39
MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Kostnad kort = Kostnad komp+Kostnad mont+Kostnad mönsterkort+ Kostnad Test och avsyning Yield eltest x Yield lödning Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected] Antag kostnaden över bråksträcket är säg 200 kr,Yielden på komponenterna är 99,9 % så inses att om lödyielden är 80 % eller 98 % har det mycket stor inverkan på priset (250 kr alt204 kr) Lödyielden är alltså vad man konkurrerar med eftersom Ungefär samma produktionsutrustningar hos olika tillverkare Komponentkostnaden i stort lika Lönekostnaden spelar in men ju svårare kort desto mer är det en kunskapsfråga =lödyieldfråga Beräkning av yield vid lödprocessen

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

  • Upload
    tirza

  • View
    68

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB. Kostnad kort = Kostnad komp+Kostnad mont+Kostnad mönsterkort+ Kostnad Test och avsyning Yield eltest x Yield lödning. Beräkning av yield vid lödprocessen. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Kostnad kort= Kostnad komp+Kostnad mont+Kostnad mönsterkort+ Kostnad Test och avsyning

Yield eltest x Yield lödning

 

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Antag kostnaden över bråksträcket är säg 200 kr,Yielden på komponenterna är 99,9 % så inses att om lödyielden är 80 % eller 98 % har det mycket stor inverkan på priset (250 kr alt204 kr)

Lödyielden är alltså vad man konkurrerar med eftersom

Ungefär samma produktionsutrustningar hos olika tillverkare

Komponentkostnaden i stort lika

Lönekostnaden spelar in men ju svårare kort desto mer är det en kunskapsfråga =lödyieldfråga

Beräkning av yield vid lödprocessen

Page 2: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Vi hade funnit att kapseln med 0,63 mm pitch gav ett lödfel på 150 ppm.Man kan då beräkna vad som händer då denna kapseltyp med 0,63 mm pitch sätts på ett nytt kort

 Sannolikheten att 1 lödpunkt fungerar är (1-150 ppm)=(1-0,000150)=(1-0,000150)1 =0,99985

 

1”=fungerar alltid Sannolikheten för att en lödpunkt blir fel”

Sannolikheten att 2 lödpunkter skall fungera blir (1-0,000150)x(1-0,000150)=(1-0,000150) 2=0,99970

Sannolikheten att 3 lödpunkter skall fungera blir (1-0,000150)x(1-0,000150)x(1-0,000150)=(1-0,000150) 3=0,99955

Sannolikheten att 132 lödpunkter (samma pitch som ovan) skall fungera är (1-0,000150)132=0,9804

Sannolikheten att 670 lödpunkter ”-””-” ”-” (1-0,000150)670=0,9044

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Page 3: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Ylödning= (1-p 0,3 mm)N0,.3 mm x (1-p0,4mm)N0,4mm x (1-p0,5 mm )N0,5 mm x (1- p0,63 mm)N0,63 mm x (1-p1,27 mm)N1,27 mm

 Här är

P0,3mm = felutfallet i ppm (10-6) för kapslar med 0,3 mm pitch, N0,3 mm =antal lödpunkter på kortet med 0,3 mm pitch

 P0,4 mm = ”-” ”-” 0,4 mm pitch, N0,4mm = ”-” ”-” 0,4 mm pitch

 P0,5 mm = ”-” ”-” 0,5 mm pitch N0,5 mm = ”-” ”-” 0,5 mm pitch

 P0,63 mm = ”-” ”-” 0,63 mm pitch N0,63mm= ”-” ”-” 0,63 mm pitch

 P1,27 mm= ”-” ”-” 1,27mm pitch N1,27 mm = ”-” ”-” 1,27 mm pitch

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Yielden vid lödning

Page 4: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Varför skall man kunna använda formeln för beräkning av yielden i lödning?

• Varje ansvarskännande företag måste kunna avge offerter som kommer att motsvaras av verkligheten

•Detta innebär att varje produktionsavdelning måste ha framförhållning och göra provkort och beräkna antalet fel per lödpunkt på kommande NYA kapseltyper,med befintliga produktionsutrustningar.

•Dessa felutfall per lödpunkt måste utgöra underlag för

•Konstruktörernas arbete så att de vet att de konstruktioner som man arbetar med,ryms inom de kostnadsmål som finns (eller borde finnas)

•Om INTE kostnadsmålet kan uppfyllas BORDE 2 alternativa saker hända:

•1. Diskutera med produktionsavdelningen om nya bättre produktionsutrustningar kan anskaffas för att lödfelen på de nya kapseltyperna kan reduceras.(Om så är fallet tas investeringsfrågan upp med företagsledningen)

•2.KONSTRUERA OM,så att konstruktionsuppdraget kan lösas UTAN dessa nya kapseltyper

•Offert bör naturligtvis inte avges förrän man vet att samtliga mål,

i synnerhet kostnadsmålet,har en rimlig chans att kunna uppfyllas

i verkligheten.Avges ändå offert kommer företaget att lida förlust!

Page 5: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Exempel 1.

Ett kort har 1 kapsel med 0,4 mm pitch och 256 ben, p0,4 mm=350 ppm ,3 kapslar med 0,5 mm pitch

och 24 ben vardera,p0,50,5 mm=150 ppm samt 10 kapslar med132 ben med pitch 0,63 mm,p0,63mm=100 ppm

Ylödning=(1-0,000350)256 x (1-0,000150)3x24 x (1-0,000100)10x132 =0,9143 x 0,9893 x 0,8763 =0,793=79,3 %

Exempel 2.

Samma som exempel 1 men nu är p0,63 mm= 45 ppm

Ylödning= 0,9143 x 0,9893 x (1-0,000045)10x132=0,9143 x 0,9893 x 0,9423=0,852=85,2 %

Exempel 3.

Samma som exempel 2 men nu är p0,4 mm= 275 ppm

Ylödning=(1-0,000275)256 x 0,9893 x 0,9423=0,9320 x 0,9893 x 0,9423 =0,869=86,9 %

Exemplen ovan visar att det lönar sig att arbeta på att minska antalet lödfel på de komponentpitcher som man använder mest i produktionen.Detta görs med flerfaktorförsök,processtyrning etc.

Page 6: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Lödyielden för PQFP-kapslar kontra BGA-kapslar.

En konstruktion kan antingen använda en del med kända kapslar (Lödyield =A) och montera in en 256 PQFP-kapsel med 0,4 mm pitch (p0,4 mm=1000 ppm) Om en BGA-kapsel med 270 lödkulor och pitch 1,27 mm kan man ansätta 50 ppm per lödkula

Med PQFP-kapsel

Ylödning= A x (1-0,001000)256= Ax 0,774

Med BGA-kapsel

Ylödning= A x (1-0,000050)270= Ax 0,9866

Exemplen ovan visar att BGA-kapslarnas store fördel är en högre lödyield i produktion.Detta beror dels på BGA-kapslarnas större pitch (1.1,27 mm) och deras självcentreringsförmåga.

Page 7: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Kvalitetsnivån på plastkapslar respektive nakna chips.Plastkapslade komponenter

Om man pratar med produktionspersonal på en ytmonteringslina är den allmänna uppfattningen att ”det är inga elektriska fel” på plastkapslarna,vilket visar sig i den elektriska testen.

• Detta är både rätt och fel.Enligt halvledarexperter har plastkapslade komponenter en kvalitetsnivå på ca 1000 ppm (1000 kapslar per miljon kapslar är felaktiga).Dessa fel är vanligtvis parameterfel där felen är obetydliga överskridanden av specificerade parametrar.Eftersom tester på kortnivå inte mäter komponentparametrar upptäcks inte dessa små avvikelser.

Nakna IC-chips.

De flesta halvledarföretag har nu så bra processkontroll och så bra tester på wafernivå så att de för sina ”mogna” (mature) kretsar kan garantera samma kvalitetsnivå (parametervärden) som de kapslade komponenterna,dvs en kvalitetsnivå omkring 1000 ppm.

Exempelvis har National Semiconductor mer än 200 kretstyper där de kan GARANTERA parametervärden enligt datablad.Liknande gäller för övriga halvledartillverkare.

Eftersom man räknar med att kostnaden för att bonda och kapsla en IC-krets är ca 1 cent per I/O betyder det att ett naket chip med 100 I/O kostar ca 1 $ mindre än motsvarande plastkapslade krets. Detta gäller för stora kvantiteter.

Page 8: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Elektrisk yield hos en modul med flera IC-chipsAntag att man har en modul med totalt n chips (n=n1+ n2 +…. nn)Chip typ n1 har yielden y1

Chip typ n2 har yielden y2

Chip typ nn har yielden yn

Yielden i första eltest blir då Yel= (y1)n1 x (y2)n2 x ….. (yn)nn

Exempel.En modul har 3 IC-chips. 1 processor med yielden 0,99,två minnen med yielden 0,999,1 ASIC med yielden 0,97

Yel= (0,99)1 x (0,999)2 x (0,97)1=0,99 x 0,9998 x 0,97=0,96

Page 9: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Jämförelse mellan ett system med plastkapslade IC och nakna chip.

System med 10 plastkapslade IC

Enligt tidigare är kvalitetsnivån på plastkapslade IC-kretsar 1000 ppm.

Alltså är funktionssannolikheten (1-0,001)=0,999

Om systemet har 10 kapslar blir systemets funktionssannolikhet (0,999)10=0,990045.

Alltså är ca 1% av systemen elektriskt felaktiga (1 felaktigt system per 100 system)

I regel upptäcks inte dessa felaktiga system eftersom felen består av obetydliga parameterfel och en sluttest på systemnivå mäter vanligen inte komponentparametrar.

System med ”samma IC” men i form av nakna chip

De nakna chipen förutsätts vara ”mogna” och har alltså kvalitetsnivån 1000 ppm

Systemets funktionssannolikhet blir då (0,999)10=0,990045 samma som i det plastkapslade fallet.

Alltså blir även nu ca 1% av systemen elektriskt felaktiga.Om vi antar att systemtesten är likadan som i det plastkapslade fallet kan m,an påstå att de levererade systemen har samma kvalitetsnivå oavsett om systemen byggs med plastkapslade IC eller nakna chip.

Det finns en ”fara” i systemet byggt med nakna chips.Denna ”fara” består i att komponentingenjören ofta vill (över)-specificera parametrarna hos de nakna chipen vilket medför att chipen kostar mer än nödvändigt.

Page 10: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Kostnadsnivå för nakna chip

Om man skall köpa chips i små kvantiteter görs det oftast lättast via något ”chipshus”.De är vana att leverera chip i små kvantiteter

För stora kvantiteter bör man ta direktkontakt med halvledartillverkaren i fråga.

Om kostnaden för en plastkapslad krets är =X

Är kostnaden för samma krets i chiputförande mellan 0,7-1,5 X (Observera att kvantiteterna bör vara lika stora i de båda fallen!)

0,7X är kostnaden för ett chip vars kapslade ekvivalent har gått i produktion under så lång tid att

teknologin är väl kategoriserad med avseende parametervärden över temperaturområdet

tillförlitlig och väl dokumenterad tillverkningsprocess med väl kända felmoder och väl fungerande SPS (Statistisk Process Styrning)

1,5 X är kostnaden för en chiptyp av följande kategori:

teknologi med nyligen introducerad tillverkningsprocess

nyligen karaktäriserade parametervärden över temperaturområdet

Page 11: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Testprogrammets feltäckningsförmåga

Man kan definiera defektnivån (DN) hos en komponent eller system som har klarat en sluttest som

DN= 1 – YTT

DN= defektnivån efter test dvs de felaktiga enheter som inte upptäcktes i sluttesten

Y= yielden i sluttesten

TT=Testtransparens dvs hur stor del felaktiga enheter som testprogrammet släpper igenom

Vidare gäller

TT=1-FT

FT=testprogrammets feltäckningsförmåga

Exempel. Om FT=95 % blir TT=5 %

Exempel Ett testprogram har FT=90 % Hur många ”felaktiga” kretsar släpps igenom av ett leveransparti på 1200 kretsar.Yielden i sluttesten var 70 %

TT= 10%=0,10 vilket ger DN=1-(0,70)10 =1- 0,9650 =0,035

Testen släpper igenom 3,5 % vilket gör att 0,035 x 1200=42 kretsar släpps igenom

Exempel. Samma som föregående med den skillnaden att yielden i sluttesten är 90 %

DN=1-(0,90)10 =1-0,9895=0,015. Programmet släpper igenom 0,015x1200=13 kretsar

Ovanstående visar att det är”dubbelt viktigt” att ha en tillverkningsprocess med hög yield!

Page 12: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Mogna (mature) respektive omogna (immature) IC-kretsar (FIT=fel per 109 driftstimmar)

•MOGNA IC(mature)=Gått i storproduktion under 10-15 månader så att man har:

•OCH man har använt kända konstruktionsregler (ledarbredd,avstånd etc)

•Bra SPS (vet vilka parametrar man skall styra på) i funktion

•Avlusade testprogram,kända felmoder

•Hunnit införa korrigerande åtgärder i processerna

•Innebär att man vet vad testresultaten vid 25 °C innebär för parametrarna vid extremtemperaturerna (guardbandtesting)

Betyder hög yield på produkten

•OMOGNA IC (immature)= ny kretstyp på marknaden

•Delvis nya konstruktionsregler

•Okända felmoder

•Icke avlusade testprogram

•SPS (styrparametrar inte helt klara)

•Man vet inte vad tesparametrar vid 25 «C innebär vid extremtemperaturerna

Betyder lägre yield på produkten

Page 13: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Felintensitet Fel/109 timmar

Som framgår av bilden har kommersiella kretsar en faktor 5-10 lägre felintensitet än militära kretsar

Page 14: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Elektrisk test på wafernivå (skivnivå)

Om man betraktar den vänstra grenen för plastkapslade komponenter framgår att man bondar och kapslar ett antal chips som har elektriska defekter.

Ju bättre test på wafernivå desto färre kapslade kretsar behöver kasseras.Alltså har man sökt att förbättra wafertestens kvalitet.

Ett omfattande arbete har utförts mellan 1994-1997 för att söka förbättra testmetoder på wafernivå.Man fann då:

Oxidrelaterade defekter kan ACCELERERAS MED ATT TESTA PÅ WAFERNIVÅ VID FÖRHÖJD SPÄNNING.

Fel i viagenomföringar/avbrott i ledare kan UPPTÄCKAS GENOM ATT GÖRA FUNKTIONSTEST PÅ WAFERNIVÅ VID REDUCERAD SPÄNNING

Page 15: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Genom att testa ett mycket stort antal kretsar på wafernivå och sedan montera in chipen i små hållare och göra inbränning enligt nedanstående figur kunde man verifiera att wafertest i hög resp låg spänning är utslagsgivande och har samma effekt som inbränning.

Page 16: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Test på wafernivå har dock en stor nackdel.En 200 mm wafer har säg 200 kretsar med vardera 200 I/O (paddar) Att

göra probekort med 40000 prober blir dock mycket dyrt,speciellt om test på wafernivå skall göras vis extremtemperaturer (-55 och + 125 °C)

Man fann att IDDQ test är en av de bästa testerna .Man mäter viloströmmen (Quisent current) då alla CMOS-transistorer har slagit om mellan två klockflanker.Denna ström skall i princip vara mycket nära noll.Om den inte är det finns en defekt

En sådan inbyggd testkretssyns till vänster.En enda CMOS-krets eller on grupp av CMOS-kretsar kan mätas med denna BICS (Buildt In Current Sensor)

Strömmen som flyter genom kretsen/kretsarna ger upphov till en spänning över strömspännings-konverteraren.

Denna spänning matas till en komparator (jämförare) Vref är en referensspänning som ärbaserad på erfarenhetsdata för kretstypen i fråga

Är IDDQ större än Vref indikeras fel

Page 17: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Modern Wafer Level Burn In and Test (WLBIT)

Man grupperar ihop ett antal kretsar med ett temporärt ledarmönster.Dessa

Ledarmönster kopplar ihop spännings-respektive jordpaddarna så test vid hög respektive låg spänning kan ske.De anslutningspaddar som görs med detta temporära ledarlager är så stora (mm) så att man kan använda enkla prober för test

Observera att man då man köper nakna chip får en väsentligt reducerad kostnad jämfört med den plastkapslade kretsen! (om köp i lika stora antal)

Page 18: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

33 µm Au-tråd bondad mot Au/Ni/Cu-laminat och åldrad vid 125 °C

Som framgår av bilden ÖKAR bondstyrkan hos Au-tråd bondad mot Au/Ni/Cu-laminat med tid och temperatur

Page 19: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Åldring av 25 µm Al-tråd bondad mot Au/Ni/Cu-laminat.Åldring vid 125 °C.Plasmarengöring i Ar

Skedde 10 minuter före bonding

Som framgår av bilden MINSKAR Al-tråden bondad mot Au/Ni/Cu-laminat väsentligt i styrka med tid och temperatur

Page 20: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Mogna (mature) respektive omogna (immature) halvledare. Då en nykonstruerad IC-krets sätts i produktion finns många källor till att ett stort antal kretsar blir underkända i eltest.Orsakerna kan vara felaktiga testprogram (buggar),felaktig konstruktion eller en konstruktion på ”marginalen”.Allt detta leder till att yielden i kiselskivetesten blir lägre än vad man har förutsatt.Ofta sätter man nykonstruerade kretsar på inbränning (Burn-In) för att eliminera tidiga fel hos kretstypen i fråga. Det sker alltså ett intensivt arbete med många parallella aktiviteter,förbättra testprogram för att täcka in nya fel,studera vilka fel som uppstått under inbränning samt utföra korrigerande åtgärder för dessa fel,bland annat genom att införa SPS (Statistisk Process Styrning).Den kanske största aktiviteten inriktas på att skaffa sig styrparametrar som medför att processen styrs så att så många fel som möjligt elimineras.Det är också stor skillnad på om det är en ny kretstyp tillverkad med en process som man har mycket lång erfarenhet av eller om det är en ny kretstyp som är tillverkad med en process som är ny i något avseende.

Page 21: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Om det är en ny kretstyp tillverkad med en välkänd process,vet man hur processen skall styras för att erhålla hög yield.Om yielden då inte uppgår till den förväntade nivån,är den låga yielden sannolikt att finna i den nya konstruktionen eller dess testprogram. Om det däremot är en ny kretstyp tillverkad med en delvis ny process kan orsakerna till den lägre yielden än förväntat,finnas inom både området processer eller till den nya konstruktionen. Om det rör sig om en välkänd tillverkningsprocess,som är använd i flera år och om kretstypen i fråga också har producerats under ett stort antal månader (> 10-15) ,med samma linjebredd etc,då kan man tala om en mogen (mature) kretstyp.Om inte så är fallet talar man om en omogen (immature) kretstyp.Dessa olika kategorier kretsar får olika felutfall i drift (Ref 12.3) vilket kan studeras i Bild 12.4. ( 1 FIT=10 –9 fel per driftstimme)

Page 22: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Om man köper en mogen kretstyp som naket chip,testat på något sätt, köper man från en produkt som har hög yield och man får betydligt mindre felutfall dels under den första tidens drift,men också under lång tids drift.Detta kan ses i Bild 12.4 som visar att man har < 0,5 % felutfall under första tidens drift för en typisk sats (”batch”) kiselskivor Om man däremot köper en omogen kretstyp som naket chip,testat på något sätt, kan man räkna med att få 5 % felutfall under de första 1000 timmarnas driftstid.Ju svårare miljö som systemet arbetar i desto fortare kommer felutfallet.Det är av denna anledning som man på omogna kretstyper använder sig av inbränning vid förhöjd temperatur under ett antal timmar,(20-160 timmar).

Page 23: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Exempel 1: En krets har totalt 10 st chip med följande data: 1 processorchip med yielden 0,95, 6 st minneschip med yielden 0,99, 2 linjära chip med yielden 0,97 samt slutligen 2 ASIC-chip med yielden 0,96 Yielden vid första eltest blir då: YEl = (0,95)1 x (0,99)6 x (0,97)2 x (0,96)2 = 0,95 x 0,942 x 0,941 x 0,922 =0,776 =77,6 %

Detta betyder att ca 224 kretsar per 1000 tillverkade kretsar inte fungerar som de skall.Detta innebär att kretsarna måste felsökas för att identifiera det eller de felaktiga chipen i varje krets.Därefter måste de felaktiga chipen bytas ut och ersättas med nya,ny eltest göras etc. Vid den då följande eltesten av dessa 224 kretsar kommer inte alla att fungera.Dessa måste felsökas och repareras etc.Detta blir mycket dyrbart om man skall producera kretsarna i stora kvantiteter.Om 100 000 kretsar skall tillverkas per år kommer omkring 22400 kretsar att behöva felsökas och repareras.

Page 24: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Exempel 2: För samma krets som i exempel 1 har man nu beställt testade chip.Endast processorchipet har beställts som ”mycket väl testat chip” (KGD-chip) och antas nu ha yielden 0,9999. De 6 minneschipen har nu yielden 0,999,de 2 linjära chipen har yielden 0,995 samt slutligen de två ASIC-chipen som har yielden 0,99. Yielden i första eltest blir nu: YEl = (0,9999) x (0,999)6 x (0,995)2 x (0,99)2 = 0,9999 x 0,994 x 0,9900 x 0,9801 =0,964 =96,4 %

Detta innebär att 36 moduler per 1000 tillverkade moduler behöver repareras dvs 3600 moduler per 100 000 tillverkade. Detta är betydligt bättre situation än i exempel 1,men ändå inte optimalt.

Page 25: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Exempel 3. Av exempel 2 ser man att det är de två linjära chipen och de två ASIC-chipen som står för mesta kassationen (0,9900 x 0,9801=0,9703). Om man talar med tillverkaren av dessa chiptyper kan man sannolikt på ett kostnadseffektivt sätt öka deras yield till 0,999 för dessa 4 chip.Man får då YEl = (0,9999) x (0,994) x (0,9980) x (0,9980) =0,990 = 99,0% Detta innebär att 10 kretsar per 1000 tillverkade kretsar inte fungera samt att 1000 kretsar

per 100 000 tillverkade kretsar behöver repareras.

Page 26: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Exempel 4: Alla 10 chip som ingår i modulen beställs nu ”mycket väl testade chip” och antas ha yielden 0,9999.Man får då YEl =(0,9999) 10 =0,9990 dvs 1 krets på 1000 tillverkade är felaktig dvs 100 kretsar på 100 000 tillverkade bör repareras

Page 27: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

12.5.2. Något om optimering av kvalitetsnivån på okapslade chip. Exempel 1-4 i avsnitt 12.5.1. visar nu hur man BORDE gå till väga för att optimera tillverkningskostnaderna med avseende på yielden på chipen och chipens kostnad.Men problematiken rymmer mycket mer än så! Man måste därtill ta hänsyn till hur mycket personal och utrustning samt lokalutrymme krävs för att göra reparationerna av kretsarna i exempel 1-4 och ställa dessa kostnader i relation till den ökande chipkostnaden som uppkommer med bättre testade chip! Dessutom måste man ta hänsyn till vad blir kostnaden för modulen/systemet om man i stället använder plastkapslade ”testade” kretsar.Sådana kretsar ha en ”kvalitetsnivå” på ca 1000 ppm dvs de har en ”yield ” på 0,999.(Ref 12.6)Om vanlig ytmonteringsteknik skulle användas för att göra modulen blev yielden i eltest YEl =(0,999)10 =0,9900 dvs 10 kretsar per 1000 kretsar är elektriskt felaktiga.

Detta innebär 1000 kretsar är felaktiga per 100 000 tillverkade kretsar dvs samma resultat som i exempel 3!

Page 28: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Om man köper kapslade och ”testade” plastkomponenter och erhåller 10 elektriskt felaktiga kretsar per 1000 tillverkade kretsar dvs 1000 felaktiga kretsar per 100 000 tillverkade kretsar ”men inte märker det” i plastkapselfallet. Skulle man ha gjort det om man köpte nakna testade chip med yielden 0,999.Hur många av de 1000 felaktiga kretsarna per 100 000 tillverkade hade man upptäckt vara felaktiga??? Detta visar på hur svårt det är att jämföra två olika byggsätts kostnader på ett rättvisande sätt. Studerar man enbart det byggsätt som använder nakna chip och ser ”antalet elektriskt felaktiga moduler” kommer man lätt fram till att man måste ha väldigt väl testade chip som säkert kommer att kosta mycket mer än plaskapslar.Det byggsätt som då använder nakna chip, kommer då att anses vara (mycket) dyrare än vanlig ytmontering.Att man därigenom kanske har köpt in ”för bra ” testade chip och därigenom uppnått högre kvalitet på det som skulle levereras,det får aldrig någon reda på,för systemet med nakna chips skulle aldrig ha beställts!

Page 29: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Därför borde en ”regel” vara att om man jämför två byggsätt ,ett med nakna chip,och ett med ”testade” plastkomponenter, bör man ALDRIG i kostnadsjämförelsen ansätta högre yield på chipen än 0,999( med den kostnad som man då erhåller på chipen!)Detta eftersom 1000 ppm (dvs yield 0,999) i praktiken är den kvalitetsnivå som man får på plastkapslade komponenter! Hur kan det vara på det här sättet att man har elektriskt felaktiga moduler som ”man inte vet om”?

Page 30: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

11.1.Definition av renhet. Det är viktigt att på ett enkelt sätt kunna mäta hur rena olika ytor är.En mycket enkel metod anges i (Ref 11.1) som Motorola har angivit.Metoden har under lång tid använts inom halvledarindustrin.Man droppar en liten droppe (2-4 mikroliter) avjoniserat vatten på den yta som man vill mäta renheten på.Om vattnets kontaktvinkel mot ytan är < 10 ° betraktas ytan som ren.Se Bild 11.1.

Bild 11.1. Definition av renhet är om kontaktvinkeln är < 10 °. Då man mäter kontaktvinkeln är det viktigt att mätningen görs inom ca 45 sekunder efter det vattendroppen har pålagts. Detta eftersom droppen med tiden förångas.

Page 31: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

p

Olika typer av MOLEKULÄR rengöring av halvledare (och mönsterkort)

Plasmarengöring

UV/Ozonrengöring

Man har ett plasma,dvs en joniserad gas av lågt tryck (6-10Pa).Gaserna kan vara Ar,Ar+H2 eller O2.Den joniserade gasen accelereras mot den krets som man vill rengöra och slår mekaniskt ut alternativt oxiderar re föroreningar som finns på kretsen.Gaserna som bildas av föroreningarna pumpas bort.

UV/Ozonrengöring är i princip ett ljusrör med mycket kort våglängd (E=konst/2)Den kraftiga ljusenergin slår sönder föroreningsmolekylerna och gör dem vanligen till gaser som kan pumpas bort

Page 32: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Risker med molekulär rengöring

Rengöra 1 chip i en kapsel går vanligtvis bra ty inget ledningsmönster på substratet

Om flera chips på substratet/laminatet kan ledare på substratet/laminatet ”plocka upp” joner så att den elektriska fältstyrkan över ”gatarna” blir så stor att chipet förstörs

OBS!Även UV/Ozon kan förstöra chips om de innehåller Flash-minnen etc!

Page 33: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Många har nog den uppfattningen att alla steg hos en halvledartillverkare är mycket rena.Så är inte alltid fallet

Bilden ovan visar renheten hos wafers tillverkade på olika fabriker.Stora förorenare är behållare som wafers transporteras i

Page 34: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Hur länge kan en ”ren yta”vara ren i laboratoriemiljö?

Som framgår av bilden blir Al-paddar på chips förorenade efter bara några timmars förvaring i laboratoriemiljö.

Page 35: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Då man har diod-och transistorchips som är geometriskt små låter ofta den uppsågade wafern sitta på en tape och plockar chipen direkt från wafern.Då en wafer kan innehålla 200000 diod/transistorchip inses att wafern kan räcka månader även om stor produktion

Som framgår av bilden blir chipen förorenade dels av den omgivande luften dels av utgasning från tapen,

Page 36: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Vanligen limmar man chipen mot ett laminat/substrat.Först trycks/deponeras limmet på de platser som chip skall monteras.Därefter monteras chipen varefter limmet härdas.Vid härdningen ,som sker vid 160-180 °C,utgasas lösningsmedel,epoxy etc som kan kondenseras på chipen och speciellt på bondpaddarna.

Som bilden ovan visar kan det vara stor skillnad på olika lim,hur mycket som utgasas och kondenseras.

Bilden visar dock att det är nödvändigt att rengöra chipen före bondning,speciellt i högtillförlitliga sammanhang som bilelektronik,flygelektronik etc

Page 37: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Det föregående har visat nödvändigheten av att rengöra chipen just innan man utför bondning,speciellt om man har flera chip monterade på ett substrat eller laminat

Man bör notera att denna rengöring också är mycket väsentlig för den kapsling som man gör.En förorening (fett,epoxy etc) medför att kapslingsmaterialet inte kan binda så bra (dålig vidhäftning) mot laminatet/substratet.Alla kapslingsmaterial släpper upptar fukt.Fukten går slutligen in i föroreningen och kan medföra läckströmmar eller kortslutning,korrosion etc

Page 38: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Korrosion av Al-paddar på halvledare

För korrosion behövs 3 ingredienser

•Närvaro av joniska föroreningar

•Närvaro av fukt

•Närvaro av 2 olika metaller med olika plats i spänningskedjan

Exempel

Man legerar ofta Cu(1-3 %) i Al för att öka motståndskraften mot elektromigrering.Då man som sista tillverkningsmoment ,för att öka Al-mönstrets vidhäftning,upphettar kiselskivan till 450 °C,kommer det att bildas små Cu-öar i Al-paddarna.Korrosion kan uppstå om sådana chip ligger i fuktig miljö om vissa föroreningar finns närvarande

Page 39: MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB

Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Email:[email protected]

Harman (Ref 11.9) har visat reaktionen mellan Cl och aluminium. Cl- joner adsorberas på ytan pga spänningsdifferensen mellan Au-och Al. Man får då: Al(OH)3 + Cl - Al (OH)2 Cl + OH - Då oxiden på Al-paddens yta är löst enligt ovan reagerar Cl - med Al enligt Al + 4 Cl - Al(Cl)4

- + 3 e- Därefter kommer Al(Cl)4 att reagera med fukten som finns enligt reaktionen 2 Al Cl4

- + 6 H2 O 2 Al (OH)3 + 6 H+ 8 Cl – Detta visar att Cl har frigjorts igen och kan på nytt konsumera Al.Denna process fortsätter till i princip tills allt Al är konsumerat.Av detta följer att Cl är den i särklass farligaste föroreningen i halvledarsammanhang (tillsammans med fukt). Därför måste man vara noga då man väljer inkapslingsmaterial etc att välja sådana material som har låga halter Cl.!

Reaktioner mellan Klor (Cl) och Aluminium (Al)