Nickl, J.: Fertigungsverfahren bestimmen die Belastbarkeit von GaAs-Hochleistungsbauteilen

<BODY> <H1>www.duv24.net : Nickl, J.: Fertigungsverfahren bestimmen die Belastbarkeit von GaAs-Hochleistungsbauteilen</H1> <P> <BR> [<A href="/">www.duv24.net</A>] [<A href="../index.html">back</A>] </P> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=TOP CLASS=detailBereichRedaktion>Bereich > Redaktion > <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD> <TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>17.11.2000</TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>GWP mbH:</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>Nickl, J.: Fertigungsverfahren bestimmen die Belastbarkeit von GaAs-Hochleistungsbauteilen</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Materialographie und Durchstrahlungsmikroskopie sichern Qualität</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Erschienen in DESIGN&VERIFICATION 0/2000, S. 22<BR><BR><BR>In der Praxis werden GaAs-Bauelemente häufig bis an ihre garantierten Grenzen ‚ausgereizt‘. Ein hohes Ausfallrisiko ist ohne ausgereifte Qualitätssicherung wahrscheinlich. Zur Einhaltung der Qualitätsansprüche wären Hinweise des Produzenten über Herstellungsverfahren erforderlich, die aber in der Regel in den Datenblättern fehlen. Materialographie und Durchstrahlungsmikroskopie bieten sich hier in Kombination für einen 100%-Eingangstest an.<BR><BR>Für extreme Anwendungen von GaAs-Transistoren werden handelsübliche Bauteile an den Spezifikationsgrenzen eingesetzt. Um dennoch zuverlässige Schaltungen herstellen zu können müssen zusätzliche Kenntnisse über die Bauteile existieren. In der Praxis bedeutet das oft, dass die hohen – vor allem thermischen – Belastungen bei manchen Exemplaren zu einem schnellen Ausfall führen, während andere Exemplare eine gewünschte wesentlich höhere Lebensdauer aufweisen; das deutet auf verschiedene existierende Bauarten hin. Die Hersteller von GaAs-Bauteilen sind frei in der Wahl von Herstellprozesse – solange letztendlich die allgemeinen Spezifikationen eingehalten werden. Einer der variierenden Herstellprozesse ist das der Verbinden des GaAs-Kristalls mit dem Support: Kleben oder Löten. Üblicherweise werden den Spezifikationen keine Details aus der Fertigung zugefügt und der Anwender muss sich daher eine eigene Qualitätssicherung aufbauen. <BR>Die Aufgabe von der Wareneingangskontrolle von GaAs-Anwendern ist nun die Identifikation von Bauarten mit vorhersehbar langer Lebensdauer unabhängig von den Herstellerangaben. Dazu werden zunächst die Mechanismen des Versagens an einer Reihe kurz- und langlebiger Transistoren untersucht. Häufige Ursachen des Ausfalls sind dabei mechanische Veränderungen im Bauteil, wie Delaminieren, Brüche in Goldkontakten und Goldstrukturen, Brüche des Halbleitermaterials oder Lösen von Klebe- oder Lötverbindungen. All das sind häufig Auswirkungen thermischer Überlastung wofür vor allem drei Mechanismen verantwortlich sind: <BR><BR>· thermisches Zersetzen von Kunststoffen oder Ausgasungen<BR>· unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von verbundenen Materialien <BR>· Relaxation mechanischer Spannungen (Brüche)<BR><BR>Die wichtigste Untersuchung der Elektronik-Hardware erfolgt durch zerstörende Materialographie mittels präzisen Schnitten durch das Bauteil. Die entstehenden Flächen werden mechanisch und chemisch poliert und mit Chemikalien (Ätzmittel) derart behandelt, dass sich ein möglichst aussagekräftiger Material-Kontrast bei der Untersuchung im Licht- oder Rasterelektronemikroskop ergibt. In Abbildung 1 ist ein solcher Schnitt zusammen mit der Lageskizze dargestellt. Werden die Bauteile extrem thermisch beansprucht, so können sich Defekte einstellen wie z.B. abgerissene GaAs-Kristalle vom Support. Eine Untersuchungsreihe hat gezeigt, dass vor allem zwei Verfahren zur Verbindung von GaAs und dem Source-Material verwendet werden:<BR><BR>· das Verkleben mit einem leitfähigem Epoxidharz <BR>· das Löten mit niedrigschmelzenden Loten wie zum Beispiel Gold/Zinn<BR><BR>Beide Prozesse führen zu Verbindungen, die versagen können (Resultate von Überlastungen zeigen Abbildung 2 und 3). Vergleicht man jedoch die Lebensdauer mit der festgestellten Verbindungstechnik so stellt sich ein deutlicher Vorteil für das Löten heraus. Aus werkstoffwissenschaftlicher Sicht ist das nicht überraschend, denn eine Metall/Metall-Verbindung durch Löten ist in der Regel höherfest als eine Klebung. Als weitere Eigenschaft langlebiger Transistoren haben sich spannungsfrei liegende Bonddrähte herausgestellt. <BR>Der hohe Aufwand der zerstörenden Materialographie ist während der Phase der grundlegenden Untersuchungen gerechtfertigt. Nachdem die gewünschten Eigenschaften bekannt sind sollen aus gelöteten Baureihen mit einer Durchstrahlungsmikroskopie diejenigen Bauteile aussortiert werden die möglichst spannungsfreie Golddrahtverbindungen aufweisen. Will man eine 100%-Prüfung der Bauteile einführen so ist man auf eine einfache, günstige und vor allem schnelle Untersuchung angewiesen; hier bietet sich die zerstörungsfreie Röntgen-Durchstrahlung an. GWP hat dazu für ein handelsübliches Rasterelektronenmikroskop eine Methode entwickelt, dessen Prinzip Abbildung 4 zeigt. Der Elektronenstrahl trifft auf ein Molybdän-Klötzchen und erzeugt so Röntgenstrahlung (Mo-Bremsstrahlung), der Elektronenstrahl rastert und die Probe als auch der Detektor stehen fest; diese Anordnung ermöglicht maximal eine 300fache Vergrößerung. Die Strahlendosis ist wegen der geringen Röntgenintensität und der kurzen Untersuchungszeit gering, so dass keine Schädigung im Halbleitermaterial auftritt (Patent angemeldet). Abbildung 6 zeigt in der Aufsicht eine unter mechanischer Spannung stehende Golddrahtverbindung aufgrund einer axialen Verschiebung des GaAs-Kristalls auf der Source nach oben.<BR>Letztendlich konnten mit grundlegenden Untersuchungen und einer individuellen Serienprüfung aus Standard-Bauteilen extrem belastbare, betriebssichere Exemplare aussortiert werden.<BR></TD> </TR> <TR> <TD CLASS=detailQuelle> </TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=1 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top></TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=393 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=28 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=174 HEIGHT=1 ALT=""></TD> </TR> </TABLE> <P><I>Diese Seite wurde am 25.09.2004, 13:11 Uhr aktualisiert</I></P> </BODY>