RU1839241C

RU1839241C - Method of detecting moisture in integrated circuit packages

Info

Publication number: RU1839241C
Authority: RU
Inventors: Иван Евгеньевич Воронков; В чеслав Николаевич Воеводин
Original assignee: Фр зинский филиал Центрального научно-исследовательского института "Циклон"
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1993-12-30

Abstract

Сущность способа: дл обнаружени влаги в корпусах интегральных схем охлаждают или нагревают объект контрол до температуры ниже -20, выше 0&deg;С, измер ют информативный электрический параметр, в качестве которого выбирают производную падени напр жени на пр мосмещенном р - птереходе. 1 злф-лы, 2 ил.The essence of the method: in order to detect moisture in the integrated circuit cases, the object under test is cooled or heated to a temperature below -20, above 0 ° C, an informative electrical parameter is measured, which is used as the derivative of the voltage drop at the biased p-junction. 1 zlf, 2 ill.

Description

Изобретение относитс к электронной технике и может быть использовано дл обнаружени влаги в герметизированных (ме- т аллокерамических) корпусах ИС. Обнаружение влаги в корпусах ИС средствами неразрушающего контрол служит дл коррекции технологического процесса и вы влени ИС, обладающих коррозионной стойкостью.. The invention relates to electronic equipment and can be used to detect moisture in sealed (metal alloceramic) IC cases. Moisture detection in IC cases by means of non-destructive testing is used to correct the technological process and to detect ICs with corrosion resistance ..

Известные способы обнаружени влаги в корпусах ИС осуществл ютс средствами физико-технического анализа, например масс-спектрометрией. Однако они требуют нарушени целостности корпуса ИС и использовани дорогосто щего оборудовани . Возможно использование неразрушающих электрофизических методов , основанных на измерении информативных электрических параметров ИС.Known methods for detecting moisture in IC cases are carried out by means of physical and technical analysis, for example mass spectrometry. However, they do require the integrity of the IC enclosure and the use of expensive equipment. It is possible to use non-destructive electrophysical methods based on the measurement of informative electrical parameters of ICs.

Известен способ измерени содержани влаги в герметизированных корпусах ИС, основанный на измерении зависимости ве личины межэлектродной емкости от температуры корпуса ИС в процессе его охлаждени внешним источником холода до температуры . Однако способ имеет малое быстродействие вследствие необходимости медленного охлаждени ИС. Этот и другие известные спосо.бы недостаточно достоверны вследствие малой информативности измер емых электрических параметров,A known method for measuring the moisture content in sealed IC cases is based on measuring the dependence of the interelectrode capacitance on the temperature of the IC case during its cooling by an external cold source to temperature. However, the method has a low speed due to the need for slow cooling of the IC. This and other known methods are not sufficiently reliable due to the low information content of the measured electrical parameters,

Целью изобретени вл етс повышение достоверности и быстродействи не- разрушзющегоконтрол ИС, осуществл емого дл обнаружени повышенного содержани влаги в корпусах ИС.The aim of the invention is to increase the reliability and speed of non-destructive testing of ICs, carried out to detect increased moisture content in IC housings.

Цель достигаетс тем, что по способу, включающему охлаждение ИС до температуры полупроводниковой структуры ниже -20°С, измер ют новый информативный параметр - зависимость производной напр жени на пр мосмещенном р - п-переходе в одной из внутренних цепей ИС от величины этого напр жени Упр м в процессе охлаждени , а также в процессе нагревани ИС до температуры структуры, превышающей 0°С. Влагу.в корпусе ИС обнаруживают по наличию локальных экстремумов на любой из указанных зависимостей, Цель достигаетс также тем, что охлаждение и нагревание ИС осуществл ют направленно и интенсивно путем использовани полу- проводниковой термоэлектрической батареи (ТЭБ) на элементах Пельтье, примыкающей к корпусу объекта контрол в области контакта кристалл - подложка. Указанные технические решени соответствуют критери м новизна и существенные отличи ,The goal is achieved by the fact that by a method involving cooling the IC to a temperature of the semiconductor structure below -20 ° C, a new informative parameter is measured - the dependence of the derivative of the voltage at the biased p - p junction in one of the internal circuits of the IC on the magnitude of this voltage Strict during cooling, as well as during heating of the IC to a temperature of the structure exceeding 0 ° C. Moisture in the IC case is detected by the presence of local extrema on any of the indicated dependences. The goal is also achieved by cooling and heating the ICs in a directional and intensive manner by using a semiconductor thermoelectric battery (TEB) on Peltier cells adjacent to the body of the test object in the contact region, the crystal is the substrate. These technical solutions meet the criteria of novelty and significant differences,

На фиг.1 изображены зависимости производной 1 пр м от Unps-M в координатах и пр м (Упр м), измеренные при охлаждении (I) и при нагревании (II) ИС. Экстремумы на Figure 1 shows the dependences of the derivative of 1 direct on Unps-M in coordinates and direct (Direct), measured upon cooling (I) and upon heating (II) of the IC. Extremums on

зависимост х свидетельствуют о повышенном содержании влаги в корпусе ИС.dependences indicate an increased moisture content in the housing of the IC.

Способ реализуют с помощью устройства , показанного на фиг.2 и включающего источник 1 питани , выход которого соединен через выводы ИС с одним из р - п-пере- ходов внутренних цепей объекта 2 контрол и входом аналогового дифференциатора 3, источник 4 питани полупроводниковой ТЭБ, примыкающей к корпусу ИС, двухкоор5 динатный самописец 5, входы которого соединены с выходами источника 1 питани и дифференциатора 3.The method is implemented using the device shown in Fig. 2 and including a power source 1, the output of which is connected through the terminals of the IC to one of the p - p-junctions of the internal circuits of the control object 2 and the input of the analog differentiator 3, the power supply 4 of the semiconductor thermopile, adjacent to the housing of the IC, a two-axis 5-way recorder 5, the inputs of which are connected to the outputs of the power supply 1 and the differentiator 3.

От источника 1 питани подают посто нный пр мой тик через выводы ИС на однуA constant direct tick is supplied from the power supply 1 through the terminals of the IC to one

0 из ее внутренних цепей, содержащую хот бы один р - п-(тереход. Соответствующее пр мое напр жение и ч выводах ИС алкет- с термочувствительным параметром, имеющим ТКН npw среднем уровне пр мого0 of its internal circuits, containing at least one p - p- (junction. Corresponding direct voltage and the terminals of the IC IC are thermosensitive with TKN npw average direct

5 тока -2-3 мВ/°С. Подают посто нный ток на полупроводниковую ТЭБ, имеющий на- правление, при котором плоскость ТЭБ, примыкающа к ИС, вл етс источником холода. Интенсивное охлаждение корпуса в5 currents -2-3 mV / ° С. A direct current is applied to a semiconductor thermopile, having a direction in which the plane of the thermopile adjacent to the IC is a source of cold. Intensive case cooling in

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. Осаждаема влага выдел ет тепло, стабили0 зирующее температуру поверхности структуры около точки росы Тр. Термочувствительный параметр (ТЧП) Кпр м характеризует температуру Т приповерхно- стного сло структуры. Модуль его произ5 водной I и пр м I уменьшаетс в области точки росы (Т Тр) и увеличиваетс при Т ТР, когда процесс осаждени влаги в основном завершен. На двухкоординатном самописце 5 регистрируют зависимость -и пр м0 of the contact area of the crystal - substrate of the IC causes a temperature difference in the lower part of the housing of the IC, to which the crystal is adjacent from the inside, and the upper part of the housing. When the lower part of the case and the crystal is cooled to the dew point on its inner side and the surface of the structure, moisture predominates from the internal volume. The precipitated moisture releases heat, stabilizing the temperature of the surface of the structure near the dew point Tr. The thermosensitive parameter (TPP) Kpr m characterizes the temperature T of the surface layer of the structure. The modulus of its derivative I and direct I decreases in the region of the dew point (T Tr) and increases at T TP, when the moisture deposition process is substantially complete. On the two-coordinate recorder 5, the dependency -and m

0 отипр м(крива I на фиг.1), которой соответствует зависимость производной температуры Т приповерхнсстного сло структуры от Т в координатах Т (-Т). Далее измен ют направление тока, подаваемого от источни5 ка 4 на ТЭБ. В результате поверхность ТЭБ, примыкающа к корпусу ИС, становитс тепловыдел ющей. Зависимость -и пр м (Упр м) переходит на кривую II, соответствующую нагревательной части цикла (фиг.1). Увеличение температуры приповерхностного сло структуры НС до 0°С вызывает та ние пленки льда, образовавшейс на ее по- верхности при охлаждении, вследствие конденсации влаги из внутрикорпусного объема ИС на предыдущей части цикла. Та- ние пленки льда сопровождаетс поглощением тепла, стабилизирующим температуру поверхности структуры около 0°С. Модуль производной I У пр м I уменьшаетс в области Т 0°С и увеличиваетс при Т 0°С, когда процесс та ни пленки льда завершен . На самописце 5 регистрируют зависимость-СТпр м (Упр м) (крива II на фиг.1).0 m (curve I in Fig. 1), which corresponds to the dependence of the temperature derivative T of the surface layer of the structure on T in the coordinates T (-T). Next, the direction of the current supplied from the source 4 to the fuel-cell assembly is changed. As a result, the thermopile surface adjacent to the housing of the IC becomes heat-generating. The dependence -and PR m (Upr m) goes to curve II, corresponding to the heating part of the cycle (figure 1). An increase in the temperature of the surface layer of the HC structure to 0 ° C causes the melting of the ice film formed on its surface upon cooling, due to the condensation of moisture from the IC internal volume in the previous part of the cycle. The melting of the ice film is accompanied by heat absorption stabilizing the surface temperature of the structure at about 0 ° C. The modulus of the derivative I Y direct I decreases in the region of T 0 ° C and increases at T 0 ° C when the process of melting the ice film is completed. On the recorder 5 register the dependence-STpr m (Upr m) (curve II in figure 1).

Если во врем измерени зависимости -и пр м (Упр м) не происход т фазовые переходы воды, имеющейс во внутрикорпус- ном объеме ИС в количестве, достаточном дл изменени производной по времени температуры приповерхностного сло структуры, то зависимость -и пр м (Упр м) имеет плавный, гистерезисный вид и на ней отсутствуют локальные экстремумы. Влагу в корпусе ИС обнаруживают по наличию локальных экстремумов на зависимо- ст х -и пр м (Упр м), соответствующих первой и м второй части цикла. Содержание влаги оценивают по величине экстремумов и значению температуры точки росы (фиг.1)., If during the measurement of the dependence of и direct (Ump), there are no phase transitions of water available in the IC internal volume in an amount sufficient to change the time derivative of the temperature of the surface layer of the structure, then the dependence of и direct (Ump) ) has a smooth, hysteretic appearance and there are no local extrema on it. Moisture in the IC case is detected by the presence of local extrema on the dependences x-and m (Ym), corresponding to the first and second part of the cycle. The moisture content is estimated by the magnitude of the extrema and the value of the temperature of the dew point (figure 1).,

Способ характеризуетс использованием нового информативного параметра - зависимости производной по времени ТЧЛ У по м (Упр м), измер емой в процессе охлаждени и нагревани ИС, осуществл емых в едином цикле. Это позвол ет использовать направление и более интенсивное изменение температуры корпуса ИС, при котором возрастаю- уровень измер емого сигнала (производной ТЧП), а также перепад температур, способствующий осаждению влаги на поверхности структуры ИС. Использование полупроводниковой ТЭБ в качестве источника холода, тепла позвол ет реализовать в едином цикле интенсивное и направленное охлаждение, нагревание объекта контрол . Указанна совокупность отличительных признаков служит достижению цели - повышению достоверности и быстродействи способа.The method is characterized by the use of a new informative parameter - the time derivative of the PML V with respect to m (Ump), measured during cooling and heating of ICs carried out in a single cycle. This makes it possible to use the direction and more intensive change in the temperature of the IC case, at which the measured signal level (derivative of the PST) increases, as well as the temperature difference, which promotes the deposition of moisture on the surface of the structure of the IP. Using a semiconductor thermopile as a source of cold and heat makes it possible to realize intensive and directed cooling and heating of the test object in a single cycle. The specified set of distinctive features serves to achieve the goal of increasing the reliability and speed of the method.

(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).(56) Ko. valenko A.A., Teverovsky A.A., Epifanov T.N. Moisture in the housings of semiconductor devices and microcircuits. - Overview of ET. Ser. 2, Semiconductor Instrumentation, 1982, issue 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.In-line measuzement of moisture In sealed 1C packages. N. Bakker - Philips Telecommunication Rev lew, vol. 37, No. 1 .march 1979, p. 11-19.

Claims

1. METHOD FOR DETECTING MOISTURE IN CASES OF INTEGRAL CIRCUITS, in accordance with which the test object is cooled to a temperature of its semiconductor structure below -20 C, an informative electrical parameter is measured, characterized in that, in order to increase the reliability and speed of control, a constant my current through the external terminals of the monitoring object to one of its internal circuits containing at least one p - n junction, measure the voltage drop at the biased p - n junction Upr, get the derivative Upr over time U m and p dependence, STI from mgmt m in the cooling process

control object, which is taken as a formative parameter, then heats up 35 | from the control object to the temperature of its semiconductor structure above О С and; the derivative of Ump is measured depending on Ump during heating, which is also taken as informative

40 parameter, and the presence of moisture in. the body of the control object is determined by the presence of local extremes at any of; registered dependencies. |

2. The method according to claim 1, characterized in that

45 that cooling and heating of the control object is performed by a semiconductor thermoelectric battery adjacent to the tic body of the control object in the crystal – substrate contact region.

1

Ј

t

J.

u / jpw

-3)

wpw

#c

r

HZE ± 3iЈ

TE6

/ U / tr /

f