DE102014220615B4

DE102014220615B4 - Verfahren zur Bestimmung einer Stromtragfähigkeit eines passiven Bauteils

Info

Publication number: DE102014220615B4
Application number: DE102014220615.4A
Authority: DE
Inventors: Karin Beart; Saskia Eckardt; Andreas Pletsch; Uwe Schiller; Roland Wurm; Jaroslaw Kita; Ralf Moos; Dominique Ortolino
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2034-10-11
Also published as: DE102014220615A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Stromtragfähigkeit mindestens eines passiven Bauteils, bei dem für eine vorgegebene Zeitdauer mindestens ein elektrischer Strom (I) in eine elektrisch leitfähige Schicht (1.1) des passiven Bauteils eingeprägt wird, wobei- für den elektrischen Strom (I) eine Stromstärke vorgegeben wird, bei der sich zumindest die elektrisch leitfähige Schicht (1.1) erwärmt, und- zumindest ein zeitlicher Widerstandsverlauf (R(t)) des passiven Bauteils während der Stromeinprägung erfasst wird und daraus resultierend eine relative Widerstandsänderung (ΔR/R0) des passiven Bauteils ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Anstiegs (m) der relativen Widerstandsänderung (ΔR/R0) in Abhängigkeit eines vorgegebenen Parameters eine voraussichtliche Stromtragfähigkeit des passiven Bauteils bestimmt wird, wobei resultierend aus dem erfassten zeitlichen Widerstandsverlauf (R(t)) ein zeitlicher Verlauf einer Energieaufnahme (Q(t)) während der Stromeinprägung ermittelt wird, wobei ein Anstieg (m) der relativen Widerstandsänderung (ΔR/R0) in Abhängigkeit einer aufgenommenen Energie (Q) ermittelt wird, und wobei die Stromeinprägung so lange durchgeführt wird, bis eine vorgegebene Energiemenge in das passive Bauteil aufgenommen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Stromtragfähigkeit eines passiven Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, elektronische Schaltungen für Steuergeräte, z. B. im Automobilbereich, unter Verwendung der sogenannten Dickschicht-Hybrid-Technik herzustellen, d. h. es werden sowohl integrierte als auch diskrete elektrische Bauteile zur Herstellung elektronischer Schaltungen verwendet. Daraus resultierende Dickschicht-Schaltungen bestehen aus verschiedenen siebgedruckten Komponenten, die in ein Substrat eingebettet sind. Insbesondere bilden Leiterbahnen, Widerstände, dielektrische Abdeck- und Zwischenschichten und elektrische Durchkontaktierungen eine Dickschicht-Schaltung. Durchkontaktierungen sind hierbei Bohrungen im Substrat, deren Mantelfläche mit einer dünnen, elektrisch leitfähigen Schicht, z. B. eine Metallisierungsschicht, bedeckt ist. Somit werden Durchkontaktierungen als elektrische Verbindung zwischen einer Substratvorderseite und einer Substratrückseite verwendet. Beim Einsatz hoher Stromstärken erfolgt gemäß dem Jouleschen Gesetz ein starker Temperaturanstieg der elektrisch leitfähigen Schicht der Durchkontaktierung, wobei die Durchkontaktierung in Abhängigkeit der Stromstärke zerstört werden kann.
Zur Bestimmung einer Stromtragfähigkeit von Durchkontaktierungen ist beispielsweise eine stichprobenartige, elektrische Vermessung der Durchkontaktierungen bekannt, wobei der elektrische Widerstand der Durchkontaktierung bei Raumtemperatur bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Stromtragfähigkeit aus dem Stand der Technik sind beispielsweise aus US 4 739 258 A und Voldman S. et al.: High-Current Transmission Line Pulse Characterization of Aluminum and Copper Interconnects for Advanced CMOS Semiconductor Technologies. In: IEEE International Reliability Physics Symposium, 36th Annual Proceedings, 1998, Seiten 293-301. - ISSN 0-7803-4400-6 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Stromtragfähigkeit eines passiven Bauteils anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Verfahren zur Bestimmung einer Stromtragfähigkeit mindestens eines passiven Bauteils wird für eine vorgegebene Zeitdauer mindestens ein elektrischer Strom in eine elektrisch leitfähige Schicht des passiven Bauteils eingeprägt. Dabei ist vorgesehen, dass für den elektrischen Strom eine Stromstärke vorgegeben wird, bei der sich zumindest die elektrisch leitfähige Schicht erwärmt, und dass zumindest ein zeitlicher Widerstandsverlauf des passiven Bauteils während der Stromeinprägung erfasst wird und daraus resultierend eine relative Widerstandsänderung des passiven Bauteils ermittelt wird, wobei anhand eines Anstiegs der relativen Widerstandsänderung in Abhängigkeit eines vorgegebenen Parameters eine voraussichtliche Stromtragfähigkeit des passiven Bauteils bestimmt wird.
Mittels des Verfahrens ist es möglich passive Bauteile zerstörungsfrei zu überprüfen, ob diese bei Inbetriebnahme entsprechenden Strompulsbelastungen standhalten. Passive Bauteile sind hierbei insbesondere Bestandteile elektronischer Schaltungen ohne Verstärkerwirkung, die beispielsweise für ein Steuergerät eines Fahrzeugs vorgesehen sind.
Da der elektrische Strom entsprechend so gewählt wird, dass sich das passive Bauteil zumindest partiell erwärmt, d. h. insbesondere die elektrisch leitfähige Schicht des passiven Bauteils, und insbesondere zu Beginn der Stromeinprägung eine Erwärmung der elektrisch leitfähigen Schicht weitestgehend unabhängig von einer thermischen Anbindung erfolgt, können die Auswirkungen des elektrischen Stroms auf das passive Bauteil direkt erfasst und/oder ermittelt werden. Auf den Temperaturverlauf des passiven Bauteils lässt sich dabei zumindest anhand der relativen Widerstandsänderung des passiven Bauteils schließen, welche vorzugsweise als Funktion in Abhängigkeit des vorgegebenen Parameters grafisch dargestellt wird. Zeigt ein Anstieg der relativen Widerstandsänderung beispielsweise einen hohen Anstieg an, so lässt dies darauf schließen, dass das passive Bauteil im Betrieb einer maximal zulässigen Stromstärke möglicherweise nicht standhalten wird, wohingegen ein niedriger Anstieg auf eine Stromtragfähigkeit schließen lässt, bei dem das passive Bauteil einer maximal zulässigen Stromstärke ohne Beschädigung oder Zerstörung standhält.
Das Verfahren ermöglicht somit eine zuverlässige Bestimmung der Stromtragfähigkeit von passiven Bauteilen, so dass gegenüber dem Stand der Technik eine Fehlersicherheit erhöht werden kann, ohne einen Beschaltungsaufwand durch zusätzliche passive Bauteile zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird resultierend aus dem erfassten zeitlichen Widerstandsverlauf ein zeitlicher Verlauf einer Energieaufnahme des passiven Bauteils während der Stromeinprägung ermittelt, wobei der Anstieg der relativen Widerstandsänderung in Abhängigkeit der Energieaufnahme ermittelt wird.
Die Funktion kann hierbei physikalisch als ein Temperaturverlauf des passiven Bauteils oder zumindest der elektrisch leitfähigen Schicht in Abhängigkeit der eingebrachten Energiemenge betrachtet werden. Anhand des Anstiegs der Kurve, insbesondere im Bereich kleiner eingeprägten Energiemengen, lässt sich das Maß für die Stromtragfähigkeit anschließend bestimmen.
Da die eingebrachte Energiemenge nahezu linear zu der Zeit ansteigt, kann der Anstieg der relativen Widerstandsänderung alternativ auch in Abhängigkeit der Zeit ermittelt werden.
Um das Verfahren für das passive Bauteil möglichst zerstörungsfrei durchzuführen, wird der elektrische Strom mit einer geringeren Stromstärke als eine für einen Betrieb des passiven Bauteils maximal zulässige Stromstärke in das passive Bauteil eingeprägt.
Vorzugsweise wird der elektrische Strom über die vorgegebene Zeitdauer mit einer konstanten Stromstärke in das passive Bauteil eingeprägt. Damit ist zum Einem der Anstieg der relativen Widerstandsänderung auf einfache Art und Weise ermittelbar. Zum anderen ermöglicht dies einen direkten Vergleich mit weiteren Durchführungen des Verfahrens an anderen passiven Bauteilen und/oder wiederholten Durchführungen am selben passiven Bauteil.
Die Stromeinprägung erfolgt erfindungsgemäß so lange, bis eine vorgegebene Energiemenge in das passive Bauteil aufgenommen ist. Dadurch werden ein unnötiges Erwärmen und somit unnötige Belastungen des passiven Bauteils weitestgehend vermieden.
Gemäß einer Ausführungsform wird bei der Erfassung des zeitlichen Widerstandsverlaufs eine Vierleitermessung durchgeführt. Dabei fließt der elektrische Strom über zwei Leitungen durch das passive Bauteil hindurch, wobei die am passiven Bauteil abfallende elektrische Spannung über zwei weitere Leitungen erfasst wird. Der Widerstand lässt sich somit anhand des Ohm'schen Gesetzes auf einfache Weise zuverlässig ermitteln, wobei die Messergebnisse nicht oder zumindest nur geringfügig von Leitungs- und Anschlusswiderständen beeinträchtigt werden.
Zur Bestimmung einer konstanten Anfangsleistung wird vor der Stromeinprägung ein Nennwiderstand des passiven Bauteils ermittelt. Mittels des Nennwiderstands ist die Anfangsleistung ermittelbar, so dass eine Stromstärke des elektrischen Stroms derart vorgegeben werden kann, dass die Anfangsleistung für jedes passive Bauteil und/oder für jede Durchführung des Verfahrens gleich ist.
Als passives Bauteil ist gemäß einer Ausführungsform eine in einer elektronischen Schaltung angeordnete Durchkontaktierung vorgesehen, die als Bohrung in einem Substrat ausgebildet ist, wie es bereits eingangs beschrieben ist. Das Verfahren eignet sich somit bevorzugt für die Anwendung in der sogenannten Dickschicht-Hybridtechnik. Alternativ ist das Verfahren für Durchkontaktierungen in einer Multilagen-Keramiktechnologie, insbesondere in der sogenannten Niedertemperatur-Einbrand-Keramik, kurz: LTCC, vorgesehen. Denkbar ist auch, das Verfahren für Leiterbahnen oder siebgedruckte Widerstände durchzuführen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch eine Schnittdarstellung einer in einem Substrat angeordneten Durchkontaktierung,
2 schematisch die Durchkontaktierung gemäß 1 mit einer Messanordnung für eine Vierleitermessung,
3 ein Spannungs-Zeit-Diagramm einer Durchkontaktierung mit einem zeitlichen Spannungsverlauf während eines Stromimpulses mit einer konstanten Stromstärke,
4 ein Widerstands-Zeit-Diagramm mit einem aus dem zeitlichen Spannungsverlauf gemäß 3 abgeleiteten, zeitlichen Widerstandsverlauf,
5 ein Energie-Zeit-Diagramm mit einer aus dem zeitlichen Widerstandsverlauf gemäß 4 abgeleiteten, zeitlichen Energieaufnahme,
6 ein Diagramm mit fünf Kurven, die relative Widerstandsveränderungen verschiedener Durchkontaktierungen in Abhängigkeit einer aufgenommenen Energie darstellen,
7 ein Wahrscheinlichkeitsdiagramm einer absoluten Häufigkeitsverteilung von einer Vielzahl von ermittelten Anstiegen relativer Widerstandsänderungen verschiedener Durchkontaktierungen,
8 ein Balkendiagramm zur grafischen Darstellung einer Trennbarkeit zwischen kritischen und unkritischen Durchkontaktierungen, und
9 einen beispielhaften Verfahrensablauf.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Schnittdarstellung, insbesondere einen Querschnitt einer Durchkontaktierung 1, die in einem Substrat 2 einer nicht näher dargestellten Leiterplatte angeordnet ist.
Die Durchkontaktierung 1 ist als eine vertikal durchgehende Bohrung in dem Substrat 2 ausgebildet und umfasst eine elektrisch leitfähige Schicht 1.1, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Innenfläche der Durchkontaktierung 1 vollständig bedeckt. Die elektrisch leitfähige Schicht 1.1 ist beispielsweise eine Metallschicht oder eine Metallisierungsschicht, die zur elektrischen Verbindung zwischen einer Substratvorderseite und einer Substratrückseite vorgesehen ist.
Das Substrat 2 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid und stellt das Basismaterial für die nicht gezeigte Leiterplatte dar, welche beispielsweise unter Verwendung der sogenannten Dickschicht-Hybridtechnik hergestellt wird. Eine derartige Leiterplatte für eine Dickschicht-Schaltung umfasst verschiedene siebgedruckte Komponenten wie z. B. Leiterbahnen, Widerstände, dielektrische Abdeck- und Zwischenschichten sowie eine bestimmte Anzahl an Durchkontaktierungen 1.
Im Betrieb der Leiterplatte wird die Durchkontaktierung 1 von einem elektrischen Strom I mit einer bestimmten Stromstärke durchflossen. Hohe Stromstärken führen dabei zu einer starken Erwärmung der elektrisch leitfähigen Schicht 1.1, die möglicherweise eine Zerstörung der Durchkontaktierung 1 zur Folge hat.
Um zuverlässig vorhersagen zu können, ob eine Durchkontaktierung 1 im Betrieb einer bestimmten Stromstärke ohne Zerstörung standhält, wird ein erfindungsgemäßes Messverfahren vorgeschlagen, welches im Folgenden näher beschrieben wird.
Dazu zeigt 2 eine Messanordnung für eine Vierleitermessung im Bereich der Durchkontaktierung 1.
Die Vierleiter-Messanordnung umfasst vier Leitungen L1 bis L4, wobei ein elektrischer Strom I ausgehend von einer Stromquelle 3 über eine erste Leitung L1 und eine zweite Leitung L2 durch die elektrisch leitfähige Schicht 1.1 hindurch fließt. Der elektrische Strom I wird als Stromimpuls über eine bestimmte Zeit t in die elektrisch leitfähige Schicht 1.1 eingeprägt und weist vorzugsweise eine konstante Stromstärke auf, die deutlich geringer ist als eine später im Betrieb maximal zulässige Maximalstromstärke. Damit werden Belastungen der Durchkontaktierungen 1 während des Messverfahrens möglichst gering gehalten.
Eine an der elektrisch leitfähigen Schicht 1.1 abfallende elektrische Spannung U wird über eine dritte Leitung L3 und eine vierte Leitung L4 mittels eines nicht dargestellten Spannungsmessgeräts erfasst. Die elektrische Spannung U wird vorzugsweise hochohmig erfasst, so dass Leitungs- und Anschlusswiderstände das Messergebnis nicht oder zumindest vernachlässigbar gering verfälschen können.
3 zeigt einen beispielhaften Spannungsverlauf U(t) über der Zeit t, welche hierbei einer Dauer des Stromimpulses entspricht. Der Spannungsverlauf U(t) ist in einem Spannungs-Zeit-Diagramm dargestellt, welches als Ordinate die elektrische Spannung U und als Abszisse die Zeit t umfasst.
Der Spannungsverlauf U(t) zeigt annähernd einen Rechteckimpuls, wobei zwischen einem ersten Zeitpunkt t₀ und einem zweiten Zeitpunkt t₁, d. h. hierbei zwischen einem Beginn und einem Ende des Stromimpulses, eine im Wesentlichen logarithmische Steigung zu erkennen ist.
Mit Hilfe des Ohm'schen Gesetzes lässt sich aus dem in 3 gezeigten zeitlichen Spannungsverlaufs U(t) ein zeitlicher Widerstandsverlauf R(t) wie folgt ableiten: $R (t) = \frac{U (t)}{I (t)}$
4 zeigt dazu ein Widerstands-Zeit-Diagramm, welches als Ordinate den elektrischen Widerstand R der elektrisch leitfähigen Schicht 1.1 und als Abszisse die Zeit t umfasst. Der zeitliche Widerstandsverlauf R(t) ist hierbei aufgrund der Proportionalität zum Spannungsverlauf U(t) identisch mit dem Spannungsverlauf U(t). Ein Anstieg m des elektrisch Widerstands R in Abhängigkeit eines vorgegebenen Parameters x kann als Resultat einer Temperaturerhöhung durch Einprägen des Stromimpulses nach folgender Gleichung berechnet werden: $T K R = \frac{1}{R} * (\frac{d R}{d T}) \approx \frac{Δ R}{R_{0}} * \frac{1}{T}$
mit

TKR : Temperaturkoeffizient des Widerstands R;
ΔR/R₀ : relative Widerstandsänderung;
R₀ : Nennwiderstand und
T : Temperatur,

Da unmittelbar nach dem Anlegen des Stromimpulses, z. B. in einem Zeitraum von einigen Millisekunden, eine Erwärmung der elektrisch leitfähigen Schicht 1.1 weitestgehend unabhängig von einer thermischen Anbindung der elektrisch leitfähigen Schicht 1.1 an das umgebende Substrat 2 erfolgt, wird ein Anstieg m des zeitlichen Widerstandsverlaufs R(t) in dem oben genannten Zeitraum ermittelt.
Zur Bestimmung des Anstiegs m wird zuerst eine relative Widerstandsänderung ΔR/R₀ in Abhängig einer eingebrachten oder aufgenommenen Energie Q ermittelt, wie es in 6 grafisch dargestellt ist. Zur Ermittlung einer eingebrachten oder aufgenommenen Energie Q ist eine zeitlich abhängige Energieaufnahme Q(t) mit Hilfe folgender Gleichung $Q (t) = \int R (t) * I^{2} (t) * d t$
aus dem zeitlichen Widerstandsverlauf R(t) ableitbar, wobei die zeitlich abhängige Energieaufnahme Q(t) in 5 in einem Energie-Zeit-Diagramm dargestellt ist.
Das Energie-Zeit-Diagramm in 5 umfasst als Ordinate eine Energie Q und als Abszisse die Zeit t. Die zeitlich abhängige Energieaufnahme Q(t) zeigt zwischen dem ersten Zeitpunkt t₀ und dem zweiten Zeitpunkt t₁ einen linearen Anstieg mit einem Steigungswinkel von ungefähr 45 Grad. Nach dem Ende des Stromimpulses bleibt die aufgenommene Energie Q auf einem konstanten Niveau über Null.
6 zeigt, wie bereits erwähnt, ein Diagramm mit der relativen Widerstandsänderung ΔR/R₀ in Abhängigkeit der eingebrachten oder aufgenommenen Energie Q. Dabei sind in dem Diagramm fünf Kurven verschiedener Durchkontaktierungen 1 dargestellt, wobei die vorangegangen Spannungsmessungen und Ermittlungen der zeitlichen Widerstandsverläufe R(t) für jede Durchkontaktierung 1 gemäß den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten durchgeführt wurde. Die Stromstärke des eingeprägten elektrischen Stroms I ist für alle Durchkontaktierungen 1 gleich vorgegeben.
Die in dem Diagramm dargestellten Kurven zeigen, dass insbesondere im Bereich kleiner aufgenommener Energiemengen die Anstiege m der Kurven sehr unterschiedlich zueinander sind. Dabei weisen die Kurven mit einer durchgezogenen Liniendarstellung einen geringeren Anstieg m auf, als die Kurven mit einer gestrichelten Liniendarstellung.
Die Kurven mit der durchgezogenen Liniendarstellung repräsentieren hierbei Durchkontaktierungen 1, die bei einem Test mit einer Maximalstromstärke nicht zerstört wurden, wohingegen die Kurven mit der gestrichelten Liniendarstellung Durchkontaktierungen 1 repräsentieren, die beim Test mit der Maximalstromstärke zerstört wurden.
Somit kann ein Anstieg m der relativen Widerstandsänderung ΔR/R₀ in Abhängigkeit der aufgenommenen Energie Q als ein Maß für die Güte einer Durchkontaktierung 1 betrachtet werden, die aussagt, ob eine Zerstörung der elektrisch leitfähigen Schicht 1.1 bei einer Maximalstromstärke zu erwarten ist. Der Anstieg m kann hierbei folgendermaßen dargestellt werden: $m = d (Δ {R/R}_{0}) / dQ$
Die Dauer des Messverfahrens richtet sich dabei entweder nach einer bestimmten Zeit t oder nach einer aufgenommenen Energiemenge, wobei das Verfahren beendet werden kann, sobald ein vorgegebener Energieeintrag erreicht ist. Damit wird ein weiteres Erwärmen der elektrisch leitfähigen Schicht 1.1 und damit eine mögliche Vorschädigung der Durchkontaktierung 1 weitestgehend vermieden.
7 zeigt ein Säulendiagramm, welches als Ordinate eine absolute Häufigkeit n und als Abszisse den Anstieg m gemäß Gleichung (4) der relativen Widerstandsänderung ΔR/R₀ in Abhängigkeit der aufgenommenen Energie Q darstellt.
Zur Darstellung des Diagramms wurden die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte bei einer Vielzahl von Durchkontaktierungen 1 durchgeführt. Die schraffierten Säulen stellen hierbei Durchkontaktierungen 1 dar, die bei kleinen aufgenommenen Energiemengen einen hohen Anstieg m aufweisen und beim Test mit der Maximalstromstärke zerstört wurden. Die nicht schraffierten Säulen stellen Durchkontaktierungen 1 dar, die einen geringeren Anstieg m als die schraffierten Säulen aufweisen und beim Test mit der Maximalstromstärke nicht zerstört wurden. Das Diagramm ermöglicht somit eine Trennung zwischen kritischen Durchkontaktierungen 1, die voraussichtlich bei einer Maximalstromstärke zerstört werden, und unkritischen Durchkontaktierungen 1, die voraussichtlich bei einer Maximalstromstärke nicht zerstört werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beim Entwurf eines Schaltungslayouts für eine elektronische Schaltung auf zusätzliche, parallel ausgeführte Durchkontaktierungen 1 verzichtet werden, die üblicherweise aufgrund einer erwarteten Ausfallrate in das Substrat 2 eingebracht werden. Damit kann eine gegenüber dem Stand der Technik verringerte Integrationsdichte einer elektronischen Schaltung, sowie eine Reduzierung eines Edelmetallverbrauchs zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Schicht 1.1 und daraus resultierend eine Reduzierung von Produktionskosten erreicht werden.
Im Folgenden wird ein beispielhafter Nachweis einer Aussagekraft des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Der in 2 gezeigte und beschriebene Messaufbau der Vierleitermessung sowie die nachfolgenden Verfahrensschritte werden an Durchkontaktierungen 1 von sieben Substraten 2 realisiert. Die Substrate 2 wurden zuvor identisch in sieben Losen hergestellt.
Die Versuchsbedingungen werden für einige Lose derart ausgelegt, dass ein Teil der Durchkontaktierungen 1 bei dem Verfahren zerstört wird. Damit sind Grenzwerte bestimmbar, die eine Unterscheidung zwischen kritischen und unkritischen Durchkontaktierungen 1 ermöglichen.
Nach Bestimmung der Grenzwerte werden die Lose entsprechend der Grenzwerte in kritische und unkritische Durchkontaktierungen 1 sortiert. Für eine aussagekräftige Bewertung des Verfahrens wird der elektrische Widerstand R mit einem Messverfahren bei Raumtemperatur, wie bereits im Stand der Technik beschrieben, ermittelt.
Für beide Verfahren wird anschließend jeweils ein Trennwert TW_S, TW_R ermittelt, mittels welchem ein quantitativer Vergleich zwischen den Verfahren möglich ist. Der Trennwert TW_S, TW_R gibt hierbei an, wie viele Durchkontaktierungen 1 anhand der angewendeten Grenzwerte aussortiert werden, die bei einer Maximalstromstärke voraussichtlich zerstört werden würden. Ein kleiner Trennwert Tw_S, TW_R ermöglicht dabei eine gute Trennung zwischen kritischen und unkritischen Durchkontaktierungen 1.
Um die Trennwerte TW_S, TW_R der Verfahren miteinander vergleichen zu können, wird eine Qualitätsmaßzahl QM mit folgender Gleichung ermittelt: $Q M = 100 * (\frac{T W_{S}}{T W_{R}} - 1)$

mit

TW_S: Trennwert für das erfindungsgemäße Verfahren und
TW_R: Trennwert für das Verfahren gemäß dem Stand der Technik.

Wird für die Qualitätsmaßzahl QM ein Wert unter null ermittelt, so ist das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässiger als das Verfahren gemäß dem Stand der Technik.
8 zeigt ein beispielhaftes Balkendiagramm, welches die Qualitätsmaßzahl QM in Abhängigkeit der Lose darstellt, wobei die Balken Losnummern Los 1 und Los 3 bis Los 7 repräsentieren. Nach Berechnung der Qualitätsmaßzahl QM für alle sieben Lose wie oben beschrieben, zeigt sich, dass für die Lose eine negative Qualitätsmaßzahl QM ermittelt wurde, so dass das erfindungsgemäße Verfahren eine gegenüber dem Stand der Technik zuverlässige Aussagekraft zulässt.
9 zeigt abschließend einen beispielhaften Verfahrensablauf, welcher im Folgenden kurz beschrieben wird.
In einem ersten Schritt S1 wird bei einer sehr kleinen Stromstärke der Nennwiderstand R₀ einer Durchkontaktierung 1 bestimmt. In einem zweiten Schritt S2 wird mit der Vierleitermessung gemäß 2 ein elektrischer Strom I mit einer hohen Stromstärke, welche jedoch unterhalb einer zulässigen Maximalstromstärke liegt, in die elektrisch leitfähige Schicht 1.1 der Durchkontaktierung 1 eingeprägt. Die Stromstärke wird hierbei für jede Durchkontaktierung 1 so gewählt, dass eine Anfangsleistung P₀ für alle Durchkontaktierungen 1 konstant ist. Die Anfangsleistung P₀ kann dabei mit folgender Gleichung aus dem Nennwiderstand R₀ ermittelt werden: $P_{0} = R_{0} * I^{2}$
In einem dritten Schritt S3 werden, wie bereits in den 3 bis 5 beschrieben, ein Spannungsverlauf U(t), ein Widerstandsverlauf R(t) und eine aufgenommene Energie Q(t) über die Zeit t erfasst und ermittelt.
Die Stromeinprägung wird für jede Durchkontaktierung 1 solange durchgeführt, bis eine vorgegebene Energiemenge aufgenommen wurde. Die Energiemenge wird dabei so vorgegeben, dass keine Durchkontaktierung 1 beim Verfahren zerstört wird.
In einem vierten Schritt S4 wird anhand der im dritten Schritt S3 ermittelten Werte die relative Widerstandsänderung ΔR/R₀, bevorzugt der Wert des Anstiegs m gemäß Gleichung (4) oder der Wert eines Anstiegs m in der relativen Widerstandsänderung ΔR/R₀ in Abhängigkeit der Zeit t, welcher folgendermaßen dargestellt wird: $m = d (Δ {R/R}_{0}) / dt$
als Gütemaß für die Durchkontaktierung 1 herangezogen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das Messverfahren auf der Einprägung eines vorgegebenen, elektrischen Stroms I basiert, welcher eine Stromstärke aufweist, die zu einer Erwärmung der Durchkontaktierung 1 und insbesondere zu einer Erwärmung der elektrisch leitfähigen Schicht 1.1 führt, ohne diese zu beschädigen. Das Verfahren ist dabei nicht auf Durchkontaktierungen 1 beschränkt, die unter Verwendung der Dickschicht-Hybridtechnik hergestellt sind, sondern das Verfahren eignet sich für alle passiven Bauteile, die Stromimpulsen mit hohen Stromstärken ausgesetzt sind und deren Ausfall oder Beschädigung auf eine kurzzeitige Überhitzung zurückgeführt werden kann.
Das Verfahren ist somit beispielsweise auch für Durchkontaktierungen 1 von Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken oder Silizium-Komponenten durchführbar. Zudem eignet sich das Verfahren für Leiterbahnen und/oder siebgedruckte Widerstände. Voraussetzung für eine erfolgreiche Durchführung des Verfahrens ist, dass die zu messenden Bauteile einen ausreichend hohen Temperaturkoeffizienten TKR des elektrischen Widerstands R aufweisen, so dass eine Temperaturerhöhung des Bauteils in einem messbaren Widerstandsanstieg resultiert.
Bezugszeichenliste

1: Durchkontaktierung
1.1: elektrisch leitfähige Schicht
2: Substrat
3: Stromquelle
I: elektrischer Strom
L1: erste Leitung
L2: zweite Leitung
L3: dritte Leitung
L4: vierte Leitung
Q: Energie
Q(t): zeitlich abhängige Energieaufnahme
QM: Qualitätsmaßzahl
R: elektrischer Widerstand
R(t): zeitlicher Widerstandsverlauf
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
S3: dritter Schritt
S4: vierter Schritt
U: elektrische Spannung
U(t): zeitlicher Spannungsverlauf
n: absolute Häufigkeit
t: Zeit
t0: erster Zeitpunkt
t1: zweiter Zeitpunkt
m: Anstieg der relativen Widerstandsänderung
ΔR/R0: relative Widerstandsänderung
Los1 bis Los7: Losnummern

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Stromtragfähigkeit mindestens eines passiven Bauteils, bei dem für eine vorgegebene Zeitdauer mindestens ein elektrischer Strom (I) in eine elektrisch leitfähige Schicht (1.1) des passiven Bauteils eingeprägt wird, wobei - für den elektrischen Strom (I) eine Stromstärke vorgegeben wird, bei der sich zumindest die elektrisch leitfähige Schicht (1.1) erwärmt, und - zumindest ein zeitlicher Widerstandsverlauf (R(t)) des passiven Bauteils während der Stromeinprägung erfasst wird und daraus resultierend eine relative Widerstandsänderung (ΔR/R₀) des passiven Bauteils ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Anstiegs (m) der relativen Widerstandsänderung (ΔR/R₀) in Abhängigkeit eines vorgegebenen Parameters eine voraussichtliche Stromtragfähigkeit des passiven Bauteils bestimmt wird, wobei resultierend aus dem erfassten zeitlichen Widerstandsverlauf (R(t)) ein zeitlicher Verlauf einer Energieaufnahme (Q(t)) während der Stromeinprägung ermittelt wird, wobei ein Anstieg (m) der relativen Widerstandsänderung (ΔR/R₀) in Abhängigkeit einer aufgenommenen Energie (Q) ermittelt wird, und wobei die Stromeinprägung so lange durchgeführt wird, bis eine vorgegebene Energiemenge in das passive Bauteil aufgenommen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Widerstandsänderung (ΔR/R₀) als Funktion in Abhängigkeit des vorgegebenen Parameters grafisch dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anstieg (m) der relativen Widerstandsänderung (ΔR/R₀) in Abhängigkeit einer Zeit (t) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Strom (I) mit einer geringeren Stromstärke als eine für einen Betrieb des passiven Bauteils maximal zulässige Stromstärke in das passive Bauteil eingeprägt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Strom (I) über eine vorgegebene Zeitdauer mit einer konstanten Stromstärke in das passive Bauteil eingeprägt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des zeitlichen Widerstandverlaufs (R(t)) eine Vierleitermessung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Stromeinprägung ein Nennwiderstand des passiven Bauteils ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromtragfähigkeit einer in einer elektronischen Schaltung angeordneten Durchkontaktierung (1) bestimmt wird.