ASPIRE INVENT ACHIEVE - Imec

BETROuWBAARHEID:
DE TOEkOMST
VOORSPELLEN
Een belangrijke vereiste van micro-elektronica systemen
is dat ze niet enkel perfect moeten werken,
ze moeten perfect blijven werken. En dat onder
verschillende omstandigheden zoals bij hoge en lage
temperaturen, bij vochtigheid, na spanningspieken, na
een val, ... Ze moeten ‘betrouwbaar’ zijn.
Enkele jaren geleden was betrouwbaarheidsonderzoek
in de micro-elektronica relatief eenvoudig: de meeste
componenten kon men als onafhankelijke bouwstenen
zien, en door de betrouwbaarheid van alle componenten
afzonderlijk te testen, kreeg men zicht op de betrouwbaarheid
van het systeem. Test de chip, test de
verpakking, als beiden ok zijn, is de kans groot dat de verpakte
chip ook ok is. Falers ten gevolge van de invloed
van de verpakking op de chip waren minimaal. Voor het
testen van chip en van verpakking bestonden afzonderlijke,
goed gedefinieerde recepten die men kon volgen,
i.e. betrouwbaarheidsteststandaarden.
De laatste jaren is dit erg veranderd. Nieuwe technologieën
zoals het 3D-stapelen van verdunde siliciumchips,
MEMS (micro-elektromechanische systemen) op siliciumchips,
heterogene geïntegreerde systemen, … zijn allen
gesteund op integratie van componenten die men
niet langer kan zien als onafhankelijke bouwstenen wanneer
men betrouwbaarheid bestudeert. Ook de voortdurende
verkleining van de chipbouwstenen met het
gebruik van nieuwe materialen brengt bijkomende uitdagingen
met zich mee. De verpakking kan een invloed
hebben op de MEMS, of op de verdunde en daardoor
fragielere chips, of op de zachtere of poreuze materialen
die gebruikt worden in innovatieve chipprocessen.
Als verbindingen tussen de gestapelde chips in een 3Dstapel,
zoals kopernagels, falen, dan faalt het ganse 3Dsysteem.
Alles is met alles verbonden en men moet nu
een geïntegreerde betrouwbaarheidsvisie hebben, een
soort 3D-visie, waar wisselwerking tussen de verschillende
componenten belangrijk is. We moeten afstappen
van het bestuderen van de afzonderlijke componenten.
We moeten het systeem als een geheel bestuderen. De
oude, welbekende recepten (standaarden) om betrouwbaarheid
te testen werken daarbij niet meer optimaal.
Om dit op te lossen, wordt meer en meer gebruik gemaakt
van modellering van het gedrag van systemen.
Modellering laat een soort virtueel betrouwbaarheidsonderzoek
toe, dat de zwakste schakel in een systeem
kan aanwijzen en de beste systeemopbouw kan aangeven.
Men moet er zich wel van bewust blijven dat
dit een model blijft dat moet getoetst worden aan de
werkelijkheid. Ook materiaalonderzoek speelt een belangrijke
rol. Hoe betrouwbaar is het materiaal dat je
gebruikt? Het is niet omdat vanuit processing-standpunt
een bepaalde materiaalkeuze zich opdringt, dat dit vanuit
betrouwbaarheidsstandpunt ook de beste keuze is.
INTERVIEW mET INGRId dE WoLF
IMEC CMORE
Wereldwijd wordt gewerkt aan zeer innovatieve
MEMS. Toch is het marktaanbod wat MEMS betreft
eerder beperkt. Een deel van de reden hiervoor is dat
de meeste onderzoekers er niet aan denken dat bedrijven
met hun ideeën ooit ook een product willen
maken. Tussen onderzoek en productie ligt de “oepsno-reliability-realisation-gap”.
Als het dan uiteindelijk
zover komt dat een idee een product kan worden, dan
blijkt het te laat om betrouwbaarheid te gaan inbouwen,
en dan is alle investering voor niets geweest. Het
is dus heel belangrijk dat betrouwbaarheidsstudies heel
vroeg in de ontwikkeling van een nieuw systeem worden
meegenomen.
Deze toenemende integratie brengt ook nieuwe falingsmechanismen
met zich mee, en alleen als men de
onderliggende fysica daarvan kent, kan men voorspellen
of en wanneer zo’n mechanisme een systeemfaler
kan veroorzaken, hoe men dat kan testen, …. MEMS
bijvoorbeeld zijn bewegende micro- tot zelfs nano-
(NEMS) systemen. Die beweging brengt nieuwe mogelijke
falingsmechanismen met zich mee zoals kruip,
vermoeiing, stictie, breuk, ... Bovendien hebben MEMS
bepaalde specifieke omgevingscondities nodig die niet
nodig zijn bij puur elektronische systemen. Om dit
te bestuderen moeten nieuwe optische, thermische
en elektrische testmethodes opgezet en uitgevoerd
worden.
29