Ett universitet i Kalifornien, Riverside ingenjör bygger elektroniska kretsar bara för att bryta dem så snabbt som möjligt. Ett forskargrupp som leds av Sheldon Tan, professor i el- och datorteknik vid Bourns College of Engineering, har utvecklat ett nytt sätt att testa tillförlitligheten hos integrerade kretsar, såsom mikrochips och mikroprocessorer, det är snabbare än konventionella tekniker.

Metoden använder noggrant kontrollerad elektromigration vid normal driftstemperatur för att få kretsen att gå sönder i timmar istället för år, låta forskare bedöma hur hållbar en viss tillverkningsprocess är.

Den nya tekniken kan förlänga livslängden och tillförlitligheten för de integrerade kretsarna som används i smartphones och fordon, medicinsk, industriell, flyg, och försvarsansökningar.

Elektromigration är det främsta tillförlitlighetsproblemet för integrerade kretsar. När elektroner rusar genom en ledande metall, de stöter på metallmolekyler och slår dem på plats. Omläggningen av molekyler deformerar metallen, stör dess förmåga att leda elektricitet och till och med få ledningar att gå sönder. Denna process kan ta allt från några minuter för vissa sensorer till 10 år eller mer för mycket storskaliga integration (VLSI) kretsar, till exempel mikroprocessorer.

När elektroniska enheter blir mindre, metallfilmerna och trådarna som förbinder komponenterna i integrerade kretsar, kallas sammankopplingar, måste bli finare samtidigt som den tål höga strömtätheter för att kunna prestera med den hastighet och noggrannhet som användare förväntar sig. Kombinationen ökar risken för fel på grund av elektromigration. Experter räknar med att elektromigrationslivslängden ska halveras för varje ny generation VLSI.

Än, applikationer som sträcker sig från automatisk elektronik till medicinsk utrustning och rymdutrustning kräver lång livslängd och har krävande tillförlitlighetskrav.

Utvecklare av integrerade kretsar behöver snabba sätt att testa för elektromigrationsfel innan de sätts i massproduktion för användning i konsumentelektronik.

Konventionell åldringsteknik innebär att den integrerade kretsen utsätts för höga temperaturer eller höga strömtätheter, var och en kan orsaka kretsen att misslyckas av andra skäl än elektromigration, och ingen av dem replikerar sin vanliga miljö eller beteende.

Nu, för första gången, Tans forskargrupp har skapat en process som påskyndar elektromigrationsåldring av sammankopplingar i integrerade kretsar under normala arbetsförhållanden.

Tans team började med en sammankopplingsstruktur konstruerad för en elektromigrationslivslängd på mer än 10 år, som krävs av många elektroniska applikationer. Strukturen består av en tråd med två segment-en reservoar och en huvudgren-en katod, och en omkopplare för att inaktivera behållaren. Reservoaren är ansluten till katoden, som styr elektronernas flöde in i tråden. Vanligtvis, en reservoar har ingen elektrisk ström och förlänger trådens livslängd. Med behållaren avstängd av strömbrytaren, dock, strömmen flyter genom den, stressa katoden och orsaka elektromigrationsfel på några dagar istället för 10 år.

Genom att värma upp anslutningen till normala driftstemperaturer, mindre än 150 ° C/302 ° F, de reducerade tiden till att misslyckas ännu mer - knappt två timmar.

"Dagens elektroniska enheter och sammankopplingar kommer att bli mindre och mindre tillförlitliga när tekniken går framåt. Halvledarindustrin kommer snart att möta en tillförlitlighetskris om de problemen inte åtgärdas inom en snar framtid. Våra nya kontrollerade tekniker för elektromigrationsåldring kan hjälpa till att avvärja denna kris, "Sa Tan.