Zuverlässigkeit

In Situ Messung Mechanischer Spannungen mit Hilfe eines Stressmesschips#

© Fraunhofer ENAS
Stresschip-Testboard.
© Fraunhofer ENAS
Entwicklung der Spannungen und Ausbreitung der Delamination.

Die unmittelbare Detektion von thermo-mechanischen Schwachstellen in Komponenten der Mikroelektronik stellt nach wie vor eine große Herausforderung dar. Stand der Technik ist, in den Technologie- und Produktqualifikationen das letztendliche Versagen der Aufbau-und Verbindungstechnik- (AVT)-Strukturen durch Überwachung von Kontaktketten zu ermitteln. Dieser Ausfall in Form der kompletten Unterbrechung oder der Überwachung des elektrischen Widerstands kann dabei jeweils eine Vielzahl geometrischer, werkstofflicher oder verfahrenstechnischer Ursachen haben, die sich z. T. auch noch gegenseitig beeinflussen. Mit den Kontaktketten kann die konkrete Ausfallursache nicht unmittelbar bestimmt werden. Im Gegensatz dazu könnte die Restlebensdauer leichter identifiziert werden, wenn die Möglichkeit bestünde, die mechanische Spannungen zu bestimmen und zu überwachen, die während Herstellung, Test und/oder Betrieb entstehen. Die abgeschlossene Entwicklung eines Stressmesschips verfolgte genau das Ziel, den Betrag und die Verteilung der mechanischen Spannungen in situ während des Packagings und im Betrieb zu bestimmen. Das entwickelte Messsystem ist nun in der Lage, Informationen zu den beiden Normal- und Scherspannung in der Ebene der aktiven Oberfläche des Chips bereitzustellen. Das Stressmesssystem kam bisher zur Charakterisierung von aushärtenden Klebstoffen und Underfillern, Lötprozessen, aktiven und passiven Temperaturzykeltests, während des Feuchteeinflusses, Spritzgussversuchen und anderen in situ Messungen zum Einsatz. In Zukunft ist geplant den Chip zur Bestimmung von Restlebensdauern einzusetzen. Hierbei soll der Belastungszustand während der gesamten Lebensdauer aufgezeichnet und mit Hilfe mathematischer Verfahren der zukünftige Zeitpunkt des Ausfalls bestimmt werden.