Die Bildung von Defekten im Bondmaterial war schon immer ein Anliegen für die Zuverlässigkeit der elektronischen Verbindungen. Defekte in den Bondmaterialien, wie Hohlräume und Risse, können sich entweder während der Verarbeitung oder während der Lebensdauer des elektronischen Geräts bilden. Diese Defekte verschlechtern nicht nur die mechanische Festigkeit der Verbindung, sondern schwächen auch das elektrische und thermische Verhalten des elektronischen Geräts. Daher ist die Erkennung dieser Defekte ein wichtiger Schritt der mikrostrukturellen Analyse zur Bewertung der Zuverlässigkeit der elektronischen Verbindungen. Der Schwerpunkt auf den zerstörungsfreien Ansätzen, zur Erkennung der Defekte im Verbindungsmaterial. Hiebei kommen die transiente thermische Analyse und die akustische Rastermikroskopie zum Einsatz.

1. Transiente thermische Analyse (TTA)

Abb.: (a) Ergebnisse der TTA, die Fehler in der Lötstelle aufweisen und (b) ein Bild, das ein Beispiel des gebildeten Risses an der Lötstelle im LED-Gehäuse zeigt
Abb.: (a) Ergebnisse der TTA, die Fehler in der Lötstelle aufweisen und (b) ein Bild, das ein Beispiel des gebildeten Risses an der Lötstelle im LED-Gehäuse zeigt

In unserer Forschungsgruppe wurde ein automatischer TTA-Tester auf Panelebene entwickelt. Der Tester zielt darauf ab, die TTA während der Zuverlässigkeitsbewertung und für die Produktionsinspektion zu erleichtern. Das LED-Panel wird auf dem temperaturstabilisierten Tisch eines xyz-Systems platziert.

Die Position der elektrischen Testpads der LEDs werden aus Gerberdaten in die Maschine eingelesen. Die Messelektronik ist auf dem xyz-System montiert, um die Verwendung von kurzen Kabeln mit geringer parasitärer Induktivität zu ermöglichen. Die LEDs werden mit 4-Punkt-Sonden kontaktiert. Um den thermischen Widerstand zwischen dem LED-Die (First-Level-Interconnect) und dem Substrat aufzulösen, muss die Vorwärtsspannung der LEDs nach der Stromschaltung so früh wie möglich gemessen werden, d.h. weit unter 10μs. Die entwickelte Stromquelle ermöglicht ein sehr schnelles Schalten innerhalb von 100ns und stabilisiert den Detektionsstrom innerhalb von weniger als 5μs. Zur Beurteilung des thermischen Pfades und des thermischen Widerstandes wird die Methode der relativen thermischen Widerstandsmessung angewendet.

2. Akustische Mikroskopie (SAM)

Abb.: Das akustische Rastermikroskop
Abb.: Das akustische Rastermikroskop

Akustische Mikroskopie (SAM) ist eine schnelle, nicht-invasive und zerstörungsfreie Untersuchungstechnik, die häufig in der elektronischen Fehleranalyse eingesetzt wird. SAM verwendet Ultraschallwellen, um Grenzflächen abzubilden und mögliche Defekte wie Hohlräume, Delaminationen und Risse in optisch undurchsichtigen Strukturen und Komponenten wie Chipkondensatoren, Chipwiderständen, Leiterplattenspuren, diskreten Halbleiterbauelementen, integrierten Schaltungen (ICs) und anderen elektronischen Komponenten zu erkennen.

In unserem Labor verwenden wir die SAM-Ausrüstung hauptsächlich zur Erkennung von Delaminationen, die mit herkömmlichen Prüfmethoden wie Röntgen- oder Computertomographie (CT)-Scans nicht auflösbar sind. Diese Geräte verwenden Ultraschallenergie (typischerweise 15-100 MHz), um die Objekte auf Fehler abzutasten.

Abb.: Die von SAM aufgenommenen Bilder zeigen die Defekte innerhalb der Lötstellen
Abb.: Die von SAM aufgenommenen Bilder zeigen die Defekte innerhalb der Lötstellen

Offene Stellen

Bei Interesse an offenen Stellen für Studentische Arbeiten innerhalb der Forschungsgruppe, senden Sie bitte eine Mail mit Lebenslauf an assistenz-iimo-elger@thi.de.