Un'università della California, L'ingegnere di Riverside costruisce circuiti elettronici solo per romperli il più rapidamente possibile. Un team di ricerca guidato da Sheldon Tan, professore di ingegneria elettrica e informatica al Bourns College of Engineering, ha sviluppato un nuovo modo per testare l'affidabilità dei circuiti integrati, come microchip e microprocessori, che è più veloce delle tecniche convenzionali.

Il metodo utilizza un'elettromigrazione accuratamente controllata alla normale temperatura di esercizio per causare il guasto del circuito in ore anziché anni, consentendo ai ricercatori di valutare quanto sia durevole un particolare processo di fabbricazione.

La nuova tecnica potrebbe prolungare la durata e l'affidabilità dei circuiti integrati utilizzati negli smartphone e nel settore automobilistico, medico, industriale, aerospaziale, e applicazioni di difesa.

L'elettromigrazione è il principale problema di affidabilità per i circuiti integrati. Quando gli elettroni attraversano un metallo conduttore, si imbattono in molecole metalliche e le buttano fuori posto. Il riarrangiamento delle molecole deforma il metallo, interferire con la sua capacità di condurre elettricità e persino causare la rottura dei fili. Questo processo può richiedere da pochi minuti per alcuni sensori a 10 anni o più per circuiti di integrazione su larga scala (VLSI) come i microprocessori.

Man mano che i dispositivi elettronici diventano più piccoli, le pellicole metalliche e i fili che collegano i componenti dei circuiti integrati, noti come interconnessioni, deve diventare più fine pur resistendo ad alte densità di corrente elettrica per funzionare con la velocità e la precisione che gli utenti si aspettano. La combinazione aumenta il rischio di guasto dovuto all'elettromigrazione. Gli esperti prevedono che la durata dell'elettromigrazione sarà dimezzata con ogni nuova generazione di VLSI.

Ancora, le applicazioni che vanno dall'elettronica automatica ai dispositivi medici e alle apparecchiature aerospaziali richiedono una lunga durata e richiedono requisiti di affidabilità esigenti.

Gli sviluppatori di circuiti integrati hanno bisogno di metodi rapidi per testare i guasti dell'elettromigrazione prima di inserirli nella produzione di massa per l'uso nell'elettronica di consumo.

Le tecniche di invecchiamento convenzionali comportano il sottoporre il circuito integrato a temperature elevate o densità di corrente elevate, ciascuno dei quali può causare il guasto del circuito per motivi diversi dall'elettromigrazione, e nessuno dei quali replica il suo ambiente o comportamento ordinario.

Ora, per la prima volta, Il gruppo di ricerca di Tan ha creato un processo che accelera l'invecchiamento dell'elettromigrazione delle interconnessioni nei circuiti integrati in normali condizioni di lavoro.

Il team di Tan ha iniziato con una struttura di interconnessione progettata per una durata dell'elettromigrazione di oltre 10 anni, come richiesto da molte applicazioni elettroniche. La struttura è costituita da un filo a due segmenti, un serbatoio e un ramo principale, un catodo, e un interruttore per disabilitare il serbatoio. Il serbatoio è collegato al catodo, che dirige il flusso di elettroni nel filo. ordinariamente, un serbatoio non ha corrente elettrica e allunga la vita del filo. Con il serbatoio disabilitato dall'interruttore, però, la corrente lo attraversa, stressando il catodo e provocando il guasto dell'elettromigrazione in pochi giorni invece di 10 anni.

Riscaldando l'interconnessione fino alle normali temperature di esercizio, meno di 150 ° C / 302 ° F, hanno ridotto ulteriormente il tempo al fallimento, poco meno di due ore.

"I dispositivi elettronici e le interconnessioni di oggi diventeranno sempre meno affidabili con l'avanzare della tecnologia. L'industria dei semiconduttori dovrà presto affrontare una crisi di affidabilità se tali problemi non verranno affrontati nel prossimo futuro. Le nostre nuove tecniche di invecchiamento dell'elettromigrazione controllata potrebbero aiutare a scongiurare questa crisi, " disse Tan.