Neuer Chip macht Stresstests bei Elektronikfertigung

Forschung & Wissenschaft Im Rahmen des Forschungsprojekts iForceSens wurde ein neues Sensor-Bauelement entwickelt, der die Fehlerquote bei der Produktion von Chips zukünftig deutlich reduzieren soll. Die Fertigung von mikroelektronischen Systemen ist ein hartes Business, zumindest für die Elektronik selbst, teilten die Projektmitglieder mit. Chips mit mikrometerkleinen Strukturen werden beim Verkapseln einem Druck von über 100 kg/cm² und bei der Lötmontage Temperaturschwankungen von mehreren Hundert Grad Celsius ausgesetzt.

In fünf bis zehn Prozent der Fälle führt allein der Fertigungsprozess dazu, dass trotz einwandfreier Bauteile einzelne Systemkomponenten durch Dehnungen zu stark belastet werden und folglich ausfallen. Hier soll das neue Bauelement nun für Abhilfe sorgen.

Es handelt sich dabei um einen Stressmesschip, der sich aufgrund seiner geringen Größe von weniger als 5 Quadratmillimetern leicht in bestehende Fertigungsprozesse integrieren lässt und somit sämtliche Produktionsschritte bewertet. "Auf diese Weise können Elektronikproduzenten erstmals die Frage beantworten, mit welchen Einstellungen und Verarbeitungsparametern sich ein System zuverlässig und unter minimalen Spannungen produzieren lässt", sagte Thomas Schreier-Alt vom Fraunhofer IZM.

Um insbesondere die Stressverteilung innerhalb eines Bauteils berechnen zu können, wurden bis zu 67 Sensorzellen über die gesamte Detektorchipfläche verteilt, die für eine ortsaufgelöste Messung sorgen. Da das Chipdesign außerdem überaus vielfältig gestaltet wurde, ist es möglich, unterschiedlichste Prozesse der Mikroelektronik-Fertigung zu charakterisieren, z.B. das Aufkleben von Bauteilen, die Kunststoff-Verkapselung mit Duroplasten oder den Thermoplast-Spritzguss.

Der Stressmesschip, der über ein spezielles Steuergerät ausgelesen wird, verfügt trotz der relativ hohen Zahl an Messzellen über lediglich vier Anschlüsse und passt dadurch auch in kleine Gehäuse mit nur wenigen Kontakten. Prozesse lassen sich so nicht nur vorab simulieren, sondern auf die tatsächlich auftretenden Kraftgefüge abstimmen, etwa beim Dünnen von Wafern.

Die meist durch Abschleifen erzeugten Schichten sind enormen thermomechanischen Belastungen ausgesetzt, die häufig zu Strukturdefekten an der Oberfläche der empfindlichen Halbleiter führen. Auch beim Einbetten sehr dünner Chips in Leiterplatten oder polymere Schaltungsträger treten während des Laminierens und Bedruckens Belastungen auf, die sich durch einen Stressmesschip besser dosieren lassen.
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