Qualifikation und Fehleranalyse an ICs

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1 Qualifikation und Fehleranalyse an ICs 12. FED-Seminar Ulm, 16. September 2004 service for microelectronics Referent: Hubert Knab

2 Qualifikation und Fehleranaylse Technische Untersuchungen, Umwelttests und Zuverlässigkeitsuntersuchungen an Bauelementen der Mikroelektronik gemäß MIL, JEDEC, ESA, AEC, etc. Fehleranalyse (FA) Strategie und Aspekte 2 Fallbeispiele aus der Praxis Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 2

3 Qualitätsmodule D A,B,C E Qualifikation Monitoring Requalifikation Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 3

4 Automobilhersteller und -zulieferer Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt ATE, Konsumerelektronik, Distributoren etc. JEDEC, bzw. Joint - Standards AEC - Q100 MIL-STD 883, 750, 202 etc. ESA / SCC (Nr. 9000, 9020, ff) DIN EN (inkl. IEC, CECC) kundenspezifisch (z.b. DC, RB, MPI, etc.) Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 4

5 3 Untersuchungs - Schwerpunkte: Umwelt Tests Mechanische Tests Elektrische Tests (n.a.) Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 5

6 Die wichtigsten Umwelttests: Temperatur-Wechsel-Test (TC) Temperatur / Feuchtelagerung (PCT, HAST, THB) Fein- und Grob- Lecktest Burn- In Test (HTOL-Test) Hochtemperaturlagerung Interne Feuchtebestimmung Moisture Sensitivity Test (MST) Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 6

7 Temperaturwechsel-Test prüft die elektrische und mechanische Stabilität von elektronischen Bauteilen bzw. Baugruppen (Gesetz von Coffin-Manson) Temperatur / Feuchte-Lagerung prüft die elektrische Stabilität sowie das interne Korrosionsverhalten von elektronischen Bauteilen (Gesetz von Lawson) Hochtemperatur-Lagerung prüft temperaturabhängige Fehlermechanismen wie z.b. Stressmigration, Kirkendall-Effekt ab (Arrhenius) Fein- und Grobleck-Test prüft die Dichtheit von hermetisch verpackten Bauteilen Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 7

8 Burn-In Test (HTOL-Test) selektiert Frühausfälle aus und prüft die Lebensdauer von elektronischen Bauteilen, wie z. B. Elektromigration (Badewannen-Kurve, Arrhenius-Gleichung) Interne Feuchtebestimmung ermittelt das Gasgemisch in hermetisch verkapselten elektronischen Bauteilen (z. B. Betauung, Korrosion) Moisture Sensitivity -Test bestimmt den feuchtesensitiven Level von kunststoffverkapselten Bauelementen, um beim Reflow-Lötprozeß Schädigungen durch den Popcorn-Effekt zu vermeiden. Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 8

9 Die wichtigsten mechanischen Tests: Lötbarkeit Externe / interne visuelle Inspektion (LM) Bond Strength Test Röntgenuntersuchung (X-ray) Ultraschalluntersuchung (SAM) Interne visuelle Inspektion (REM) Die Shear Test *) Particle Impact Noise Detection *) Glassivation Layer Integrity Test Physical Dimensions Wischbeständigkeit gegenüber Lösungsmitteln *) für hermetische IC-Gehäuse Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 9

10 Konstante Beschleunigung Mechanischer Schock Vibration Die Shear Test P.I.N.D. F Chip... zeigen potentielle Schwachstellen der Verbindungstechnologien innerhalb von hermetischen Gehäusen auf,... bzw. geben Aufschluss über potentielle Fremdkörper innerhalb der Cavity. Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 10

11 Die zerstörungsfreien Analysemethoden Röntgen-Mikroskopie (Durchstrahlung) Ultraschall-Mikroskopie (Impuls-Echo-Verfahren)...geben Hinweise sowohl auf die Verarbeitungsqualität als auch auf potentielle Defekte innerhalb der IC-Gehäuse (wie bei Lötstellen, Au-Bonddrahtverbindungen, die attach-qualität, Poren, Delaminationen, Risse, karbonisierte Vergussmassen, etc.). Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 11

12 Röntgenmikroskopie Totalausfall einer vergossenen Baugruppe gecrackter Keramik-Kondensator Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 12

13 Ultraschallmikroskopie Detektion von Rissen (R), Blasen und Delaminationen (D) Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 13

14 Lötbarkeits-Test Messung der Maßhaltigkeit (Jedec-Outlines) Wischbeständigkeit gegenüber Lösungsmitteln... sind wichtige Tests bei der Bauteilequalifikation, um die Fehlerrate in der Baugruppen-Fertigung möglichst gering zu halten. Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 14

15 Die visuelle Inspektion mittels Lichtoptischer Mikroskopie ( fach) Rasterelektronen-Mikroskopie ( fach)... sind selbstredend die wichtigsten Abbildungsverfahren, um sämtliche Auffälligkeiten und Fehler zu visualisieren. Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 15

16 Glassivation Layer Integrity Test (Al - etching) Bond Strength Test (zerstörend / nicht zerstörend)... zeigen potentielle Schwächen auf der aktiven Chipoberfläche (wie Risse bzw. Abhebungen der Glassivierungsschicht, bzw. Bondprobleme wie Purpurpest, Kirkendall- Effekt, etc.) auf. F Chip Bond wire Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 16

17 Die wichtigsten elektrischen Tests: DC-Test (parametrische Tests) AC-Tests (frequentielle Tests) Funktions -Tests bei RT, TT und HT ESD-Tests (HBM, MM and CDM) Latch-up Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 17

18 Quelle: rmctech Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 18

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21 : Aus der Vielzahl möglicher Tests und Verfahren, wie sie z. B. in der Luft - und Raumfahrttechnik, Automobil-Industrie, Telekommunikation, Konsumerbranche etc. definiert sind, werden die entsprechenden Qualifikationsprozeduren und Abläufe anwenderspezifisch erstellt und durchgeführt. Fortschrittliche Testmethoden in der Mikroelektronik - microtec GmbH - Hubert Knab September FED-Konferenz 21