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

Thomas Posch

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

Translated title of the contribution: Measuring the magnetic field distribution above semiconductors for fault detection on wirebonds

Thomas Posch

Institute of Measurement Technology

Research output: Thesis › Master's / Diploma thesis

Abstract

The integrated circuit (IC) is electrically connected over several wirebonds to the package pins. Above a certain current level, two or more wirebonds have to be placed in parallel to minimize the power dissipation and to guarantee the output resistance of the chip. In case of a fault at one or more of them, the remaining wirebonds have to carry the current and due to this, the thermal stress is increasing which is resulting in a shortened lifetime. Because the DUT is used in automobile applications, higher reliability requirements are applying. The probability of fault detection has to be sufficient high or redundant wirebonds have to be placed, what is increasing the production costs. This work is a ”Proof of Concept” and shows the possibility of detecting wirebond faults by measuring the magnetic field distribution above the chip, caused by currents through the wirebonds. The magnetic field distribution above the chip varies with the different fault conditions. Prototypes of GMR based sensor arrays were used for measuring the magnetic field. The sensors were produced for this purpose by Infineon. Furthermore the measured magnetic field distributions of the fault conditions were compared with a simulation, which was developed on the JKU Linz during a PHD-thesis.

Translated title of the contribution	Measuring the magnetic field distribution above semiconductors for fault detection on wirebonds
Original language	German (Austria)
Publication status	Published - Jul 2015

Fields of science

202012 Electrical measurement technology
202014 Electromagnetism
202021 Industrial electronics
202024 Laser technology
202036 Sensor systems
101014 Numerical mathematics
102003 Image processing
202 Electrical Engineering, Electronics, Information Engineering
202015 Electronics
202016 Electrical engineering
202022 Information technology
202027 Mechatronics
202037 Signal processing
202039 Theoretical electrical engineering
207410 Photogrammetry
103021 Optics

JKU Focus areas

Mechatronics and Information Processing

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title = "Messung der r{\"a}umlichen Verteilung des Magnetfeldes oberhalb von Halbleiterbausteinen zur Erkennung fehlender Bonddr{\"a}hte",

abstract = "Die elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Schaltung im Geh{\"a}useinneren des ICs, und dem Geh{\"a}usepin, erfolgt {\"u}ber sogenannte Bonddr{\"a}hte. Ab einer gewissen Stromst{\"a}rke m{\"u}ssen mehrere Bonddr{\"a}hte parallel platziert werden, um den Widerstand und dadurch die Verlustleistung an den Bonddr{\"a}hten zu reduzieren. Tritt bei einem der Bonddr{\"a}hte ein Defekt auf, m{\"u}ssen die verbleibenden zwei Bonddr{\"a}hte den gesamten Strom tragen, was zu einer thermischen Mehrbelastung und k{\"u}rzeren Lebensdauer des ICs f{\"u}hrt. An Komponenten die in Automobilen, in sicherheitsrelevanten Systemen, wie Airbagsteuerungen oder Antiblockiersystemen zum Einsatz kommen, werden erh{\"o}hte Anforderungen an ihre Zuverl{\"a}ssigkeit gestellt. Tritt ein Defekt in der Produktion an einem der Bonddr{\"a}hte auf, muss dieser entweder mit einer hinreichenden Wahrscheinlichkeit erkannt werden, oder die Bonddr{\"a}hte m{\"u}ssen mehrfach redundant ausgelegt werden, was zu erh{\"o}hten Produktionskosten f{\"u}hrt. Diese Arbeit stellt ein ”Proof of Concept” dar und soll ausloten, inwieweit eine Detektion der Fehlerf{\"a}lle m{\"o}glich ist und welche Herausforderungen f{\"u}r eine erfolgreiche Integration des Testkonzeptes in die Produktion noch gemeistert werden m{\"u}ssen. Das Testkonzept besteht dabei einerseits aus der Messung der r{\"a}umlichen Verteilung des Magnetfeldes oberhalb der Bonddr{\"a}hte und andererseits aus der darauf folgenden Datenverarbeitung zur Erkennung von defekten Chips. Abh{\"a}ngig vom Defektbild {\"a}ndert sich die Stromdichte pro Bonddraht und dadurch auch die r{\"a}umliche Verteilung des Magnetfeldes au{\ss}erhalb der Bonddr{\"a}hte. Zur Messung des Magnetfeldes kamen Prototypen von GMR Zeilensensoren zum Einsatz, die von Infineon entwickelt wurden.",

author = "Thomas Posch",

year = "2015",

month = jul,

language = "Deutsch ({\"O}sterreich)",

}

TY - THES

T1 - Messung der räumlichen Verteilung des Magnetfeldes oberhalb von Halbleiterbausteinen zur Erkennung fehlender Bonddrähte

AU - Posch, Thomas

PY - 2015/7

Y1 - 2015/7

N2 - Die elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Schaltung 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. 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, in 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.

AB - Die elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Schaltung 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. 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, in 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.

UR - http://www.jku.at/emt

M3 - Master-/Diplomarbeit

ER -

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

Abstract

Fields of science

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