DD237901A1

DD237901A1 - METHOD FOR THE TIGHTNESS TESTING OF HOUSES WITH INCLUDED MICROELECTRONIC COMPONENTS

Info

Publication number: DD237901A1
Application number: DD27691385A
Authority: DD
Inventors: Ramona Kurzer; Guenter Schwarzrock; Lothar Reissmueller; Dietrich Huebner
Original assignee: Erfurt Mikroelektronik
Priority date: 1985-06-03
Filing date: 1985-06-03
Publication date: 1986-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitspruefung von in Gehaeusen eingeschlossenen mikroelektronischen Bauelementen und wird bei der Herstellung hochintegrierter Schaltkreise in Hohlkoerperplastverkappung angewendet. Mit ihm werden die Einhaltung der geforderten hohen Zuverlaessigkeit und der zu erwartenden Lebensdauer der Bauelemente nachgewiesen und abgesichert. Es ist Ziel der Erfindung, den Leckratenpruefbereich auf die Erfassung kleiner Leckraten entsprechend dem Nachweisbereich der Leckratenpruefanlagen zu erweitern. Die Aufgabe der Erfindung ist es, den beim Pruefvorgang beeintraechtigenden Einfluss der virtuellen Lecks zu beseitigen, ohne den massenspektrochemischen Nachweis der vorhandenen reellen Lecks einzuschraenken. Das Wesen der Erfindung besteht in der mindestens einmaligen, vorzugsweise mehrmaligen Wiederholung der Verfahrensschrittfolge Lagerung ueber eine bestimmte Zeit und bei vorgegebener Temperatur und Leckratenpruefung etappenweise ueber den gesamten Leckratenpruefbereich. Infolge der Temperatur-Zeit-Behandlung sinkt die virtuelle Leckrate, und es kann etappenweise der interessierende Leckratenbereich erfasst werden.The invention relates to a method for leak testing of microelectronic components enclosed in housings and is used in the production of highly integrated circuits in hollow body plugging. With it, the compliance with the required high reliability and the expected service life of the components are demonstrated and secured. It is an object of the invention to extend the leak rate check range to the detection of small leak rates in accordance with the detection range of the leak rate checkers. The object of the invention is to eliminate the influence of the virtual leaks, which adversely affects the testing process, without restricting the mass-spectrochemical detection of the existing real leaks. The essence of the invention consists in the at least one, preferably repeated repetition of the process step sequence storage over a certain time and at a given temperature and Leckratepruefung in stages over the entire Leckratepruefbereich. As a result of the temperature-time treatment, the virtual leak rate decreases, and the leak rate range of interest can be detected in stages.

Description

field of use

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Gehäusen, vorzugsweise Hohlkörperplast-Gehäusen, mit eingeschlossenen mikroelektronischen Bauelementen, bei denen die Gehäuse einen freien Innenraum aufweisen und metallische Strukturen im Gehäuse eingebettet sind, die in den Innenraum des Gehäuses hineinragen und als elektrische Anschlüsse dienen. Die Dichtheitsprüfung erfolgt durch Feststellen eines Gasstromes eines Testgases, das in den Innenraum des Gehäuses eingebracht wurde, und zur Dichtheitsprüfung wieder aus diesem entströmt.The invention relates to a method for leak testing of housings, preferably hollow body plastic housings, with enclosed microelectronic components, in which the housing has a free interior and metallic structures are embedded in the housing, which protrude into the interior of the housing and serve as electrical connections. The leak test is carried out by detecting a gas flow of a test gas, which was introduced into the interior of the housing, and flows out of the leak test again from this.

Das Verfahren findet Anwendung bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von hochintegrierten Schaltkreisen der Mikroelektronik, zum Nachweis und zur Absicherung einer großen Zuverlässigkeit und einer langen zu erwartenden Lebensdauer der Bauelemente.The method finds application in the manufacture of semiconductor devices, in particular of highly integrated circuits of microelectronics, for the detection and assurance of a high reliability and a long expected life of the devices.

Characteristic of the known technical solution

Zur Dichtheitsprüfung werden die zu prüfenden elektronischen Bauelemente zunächst in bekannter Weise mit dem Testgas beladen. Es wird angestrebt, einen für alle Prüflinge vergleichbaren Innendruck zu realisieren. Dabei hängt der Druck im Prüfling vom Druck während des Beladens und von der Beladezeit ab. Das Testgas ist vorzugsweise Helium, und das zur Dichtheitsprüfung verwendete Gasspurennachweisgerät ist ein Massenspektrometer. Wird ein radioaktives Testgas eingesetzt, dann wird als Gasspurennachweisgerät ein Strahlungsdetektor benutzt.For leak testing, the electronic components to be tested are first loaded in a known manner with the test gas. The aim is to realize a comparable for all samples internal pressure. The pressure in the test piece depends on the pressure during loading and on the loading time. The test gas is preferably helium, and the gas leak detector used for leak testing is a mass spectrometer. If a radioactive test gas is used, then a radiation detector is used as the gas trace detection device.

Die Feststellung des durch das Testgas markierten Gasstromes ist durch bestimmte Eichmethoden quantifizierbar. Als vergleichbare Meßgröße wird die Leckrate [Pa · m³ · s~¹] ermittelt. Die üblicherweise eingesetzten Lecksuchgeräte gestatten die Erfassung eines Leckratenbereiches von etwa 10~³bis 10"¹⁰Pa · m³ · s"¹.The determination of the gas stream marked by the test gas can be quantified by certain calibration methods. The leak rate [Pa.m ³ · s ^-1 ] is determined as a comparable measured variable. The commonly used leak detectors allow the detection of a leak rate range of about 10 ^-3 to 10 ¹⁰ Pa · m ³ · s ^-1 .

Der Gasstrom aus den reellen Lecks wird durch Gasanteile verfälscht, die aus der Oberfläche und den oberflächennahen Volumenbereichen des Gehäuses stammen, ohne daß tatsächlich ein reelles Leck vorliegt. Dieser Effekt wird als virtuelles Leck bezeichnet. Gehäuse aus Glas, dichter Keramik oder Metall haben einen nur geringen Einfluß virtueller Lecks. Zur Unterdrückung des Einflusses virtueller Lecks ist es bekannt, die elektronischen Bauelemente der Desorptionslagerung und der Thermodesorption zujjnterwerfen.The gas flow from the real leaks is distorted by gas components which originate from the surface and the near-surface volume areas of the housing, without actually having a real leak. This effect is called a virtual leak. Housings made of glass, dense ceramics or metal have only a small influence of virtual leaks. In order to suppress the influence of virtual leaks, it is known to design the electronic components of desorption storage and thermodesorption.

• Bei der Desorptionslagerung wird das zu prüfende Bauelement zunächst mit beträchtlich höherem Druck abgedrückt, als er im Inneren eines Prüflings mit dem kleinsten nachzuweisenden Leck erforderlich wäre. Entsprechend hoch werden auch die virtuellen Lecks aufgeladen. Die Zeitkonstanten des größten Teiles der virtuellen Lecks sind relativ klein im Verhältnis zu den Zeitkonstanten des größten Teiles der reellen Lecks. Nach diesem Abdrücken wird noch eine zeitweilige Lagerung bei einem Druck durchgeführt, der den Partikeldruck des Testgases im Prüfling mit dem kleinsten nachzuweisenden Leck gerade aufrechterhält. Dabei werden die virtuellen Lecks bereits merklich entladen.• In desorption storage, the device under test is first forced off with considerably higher pressure than would be required inside a test sample with the smallest leak to be detected. The virtual leaks are charged accordingly high. The time constants of most of the virtual leaks are relatively small relative to the time constants of most of the real leaks. After this pressing is still carried out a temporary storage at a pressure that just maintains the particle pressure of the test gas in the test specimen with the smallest leak to be detected. The virtual leaks are already noticeably unloaded.

Bei der Thermodesorption wird die relativ geringe Temperaturabhängigkeit der reellen Leckrate gegenüber der großen Temperaturabhängigkeit der Desorption ausgenutzt. Durch eine kurze Lagerung der Prüflinge bei erhöhter Temperatur werden die Ausfälle infolge virtueller Lecks vermindert.In the thermal desorption, the relatively low temperature dependence of the real leak rate over the large temperature dependence of the desorption is utilized. Short storage of the samples at elevated temperature will reduce failures due to virtual leaks.

Bei Plastwerkstoffen dringt das Testgas nicht nur in.die Lecks, sondern auch in den Plastwerkstoff ein. Es können dann nur solche reellen Lecks exakt ermittelt werden, deren Leckrate größer als die der virtuellen Lecks ist. Die Ermittlung ist auf die Bestimmung größerer Lecks begrenzt, die beispielsweise größer als 10"⁶ Pa · m³ · s"¹ sind. Die Anwendung der Desorptionslagerung und der Thermodesorption reicht nicht aus, um auch feinere Lecks bei der Dichtheitsprüfung zu erfassen.For plastic materials, the test gas penetrates not only in.the leaks, but also in the plastic material. Only those real leaks whose leak rate is greater than that of the virtual leaks can then be determined exactly. The determination is limited to the determination of larger leaks, which are, for example, greater than 10 " ⁶ Pa · m ³ · s" ¹ . The use of desorption and thermal desorption is not sufficient to detect even finer leaks in leak testing.

Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, den Leckprüfbereich bei Plastgehäusen mit innerem Hohlraum auf die Erfassung kleinerer Leckraten entsprechend dem Nachweisbereich der Leckprüfanlagen zu erweitern.It is an object of the invention to extend the leakage test range in plastic housings with internal cavity to the detection of smaller leakage rates corresponding to the detection range of the leak test equipment.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung mikroelektronischer Bauelemente, vorzugsweise Hohlkörperplastgehäuse, anzugeben, bei dem der den Prüfvorgang beeinträchtigende Einfluß der virtuellen Lecks beseitigt ist, ohne den massenspektrometrischen Nachweis der vorhandenen realen Lecks einzuschränken.The object of the invention is to provide a method for leak testing of microelectronic components, preferably hollow body housing, in which the influence of the virtual leaks affecting the testing process is eliminated, without restricting the mass spectrometric detection of the existing real leaks.

Diese Aufgabe wird durch eine mindestens einmalige, vorzugsweise mehrmalige, Wiederholung der Verfahrensschrittfolge Temperatur-Zeit-Behandlung und Prüfung der Leckrate in Etappen über den gesamten Leckraten prüf bereich gelöst. Unter Meßzeit ist in dieser Erfindungsbeschreibung eine Karenzzeit, in der die Dichtheitsprüfung durchgeführt sein muß, zu verstehen.This problem is solved by an at least one, preferably repeated, repetition of the sequence of steps temperature-time treatment and testing the leak rate in stages over the entire leak rate test area. Under measuring time is in this description of the invention a grace period, in which the leak test must be performed to understand.

Nach der Lagerung des zu prüfenden Gehäuses im Testgas—im allgemeinen ist das Helium—werden mit der Dichtheitsprüfung Lecks mit größeren Leckraten, z.B. etwa 10^-4Pa ·. m³ · s~¹ bis 10"⁷Pa · m³ · s"¹, mit einer Meßzeit von 0 bis zu 2h je nach Gehäusevolumen und Testgaskonzentration im Hohlraum und in den weiteren Etappen Lecks mit zunehmend kleineren Leckraten erfaßt, z.B. Leckraten von 1O^-6Pa · m³ s~¹ bis 10"⁸Pa · m³ · s"¹, nach einer Temperatur-Zeit-Behandlung bis zu 50 h bei23°Cbzw. bis zu 3h bei 12O⁰C, Leckraten von 10"⁷Pa · m³: s"¹ bis 10"⁹Pa · m³ · s"¹ nach einer Temperatur-Zeit-Behandlung bis zu 50h bei 23°Cbzw. bis 3h bei 120⁰C, Leckraten von 10"⁸Pa · m³ · s"¹ bis 10"¹⁰Pa · m³ · s"¹ nach einer Temperatur-Zeit-Behandlung bis zu 50 h bei 23°C bzw. bis 3 h bei 120⁰C.After storage of the housing to be tested in the test gas-in general, the helium-with the leak test leak with larger leakage rates, for example about 10 ^-4 Pa ·. m ³ · s ~ ¹ to 10 " ⁷ Pa · m ³ · s" ¹ , with a measurement time of 0 to 2h depending on the housing volume and test gas concentration in the cavity and in the further stages detected leaks with increasingly smaller leakage rates, eg leakage rates of 1O ^-6 Pa · m ³ s ~ ¹ to 10 " ⁸ Pa · m ³ · s ^-1 , after a temperature-time treatment up to 50 h at 23 ° C. up to 3h at 12O ⁰ C, leak rates of 10 " ⁷ Pa · m ³ : s" ¹ to 10 " ⁹ Pa · m ³ · s" ¹ after a temperature-time treatment up to 50h at 23 ° Cbzw. to 3 hours at 120 ⁰ C, leak rates of 10 ^"8 Pa · m ³ · s" ¹ to 10 ^"10 Pa · m ³ · s" ¹ after a time-temperature treatment up to 50 h at 23 ° C, or until 3 h at 120 ^° C.

embodiment

Für die Realisierung der Erfindung ist zur Erfassung des Leckrätenprüfbereiches von 10 ⁴Pa-m³-s ¹ bis 10 ⁷ · Pa · m³ · s ¹, nach der Lagerung der zu prüfenden Gehäuse in Helium eine Leckratenprüfung in einer Meßzeit von 0 bis zu 2 h je nach , Gehäusevolumen und Testgaskonzentration im Hohlraum durchzuführen. Eine Lagerung beispielsweise bis 50 h bei 23°C und eine weitere Leckraten prüfung im Bereich 10"⁷Pa · m³ · s"¹ bis 10"⁸Pa · m³ · s^-1 schließen sich an. Weiterhin wird nach einer Lagerung beispielsweise bis 50 h bei 23°C eine Leckratenprüfung im Bereich 10"⁸Pa · m³ · s"¹ bis 10"⁹Pa · m³ · s"¹ und nach eine weiteren Lagerung bis 50h bei 23°C eine Leckratenprüfung im Bereich 10"⁹Pa · m³ · s"¹ bis 10"¹⁰Pa · m³ · s"¹ vorgenommen. Im allgemeinen werden die Temperatur-Zeit-Behandlungen bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 200⁰C durchgeführt.For the realization of the invention, for the detection of the leak rate test range of 10 ⁴ Pa-m ³ -s ¹ to 10 ⁷ · Pa · m ³ · s ¹ , after the storage of the housing to be tested in helium, a leak rate test in a measurement time of 0 up to 2 hours, depending on the housing volume and test gas concentration in the cavity. A storage, for example, up to 50 h at 23 ° C and a further leak rate test is in the range 10 ^"7 Pa · m ³ · s" ¹ to 10 ^"8 Pa · m ³ · s ^-1 follow. Further, after storage, for example, to 50 h at 23 ° C, a leak rate test is in the range 10 ^"8 Pa · m ³ · s" ¹ to 10 ^"9 Pa · m ³ · s" ¹ and by a further storage up to 50h at 23 ° C, a leak rate test is in the range 10 " ⁹ Pa · m ³ · s" ¹ to 10 " ¹⁰ Pa · m ³ · s" ^1. In general, the temperature-time treatments are carried out at temperatures between room temperature and 200 ^° C.

Claims

Invention claim '

1. A method for leak testing in housings, preferably in hollow body plastic housings, enclosed microelectronic devices with a free interior and embedded, projecting into the interior of the housing metallic structures by detecting the leak rate as the gas stream of an introduced into the interior of the test gas, preferably helium, with the help a gas trace detection device, preferably a mass spectrometer, according to a temperature-time treatment storage, characterized by at least one, preferably repeated, repetition of the sequence of steps temperature-time treatment and leak rate detection step by step over the entire leak rate range.

2. The method according to Pkt.!., Characterized in that after storage of the housing to be tested in helium leak rate detection in the range 10 " ⁴ Pa · m ³ s" ¹ to 10 " ⁷ Pa · m ³ · s" ¹ with a Measuring time from 0 to 2 h, further storage for 50 h at 23 ° C, optionally 3h at 12O ⁰ C, a further leak rate detection in the range 10 " ⁶ Pa · m ³ · s" ¹ to 10 " ⁸ Pa m ³ A storage for up to 50h at 23 ° C, optionally 3h at 12O ⁰ C, a further leak rate detection in the range 10 " ⁷ Pa m ³ · s" ¹ to 10 " ⁹ Pa · m ³ · s" ¹ , further storage be conducted to 50h at 23 ⁰ C, gegebenenfalls3h at 120 ° C and further the leak rate determination in the range 10 ^"8 Pa · m ³ · s ^-1 to 10" ¹⁰ Pa · m ³ · s ^-1.

3. The method according to item 1 and 2, characterized in that the temperature-time treatments are carried out at temperatures between room temperature and 200 ⁰ C.