足发展的需要，在原有封装方式的基础上，又增添了新的方式——球栅阵列封装(BGA)、盘栅阵列封装(LGA)，芯片尺寸封装(CSP)、多芯片组件(MCM)等等，其外形见图12，由图可以看出，这几种封装形式充分利用整个底部来与电路板互连，用的不是接脚，而是焊锡球，因此除了封装方便容易外，还缩短了与PCB板之间的互连距离。

　　图12 几种新的封装方式

　　表面贴装式封装老化测试插座

　　表面贴装式封装的飞速发展，也带动了表面贴装式封装老化测试插座产业的迅速发展。目前用于表面贴装式封装的老化插座的结构形式主要有两种：按压式和翻盖式。这两种结构都能很好地保护集成电路封装件，并且方便快捷，不需要专用工具就能放入和取出封装件。

　　按压式测试插座由安装板、施力装置、定位装置、接触件等零件组成，其结构形式如图13所示，常见的外形见图14。使用时操作者要按压插座的施力装置，将表面贴装式封装件放置在接触件上，并且借助于定位装置很好地定位，松开施力装置使其施加给封装件的“L” 形、“J”形或焊锡球形引线足够的力，使得引线与接触件之间形成可靠的接触。国内IC生产厂家也曾使用过这种结构形式，通过使用发现存在两个比较大的问题，一是按压力太大，不宜操作;二是由于手压施力装置时容易造成接触件受力不均匀，使得图13所示的接触件受力后，变形处易折断，一个接触件损坏，整个插座就报废了。所以一般情况下对于芯数比较少的表面贴装式封装件使用按压式结构的IC生产厂家还是比较多的，比如J形弯曲引线的PLCC和SOJ，在老化测试时一般选用此种结构形式。

　　图13 按压式老化测试插座结构示意图

　　图14 常见的按压式测试插座外形

　　翻盖式老化测试插座主要用于表面贴装式封装的夹具，其施力装置是由带挂钩或卡块的不锈钢或塑料盖子。QFP、SOP封装件的引线为”L”状，非常的脆弱，其引线的节距分别为1.27 mm、1.02 mm、0.8 mm等。为了保护封装件的引线，QFP系列夹具结构设计时应有便于放置封装件的结构件。到目前为止用于QFP和SOP的翻盖式老化测试插座有两种结构形式。

　　一种是图15所示的结构，由盖板、卡块、安装板和接触件等零件组成，接触件安装在安装板的槽中，接触件的接触部位与安装板的槽顶端有一定的距离H，封装件的各个引线既可直接放置每个接触件上安装板的槽中，这样的结构在盖子扣到位后，既可以在夹具工作过程中很好地保护封装件，又可以使封装件的引线与夹具的接触件可靠地接触。

　　图15 翻盖式老化测试插座机构形式(1)

　　另一种也是目前比较受欢迎的结构，在带挂钩的盖板与接触件之间增加一个固定封装件的绝缘装置(见图16)，其中的定位板上设计有与封装件的引线的节距与数量相等的细长槽，测试、老化时将QFP或SOP封装件放置在固定装置后，再将固定装置放置在插座的接触件上，盖板锁紧后，即可以保证引线与接触件可靠地接触，又能保护引线不受损害，不变形。其最大优点就是操作方便，使用寿命长，比较受IC生产厂家的欢迎。