Qualitätskontrolle von keramischen PGA-Mikroprozessorgehäusen

Die Herausforderung

Keramische Pin-Grid-Arrays (PGAs) verpacken Hochleistungs-Mikroprozessorchips in hermetischen Umgebungen. Diese mehrschichtigen, gemeinsam gesinterten Strukturen mit internen Metallebenen und Durchkontaktierungen erfahren während der Fertigung und der nachfolgenden Verarbeitung thermische Ausdehnungsunterschiede. In Kombination mit der spröden Natur der Keramik können diese Spannungen zu Gehäuserissen führen, die sich bis zum Verlust der Hermetizität ausbreiten. Digital Equipment Corporation musste Fehler in eingehenden Gehäusen, während der Montage und kritischerweise an Gehäusen mit aktiven Chips erkennen, bei denen zerstörende Prüfungen unmöglich sind.

Die Lösung

Die GrindoSonic-Resonanzfrequenzprüfung erwies sich als am schnellsten, kostengünstigsten und am besten für die Hochvolumenfertigung geeignet. Die Frequenzen waren auf etwa 1 Hz für die niedrigsten Moden reproduzierbar. Die Finite-Elemente-Modellierung leitete die Testeinrichtung für jeden Schwingungsmodus. Tests an 750 nicht montierten Gehäusen bestätigten, dass die Fertigungstoleranzen die größte Quelle für Frequenzvariabilität sind. Eine wichtige Erkenntnis: Frequenzverschiebungen durch Risse folgen anderen Mustern über die Schwingungsmoden als Verschiebungen durch Maßabweichungen. Die Messung mehrerer Moden ermöglicht die Unterscheidung zwischen beiden.

Ergebnisse

Gehäuse, die vor und nach mechanischer Belastung getestet wurden, zeigten Frequenzabfälle, die mit der durch C-Scan gemessenen Risslänge korrelierten. Die kleinsten erkennbaren Risse waren etwa 0,2 Zoll (die C-Scan-Grenze). Bei Einzelfrequenztests müssen Risse etwa 0,5 Zoll über die volle Dicke überschreiten, um von Toleranzschwankungen bei 2-Zoll-Gehäusen unterschieden werden zu können. Die Messung der Frequenzen von vier Schwingungsmoden ermöglicht jedoch die Erkennung viel kleinerer Risse, indem rissinduzierte Verschiebungen von maßbedingten Verschiebungen unterschieden werden.

Tests an Gehäusen mit aktiven Chips während der Produktion bestätigten, dass beobachtete Fehler nicht durch elektrische Tests verursacht wurden - eine Feststellung, die mit keiner anderen ZfP-Methode möglich ist.