Reliability assessment on electrical interconnects by using resonance in the high frequency regime
저자
Tae Yeob Kang(강태엽) ; Joonki Min(민준기) ; Donghwan Seo(서동환) ; Taek-Soo Kim(김택수)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
English
주제어
KDC
550
자료형태
학술저널
발행기관 URL
수록면
25-25(1쪽)
제공처
Recently, there has been growing interest in monitoring the ongoing health of products and systems in order to predict component failures in advance of the catastrophic one. Even though PHM technologies have been well developed regarding solder-joint interconnections, in-depth studies on the failure initiation signals from bond wire interconnects are needed. In this paper, we address the technical issues of bond wire interconnects on the high frequency performance and failure initiation under severe temperature environments. We paid attention to the certain scattering parameter(S-parameter) patterns of each defective interconnect to provide information about both the severity of defects and the causes. S-parameters describe the electrical behavior of electrical networks when undergoing various steady state stimuli by electrical signals. Many electrical properties of networks of components (inductors, capacitors, resistors) may be expressed using S-parameters. Also, the S-parameter measurements using network analyzers are the most basic work of RF engineering. One of the basic tools in the RF design process is the use of S-parameter measurements. These measurements can be used in today’s computer-aided design (CAD) tools as part of the circuit-simulation process. S-parameters describe a component as a black box and are used to emulate behavior of electronic components over a range of frequencies. Thus, it would be highly convenient if the defects could be detected and analyzed by the s-parameter measurement itself. Therefore, it would be convenient if performance variation and crack initiation would be shown with the s-parameter alone. In this study, we show the performance variation of bond wire interconnects with S parameter supported by the impedance modeling. The model is verified by ADS simulation. Also, it is suggested that insertion loss can be a useful prognostics factor. This paper provides mechanical and electrical understanding of the behaviors of bond wire interconnects under thermal cyclings. The resonance movement with the crack propagation is compared to DC resistance measurement results. As shown in Figure 1, while the resonance peaks move several hundred MHz as the thermal cycle increases, the DC resistance doesn’t change. Even right before the failure, DC resistance doesn’t show any precursor. However, the resonance frequency depicts the changes caused by the beginning, development and the end of the failure. Even though many researchers have suggested serial ohmic resistance measurements, joint time-frequency domain reflectometry and S-parameters as PHM tools for interconnects such as solder joints and a through-silicon via(TSV), we suggest the resonance frequency as an effective failure indication for bond wire interconnects. The aforementioned resonance movement with the crack propagation is compared to DC resistance measurement results with the 10 mm wire case. While the resonance peaks move several hundred MHz as the thermal cycle increases, the DC resistance doesn’t change. Even right before the failure, DC resistance doesn’t show any precursor. However, the resonance frequency depicts the changes caused by the beginning, development and the end of the failure. Even though many researchers have suggested serial ohmic resistance measurements, joint time-frequency domain reflectometry and S-parameters as PHM tools for interconnects such as solder joints and a through-silicon via(TSV), we suggest the resonance frequency as an effective failure indication for bond wire interconnects. Experimental results show scanning electron microscope(SEM) images of the bond wire specimen after the failure which occurred at the neck. The bond wire loop did not remain the original shape after the break because of the remaining stress in the wire. The bonding area was left on the pad.
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