Volpiano (Italy)

septiembre 26, 2024

Pruebas KGD: Asegurando la Calidad en la Fabricación de Semiconductores

La prueba de Known Good Die (KGD) es un paso fundamental en el proceso de fabricación de semiconductores, especialmente para dispositivos semiconductores de potencia como los dispositivos de Carburo de Silicio (SiC). Al realizar pruebas exhaustivas a nivel de die individual, los fabricantes pueden identificar y eliminar componentes defectuosos antes del empaquetado, garantizando así la calidad y fiabilidad general de sus productos.

Un Enfoque Multinivel en la Fabricación de Semiconductores: Pruebas de Wafer, Die y Paquete

La fabricación de semiconductores es un proceso complejo que requiere pruebas meticulosas en varias etapas para asegurar el funcionamiento correcto del dispositivo. Las etapas de prueba incluyen:

Pruebas de Wafer

• Se realizan temprano en el proceso de fabricación, típicamente después de que se han depositado y moldeado las principales capas sobre el wafer de silicio.
• Utilizan equipos especializados (prober de wafer con tarjetas de sonda) para sondear circuitos individuales en el wafer y evaluar las características eléctricas y la funcionalidad básica.
• Sirve como etapa preliminar para identificar y eliminar wafers con defectos significativos antes del procesamiento posterior.

Pruebas del Die (KGD)

• Se centra en los die individuales después de que han sido separados del wafer mediante un proceso de corte.
• Utiliza manijas especializadas y módulos de sonda para mover y sondear los die.
• Juega un papel vital en garantizar la fiabilidad de los semiconductores de potencia, permitiendo pruebas que no pueden realizarse a nivel de wafer.

Pruebas del Paquete

• Se lleva a cabo después de que el die ha sido encapsulado en el paquete protector final con conexiones externas.
• Verifica la funcionalidad del dispositivo completo empaquetado, incluida la interacción entre el die y los materiales del paquete.
• Esta prueba final asegura que todo el dispositivo cumpla con todas las especificaciones de rendimiento antes del envío a los clientes.

Implementando un enfoque de prueba multinivel que incorpora pruebas de wafer, KGD y paquete, los fabricantes pueden alcanzar un alto grado de confianza en la calidad y fiabilidad de sus dispositivos semiconductores, optimizando el rendimiento y reduciendo costos. La detección temprana de partes defectuosas en varias etapas, desde wafers de silicio crudo hasta módulos completados, permite identificar y eliminar componentes defectuosos lo más pronto posible.

La Importancia de la Prueba KGD para Dispositivos Semiconductores de Potencia

La fase del test KGD ofrece varias ventajas clave para los dispositivos semiconductores de potencia:

• Detección Temprana de Defectos: Identificar y eliminar die defectuosos antes del empaquetado reduce significativamente las pérdidas por rendimiento y los costos posteriores. Descubrir un die defectuoso en el wafer es mucho más económico que encontrar un problema en un módulo completamente ensamblado.
• Mayor Velocidad al Mercado: Identificar y resolver problemas temprano previene retrasos causados por el descubrimiento tardío de defectos y la necesidad de rehacer.
• Mejora en la Fiabilidad: La prueba KGD ayuda a garantizar que solo se utilicen componentes de alta calidad en el módulo final, llevando a una mayor fiabilidad y rendimiento.
• Mejora del Proceso: Los datos obtenidos durante la prueba KGD pueden utilizarse para identificar debilidades potenciales en el proceso productivo y realizar las modificaciones necesarias.

Desvelando el Poder del Test KGD: Pruebas Estáticas, Dinámicas y Cortocircuito para Dispositivos SiC

Aunque la prueba KGD ofrece ventajas significativas, también presenta desafíos únicos. A diferencia de los dispositivos Si, los SiC operan a voltajes y corrientes mucho más altos. Esto requiere equipos de prueba especializados capaces de manejar estas condiciones extremas de manera segura y precisa, tanto a nivel wafer, KGD como paquete.

Las pruebas específicas realizadas durante la fase KGD para identificar y eliminar posibles defectos pueden categorizarse ampliamente en tres grupos:

Pruebas Estáticas

Estas pruebas miden parámetros eléctricos fundamentales del dispositivo SiC en condiciones estables. Las pruebas estáticas comunes para dispositivos SiC incluyen:

• Tensión Umbral (Vth): Mide el voltaje mínimo requerido para activar el dispositivo.
• Resistencia On (Ron): Caracteriza la resistencia del dispositivo cuando conduce corriente.
• Corriente de Fuga (Ileak): Evalúa la cantidad de corriente que fluye a través del dispositivo cuando está apagado.
• Tensión de Ruptura (Vbr): Determina el voltaje máximo que el dispositivo puede soportar antes de fallar.

Pruebas Dinámicas

Estas pruebas evalúan el comportamiento del dispositivo SiC en condiciones operativas dinámicas que simulan casos reales. Las principales pruebas dinámicas para dispositivos SiC incluyen:

• Características de Conmutación: Miden el tiempo necesario para que el dispositivo transite entre estados encendido y apagado. Esto incluye tiempo de encendido, tiempo de apagado y características del gate.
• Función Transferencia: Analiza la relación entre el voltaje del gate y la corriente en el drenaje, proporcionando información sobre el comportamiento del dispositivo durante la conmutación.
• Medición Capacitancia-Tensión (C-V): Evalúa la capacidad del dispositivo a diferentes voltajes del gate, ayudando a identificar posibles defectos en la capa aislante del gate.

Pruebas Cortocircuito

• Esta prueba crucial evalúa la capacidad del dispositivo SiC para resistir un aumento repentino y significativo en la corriente.
• Simula una condición potencial donde el dispositivo experimenta un cortocircuito entre sus terminales.
• La prueba cortocircuito mide el tiempo necesario para que el dispositivo falle (tiempo máximo tolerable en cortocircuito) y ayuda a identificar defectos ocultos que podrían llevar a fallas catastróficas durante su funcionamiento normal.

Al implementar una estrategia completa de prueba KGD que incorpore estas pruebas estáticas, dinámicas y cortocircuito, los fabricantes pueden excluir efectivamente dispositivos SiC defectuosos. Esto no solo asegura la fiabilidad y rendimiento del producto final, sino que también reduce los costos productivos al minimizar las pérdidas por rendimiento.

Desafíos en las Pruebas Cortocircuito KGD

A diferencia de los módulos empaquetados con disipadores integrados, los dispositivos KGD son pequeños, delgados y carecen de mecanismos dedicados a la disipación térmica. Durante una prueba cortocircuito, el alto flujo eléctrico genera un calor significativo, lo que puede superar fácilmente la capacidad térmica del propio dispositivo, llevando a fallas catastróficas. Debido a esta limitada disipación térmica, un evento grave durante un corto circuito a nivel KGD podría causar explosiones. Esto representa un riesgo para la seguridad y puede dañar los equipos utilizados para las pruebas. Las altas temperaturas generadas durante una prueba cortocircuito KGD pueden hacer que la metalización del dispositivo se adhiera a las puntas pogo utilizadas para las sondas. Esto crea desafíos al intentar retirar el dispositivo para más pruebas e introduce riesgos potenciales de contaminación en los equipos utilizados para las pruebas, afectando así la precisión futura.

Características Esenciales para Equipos Seguros y Efectivos en Pruebas Cortocircuito KGD

Realizar una prueba cortocircuito segura y efectiva sobre dispositivos SiC KGD requiere equipos especializados con diversas características críticas. Un elemento clave para garantizar seguridad es la capacidad para interrumpir rápidamente el flujo eléctrico dentro de un breve intervalo temporal (decenas de nanosegundos) si ocurre un evento sobrecorriente. Esta interrupción rápida ayuda a prevenir generación excesiva de calor y posibles explosiones durante una prueba cortocircuito KGD. Componentes electrónicos avanzados y circuitos ultrarrápidos son cruciales para lograr esta capacidad ultra-rápida para interrumpir corriente.

Minimizar la inductancia parásita dentro del camino durante las pruebas también es esencial para obtener resultados precisos y controlados durante cortocircuitos. La inductancia parásita puede ralentizar los tiempos ascendentes y descendentes del impulso actual, afectando así los resultados e incluso retrasando la interrupción actual si hay anomalías. El diseño del equipo debe utilizar componentes con baja inductancia parásita y minimizar longitudes cableadas para reducir al mínimo esta inductancia parásita global dentro del circuito.

Además, además proteger contra sobrecorrientes, los equipos deben incorporar salvaguardias contra situaciones sobreelevadas. Esto ayuda a prevenir daños al dispositivo o arcos eléctricos potencialmente peligrosos durante las pruebas. Circuitos monitoreadores eléctricos rápidos pueden ser implementados para detectar condiciones sobreelevadas e interrumpir alimentación si es necesario.

Finalmente, se debe evaluar cuidadosamente el riesgo asociado con arcos eléctricos. Durante una prueba cortocircuito, un aumento repentino significativo en flujo eléctrico puede llevar a ionización gaseosa circundante. Esto crea un camino conductor entre terminales del dispositivo resultando en arcos eléctricos. Los arcos generan calor intenso e iluminación que pueden dañar al propio dispositivo KGD bajo prueba e incluso dañar equipos utilizados para las pruebas. Condicionar adecuadamente cámaras utilizadas durante las pruebas con aire comprimido es una estrategia crucial para suprimir arcos eléctricos durante las pruebas cortocircuito KGD sobre dispositivos SiC; esto se fundamenta según la Ley Paschen, que describe relación entre voltaje requerido (tensión necesaria) para iniciar arco eléctrico dentro gas dado presión gas mismo distancia entre conductores. Al aumentar presión gas dentro cámara mediante aire comprimido efectivamente aumentamos tensión requerida iniciar arco; esto hace más difícil inicio arco entre terminales incluso bajo altas corrientes generadas durante pruebas cortocircuito protegiendo tanto dispositivos como equipos utilizados durante pruebas. Uso aire seco dentro cámara minimiza presencia humedad contribuyendo aún más supresión arcos eléctricos generados.

Al incorporar estas características esenciales, el equipo utilizado durante pruebas cortocircuito KGD puede lograr equilibrio entre seguridad eficacia capacidad identificar debilidades potenciales dentro dispositivos SiC.

Módulo Protección Corriente Para Pruebas KGD: Salvaguardando Contactos Durante Pruebas

Durante la prueba KGD, especialmente con pruebas cortocircuito puede haber flujos eléctricos elevados. Esto podría dañar delicadas sondas utilizadas sondear dispositivos SiC. Equipamiento SPEA incorpora módulo protección corriente actúa como salvaguardia limitando flujo eléctrico pasando por sondas; esto previene generación excesiva calor posibles fusiones deformaciones sondas mismas asegurando longevidad funcionalidad.

Eficacia módulo protección corriente mejora aún más su capacidad dimensionarse según capacidad portante específica sondas utilizadas; esto asegura límite corriente establecido apropiadamente proteger sondas sin comprometer prueba misma.

En configuraciones utilizadas durante pruebas KGD, contactos sondeadores (puntos pogo agujas) suelen agruparse sondear diferentes partes dispositivo SiC; módulo protección corriente ofrece beneficio adicional permitiendo balancear corrientes entre diferentes grupos; característica crucial asegurar distribución uniforme corriente durante pruebas; distribución irregular podría resultar resultados inexactos incluso dañar áreas específicas dentro dispositivo bajo prueba.

Conclusiones

La prueba Known Good Die (KGD) es un hito clave control calidad dentro fabricación dispositivos SiC asegurando productos fiables alto rendimiento mientras minimiza pérdidas rendimiento mediante detección temprana defectos; estrategia completa evaluación debe incluir pruebas estáticas dinámicas cortocircuito verificar parámetros críticos bajo condiciones realistas.

A diferencia módulos empaquetados, los dispositivos KGD presentan desafíos únicos durante pruebas dinámicas cortocircuito; limitada disipación térmica puede llevar riesgos seguridad explosiones daños severos equipos utilizados; mitigar estos riesgos, el equipo utilizado debe incluir limitaciones ultra-rápidas corriente diseño baja inductancia parásita mecanismos supresores arcos eléctricos;
Implementando estas características, los fabricantes pueden mejorar eficiencia efectividad estrategias evaluación KGD sobre dispositivos SiC.

FAQs