Методы контроля в производстве интегральных микросхем (стр. 2 из 2)

Сложность и многообразие программы функционального и диагностического контроля интегральных микросхем требуют обязательного использования ЦВМ и специальных автоматизированных систем. Автоматизированные системы, используемые для контроля интегральных микросхем, характеризуются следующими основными параметрами: производительностью, максимальным числом выводов, максимальным числом разрядов кодовой комбинации, выдаваемой одной командой за один цикл управления, числом контрольных постов в системе, с которыми возможна одновременная работа, составом и универсальностью программного обеспечения, возможностью выполнения параметрического контроля.

Принцип работы автоматизированной системы функционального контроля интегральных микросхем с применением ЦВМ состоит в следующем.

По команде от ЦВМ в счетчик адреса памяти записывается начальный адрес входных тестовых комбинаций, а в регистр адреса контролируемой тестовой комбинации – соответствующий адрес. На компаратор подается от ЦВМ ожидаемая комбинация входных сигналов. Несколько разрядов запоминающего устройства входных тестовых комбинаций выделено для хранения определенного числа циклов тактового генератора В течение периода хранения на входные выводы интегральной схемы должна подаваться одна и та же тестовая комбинация. Число циклов в обратном коде переписывается в счетчик повторений тестовых комбинаций, на счетный вход которого поступают тактовые импульсы. При его заполнении увеличивается содержимое счетчика адреса памяти и опрашивается запоминающее устройство входных тестов по новому адресу. При равенстве адреса счетчика памяти и регистра контролируемой комбинации прекращается подача тактовых импульсов, компаратор стробируется по времени, фиксируя входные импульсы последней тестовой комбинации.

Путем записи в регистр адреса контролируемой комбинации различных адресов проверяется интегральная микросхема с динамической логикой на всех тестовых комбинациях. Кроме указанных элементов система включает в себя схему сравнения, схему выдачи входных воздействий и вентиль.

Наиболее эффективными методами контроля качества соединений являются испытания на механическую прочность и металлографический анализ.

Для проверки механической прочности соединений существует много приспособлений и установок, а также способов испытаний. Например, при испытании на срез структуру с подсоединенными выводами подвергают растяжению силой, действующей параллельно поверхности подложки. Если прочность соединения составляет менее 70% прочности примененной проволочки, соединение считается качественным. Испытание соединений на отрыв выполняется путем многократных изгибов вывода под углом 30, 45 и 90° относительно поверхности подложки (установка УКПМ-1).

Прочность клеевых соединений определяют испытаниями на разрыв. Прочность клеевого соединения на разрыв должна быть не менее (125...150)*10⁵ Н/м².

Металлографический анализ заключается в обследовании поперечных или косых шлифов и позволяет выявить их внутреннюю структуру и обнаруживать не смоченные при пайке участки, проплавления, микротрещины, раковины, поры, интерметаллические включения, следы диффузии припоя по границам зерен.

Рентгеновская дефектоскопия с помощью расходящегося пучка позволяет обнаруживать внутренние дефекты и дает достаточную информацию о надежности соединений. В отличие от металлографического анализа этот метод неразрушающий.

Контроль деталей после холодной штамповки выполняется визуальным осмотром. Основные виды брака после холодной штамповки и их причины приведены в табл. 1.

Размер деталей. Измеряют универ-сальными измерительными инструментами: штангенциркулем, микрометром, индикатором и оптическим прибором – инструментальным микроскопом.

Плоскость поверхностей деталей проверяют методом световой щели с помощью лекальной линейки. Глаз человека способен улавливать просвет в 0.003...0.004 мм.

Контроль на герметичность проводится дважды: после изготовления основания корпуса с изолированными выводами и после герметизации микросхем. Герметичность спая выводов с материалом основания или герметичность микросхемы в корпусе характеризуется скоростью натекания гелия. Для готовых микросхем за критерий герметичности принята скорость натекания гелия (см³/с) при разности давлений снаружи и внутри корпуса 10⁵ Па. Корпусы высокого качества имеют скорость натекания, не превышающую 10^-8 см³/с.

Проверка оснований корпусов на герметичность выполняется с помощью специальных приспособлений, позволяющих с помощью вакуумных уплотнений создавать объем, замкнутый на контролируемую деталь.

Существует много методов контроля на герметичность. Наиболее часто применяются масс-спектрометрический, вакуум–жидкостный и влажностный методы.

Масс-спектрометрический метод основан на индикации атомов гелия, вытекающих через имеющиеся в отдельных узлах или загерметизированных корпусах течи. Применение гелия для обнаружения течей объясняется тем, что он является самым подвижным газом и обладает высокой проникающей способностью. Гелий вводится в корпус микросхемы либо при герметизации, либо путем длительной выдержки уже загерметизированных микросхем в специальных герметических камерах–бомбах, заполненных после предварительной откачки гелием до давления (3...5)*10⁵ Па. За время выдержки (3...48ч) в бомбе в корпусы микросхем, имеющих течи, проникает гелий. Микросхемы извлекают из бомбы и помещают в стакан установки, например полуавтомата УКГМ-2 с трехпозиционной каруселью. Поворотом карусели стакан переходит в новую позицию, уплотняется и откачивается. После откачки объем стакана автоматически переключается на течеискатель, который преобразует истечение гелия в электрический сигнал. Если сигнал превышает установленное значение, ИМ бракуется.

Масс-спектрометрический метод отличается высокой чувствительностью. К недостаткам относятся: низкая производительность (100...200шт/ч), сложность обслуживания установок.

Вакуум–жидкостный метод основан на регистрации пузырьков воздуха, выходящих через течи корпуса в жидкость, над которой создают разряжение около 10...15 Па. Жидкость–керосин или уайт-спирит предварительно вакуумируют , т.е. выдерживают в течение часа при давлении 700 Па и при температуре 70...120°С. Микросхемы погружают в жидкость. Если в корпусе имеется течь, то за счет разницы давлений внутри и вне корпуса газ будев выходить наружу в виде струйки мелких пузырьков. Таким образом, при визуальном наблюдении обнаруживается место течи. Метод прост, оперативен, более производителен - до 700шт/ч, но менее чувствителен и поэтому позволяет обнаруживать только грубые течи. Метод применяется как предварительный для обработки корпусов с большими течами перед окончательным контролем масс-спектрометрическим методом.

Компрессионно-термический метод - разновидность предыдущего метода. Корпусы опускаются в нагретое обезвоженное силиконовое масло. Нагрев до 200°С повышает чувствительность метода.

Влажностный метод контроля наиболее прост, надежен и позволяет одновременно контролировать, кроме герметичности, стойкость покрытий корпусов на воздействие повышенной влажности. Микросхемы выдерживают в камерах тепла и влаги в течение нескольких суток в условиях повышенной влажности (95...98%) при температуре (40±5) °С. Критерием забраковки является ухудшение электрических параметров вследствие проникновения влаги в корпуса. Однако в камерах тепла и влаги отбраковываются ИМ только с грубыми течами. Кроме того, камера не позволяет оперативно обнаруживать негерметичность ИМ с хорошо защищенными структурами. Проникновение влаги в корпус таких ИМ обнаруживается значительно позже, когда произойдет отказ, например, из-за корозии интерметаллических соединений.

Список использованной литературы:

Малышева И.А. «Технология производства интегральных микросхем» , М., Радио и связь 1991.

Курносов А.И. «Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем» М., 1979.