NL8902891A - Werkwijze en inrichting voor het versneld bepalen van de veroudering van een of meer elementen met een electromagnetische verouderingsparameter. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het versneld bepalen van de veroudering van één of meer elementen met een electromagnetische verouderingsparameter

Meer en meer wordt belang gehecht aan het vroegtijdig opsporen van verouderingsprocessen in elektronische componenten en dergelijke, zoals weerstanden in dunne- of dikke-film-techniek, YBaCuO-films of andere keramische (supergeleidende) lagen, Cu- en Al-draden of legeringen daarvan gebruikt bij het bonderen van IC's, Au- en Cu-bovenverbin-dingen op Al-metaal, flip-chip- en bumpverbindingen, amorfe metaallegeringen, quasi-kristallen en/of gesoldeerde (Pb/Si)-smeltzekeringen, etc.

Voor het versneld verouderen van dergelijke elementen met een electromagnetische verouderingsparameter (DE-of AC-impedantie, een magnetische eigenschap, zoals de vorm van de hysterese-curve etc.) worden deze volgens de stand van de techniek gedurende een voorafbepaalde tijd aan een voorafbepaalde, verhoogde temperatuur blootgesteld, waarna de impedantieverandering van een dergelijk element wordt bepaald, waaruit prognoses kunnen worden gemaakt voor wat betreft de te verwachten levensduur van dergelijke elektronische componenten.

Vanwege het tijdrovend karakter van het in een omgeving met verhoogde temperatuur, zoals een oven, brengen van een dergelijk element met verouderingsparameters en het opvolgend meten van de veranderde parameter, waarna deze cyclus wordt herhaald, is bovengenoemde werkwijze vooral voor systemen waarbij een kleine verandering van de parameter optreedt nadelig. Bij de bekende werkwijze bedraagt de meetfout bijvoorbeeld 100 ppm; een veroudering tot 10.000 ppm is dan noodzakelijk, indien met enige betrouwbaarheid voorspellingen op basis van extrapolaties van de verandering in de parameter gedaan dienen te worden. Meetdraden, zoals stroom- en spanningsdraden moeten telkens opnieuw aangesloten en losgekoppeld worden, terwijl voor het bereiken van een bepaalde stabiliteit en temperatuur telkens enige tijd benodigd is. De instabiliteit van de temperatuur bij het in-en uitschakelen veroorzaakt bovendien onnauwkeurigheden in dergelijke metingen. Dergelijke metingen worden onder verschillende omstandigheden uitgevoerd: - in He-atmosfeer; - in lucht; - in vervuilde lucht, in het bijzonder van belang voor sensoren voor het bepalen van de mate van luchtverontreiniging; - in 02-afmosfeer; of - in een atmosfeer van bevochtigde lucht.

De onderhavige uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen, die een verbetering vormt van bovengenoemde werkwijze, in die zin, dat versnelde veroudering met grotere betrouwbaarheid, met grotere resolutie en/of binnen kortere tijd kan worden uitgevoerd.

De grotere resolutie kan slechts gerealiseerd worden via een zeer stabiele oven, zodat de veranderingen van de te bepalen electromagnetische grootheid ten gevolge van temperatuursfluctuaties te verwaarlozen zijn ten opzichte van de veranderingen ten gevolge van de verouderingsverschijnselen die in de bestudeerde component optreden.

De zéér stabiele oventemperatuur gekoppeld aan een hoge resolutie van de meetapparatuur laat toe de fysische processen, die aan de basis van de verouderingsverschijnselen liggen, te onderscheiden.

De methode heeft bovendien het voordeel dat ze als een niet-destructieve test, eventueel als produktie- of kwaliteitscontrole, kan gebruikt worden.

De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze volgens conclusie l.

Voorts verschaft de onderhavige uitvinding een inrichting voor het uitvoeren van genoemde werkwijze.

Verdere kenmerken, details en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van een beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen daarvan met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen: figuur 1 een perspectivisch aanzicht van een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting volgens de onderhavige uitvinding; figuur 2 een grafiek ter verduidelijking van een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding; en figuur 3 een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding.

Een in hoofdzaak buisvormige oven 1 omvat een roestvrijstalen wand 2 (dikte ongeveer 0,38 mm) waar omheen een chroomvanadiumdraad 3 met een overtrek uit kwarts is gewikkeld. Door de dunne wand en de kwartsovertrek van de chroomvanadiumdraad (een dergelijke draad vertoont een geringe temperatuursafhankelijkheid) is een snelle sturing van \ de temperatuur in het inwendige van de buisoven 1 mogelijk. In de buisoven 1 is een houder 4 opgesteld, waarop zich een element met verouderingsparameter 5 bevindt, dat in het getoonde uitvoeringsvoorbeeld een behuizing voor een geïntegreerd circuit is. Door een flens 6 heen worden de gebundelde uit/aansluitdraden 7 geleid, waarbij deze draden als geheel worden doorgevoerd, niet onderbroken worden en worden ingesmolten in araldiet lijm. In de eindflens 9 is een tem-peratuursensor 8 voor het meten van de inwendige temperatuur in de buisoven aangebracht. In de buisoven kan een inert gas, lucht of zuurstof zijn opgenomen.

Met behulp van de weerstand 3 wordt de temperatuur in de oven l bijvoorbeeld eerst op 50°C gebracht (fig. 2), waarbij in dit uitvoeringsvoorbeeld een meting wordt uitgevoerd aan de weerstands-waarde van het element 5.

Voorts wordt bij temperatuur Tldie bijvoorbeeld 260°C (zie uitvoeringsvoorbeeld uit fig.3) of 800-1000°C (fig. 2) kan bedragen, een reeks metingen gedaan, waarna bij afkoeling bij 50°C opnieuw een meting wordt gedaan.

Een buisoven 13 (fig. 3) is voorzien van een bifilair gewikkelde weerstandsdraad 14 ter verdere vergro- ting van de regelsnelheid voor de in de buisoven 13 heersende temperatuur. Deze temperatuur wordt gemeten met een temperatuur sensor 15 die nabij een houder 16 voor een element met weerstandswaarde 17 is opgesteld - op niet-getoonde wijze, bij voorkeur daaraan vastgeklemd - en omvat bij voorkeur een Pt-100 weerstand hetgeen een nauwkeuriger meting van een thermokoppel oplevert. Voorts is met de buisoven 13 (met een wanddikte van 0,25 mm) een waterreservoir 18 alsmede een van een weerstandsdraad 19 voorziene verdampingseenheid 20 gekoppeld. Via aanvoer 21 kan voorts een gas in de buisoven 13 worden gebracht. Een gasafvoer 22 is voorzien van een gaswaterfles 23 teneinde op eenvoudige wijze druk in de oven en massastroom van het gas constant te houden. Vanzelfsprekend is ook een andere massastroommeter hiervoor bruikbaar.

De schematisch aangeduide aansluitdraden 24 voor de component, in dit uitvoeringsvoorbeeld met weerstands-waarde, zijn via een multiplexer 25 met een digitale multimeter 26 met een besturingseenheid27 zoals een personal computer, gekoppeld. Deze is op zijn beurt via een regeleenheid 28 met voedingen 29, 30 en 31 gekoppeld, respectievelijk voor voeding van de weerstandsdraad 14, voor een in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld aangebrachte vooroven 32 die voorzien is van aansluitingen 33 voor de voeling en de bevochtigingseenheid 20.

In de vooroven 32 (op niet-getoonde wijze voorzien van een temperatuur- en vochtigheidssensor) wordt veelal een luchtatmosfeer van 85% vochtigheid bij 85°C opgebouwd teneinde aan bijvoorbeeld voorgeschreven omstandigheden te voldoen.

De aansluitdraden 24 zijn bij voorkeur geïsoleerd met een kaptonbekleding bij het in figuur 3 getoonde uitvoeringsvoorbeeld (temperatuur ongeveer 260°C), maar bij hogere temperaturen (800-1000°C) zullen deze veelal zonder isolatie of met kwarts-overtrek zijn aangebracht. Veelal worden vier draden per meting gebruikt (vierpuntsmeting, 2 stroom- en 2 spanningsdraden).

Indien de temperatuur in de ruimte waarin de boven beschreven voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt uitgevoerd, slechts relatief langzaam (bijvoorbeeld minder dan l°C/uur) varieert, zoals in bijvoorbeeld een niet-geconditioneerde ruimte, kan de oventemperatuur met een nauwkeurigheid van 0,001 °C geregeld worden.

Bij voorkeur worden thermospanningen zo veel mogelijk vermeden (bijvoorbeeld < l0pV/°C). Draden worden zo mogelijk met klemverbindingen aangesloten, terwijl de multi-plexeenheid van relais en spoelen is voorzien, waarbij de thermospanning minder dan lpv/io°C bedraagt.

Met de in figuur 3 schematisch aangeduide opstelling, is bij voorkeur een algoritme opgenomen, dat voorkomt dat metingen aan het element met verouderingspara-meter worden gedaan, wanneer een te grote afwijking van de door de sensor gemeten temperatuur optreedt. De regeling voor de voedingsspanningen reageert niet op dergelijke wellicht foutieve metingen, waardoor een stabielere regeling wordt verkregen. Een nieuw uitgelezen waarde van de temperatuur wordt hiertoe vergeleken met het gemiddelde van de drie voorgaande temperatuurwaarden in de oven.

Vanwege de verregaande temperatuurstabiliteit van boven beschreven voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, kunnen metingen met hoge resolutie worden uitgevoerd, bijvoorbeeld binnen 5-100 ppm van de totale, te meten grootheid; een voorspelling van het verouderingsproces op grond van extrapolaties van de gemeten waarden wordt zodoende binnen een redelijke meettijd (bijvoorbeeld 100-1000 uur) mogelijk, terwijl een beter inzicht wordt verkregen in de functionaliteit van de achterliggende fysische processen.

Hoewel boven beschreven uitvoeringsvoorbeelden betrekking hebben op verouderingsprocessen van een element met gelijkstroom-weerstandswaarden, kan de onderhavige uitvinding volgens bij gevoegde conclusies tevens worden toegepast op capaciteits- (of inductie-)metingen en/of andere electromagnetische grootheden en tevens onder diverse soor- ten van belasting, zoals: - mechanische trekbelasting (off-chip-verbindin- gen); - stroombelasting (ten behoeve van studies naar elektronmigratie), etc.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het bepalen van de impedantie-verandering van een electromagnetische verouderingsparameter aan één of meer elementen met een dergelijke parameter, waarbij het element in een oven op een voorafbepaalde temperatuur wordt gebracht en waarbij een meting van de weerstand bij die temperatuur wordt uitgevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij door een temperatuurvoeler in de oven opgenomen temperatuurveranderingen worden teruggekoppeld naar de elektrische voeding voor een rond de oven aangebracht elektrisch verwarmingselement.

3. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie l of 2.

4. Inrichting voor het bepalen van de impendan-tieverandering van één of meer elementen met een verouderingsparameter, omvattende: - een in hoofdzaak buisvormige oven; - een in de oven opgestelde houder voor het element met weerstandswaarde; - een voeler voor het opnemen van de in de oven heersende temperatuur; - een rond de oven gewikkelde verwarmingsdraad; - een in de oven opgenomen doorvoeropening van aansluitdraden voor het element met impedantiewaarde; en - een besturingseenheid die is aangesloten op de temperatuurvoeler en op de voeding voor het elektrische verwarmingselement.

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij de oven wordt gevormd door een roestvrijstalen, dunwandige buis.

6. inrichting volgens conclusie 4 of 5, waarbij het verwarmingselement wordt gevormd door een met een kwartsovertrek geïsoleerde vanadiumchroomweerstandsdraad, die bifilair is gewikkeld rond de buisvormige oven.

7. Inrichting volgens conclusie 4, 5 of 6, waarbij de temperatuurvoeler een Pt weerstand is.

8. Inrichting volgens één der conclusies 4 tot 7, voorzien van een tweede oven voor het in de eerste oven brengen van een bevochtigde atmosfeer.

9. Inrichting volgens één der conclusies 5-7, waarbij de besturingseenheid voorzien is van een lopend venster voor het onderdrukken van de besturing van de voeding van het verwarmingselement wanneer een gemeten temperatuurs-waarde zich buiten de waarden van het genoemde lopende venster bevindt.