Thermografische Fehlerlokalisierung an Chips und Leistungsmodulen
STMicroelectronics fertigt als europäischer Hersteller an weltweit 14 Standorten ein breites Sortiment von Halbleiterbauelementen und Mikrochips. Zum Einsatz kommen die Produkte vor allem in der Automobilindustrie und für das Internet der Dinge (IoT). Das Unternehmen führt in Shenzhen (China) und in Calamba (Philippinen) die zerstörungsfreie Fehleranalyse an Chips, diskreten Bauelementen, Sensoren, LEDs und Leistungsmodulen mit Hilfe des E-LIT-Systems von InfraTec durch.
Das E-LIT-System nutzt das Verfahren der Lock-In-Thermografie. Dabei werden elektronische Bauteile oder Baugruppen gezielt elektrisch angeregt, um lokale Fehler anhand thermischer Auffälligkeiten zu entdecken und zu analysieren. Während der elektrischen Aktivierung der zu untersuchenden Bauelemente wird die Veränderung der Oberflächentemperatur mit einer High-End-Thermografiekamera der ImageIR®-Serie gemessen, um sogenannte „Hot Spots“ zu identifizieren. Mit der Methode lassen sich auch kleinste Defekte wie Punkt- und Linienkurzschlüsse, Oxidations-, Transistor- und Diodenfehler in Schaltkreisen detektieren, die lediglich geringste Temperaturveränderungen im mK- oder μK-Bereich verursachen.
Bei STMicroelectronics wurde das Prüfsystem – bestehend aus Anregungsquelle, auf der Z-Achse verfahrbarer Thermografiekamera, X-Y-Tisch sowie weiterem Zubehör – an beiden Standorten in das Fehleranalyselabor integriert. Ergänzt wurde diese E-LIT-Lösung mit einer 25-mm-Optik zur Untersuchung großflächiger Bauteile sowie mit mehreren Mikroskopobjektiven, welche Details bis zu 1,3 µm auflösen können. Hot Spots lassen sich aufgrund der hohen Empfindlichkeit des Systems bereits bei Strömen von 2 μA auf Chipebene erkennen. Zur Anregung von Leistungsmodulen können hingegen Hochspannungen bis zu 3 kV angelegt werden.
Die Auswertung erfolgt mit der von InfraTec entwickelten Spezialsoftware IRBIS® 3 active online, die vielfältige und umfassende Analysemöglichkeiten bietet. Als besonders vorteilhaft für die Fehlererkennung hat sich die Darstellung mittels verschiedener, auch invertierter und gewichteter Farbpaletten erwiesen.
Die Lock-In-Thermografie dient bei STMicroelectronics als wichtiges Instrument zur Aufdeckung von Fehlern und deren Ursachen, die bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen auftreten. Das elegante und benutzerfreundliche Verfahren ist insbesondere bei der raschen und zielgenauen Lokalisierung von Kurzschlüssen und anderen Anomalien äußerst hilfreich. Die Anwender schätzen dabei vor allem die einfache visuelle Identifizierbarkeit von Fehlern sowie die Flexibilität des Systems bei Messungen an unterschiedlichsten Prüfobjekten wie ICs, Sensoren, LEDs oder Leistungsmodulen. So spielte die E-LIT-Lösung eine zentrale Rolle bei der Überführung einer neuen Bauelementegeneration in die Massenfertigung am Standort in Calamba. Dort hat das System durch die schnelle Bestimmung von Hot-Spot-Positionen eine wirksame Ermittlung und nachhaltige Abstellung von Fehlerursachen ermöglicht, die einer Erhöhung der Ausbeute entgegenstanden.