Een universiteit van Californië, Riverside-ingenieur bouwt elektronische circuits om ze zo snel mogelijk te breken. Een onderzoeksteam onder leiding van Sheldon Tan, een professor in elektrische en computertechniek aan het Bourns College of Engineering, heeft een nieuwe manier ontwikkeld om de betrouwbaarheid van geïntegreerde schakelingen te testen, zoals microchips en microprocessors, dat is sneller dan conventionele technieken.

De methode maakt gebruik van zorgvuldig gecontroleerde elektromigratie bij normale bedrijfstemperatuur om ervoor te zorgen dat het circuit binnen uren in plaats van jaren uitvalt. waardoor onderzoekers kunnen beoordelen hoe duurzaam een ​​bepaald productieproces is.

De nieuwe techniek kan de levensduur en betrouwbaarheid verlengen van de geïntegreerde schakelingen die worden gebruikt in smartphones en auto's, medisch, industrieel, ruimtevaart, en defensietoepassingen.

Elektromigratie is de grootste zorg voor de betrouwbaarheid van geïntegreerde schakelingen. Als elektronen door een geleidend metaal gaan, ze botsen tegen metaalmoleculen en slaan ze op hun plaats. De herschikking van moleculen vervormt het metaal, interfereren met het vermogen om elektriciteit te geleiden en zelfs draden te laten breken. Dit proces kan voor sommige sensoren enkele minuten duren tot 10 jaar of langer voor VLSI-circuits (zeer grootschalige integratie) zoals microprocessors.

Naarmate elektronische apparaten kleiner worden, de metalen films en draden die de componenten van geïntegreerde schakelingen verbinden, bekend als interlinks, moet fijner worden en bestand zijn tegen hoge elektrische stroomdichtheid om te kunnen presteren met de snelheid en nauwkeurigheid die gebruikers verwachten. De combinatie verhoogt het risico op falen als gevolg van elektromigratie. Experts verwachten dat de levensduur van de elektromigratie zal worden gehalveerd bij elke nieuwe generatie VLSI's.

Nog, toepassingen variërend van automatische elektronica tot medische apparaten en ruimtevaartapparatuur vereisen een lange levensduur en stellen hoge betrouwbaarheidseisen.

Ontwikkelaars van geïntegreerde schakelingen hebben snelle manieren nodig om te testen op elektromigratiestoringen voordat ze in massaproductie worden genomen voor gebruik in consumentenelektronica.

Conventionele verouderingstechnieken omvatten het onderwerpen van de geïntegreerde schakeling aan hoge temperaturen of hoge stroomdichtheden, die elk ertoe kunnen leiden dat het circuit uitvalt om andere redenen dan elektromigratie, en geen van beide repliceert zijn gewone omgeving of gedrag.

Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, De onderzoeksgroep van Tan heeft een proces ontwikkeld dat elektromigratieveroudering van interconnects in geïntegreerde schakelingen onder normale werkomstandigheden versnelt.

Het team van Tan begon met een interconnectiestructuur die is ontworpen voor een elektromigratielevensduur van meer dan 10 jaar, zoals vereist door veel elektronische toepassingen. De structuur bestaat uit een draad met twee segmenten - een reservoir en een hoofdtak - een kathode, en een schakelaar om het reservoir uit te schakelen. Het reservoir is verbonden met de kathode, die de stroom van elektronen in de draad leidt. Gewoonlijk, een reservoir heeft geen elektrische stroom en verlengt de levensduur van de draad. Met het reservoir uitgeschakeld door de schakelaar, echter, er stroomt stroom doorheen, waardoor de kathode wordt benadrukt en de elektromigratie binnen een paar dagen in plaats van 10 jaar mislukt.

Door de interconnect op te warmen tot normale bedrijfstemperaturen, minder dan 150°C/302°F, ze verminderden de tijd tot falen nog meer - iets minder dan twee uur.

"De elektronische apparaten en interconnecties van vandaag zullen steeds minder betrouwbaar worden naarmate de technologie vordert. De halfgeleiderindustrie zal binnenkort te maken krijgen met een betrouwbaarheidscrisis als die problemen in de nabije toekomst niet worden aangepakt. Onze nieuwe gecontroleerde elektromigratie-verouderingstechnieken kunnen deze crisis helpen voorkomen, ' zei Tan.