Moderní testování polovodičů zahrnuje kombinaci měření, simulace provozních podmínek a materiálové analýzy, která umožňuje odhalit výrobní vady i slabá místa konstrukce ještě před uvedením zařízení do provozu.
Polovodiče dnes tvoří základ moderní elektroniky. Každý řídicí systém automobilu, průmyslový měnič, komunikační zařízení nebo energetická aplikace je závislá na správné funkci integrovaných obvodů. Přestože jsou současné čipy vyráběny s extrémní přesností, jejich spolehlivost neurčuje pouze návrh samotného obvodu, ale především kvalita výrobního procesu, pouzdření a odolnost vůči provozním podmínkám.
I velmi malá materiálová vada v oblasti spoje nebo struktury čipu může po určité době způsobit selhání celého zařízení. Z tohoto důvodu se v polovodičovém průmyslu neprovádí pouze elektrické testy, ale také kontrola waferů a optická kontrola čipů doplněná o dlouhodobé zkoušky spolehlivosti. Mnoho poruch se totiž neprojeví okamžitě, ale vzniká postupně vlivem teploty, vlhkosti nebo mechanického zatížení během reálného provozu.
Kontrola waferů a optická kontrola polovodičů
Výroba integrovaných obvodů začíná na polovodičových křemíkových waferech, tedy na křemíkových plátech, na kterých se nachází velké množství jednotlivých čipů. Jakákoliv výrobní odchylka v této fázi může znamenat ztrátu celé série, a proto je kontrola křemíkových plátů jedním z nejdůležitějších kroků výroby. Optická kontrola polovodičů umožňuje odhalit mikrotrhliny v substrátu, porušení struktur, nehomogenitu vrstev i defekty vzniklé během litografických procesů. Pro detailní pozorování struktur a přesné měření rozměrů se využívá specializovaný polovodičový mikroskop, například mikroskop ECLIPSE L300N.
Při požadavku na vyšší průchodnost výroby a automatizovanou manipulaci s wafery se používají specializované systémy, jako je Nikon NWL200 Wafer Loader Series. Tento systém je určen pro bezpečné a rychlé nakládání 6″ a 8″ polovodičových waferů v inspekčních a měřicích aplikacích. Díky přesnému centrování, vysoké spolehlivosti a ergonomickému provedení je vhodný pro provozy, kde je klíčová přesnost a vysoký výkon.
Optická kontrola elektroniky pokračuje i po zapouzdření čipu. V této fázi se sleduje kvalita bondingu, spojů a pájení, protože právě zde se často objevují vady, které mohou později způsobovat poruchy zařízení. Vhodná řešení pro tyto aplikace najdete v kategorii polovodičové mikroskopy.
Environmentální zkoušky elektroniky
Spolehlivost polovodičů je silně ovlivněna okolním prostředím. Kombinace teploty, vlhkosti a elektrického zatížení postupně mění vlastnosti materiálů, urychluje difuzi kovů a může vést ke korozi nebo ztrátě izolačních vlastností. V rámci zkoušek elektroniky se proto provádí simulace reálných provozních podmínek. Součástky jsou vystavovány opakovaným změnám teplot (teplotní komory), rychlým teplotním přechodům (teplotní šokové komory), dlouhodobému působení zvýšené vlhkosti (klimatické komory) i časově prodlouženému zatížení, které urychluje stárnutí materiálů.
Tyto zkoušky dokáží během několika týdnů nasimulovat životnost výrobku, která by v běžném provozu trvala roky. Testování probíhá ve specializovaných klimatických komorách v rámci zkušební laboratoře, kde lze přesně řídit teplotu, vlhkost i průběh zatížení v čase. Odhalují se tak zejména problémy pouzdření, migrace kovů, degradace pájených spojů nebo delaminace materiálů.
Vibrační a mechanické zkoušky
V mnoha aplikacích není hlavním zatížením teplota, ale mechanické namáhání. Automobily, kolejová vozidla i průmyslové stroje vytvářejí dlouhodobé vibrace, které postupně vedou k únavě materiálu. Během vibračních testů jsou součástky vystaveny řízenému kmitání v definovaném frekvenčním spektru a následně i rázovým zatížením. Sleduje se především chování pájených spojů, bondingových drátků, pouzdření čipu i mechanických spojů. Zkoušky mohou být doplněny také o kombinované zatížení teplotou, které simuluje skutečný provoz například v automobilové elektronice. Tyto vibrační systémy odhalují konstrukční slabiny ještě před uvedením výrobku do praxe.
Příprava materiálů pro analýzu a failure analysis
Pokud součástka selže, následuje detailní analýza poruchy, označovaná jako failure analysis. Jejím cílem není pouze najít poškozené místo, ale především určit skutečnou příčinu selhání. V rámci přípravy vzorku se součástka nejprve přesně rozřeže (dělení materiálů), zalije do pryskyřice (zalévání materiálů) a postupně brousí a leští (broušení a leštění) tak, aby byl odkryt její vnitřní průřez. Následně probíhá mikroskopická analýza pomocí polovodičového mikroskopu, při které lze identifikovat praskliny čipu, dutiny v pájce, poškození bondingu, delaminaci pouzdra nebo elektrochemickou migraci. Kombinace kontroly waferů, optické kontroly čipů a environmentálních zkoušek tak umožňuje přesně určit, zda byla příčinou výrobní vada, návrhový problém, přetížení nebo vliv prostředí.
Komplexní řešení pro polovodičový průmysl
JD Dvořák vám nabízí komplexní řešení zahrnující různé oblasti testování polovodičů. Díky našemu jedinečnému portfoliu služeb se na nás můžete spolehnout od prvotních technických konzultací až po výběr finálního řešení na míru vašim potřebám.
Hledáte nová zařízení do vaší laboratoře nebo je pro vás výhodnější jeho pronájem? Ať už se jedná o zařízení na přípravu vzorků, mikroskopickou analýzu, měření tvrdosti, klimatické či vibrační testy, poradíme vám s výběrem těch nejlepších technologií pro vaše aplikace.
Vyhovovaly by vám spíše externí zkoušky elektroniky v našich akreditovaných zkušebních laboratořích? Poskytujeme komplexní testování elektronických systémů v souladu s průmyslovými, automobilovými a vojenskými normami.
V rámci naší JD Academy si pak poradíme i se vzděláváním vašich pracovníků v tomto oboru.
Neváhejte se na nás obrátit. Společně najdeme to správné řešení.
