Способ обнаружения влаги в корпусах интегральных схем Советский патент 1993 года по МПК G01R31/28 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для обнаружения влаги в герметизированных (ме- т аллокерамических) корпусах ИС. Обнаружение влаги в корпусах ИС средствами неразрушающего контроля служит для коррекции технологического процесса и выявления ИС, обладающих коррозионной стойкостью..

Известные способы обнаружения влаги в корпусах ИС осуществляются средствами физико-технического анализа, например масс-спектрометрией. Однако они требуют нарушения целостности корпуса ИС и использования дорогостоящего оборудования. Возможно использование неразрушающих электрофизических методов, основанных на измерении информативных электрических параметров ИС.

Известен способ измерения содержания влаги в герметизированных корпусах ИС, основанный на измерении зависимости ве личины межэлектродной емкости от температуры корпуса ИС в процессе его охлаждения внешним источником холода до температуры . Однако способ имеет малое быстродействие вследствие необходимости медленного охлаждения ИС. Этот и другие известные спосо.бы недостаточно достоверны вследствие малой информативности измеряемых электрических параметров,

Целью изобретения является повышение достоверности и быстродействия не- разрушзющегоконтроля ИС, осуществляемого для обнаружения повышенного содержания влаги в корпусах ИС.

Цель достигается тем, что по способу, включающему охлаждение ИС до температуры полупроводниковой структуры ниже -20°С, измеряют новый информативный параметр - зависимость производной напряжения на прямосмещенном р - п-переходе в одной из внутренних цепей ИС от величины этого напряжения Упрям в процессе охлаждения, а также в процессе нагревания ИС до температуры структуры, превышающей 0°С. Влагу.в корпусе ИС обнаруживают по наличию локальных экстремумов на любой из указанных зависимостей, Цель достигается также тем, что охлаждение и нагревание ИС осуществляют направленно и интенсивно путем использования полу- проводниковой термоэлектрической батареи (ТЭБ) на элементах Пельтье, примыкающей к корпусу объекта контроля в области контакта кристалл - подложка. Указанные технические решения соответствуют критериям новизна и существенные отличия,

На фиг.1 изображены зависимости производной 1 прям от Unps-M в координатах и прям (Упрям), измеренные при охлаждении (I) и при нагревании (II) ИС. Экстремумы на

зависимостях свидетельствуют о повышенном содержании влаги в корпусе ИС.

Способ реализуют с помощью устройства, показанного на фиг.2 и включающего источник 1 питания, выход которого соединен через выводы ИС с одним из р - п-пере- ходов внутренних цепей объекта 2 контроля и входом аналогового дифференциатора 3, источник 4 питания полупроводниковой ТЭБ, примыкающей к корпусу ИС, двухкоор5 динатный самописец 5, входы которого соединены с выходами источника 1 питания и дифференциатора 3.

От источника 1 питания подают постоянный прямой тик через выводы ИС на одну

0 из ее внутренних цепей, содержащую хотя бы один р - п-(тереход. Соответствующее прямое напряжение и ч выводах ИС яалкет- ся термочувствительным параметром, имеющим ТКН npw среднем уровне прямого

5 тока -2-3 мВ/°С. Подают постоянный ток на полупроводниковую ТЭБ, имеющий на- правление, при котором плоскость ТЭБ, примыкающая к ИС, является источником холода. Интенсивное охлаждение корпуса в

0 области контакта кристалл - подложка ИС вызывает перепад температур в нижней части корпуса ИС, к которой примыкает кристалл с внутренней стороны, и верхней части корпуса. При охлаждении нижней ча5 сти корпуса и кристалла до точки росы на ее внутренней стороне и поверхности структуры происходит преимущественное осаждение влаги из внутрикорпусного объема. Осаждаемая влага выделяет тепло, стабили0 зирующее температуру поверхности структуры около точки росы Тр. Термочувствительный параметр (ТЧП) Кпрям характеризует температуру Т приповерхно- стного слоя структуры. Модуль его произ5 водной I и прям I уменьшается в области точки росы (Т Тр) и увеличивается при Т ТР, когда процесс осаждения влаги в основном завершен. На двухкоординатном самописце 5 регистрируют зависимость -и прям

0 отипрям(кривая I на фиг.1), которой соответствует зависимость производной температуры Т приповерхнсстного слоя структуры от Т в координатах Т (-Т). Далее изменяют направление тока, подаваемого от источни5 ка 4 на ТЭБ. В результате поверхность ТЭБ, примыкающая к корпусу ИС, становится тепловыделяющей. Зависимость -и прям (Упрям) переходит на кривую II, соответствующую нагревательной части цикла (фиг.1). Увеличение температуры приповерхностного слоя структуры НС до 0°С вызывает таяние пленки льда, образовавшейся на ее по- верхности при охлаждении, вследствие конденсации влаги из внутрикорпусного объема ИС на предыдущей части цикла. Та- яние пленки льда сопровождается поглощением тепла, стабилизирующим температуру поверхности структуры около 0°С. Модуль производной I У прям I уменьшается в области Т 0°С и увеличивается при Т 0°С, когда процесс таяния пленки льда завершен. На самописце 5 регистрируют зависимость-СТпрям (Упрям) (кривая II на фиг.1).

Если во время измерения зависимости -и прям (Упрям) не происходят фазовые переходы воды, имеющейся во внутрикорпус- ном объеме ИС в количестве, достаточном для изменения производной по времени температуры приповерхностного слоя структуры, то зависимость -и прям (Упрям) имеет плавный, гистерезисный вид и на ней отсутствуют локальные экстремумы. Влагу в корпусе ИС обнаруживают по наличию локальных экстремумов на зависимо- стях -и прям (Упрям), соответствующих первой иям второй части цикла. Содержание влаги оценивают по величине экстремумов и значению температуры точки росы (фиг.1).,

Способ характеризуется использованием нового информативного параметра - зависимости производной по времени ТЧЛ У поям (Упрям), измеряемой в процессе охлаждения и нагревания ИС, осуществляемых в едином цикле. Это позволяет использовать направление и более интенсивное изменение температуры корпуса ИС, при котором возрастаю- уровень измеряемого сигнала (производной ТЧП), а также перепад температур, способствующий осаждению влаги на поверхности структуры ИС. Использование полупроводниковой ТЭБ в качестве источника холода, тепла позволяет реализовать в едином цикле интенсивное и направленное охлаждение, нагревание объекта контроля. Указанная совокупность отличительных признаков служит достижению цели - повышению достоверности и быстродействия способа.

(56) Ко.валенко А.А., Теверовский А.А., Епифанов Т.Н. Влага в корпусах полупроводниковых приборов и микросхем. - Обзор по ЭТ. Сер.2, Полупроводниковые прибору, 1982, вып.2 (858).

In-line measuzement of moisture In sealed 1C packages. N.Bakker - Philips Telecommunication Rev lew, vol.37, N 1 .march 1979, p.11-19.

Сущность способа: для обнаружения влаги в корпусах интегральных схем охлаждают или нагревают объект контроля до температуры ниже -20, выше 0°С, измеряют информативный электрический параметр, в качестве которого выбирают производную падения напряжения на прямосмещенном р - птереходе. 1 злф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

объекта контроля, которую принимают за формативный параметр, затем нагревз35 |«от объект контроля до температуры его по- лупроводниковой структуры выше О С и ;измеряют производную Упрям в зависимости от Упрям в процессе нагревания, которую также принимают за информативный

40 параметр, а наличие влаги в. корпусе объекта контроля определяют по наличию локальных экстремумов на любой из ; регистрируемых зависимостей. | 2. Способ по п.1, отличающийся тем,

45 ,что охлаждение и нагревание объекта кон- |троля производят полупроводниковой термоэлектрической батареей, примыкающей tic корпусу объекта контроля в области контакта кристалл - подложка.

1

Ј

t

J .

u/jpw

-3)

wpw

#c

r

HZE ±3iЈ

ТЭ6

/ U/тря/

f