Масс-спектрометрия остаточных газов подкорпусного пространства микросхем
Характеристика реализации масс-спектрометрического контроля надёжности отбраковки продукции микроэлектронной промышленности. Основные факторы, влияющие на надёжность работы интегральных схем и резонаторов. Особенности качества исходных материалов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.02.2019 |
| Размер файла | 545,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУ ВО "ОмГУ им.Ф.М. Достоевского"
Масс-спектрометрия остаточных газов подкорпусного пространства микросхем
В.И. Струнин, К.А. Белоусов,
Г.Ж. Худайбергенов
Аннотации
Предложена реализация масс-спектрометрического контроля надёжности отбраковки продукции микроэлектронной промышленности. Рассмотрены факторы, влияющие на надёжность работы интегральных схем (ИС) и резонаторов. Проанализированы изделия микроэлектроники, образцы КРТ (кварцевый резонатор термостатированный) для изделия "Агат". Проверено качество исходных материалов, выявлены негативные факторы, влияющие на надёжность продукции. Установлено наличие в остаточной атмосфере подкорпусного пространства образцов пропаргила и пропаргилового спирта. Предложены меры для улучшения качества продукции.
Ключевые слова: масс-спектрометрия, подкорпусное пространство микросхемы, кварцевый резонатор термостатированный.
Основное содержание исследования
Увеличение степени интеграции современных микросхем предъявляет повышенные требования к качеству поверхности кристаллов и внутренних поверхностей корпусов для ограничения негативных поверхностных процессов, приводящих к деградации электрических параметров, и коррозии металлических контактов и проводников. Деструктивные характеристики среды, в том числе глубокий вакуум, большой перепад температур, механические или химические факторы могут негативно повлиять на электрические параметры изделия [1]. На работу микроэлектронных устройств негативно влияют адсорбаты, конденсат влаги, водород, кислород, углеводороды, аммиак, галогениды и другие летучие вещества [2, 3]. Масс-спектрометрический анализ газов подкорпусного пространства, выделяемых материалами, используемыми при монтаже устройства, позволит определить вещества с наибольшим газовыделением и, по возможности, исключить или, по крайней мере, минимизировать их присутствие.
Целью работы является исследование остаточных газов подкорпусного пространства кварцевых резонаторов термостатированных (КРТ) с установленными дефектами - масс-спектрометрическим методом.
Для проведения исследования подкорпусных газов были получены 3 образца КРТ для изделия "Агат". Они содержат резонатор и схему управления. Одним из контролируемых параметров опорных генераторов на основе КРТ является стабильность частоты, которая задается с точностью до 10 (-9) на протяжении всего срока эксплуатации изделия, поэтому необходимо определить причины отклонения частоты от рабочего значения. Возможными причинами отклонений могут быть адсорбированные на поверхности кристалла КРТ газовые продукты выделения из материалов, используемых при монтаже резонатора и корпусировании [4]. Для определения состава адсорбатов и возможных химически активных частиц проводятся исследования спектра остаточных газов подкорпусного пространства микросхем. Для проведения экспериментов были получены образцы №315,343, 435 имеющие различные неисправности: образец №315 - не стабильность рабочей частоты, №343 - отсутствие генерации, №435 - не выход на рабочую частоту.
Процесс проведения измерений: испытуемая микросхема помещается в вакуумную систему, после откачки до высокого вакуума происходит нагрев до 800С (рабочий режим), затем до 1600С (режим отжига). В камере вскрытия находится ионный источник масс-спектрометра. По достижении необходимого уровня фона прокалывающее устройство создаёт микротечь в корпусе микросхемы. Парогазовая смесь через отверстие попадает в область ионизации масс-спектрометра. После этого происходит контрольный нагрев образца до 800С и снятие спектра масс.
Вакуумная система (рис.1) состояла из высоковакуумного насоса НМДО-0.25-1 (НОРД 250), магнетронного датчика в составе вакуумметра ВМБ-8, форвакуумного насоса 2НВР-5ДМ, квадрупольного масс-спектрометра XT-100, камеры вскрытия, зонда, соединительных фланцев и вентилей.
Рис.1. Схема лабораторного стенда: 1 - насос НОРД-250; 2 - вакуумметр ВМБ-8; 3 - насос 2НВР-5ДМ; 4-масс-спектрометр XT-100, камера вскрытия и зонд.
микроэлектронная промышленность интегральная схема отбраковка
Рис.2. Схема зонда: 1 - зонд с нагревателем и термопарой, 2 - корпус зонда, 3 - игла, 4 - корпус микросхемы.
Для исследования образцов к масс-спектрометру смонтирован зонд (1) (рис.2). Зонд состоит из нагревателя с медь - константановой термопарой (не изображены), корпуса камеры вскрытия (2), иглы для прокола (3) и микросхемы (4). Зонд с образцом помещается в камеру вскрытия, после чего происходит откачка до ~ 10-7 Торр, затем происходит снятие спектров остаточных газов.
Результаты и их обсуждение
После помещения зонда с корпусом образца № 435 был произведен отжиг при 160 0С, затем был выполнен прокол образца при 200С (рис.3) с последующим нагревом до 1600С. Из графика видно увеличение пика воды 17 массы, азота 28 массы, а так же 39 массы, что говорит об испарении данных веществ с внутреннего объема генератора. На рис.4 представлены парциальные давления молекул с массами 17, 28 и 39 в зависимости от температуры. Из графика видно увеличение паров вещества 17, 28 массы с ростом температуры, 39 масса сначала растет при увеличении температуры, а затем наблюдается снижение вследствие откачки насосом. Хорошо виден значительный рост парциального давления, отвечающей 17 массе после 120 0С, так же наблюдается значительный скачок ( в 3 раза) парциального давления молекулярного азота после прокола.
Рис.3. Спектр остаточных газов образца № 435 в зависимости от температуры после прокола.20 до прокола, 20* - после.
Рис.4. Парциальные давлений молекул с массами 17, 28 и 39 в зависимости от температуры.1 - до прокола, 2 - после.
На рис.5 представлен масс-спектр образца № 315 в зависимости от температуры, после прокола. Из спектра видно увеличение пиков 17 массы (H2O) и 28 (N2) c ростом температуры, пик 39 массы сначала увеличивается с ростом температуры, затем уменьшается после 120 0С вследствие откачки магниторазрядным насосом, а так же снижения потока загрязняющей примеси из подкорпусного пространства генератора. Данные тенденции продемонстрированы так же на рис.6. Из приведенных рисунков (рис.3-рис.6) видно, что неисправности образцов №435 и №315 схожи, и вызваны большим количеством паров воды. Так же необходимо отметить скачок паров азота после прокола в образце №435, что может говорить о низком вакууме в подкорпусном пространстве микросхеме.
Рис.5. Спектр остаточных газов образца № 315 в зависимости от температуры после прокола.
Рис.6. Парциальные давления молекул с массами 17, 28 и 39 в зависимости от температуры.1 - до прокола, 2 - после.
Рис.7. Спектр остаточных газов образца № 343 в зависимости от температуры до и после прокола.
Рис.8. Парциальные давления молекул с массами 17, 28 и 39 в зависимости от температуры, после прокола.
На рис.7 и рис.8 представлен масс-спектр остаточных газов образца №343 до и после прокола, и динамика парциальных давлений молекул. Из графиков видно незначительное увеличение паров воды, по сравнению с образцами №315,435, что говорит о наличии другой неисправности. Поиск 39 массы по базе NIST2008 (National Institute Standard and Technology) позволил выявить соединение, которое могло попасть внутрь корпуса в процессе подготовки и изготовления КРТ [5]. Возможно это соединение C3H3 (пропаргил) - одноатомный непредельный радикал (C3H3) или подробнее (HC?C-CH2), представляющий остаток углеводорода аллилена. Важнейшими из соединений этого радикала, так называемых пропаргиловых соединений, являются пропаргиловый спирт C3H3-OH, который используется в качестве протравы для гальванических покрытий поверхностей металлов, ингибитора коррозии, как растворитель полиамидов, ацетатов целлюлозы и других полимеров [6]. На рис.9 представлен участок спектра масс остаточного газа после прокола образцов. Хорошо видно, что парциальное давление, отвечающее 39 массе для образца №343 интенсивнее почти в 2 раза, чем для образца №315, кроме того, следует отметить, что для образца №343 парциальное давление 17 массы после нагрева от 100 до 160 0С возрастает в 4 раза, а также и интенсивность пика для 55 массы (C3H3-OH) - выше, чем в других образцах.
Рис.9. Участок спектра масс остаточной атмосферы в подкорпусном пространстве микросхем.
В результате проведенного анализа спектров установлено, что основными загрязняющими веществами являются азотсодержащие соединения и пары воды. Для устранения паров воды, достаточно выдержать микросхему при 120 - 130 0С в течение длительного времени. Удаление азотсодержащих соединений требует отжига микросхемы при температурах близких к 160 0С. Показано, что спектры для различных неисправностей по частоте, тоже различаются. Высокое содержание в остаточной атмосфере образца №343 пропаргила и пропаргилового спирта, возможно, является причиной отсутствие генерации рабочей частоты КРТ. Конкретный ответ может дать эксперимент целью, которого является выявления подобной закономерности.
Библиографический список
1. В.И. Орлов, В.В. Федосов КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ - ЗАЛОГ ДЛИТЕЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ // Решетневские чтения. Сибирский государственный аэрокосмический университет им. акад. М.Ф. Решетнева (Красноярск). 2013. С.238-241
2. R.K. Lowry, R.C. Kullberg, D.J. Rossiter Harsh environments and volatiles in sealed enclosures / // Surface Mount Technology Association International Technical Conference, October 24-28, 2010, Orlando, FL, PP.380-386
3. Федичкин И.Л., Тюкальцев Р.В., Романов П.А., Древаль Т.Н., Соколов А.Н. Такерис С.Я., Новый методологический подход к контролю качества электронной продукции для космических систем с использованием масс-спектрометрического комплекса МКМ-1.2013. с.1-11. - http://www.spectromass.ru/publikatsii/
4. Федичкин И.Л. Р.В. Тюкальцев, Т.А. Никитина Масс-спектрометрический метод определения концентрации паров воды в подкорпусном пространстве. Комплекс МКМ-1 // Труды первой Российско-Белорусской научно-технической конференции "Элементная база отечественной конференции" стр.217-220, 2013г
5. http://www.nist.gov/srd/chemistry. cfm
6. https: // www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0527.html
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Анализ разработки системы автоматизированного контроля на базе микроконтроллера МК51, схемотехника портов. Выбор интегральных микросхем ОЗУ для модуля памяти. Определение надёжности (вероятности безотказной работы) системы автоматизированного контроля.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 15.01.2012Сущность, основные показатели и понятия надежности. Коэффициенты надежности и методика их расчета. Расчёт количественных характеристик надёжности интегральных микросхем, среднего времени восстановления и коэффициента готовности системы автоматики.
контрольная работа [66,6 K], добавлен 05.04.2011Топология и элементы МОП-транзистора с диодом Шоттки. Последовательность технологических операций его производства. Разработка технологического процесса изготовления полупроводниковых интегральных схем. Характеристика используемых материалов и реактивов.
курсовая работа [666,0 K], добавлен 06.12.2012Этапы проектирование полупроводниковых интегральных микросхем. Составление фрагментов топологии заданного уровня. Минимизация тепловой обратной связи в кристалле. Основные достоинства использования ЭВМ при проектировании топологии микросхем и микросборок.
презентация [372,7 K], добавлен 29.11.2013Выпуск и применение интегральных микросхем. Конструирование и технология толстопленочных гибридных интегральных микросхем. Коэффициент формы резисторов. Защита интегральных микросхем от механических и других воздействий дестабилизирующих факторов.
курсовая работа [234,5 K], добавлен 17.02.2010Основные виды структур ИМС. Гибридные и совмещенные интегральные микросхемы. Факторы, ограничивающие степень интеграции. Причины, ограничивающие минимальные размеры интегральных микросхем. Микросборка оптоэлектронных ИМС. Метод элементной избыточности.
реферат [1,2 M], добавлен 23.06.2010Методика конструирования и технология толстопленочных гибридных интегральных микросхем, характеристика основных технологических операций и принципы выбора материала. Порядок расчета конденсаторов разрабатываемых микросхем, выбор и характеристика корпуса.
курсовая работа [261,9 K], добавлен 08.03.2010Расчёты показателей надёжности изделий электронной техники при заданных условиях. Защита микросхем от внешних дестабилизирующих факторов: температуры и влажности. Обеспечение теплового режима работы интегральных микросхем (гибридных и полупроводниковых).
курсовая работа [408,3 K], добавлен 19.03.2012Интегральные микросхемы, сигналы. Такт работы цифрового устройства. Маркировка цифровых микросхем российского производства. Базисы производства цифровых интегральных микросхем. Типы цифровых интегральных микросхем. Схемотехника центрального процессора.
презентация [6,0 M], добавлен 24.04.2016Изучение современных тенденций в области проектирования интегральных микросхем и полупроводниковых приборов. Анализ алгоритма создания интегральных микросхем в среде Cadence Virtuoso. Реализация логических элементов с использованием NMOS-транзисторов.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.11.2013Анализ технологии изготовления плат полупроводниковых интегральных микросхем – такого рода микросхем, элементы которых выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки. Характеристика монокристаллического кремния. Выращивание монокристаллов.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 03.12.2010Развитие современной микроэлектронной элементной базы. Номенклатура микросхем регистров. Цифровые устройства последовательного типа. Общее представление о триггерах. Регистр, как устройство выполнения функции приема, хранения и передачи информации.
контрольная работа [242,1 K], добавлен 25.03.2015Маршрут изготовления биполярных интегральных микросхем. Разработка интегральной микросхемы методом вертикального анизотропного травления с изоляцией диэлектриком и воздушной прослойкой. Комплекс химической обработки "Кубок", устройство и принцип работы.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 18.04.2016Микроэлектронные технологии производства больших интегральных микросхем и их логические элементы. Нагрузочные, динамические параметры, помехоустойчивость переходов микросхем с одноступенчатой логикой и их схемотехническая реализация на транзисторах.
реферат [985,0 K], добавлен 12.06.2009Схемотехнические параметры. Конструктивно–технологические данные. Классификация интегральных микросхем и их сравнение. Краткая характеристика полупроводниковых интегральных микросхем. Расчёт полупроводниковых резисторов, общие сведения об изготовлении.
курсовая работа [3,8 M], добавлен 13.01.2009Краткая историческая справка о развитии интегральных схем. Американские и советские ученные, которые внесли огромный вклад в разработку и дальнейшее развитие интегральных схем. Заказчики и потребители первых разработок микроэлектроники и ТС Р12-2.
реферат [28,1 K], добавлен 26.01.2013Создание интегральных схем и развитие микроэлектроники по всему миру. Производство дешевых элементов электронной аппаратуры. Основные группы интегральных схем. Создание первой интегральной схемы Килби. Первые полупроводниковые интегральные схемы в СССР.
реферат [28,0 K], добавлен 22.01.2013Исследование принципа действия биполярного транзистора. Конструирование и расчет параметров диффузионных резисторов. Классификация изделий микроэлектроники, микросхем по уровням интеграции. Характеристика основных свойств полупроводниковых материалов.
дипломная работа [4,7 M], добавлен 20.06.2012Надежность электронных компонентов, туннельный пробой в них и методы его определения. Надежность металлизации и контактов интегральных схем, параметры их надежности. Механизм случайных отказов диодов и биполярных транзисторов интегральных микросхем.
реферат [420,4 K], добавлен 10.12.2009Разработка программно-аппаратного комплекса (микропроцессорного контроллера) для тестирования интегральных микросхем. Функциональный контроль по принципу "годен" - "не годен". Параметры микроконтроллера КМ1816ВЕ51. Блок-схема алгоритма работы контроллера.
курсовая работа [307,1 K], добавлен 16.07.2009
