Test und elektromagnetische und thermomechanische Charakterisierung und Zuverlässigkeitsbewertung

On-line-Stressüberwachung während der Herstellung und Anwendung durch Stress-Chip-Packages#

© Fraunhofer ENAS
Auf Testleiterplatten gelötete Stresschip-Packages.
© Fraunhofer ENAS
Stresschip-Auswertesoftware (Median Differenzstress von 50 Chips).

FEM-Simulationen sind eine etablierte Methode, um die Zuverlässigkeit eines Packages zu untersuchen. Die Ergebnisse können Wapage, Eigenspannungen oder die Restlebensdauer vorhersagen. Allerdings handelt es sich bei FEM-Modellen immer um eine Idealform ohne Fertigungstoleranzen. Viele zeitaufwendige Tests müssen durchgeführt werden, um diese statistischen Schwankungen zu identifizieren. Die größte Herausforderung für die Zustandsüberwachung ist es, eine Monitorstruktur mit einem starken physikalischen Zusammenhang zum Ausfall zu finden. Die Messung des Stroms oder der Temperatur im Inneren eines Packages ist der einfachste Weg. Allerdings sind die Änderungen dieser Werte sehr schwach und spät im Verhalten eines physikalischen Fehlers zu beobachten. Der Stress-Chip kann kleine Aufbau- und Materialänderungen direkt messen, ohne das Package zu zerstören. Alle Gehäusekomponenten und deren Fertigungstechnologien haben einen Einfluss auf den Eigenspannungszustand des Gehäuses. Dieser wird vor und nach wichtigen Produktionsschritten (Die-Attach, Molding, Löten) gemessen. Abschließend kann ein Temperatur-Zyklustest mit On-line-Stressmessung durchgeführt werden. Mit einer neu programmierten Software ist es möglich, viele gleiche Packages in beliebigen Stresszuständen zu vergleichen. Es wird das unterschiedliche Zyklusverhalten der verschiedenen Packages in Kombination mit moderneren KI-Auswertungstechnik untersucht. Da die Eigenspannungen direkt gemessen werden, können neue Package-Materialien oder Prozesse schneller qualifiziert werden. Die gewonnen Erkenntnisse zum realen thermomechanischen Verhalten von Packages können auch zum Health Monitoring eingesetzt werden.