Quantifizierung der mechanischen Spannungen infolge der Verkapselung von Sensorbauelementen

Friedrich, Kathrin

Die Qualität von endverpackten Sensoren hängt entschieden von der Beherrschung der mechanischen Spannungen infolge der Verkapselung ab. In dieser Arbeit wird erstmalig über die Realisierung eines Röntgendiffraktometers berichtet, welches eine Analyse des dreidimensionalen mechanischen Spannungszustandes in Einkristallen ermöglicht, deren Oberfläche optisch und mechanisch nicht frei zugänglich ist. Mehrere innovative Ansätze mussten dazu entwickelt und verfolgt werden. Nur Röntgenstrahlung höherer Energie (>15 keV), mit der es gelingt die Spritzgussverpackung der Sensoren zu durchdringen, ist als Sonde für die mechanischen Belastungen im einkristallinen Siliziumsubstrat geeignet. Die spezielle Probengeometrie erzwingt einen Übergang zu schwachen hochindizierten Braggreflexen. Ein wesentlicher Schritt der apparativen Entwicklung war daher die Optimierung des Messsignals durch die Kombination einer Molybdän-Feinfokusquelle mit einer speziell adaptierten Glaskapillaroptik. Zur reproduzierbaren Justage der unzugänglichen Chipoberfläche war die Implementierung eines Durchleuchtungssystems erforderlich. Das Diffraktometer wurde mit einem Hexapod als Probenhalter konzipiert, der durch seine kompakte Bauweise den Einbau von beliebig geformten Chipgehäusen zulässt. Die Röntgenbeugungsanalyse dient der Verifizierung eines Kraftmesschips, der den Verpackungsprozess substituierend durchläuft und die dadurch eingeprägten Spannungen über den piezoresistiven Effekt bestimmt. An verschiedenen Gehäusearten wurden sowohl röntgenographische als auch elektrische Spannungsmessungen erfolgreich durchgeführt. Beide Methoden zeigen qualitativ gut übereinstimmende Resultate.

The reliability of sensor devices is particularly determined by mechanical stress due to encapsulation. In this thesis an X-ray diffractometer has been realised, that allows the three-dimensional stress state to be analysed in the single crystal silicon substrate of encapsulated chips. This requires different innovative aspects to be developed and approached. Only hard X-rays (>15 keV) can penetrate through the injection molding. Because of the special sample geometry only high order Bragg reflections are available. Therefore it was essential for this experimental setup to optimise the Bragg peak intensity by a combination of a microfocus X-ray source and a specially adapted capillary optics. For a reproducible sample alignment the implementation of an X-ray examination system is necessary. The diffractometer has been developed with a hexapod as sample holder. This feature makes it well suited for different shaped chip packages and spatial resolved measurements. The X-ray stress analysis provides the verification of a piezoresistive force measurement chip, which passes through the packaging process in place of the sensor device. For different packages the results of the X-ray stress analysis have been compared with the results obtained by the force measurement chip and a good qualitative agreement has been reached.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Friedrich, Kathrin: Quantifizierung der mechanischen Spannungen infolge der Verkapselung von Sensorbauelementen. 2009.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Details anzeigen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export