背景分析
電子封裝是集成電路制造中的一項關鍵工藝。在硅或砷化鎵等晶圓上通過使用薄膜工藝技術制造的IC器件尺寸極為微小，且結構也極其脆弱，因此必須使用一套保護措施把它們“包”裝起來，防止IC器件因受到外力或環境因素的影響在輸送與取置的過程中受到破壞。此外，集成電路器件也必須與電阻、電容等無源器件組合成為一個系統才可以發揮特定的功能。因此，電子封裝的主要功能是建立IC器件的保護與組織架構，封裝工藝流程始于IC芯片完成之后，包括IC芯片的粘結固定、電路互連、結構密封、與電路板的接合、系統組合、以至于產品完成之間的所有工藝，其目的是完成IC芯片與其它必要的電路零件的組合，以傳遞電能與電路信號、承載結構保護、提供散熱途徑等功能。

芯片的封裝有各種不同的形態，封裝的形態以及該用何種工藝技術與材料去完成由產品的電磁、熱傳導、可靠度之需求、材料與工藝技術、成本價格等因素所決定。

集成電路（IC）的電磁環境可靠性，也叫集成電路的電磁兼容性，是衡量IC器件在預定電磁環境下工作時是否會對其他器件的工作產生騷擾，同時自身性能是否會受到其他器件所騷擾的一個指標。對于集成電路來說，這個指標的提出是電子產品電磁環境高可靠設計的需求，同時也是芯片集成度日益增高時電磁環境可靠性問題越來越突出以致直接關系到芯片性能的結果。建立可靠的EMI調試手段的目的則在于排除產品內部的EMI問題，提高產品質量；體現在電路設計上，應當從源頭環節降低產品對外的電磁干擾；在電路設計上考慮產品的抗干擾性能，提高產品的電磁環境適應能力。

必要性分析

任務的技術特點和難點

隨著電子產品芯片復雜度不斷提高，噪聲容限、功耗和特征尺寸不斷降低，同時，隨著互連線所傳輸的脈沖信號擴展到微波、毫米波頻段，互連線已不能簡單視為無電阻，無電容，無電感的金屬導線。在高頻或交流的情況下，信號的波長已與封裝引線的尺寸處于同一數量級，信號脈沖在互連線上呈現明顯的波動效應。因此，在現代高速大規模集成電路系統中，封裝結構尤其是互連線系統對整個電路系統電特性的影響日趨明顯，對互連、封裝結構電氣特性的分析在整個高速集成電路系統的分析和設計中占有越來越重要的地位。

由于集成電路的由于其設計任務不同，以致功能不同，設備構成不同，這樣影響輻射的基本條件因素較為多樣，很難得到形成具有普遍制導意義的規則，需要利用測試設備進行電磁問題識別。

芯片級電磁兼容的描述是一個相對較新的學科，盡管對于電子系統及子系統已經有了說明詳細的標準和輻射參考標準，但對于在這些系統中應用到的集成電路來說卻是一個空白。尤其是近年來集成電路的制造工藝在不斷提高，已從超深亞微米進入到納米階段，加工芯片的特征尺寸進一步減小。于是，越來越多的功能，甚至是一個完整的系統都能夠被集成到單個芯片之中。這就使得芯片級電磁兼容顯得尤為突出。

進行集成電路封裝電磁輻射噪聲測試，需要達到兩個方面的要求：
（1）要了解集成電路在當前封裝下的輻射噪聲量級； 
（2）要定位出當前小片上集成電路封裝內電磁輻射量過大的區域；

要完成這樣的要求，*可靠的測試是采用近場測試系統對集成電路封裝進行直接的測試，而目前的普通近場電磁輻射測試系統設備的空間分辨率精度普遍在1mm的左右，對于芯片這樣的尺寸來說顯較大，因此需要空間測試精度更高的測試系統對封裝本體和引腳進行細致的掃描。

購置的必要性

標準的EMI測試需要在暗室里完成。對于已經有電磁兼容測試暗室，但暗室測試只能判斷產品是否合格，無法具體細則判斷什么原因造成測試不合格。使得無法進行較有針對性的整改工作，通過經驗整改后的產品也無法立刻進行測試；由此，構建一套在一般普通實驗室環境下就可以實現的集成電路封裝EMC測試手段，能進行針對性而高效的電磁兼容預測試就尤為必要，使得設計人員對所開發中集成電路產品的實施電磁兼容特性的摸底測試。可視化的高精度電磁干擾預測試技術，能使設計人員在不同功能和任務電子設備研制過程中，通過EMC預測試手段來發現問題，及時采取有針對性的措施，降低糾錯成本。實踐證明，在產品開發過程中，越早考慮電磁兼容，所付出的成本越低，解決的手段越多，效率也越高。

由于產品設計的問題和一定的客觀因素的存在，導致了電磁兼容狀況不容忽視。在電磁兼容測試過程中，設備還是有個別項通不過或個別頻段難以達標。原因主要有以下兩點：

（1）仿真軟件的局限性。
當前的CAE和EDA軟件在某些領域和項目上有較好的制導作用，如EDA軟件仿真對于信號完整性（SI）仿真比較準確，而對于電磁兼容仿真（EMC），往往和芯片模型、結構、工藝等各方面多個因素有關，所以仿真出來的結果和實際測試有很大差距。而且國軍標規定的多項中，有大部分無法進行軟件的仿真，即便進行了仿真，由于目前電磁兼容領域設計領域廣泛，現有的仿真技術程度無法保證在所有的測試項目中具有較好的**度，使得仿真的結果往往是相差十幾分貝甚至更高，稍微好的僅僅在趨勢上具有指導意義，無法達到形成或接近硬件測試這樣高的**度。

（2）測試的局限性。
當前不具備進行針對性的測試手段，無法把電磁兼容問題在設計階段解決，等到產品生產測試階段才發現，反過來再進行設計階段的問題的整改，其在整改難度、研發周期、額外費用多個方面都影響較大。
傳統EMI對策，是將試制完成的產品（EUT）送到電磁兼容（EMC）認證測試中心的暗室，實測它發出的電磁輻射；針對實測結果，采取相應對策。如果測試未通過，就由EMI工程師負責采取屏蔽、濾波、接地等手段把EMI“關”在產品內部。這種辦法是把EMI對策作為產品上市的*后一道工序來考慮的。采取的方法是“彌補”方式，經常需要反復多次去EMC認證測試中心，隨著產品工作頻率的提高，這種方法的工作量越來越大，而且被“關”在產品內部的電磁輻射可能會影響其他電路的正常工作，導致EMC過了，產品其他技術指標可能被降低了，或者產品的性能很不穩定。暗室測試的優點是了解設備整體的EMC狀態，但是無法定位EMC/EMI問題點。

產品功能和組成

電磁可視化測試系統主機4EM200
系統采用磁場探頭測試，探頭的掃描步進的幅度和軌跡由控制BOX進行控制，該控制BOX由馬達控制PCI卡與PC機進行通信。掃描測試的信號通過掃電纜輸入到頻譜分析儀，頻譜分析儀通過分析后，由GPIB-USB方式通信給PC機，PC機進行測試結果的可視化圖形顯示和數值顯示。

掃描能測試電磁場分布。把近場測得的信號變成數字信號后，供記錄、分析、文件存檔。設備將得到電磁干擾情況的圖像，通過圖像分析，設計人員找出問題所在并加以解決。測試系統由下面幾部分所組成：
1. 掃描控制器； 
2. 高精度掃描儀； 
3. 掃描儀控制測量軟件； 
4. PC和頻譜分析儀（用戶采購）。

圖1 測試系統的組成架構

測試系統的功能主要有以下兩點：
（1）通過測量給出頻率范圍內的單個頻率的幅度峰值，這樣便可與EMC標準進行對比，得到有問題的頻率點和范圍；

圖2 得到對應頻段電流值

（2）通過確定選定頻率點的輻射源的位置和輻射的強度，可以通過測試系統的可是化軟件得到輻射強度分布圖，可以和設計的PCB結構層疊在一起，直觀的觀察到當前設計中輻射較強的器件或走線部分等。

 

圖3 集成電路封裝電磁輻射可視化分布

	近場測試的結果	遠場測試的結果（3M）
測試1
測試2

通過確定選定頻率點的輻射源的位置和輻射的強度，可以通過測試系統的可是化軟件得到輻射強度分布圖，可以和設計的PCB結構層疊在一起，直觀的觀察到當前設計中輻射較強的器件或走線部分等。

掃描儀的測量結果可以輸出到EMIStream，使得問題部位（元件、模塊、引腳）的判斷變得容易。而且，利用EMIStream的PCB板分層顯示功能，不僅是測量面，還可以找出內層和背面的騷擾源和問題部位。

電磁可視化系統可以以多種方式顯示測試近場探頭的測試結果，相比與其他的測試系統，多樣的顯示方式可以更快的定位PCB的問題點，讓研發人員**了解產品的當前的電磁干擾狀態。

（1）電磁輻射峰值顯示
通過近場磁場探頭得到當前測試PCB的峰值進行顯示，這樣可以定位PCB，芯片等電磁干擾點問題的所處位置，另外可以很容易地確認峰值頻率。 

（2） 不同頻率輻射分布顯示
對于某些情況下，需要了解PCB在不同頻率下的電場分布情況，如基頻的諧波成分的分布，這樣的時候就需要進行不同頻率的顯示。另外，還可以做t 倍時鐘確認，以及外部干擾不顯示功能。

下面圖為測量某芯片設備工作時，在不同的頻率下芯片和外圍電路電磁噪聲輻射的分布： 

(1) 120MHz

(2) 480MHZ

(3) 960 MHZ

（3）AB差分功能
AB差分的功能是為了比較兩次相同條件下測得的結果的差分數據，該功能顯示出兩次集成電路封裝測試的差值分布。該功能常用在比較對芯片進行整改后分析整改效果時使用。

（4）X/Y合成功能
該功能對X,Y兩方向的測量結果進行合成處理。由于磁場探頭有方向性（要求磁場通過探頭前端環路），這樣如果要求得到精度更高的測試結果，可以通過測試探頭對X 和Y方向的測試結果進行合成，以達到更進一步的高精度測試。 

X方向測試結果

Y方向測試結果

XY方向測試結果

另外對于XY合成的結果，同樣可以查看指定頻率下的相關參數：

圖4 測試設備主機外形

表一 產品技術規格

測試探頭
測試探頭是磁場探頭，通過近距離的靠近測試的元件，PCB或者設備外殼，可以得到電磁場的分布情況，以及相關頻率干擾的數據。本系統測試頻率覆蓋范圍為150K～18GHz，可以達到國軍標151-97A中的RE102的上限頻率18GHz。

MP-10	CP-2S	AEMP002
150K～1GHz	10M～3GHz	10M～18GHz

 軟件

系統中軟件由控制軟件和結果分析處理軟件兩部分構成，控制軟件完成對磁場探頭測試軌跡的控制；結果分析軟件用來可視化測試結果。

與其他設備的比較