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Messung der räumlichen Verteilung des Magnetfeldes oberhalb von Halbleiterbausteinen zur Erkennung fehlender Bonddrähte

Thomas Posch

Thomas Posch

Die Masterarbeit befasst sich mit der magnetischen Detektion von Produktionsfehlern in Halbleiterbausteinen. Die elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Schaltung (engl. Die) im Gehäuseinneren des ICs, und dem Gehäusepin, erfolgt über sogenannte Bonddrähte. Ab einer gewissen Stromstärke müssen mehrere Bonddrähte parallel platziert werden, um den Widerstand und dadurch die Verlustleistung an den Bonddrähten zu reduzieren. Bei dem zu Testzwecken verwendeten Chiptyp BTS-5120-2EKA, welcher über zwei Kanäle verfügt, sind jeweils drei Bonddrähte pro Kanal vorhanden. Tritt bei einem der Bonddrähte ein Defekt auf, müssen die verbleibenden zwei Bonddrähte den gesamten Strom tragen, was zu einer thermischen Mehrbelastung und kürzeren Lebensdauer des ICs führt. An Komponenten die in automobilen, sicherheitsrelevanten Systemen, wie Airbagsteuerungen oder Antiblockiersystemen zum Einsatz kommen, werden erhöhte Anforderungen an ihre Zuverlässigkeit gestellt. Tritt ein Defekt in der Produktion an einem der Bonddrähte auf, muss dieser entweder mit einer hinreichenden Wahrscheinlichkeit erkannt werden, oder die Bonddrähte müssen mehrfach redundant ausgelegt werden, was zu erhöhten Produktionskosten führt.

Diese Arbeit stellt ein "Proof of Concept" dar und soll ausloten, inwieweit eine Detektion der Fehlerfälle möglich ist und welche Herausforderungen für eine erfolgreiche Integration des Testkonzeptes in die Produktion noch gemeistert werden müssen. Das Testkonzept besteht dabei einerseits aus der Messung der räumlichen Verteilung des Magnetfeldes oberhalb der Bonddrähte und andererseits aus der darauf folgenden Datenverarbeitung zur Erkennung von defekten Chips. Abhängig vom Defektbild ändert sich die Stromdichte pro Bonddraht und dadurch auch die räumliche Verteilung des Magnetfeldes außerhalb der Bonddrähte. Zur Messung des Magnetfeldes kamen Prototypen von GMR Zeilensensoren zum Einsatz, die von Infineon entwickelt wurden. Zu Beginn der Arbeit wurde ein Zeilensensor mit 6 GMR-Elementen verwendet, später wurde mit einem neueren Sensordesign gemessen, das 26 GMR-Elemente umfasste.

In der Medizintechnik werden auch sehr oft magnetische Felder gemessen, die entweder technischen oder biologischen Ursprunges sind. Die biologisch vorkommenden magnetischen Flussdichten wurden dabei mit den gemessenen Signalgrößen verglichen und ein möglicher Einsatz der verwendeten Sensoren in der Medizintechnik diskutiert. Abschließend wurden die Messergebnisse mit den theoretisch simulierten Ergebnissen verglichen, die im Zuge einer Dissertation an der JKU Linz erarbeitet worden sind.

Messaufbau zur Bestimmung des örtlichen Magnetfeldverlaufs über einem Testchip mittels GMR-Sensorarray

Abbildung 1: Messaufbau zur Bestimmung des örtlichen Magnetfeldverlaufs über einem Testchip mittels GMR-Sensorarray

Die Arbeit ist gesperrt ab Dezember 2015 für die Dauer von 5 Jahren.

30. Dezember 2015