{"id":9554,"date":"2013-04-05T17:55:12","date_gmt":"2013-04-05T15:55:12","guid":{"rendered":"http:\/\/lcm-content.web-email.at\/?post_type=project&p=9554\/"},"modified":"2018-05-24T10:58:29","modified_gmt":"2018-05-24T08:58:29","slug":"magnetfeldmessung-zur-detektion-von-defekten-in-leistungs-ics","status":"publish","type":"project","link":"https:\/\/lcm-content.web-email.at\/en\/project\/magnetfeldmessung-zur-detektion-von-defekten-in-leistungs-ics\/","title":{"rendered":"Magnetfeldmessung zur Detektion von Defekten in Leistungs-ICs"},"content":{"rendered":"

In ICs wird die elektrische Verbindung zwischen dem Substrat und den Anschl\u00fcssen mittels d\u00fcnner Dr\u00e4hte hergestellt, deren Durchmesser teilweise unter 70\u00b5m liegt. Leistungs-ICs ben\u00f6tigen daher redundante Dr\u00e4hte, um die Strombelast-barkeit garantieren zu k\u00f6nnen. Aufgrund der Redundanz war es bisher nicht m\u00f6glich das Fehlen einzelner Dr\u00e4hte zu detektieren, was zu einer verk\u00fcrzten Lebensdauer des Bauteils f\u00fchrte. Wir haben eine kontaktlose Messmethode, basierend auf Magnetfeldmessungen entwickelt mit der fehlende redundante Dr\u00e4hte detektiert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Moderne Leistungsbauteile sind in der Lage elektrische Spannungen und Str\u00f6me im Bereich etlicher kV und kA zu steuern. In Bezug auf die Lebensdauer dieser Bauteile ist vor allem die elektrische Verbindung zwischen der integrierten Schaltung (dem IC-Die) und der Au\u00dfenwelt (den IC-Pins) ein wichtiger Faktor. Diese Verbindungen werden mittels d\u00fcnner Kupferdr-\u00e4hte realisiert, deren Durchmesser teilweise weniger als 70\u03bcm betr\u00e4gt. Aufgrund des geringen Durchmessers m\u00fcssen Red-undante Dr\u00e4hte verbaut werden, um den Stromfluss aufzuteilen. Bisher waren elektrische Messsysteme nicht in der Lage das Fehlen oder den Ausfall einzelner redundanter Dr\u00e4hte zu detektieren. Im Zuge der Qualit\u00e4tssicherung ist aber eine Detektion solcher Fehler unerl\u00e4sslich, da sich die Lebensdauer des Bauteils dadurch drastisch verringert. Das von uns entwickelte Messprinzip basiert auf der Analyse des magnetischen Feldverlaufs aufgrund des Stromflusses durch die Dr\u00e4hte. Da der Feldverlauf unter anderem von der Leitergeometrie abh\u00e4ngt, k\u00f6nnen damit fehlerhafte Verbindungen detektiert werden.<\/p>\n

Zur Best\u00e4tigung der Funktionalit\u00e4t des Messprinzips wurde ein Power MOSFET Chip, der BTS5120-2EKA von Infineon Technologies verwendet, eine R\u00f6ntgenaufnahme des Chips ist in Abb. 1 dargestellt. Dieser Chip verf\u00fcgt \u00fcber zwei unab-h\u00e4ngig voneinander schaltbare Kan\u00e4le OUT0 und OUT1, wobei jeder Kanal eine nominelle Stromlast von 2,5A bew\u00e4ltigen kann. Beide Kan\u00e4le sind jeweils \u00fcber drei Kupferdr\u00e4hte (\u00d840\u00b5m) mit den IC-Pins verbunden. Um die \u00c4nderung des Feld-verlaufs (speziell der Feldkomponente in x-Richtung) bei Fehlen eines Drahtes absch\u00e4tzen zu k\u00f6nnen wurde eine FEM (F<\/strong>inite E<\/strong>lement M<\/strong>ethod) Simulation durchgef\u00fchrt, siehe Abb. 2. Je nachdem, ob der erste, zweite oder dritte Draht von OUT1 fehlt, \u00e4ndert sich nicht nur der Maximalwert der Feldst\u00e4rke, sondern auch dessen Position.<\/p>\n

F\u00fcr eine zuverl\u00e4ssige Fehlerdetektion, muss der Feldverlauf mit einer hohen \u00f6rtlichen Aufl\u00f6sung vermessen und mit den Messergebnissen eines idealen Chips abgeglichen werden. Um den Feldverlauf messtechnisch zu erfassen wurde in Kooperation mit Infineon Technologies ein Magnetfeldsensor-Array basierend auf dem GMR (G<\/strong>iant M<\/strong>agnetoR<\/strong>esistance) Effekt entwickelt. In Abbildung 3 ist die gemessene Widerstands\u00e4nderung \u2206RGMR eines einzelnen GMR Elements \u00fcber dem Chipgeh\u00e4use dargestellt. Die gemessene Widerstands\u00e4nderung, welche durch den GMR Effekt bedingt ist, weist eine gute \u00dcbereinstimmung mit den simulierten Verl\u00e4ufen auf. Die Messergebnisse zeigen somit deutlich, dass fehlerhafte Verbind-ungen anhand der gemessenen Feldverl\u00e4ufe detektiert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

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Abb.1: R\u00f6ntgenaufnahme eines BTS5120-2EKA Power MOSFET Chips.<\/p><\/div>\n

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Abb.2: FEM Simulationsergebnisse der mag-netischen Feldkomponente Hx, 150\u00b5m \u00fcber dem Chipgeh\u00e4use, f\u00fcr einen Strom von 2A.<\/p><\/div>\n

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Abb.3: Gemessene \u00c4nderung \u2206RGMR des Widerstands eines GMR Elements, 150\u00b5m \u00fcber den Testchips, f\u00fcr einen Strom von 1A.<\/p><\/div>\n

Wirkungen und Effekte<\/strong><\/p>\n

Wir haben eine neue kontaktlose Messmethode vorgestellt, die es erm\u00f6glicht das Fehlen einzelner redundanter Dr\u00e4hte in\u00a0 Leistungsbauteilen zu detektieren. Dazu n\u00fctzen wir das durch den Stromfluss erzeugte Magnetfeld w\u00e4hrend des elektri-schen Funktionstests. Zur Messung des Feldverlaufs mit einer hohen \u00f6rtlichen Aufl\u00f6sung wurde schlussendlich ein Mag-netfeldsensor-Array basierend auf dem GMR Effekt entwickelt.<\/p>\n

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