Hrg. Patrick Hölzl,
"Detektion fehlerhafter Bonddrahtverbindungen in Integrierten Schaltkreisen mittels eines für örtlich hochaufgelöste Magnetfeldmessungen entwickelten GMR-Zeilenarrays"
, 4-2018
Original Titel:
Detektion fehlerhafter Bonddrahtverbindungen in Integrierten Schaltkreisen mittels eines für örtlich hochaufgelöste Magnetfeldmessungen entwickelten GMR-Zeilenarrays
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Bei Leistungselektronikkomponenten ist die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und den Ausgangspins, die häufig durch Bonddrähte realisiert wird, von entscheidender Bedeutung. Um die Strombelastbarkeit der Verbindung zu garantieren, werden redundante Bonddrähte verwendet. Durch die Redundanz sind elektrische Funktionstests jedoch nicht mehr in der Lage fehlende oder nicht vollständig verbundene Bonddrähte zu erkennen. Aus diesem Grund wurde in Kooperation mit dem Halbleiterhersteller Infineon ein entsprechendes Detektionsverfahren entwickelt. Das Verfahren nutzt die über dem Bauteil gemessene Verteilung des Magnetfelds, um auf den Stromfluss in den einzelnen Bonddrähten zurückzurechnen.
Zur Evaluierung des Messverfahrens wurde der MOSFET-Leistungshalbleiterschalter BTS5120-2EKA von Infineon ausgewählt. Anhand mehrerer Frässchichtaufnahmen eines ICs wurde ein vereinfachtes geometrisches Modell aller stromführenden Bonddrähte konstruiert, bestehend aus jeweils sechs geraden Linienleitersegmenten pro Draht. Basierend auf der Linienleiter-Modellierung konnte die räumliche Verteilung des Magnetfelds über dem IC mit dem Gesetz von Biot-Savart analytisch berechnet werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse waren ausschlaggebend für den Entwurf eines Magnetfeldsensor-Zeilenarrays, bestehend aus 26 GMR-Sensorelementen.
Mit dem Magnetfeldsensor-Zeilenarray wurden die Feldverteilungen oberhalb von 400 ICs, 100 BTS5120-2EKA und 300 Testchips mit verschiedenen Fehlerpermutationen der Bonddrähte, gemessen. Ausgehend von den Messdaten wurde ein inverses Problem zur Bestimmung des Stromflusses in den Bonddrähten aufgestellt und dieses mittels zweier unterschiedlicher Ansätze, einem modell- und einem datenbasierten, gelöst. Unter Verwendung eines auf den Schätzwerten der Bonddrahtströme beruhenden Schwellwertverfahrens konnten schlussendlich bis zu 99.33% aller fehlerhaften Testchips detektiert werden, ohne eine einzige Falschklassifizierung eines fehlerfreien.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Titel:
Detection of defective bond wire connections in integrated circuits utilizing a GMR line array developed for magnetic field measurements with high spatial resolution
Englische Kurzfassung:
The electrical interconnection between the semiconductor chip and its output pins, which is often realized by bond wires, is a crucial factor
for power electronic components. To guarantee the current carrying capacity of the interconnections, redundant bond wires are typically
implemented. However, due to this redundancy conventional electrical tests are not able to detect missing or insufficiently connected bond
wires. The semiconductor manufacturer Infineoen initiated therefore the present PhD thesis, to develop a measurement method to detect such
bonding faults. The developed method determines the current flowing within each bond wire based on the magnetic field distribution measured
above the component.
To evaluate the developed measurement method, the MOSFET power switch BTS5120-2EKA from Infineon was selected. Based on milling layer
pictures of a BTS5120-2EKA a simplified geometric model of all current carrying bond wires was designed, consisting of six straight line
conductor segments per wire. Utilizing the straight line conductor model and the law of biot-savart it was possible to calculate the magnetic
field distribution above the component analytically. The results obtained from this calculations were essential for the design process of a
magnetic sensor line array, consisting of 26 GMR sensor elements.
With the GMR sensor line array the field distributions above 400 samples, 100 BTS5120-2EKA and 300 test chips with different fault
permutations of the bond wires were measured. Based on the measured data an inverse problem for determining the current flow within the bond
wires was established and this was solved by means of two different approaches, a model-based and a data-based one. Using a threshold value
method for the determined current flow values, it was possible to detect up to 99.33% of all fault permutation test chips without a
misclassification of a single faultless BTS5120-2EKA.