Thermal Stream System: Der unsichtbare Wächter der Chip-Zuverlässigkeitsprüfung
In einer Zeit, in der die Chipfertigungsprozesse die 3-nm-Technologie überschritten haben und 3D-Packaging weit verbreitet ist, hat sich thermisches Versagen als Hauptursache für Chipfehlfunktionen herausgestellt. Als zentrales Gerät im Bereich der Halbleiterprüfung bietet das Thermalstromsystem unverzichtbare technische Unterstützung für die Überprüfung der Chipzuverlässigkeit, indem es Umgebungen mit extremen Temperaturschwankungen präzise simuliert.
Technischer Kern: Präzise Temperaturzyklen und Visualisierung des Wärmeflusses
Der Kernwert eines thermisches Strömungssystem Die Stärke des Systems liegt in seiner Fähigkeit, ein dreidimensionales Testszenario unter Einbeziehung von Temperatur, Zeit und Belastung zu erstellen. Es arbeitet mit einem hochpräzisen PID-Algorithmus zur Steuerung des Heiß- und Kaltluftstroms und ermöglicht so schnelle Temperaturänderungen zwischen 80 °C und 225 °C mit Raten von bis zu 50 °C/min. Am Beispiel der Chip-Prüfung für die Automobilindustrie zeigt sich, dass das Gerät eine unabhängige Zweikanal-Temperaturregelung nutzt. Bei der Simulation von TC3-Bedingungen (-40 °C bis +125 °C) passt es die Kompressorleistung und die Luftstromgeschwindigkeit dynamisch an, um die Temperaturänderungsrate präzise im Bereich von 15 °C/min ± 2 °C zu halten.
Diese Parameterkonfiguration beeinflusst direkt die Genauigkeit der Überprüfung der Ermüdungslebensdauer von Lötstellen. Beispielsweise erkannte das System bei der Prüfung eines bestimmten KI-Chips nach 1000 Zyklen eine 35%ige Verringerung der Scherkraft der Lötstelle und lieferte somit eine sechsmonatige Frühwarnung hinsichtlich des Risikos einer Fehlanpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE).
Hinsichtlich der Datenerfassung haben moderne thermische Strömungssysteme die Beschränkungen traditioneller Methoden überwunden. WärmekammerEin bestimmtes Modell verfügt beispielsweise über ein Nanometer-Thermopile-Sensorarray, das kleinste Temperaturschwankungen von nur 0,01°C erfassen kann; in Kombination mit Infrarot-Wärmebildtechnologie lassen sich detaillierte thermische Hotspot-Karten der Chipoberfläche erzeugen.
Vier wichtige Testszenarien: Thermischer Ausfall des Dekodierungschips
1. Temperaturwechseltest (TCT)
Für elektronische Chips in der Automobilindustrie simuliert das thermische Strömungssystem extreme Temperaturschwankungen von -55 °C bis +175 °C. Das Gerät nutzt eine stufenweise Temperaturregelung: In den ersten 500 Zyklen wird die Temperatur mit einer Anstiegsrate von 20 °C/min für die Belastungsprüfung erhöht, während sie in den darauffolgenden 500 Zyklen für die Zuverlässigkeitsprüfung auf 5 °C/min reduziert wird.
Bei einem Test mit Leistungshalbleitern passte das Gerät Spannung und Sperrschichttemperaturen dynamisch an, um die Effizienz der Früherkennung von Chipfehlern um 40 % zu steigern und hielt sich dabei strikt an die AEC-Q100 Grade 3-Normen.
2. Hochtemperatur-Einbrenntest
Unter Dauerbelastung bei 125 °C erfasst das thermische Prüfsystem Elektromigrationsfehler in Echtzeit mittels Vierleiter-Widerstandsmessung. Sein integriertes Stromquellenmodul bietet einen breiten Anregungsbereich (0,1 µA bis 10 A). In Kombination mit der präzisen Spannungserfassung im Nanovolt-Bereich konnte es die Drift des Einschaltwiderstands eines MOSFET während eines 72-stündigen Burn-in-Tests erfolgreich detektieren und potenzielle Ausfälle 120 Stunden früher als herkömmliche Methoden erkennen.
3. Wärmewiderstandsprüfung (Rth)
Durch die Kombination von Wärmestromdichtemessung und Thermoelementüberwachung nutzt das Gerät die Prüfmethode nach JESD51-14. Bei einem Wafer-Level-Package-Test zeigte die Kombination von SEM- und Infrarottechnologie, dass der Wärmewiderstand eines 5-lagigen gestapelten Gehäuses exponentiell anstieg, sobald die Wärmestromdichte 0,8 W/mm² überschritt – ein Phänomen, das direkt mit Prozessabweichungen in den TSV-Verbindungsöffnungen (Through-Silicon Via) zusammenhängt.
Testdaten zeigen, dass sich der Wärmewiderstand durch Gehäusestrukturen mit Siliziumkarbid (SiC)-Substraten auf 0,7°C/W reduzieren lässt.
4. Thermoschocktest
Bei der Prüfung eines Chips für die Luft- und Raumfahrt erreichte das Wärmestromsystem eine sofortige Temperaturumschaltung zwischen -196 °C und +300 °C. Durch den Einsatz eines Hybridsystems aus Flüssigstickstoffinjektion und Infrarotheizung vollzog das Gerät Temperaturübergänge innerhalb von 10 Sekunden und hielt die Temperaturabweichung innerhalb von ±3 °C. Die Testergebnisse zeigen, dass das Keramikgehäuse unter extremen Temperaturdifferenzen einen thermischen Spannungskoeffizienten von 2,3 × 10⁻⁶/°C aufweist und somit die Zertifizierung von Satellitenkomponenten durch JAXA erfolgreich bestanden hat.
Bahnbrechende Innovationen bei Industrieanwendungen
Neue Energiefahrzeuge: Es wurde ein Dual-Loop-Feedbacksystem (Integration von Wärmefluss und elektrischem Strom) eingesetzt, um die Stabilitätsprüfungszeit des BMS um 40 % zu verkürzen und Stromdichteanomalien präzise im Bereich von 0,5 mm² zu lokalisieren.
5G-Kommunikationsbasisstationen: Es wurde eine Multi-Physics-Coupling-Simulationstechnologie eingesetzt, um den Stromverbrauch des Chips um 15 % zu optimieren und ein Ausfallschwellenmodell für thermisches Durchgehen mit einer Fehlalarmrate von nur 0,05‰ zu erstellen.
Luft- und Raumfahrt: Durchführung von Tests über den gesamten Temperaturbereich an Materialien für Treibstofftanks der Langen Marsch-Rakete, wobei die Bildung von Mikrorissen im Bereich von 0,02 mm festgestellt wurde, wenn die Wärmestromdichte 1,2 W/cm² überschritt.
Als Spezialist für Hoch- und Tieftemperaturregelung setzt Huanyi Instruments Leistungsstandards für thermische Stromsysteme – mit einem extrem breiten Temperaturbereich von -120 °C bis +300 °C und der Fähigkeit, innerhalb von weniger als 10 Sekunden von +150 °C auf -55 °C zu wechseln – und liefert damit genauere und effektivere Lösungen für Halbleitertests.