Elektromigration ved normale driftstemperaturer får integrerede kredsløb til at mislykkes i timer i stedet for år

Et universitet i Californien, Riverside ingeniør bygger elektroniske kredsløb bare for at bryde dem så hurtigt som muligt. Et forskerhold ledet af Sheldon Tan, professor i elektroteknik og computerteknik ved Bourns College of Engineering, har udviklet en ny måde at teste pålideligheden af ​​integrerede kredsløb, såsom mikrochips og mikroprocessorer, det er hurtigere end konventionelle teknikker.

Metoden anvender omhyggeligt kontrolleret elektromigration ved normal driftstemperatur for at få kredsløbet til at svigte i timer i stedet for år, giver forskere mulighed for at vurdere, hvor holdbar en bestemt fremstillingsproces er.

Den nye teknik kan forlænge levetiden og pålideligheden af ​​de integrerede kredsløb, der bruges i smartphones og biler, medicinsk, industriel, rumfart, og forsvarsansøgninger.

Elektromigration er den største bekymring for pålidelighed for integrerede kredsløb. Når elektroner går gennem et ledende metal, de støder på metalmolekyler og slår dem på plads. Omlægningen af ​​molekyler deformerer metallet, forstyrrer dets evne til at lede elektricitet og endda får ledninger til at gå i stykker. Denne proces kan tage alt fra et par minutter for nogle sensorer til 10 år eller mere for meget store integrations (VLSI) kredsløb som f.eks. Mikroprocessorer.

Når elektroniske enheder bliver mindre, metalfilmene og -trådene, der forbinder komponenterne i integrerede kredsløb, kendt som sammenkoblinger, skal blive finere, mens den modstår høje tætheder af elektrisk strøm for at kunne yde den hastighed og nøjagtighed, som brugerne forventer. Kombinationen øger risikoen for fejl på grund af elektromigration. Eksperter forventer, at elektromigrationens levetid halveres for hver ny generation af VLSI'er.

Endnu, applikationer lige fra automatisk elektronik til medicinsk udstyr og rumfartsudstyr kræver lang levetid og har krævende pålidelighedskrav.

Udviklere af integrerede kredsløb har brug for hurtige måder at teste for elektromigrationsfejl, før de sættes i masseproduktion til brug i forbrugerelektronik.

Konventionelle ældningsteknikker involverer at udsætte det integrerede kredsløb for høje temperaturer eller høje strømtætheder, som hver især kan få kredsløbet til at mislykkes af andre årsager end elektromigration, og ingen af ​​dem replikerer dets almindelige miljø eller adfærd.

Nu, for første gang, Tans forskningsgruppe har skabt en proces, der accelererer ældning af elektromigration af sammenkoblinger i integrerede kredsløb under normale arbejdsvilkår.

Tans team startede med en sammenkoblingsstruktur designet til en elektromigrationslevetid på mere end 10 år, som krævet af mange elektroniske applikationer. Strukturen består af en to-segmentet ledning-et reservoir og en hovedgren-en katode, og en kontakt til at deaktivere reservoiret. Reservoiret er forbundet til katoden, som leder strømmen af ​​elektroner ind i tråden. Normalt, et reservoir har ingen elektrisk strøm og forlænger ledningens levetid. Med reservoiret deaktiveret ved kontakten, imidlertid, strømmen strømmer igennem den, understreger katoden og forårsager elektromigrationsfejl på få dage i stedet for 10 år.

Ved at opvarme forbindelsen til normale driftstemperaturer, mindre end 150 ° C/302 ° F, de reducerede tiden til fiasko endnu mere - knap to timer.

"Dagens elektroniske enheder og sammenkoblinger bliver mindre og mindre pålidelige, efterhånden som teknologien skrider frem. Halvlederindustrien vil snart stå over for en pålidelighedskrise, hvis disse problemer ikke løses i den nærmeste fremtid. Vores nye kontrollerede teknikker til elektromigrationsalder kan hjælpe med at afværge denne krise, "Sagde Tan.