Methoden

Unsere Gerätschaften.. und was wir damit machen:

 

Focused Ion Beam Anlagen (FIB): 

FEI 235 Strata, FEI 980 Vectra, FEI Helios

FIB Anlagen werden für örtlich genau definierte Mikroschnitte und für Modifikationen an integrierten Schaltungen im Rahmen des Prototyping/ Debugging verwendet. Die Geräte sind teilweise als Zweistrahlmaschinen (in Kombination mit einem Raster-Elektronenmikroskop) ausgerüstet und verfügen zum Teil über weitere Zusätze, wie Kathodolumineszenz, Röntgenspektralanalyse (EDX) oder Nanoprobing.

Experten: Michael StiefelChristina Pecnik


 
Elektronen- und Ionenmikroskopie: 

Hitachi S4800, Hitachi TM 3030, Zeiss Orion Plus (He-Ionenmikroskop)

Rasterelektronen- und Ionenmikroskope verwenden wir für die hoch auflösende Abbildung von Probenstrukturen. Einige Geräte sind mit Röntgenspektralanalyse (EDX) für die Bestimmung von Materialien ausgerüstet. Werden extrem hoch auflösende Aufnahmen notwendig, dann verwenden wir ein Transmissionselektronenmikroskop, welches uns im Empa Zentrum für Elektronenmikroskopie zur Verfügung steht.

Experten: Michael StiefelChristina Pecnik

 

 
Fehlerortung:

Hamamatsu Phemos 1000 (OBIRCH/ EMMI), Infrarot-Kamera, Flüssigkristall-Ortung, Vereisung

Für Ausfalluntersuchungen an elektronischen Bauelementen ist zunächst eine möglichst genaue Fehlerortung notwendig. Bei Fehlern in integrierten Schaltungen kommen vor allem die Infrarot-Emissionsmikroskopie und OBIRCH, eine Laserscan-Methode, bei der Stromänderungen infolge lokaler Aufheizung durch Laserscannen registriert werden, zum Einsatz. Bei allen anderen Bauelementen und in Systemen steht die Infrarot-Mikroskopie im Vordergrund.

Experten: Peter JacobGiovanni Nicoletti

Vorcharakterisierung:

Diverse Lichtmikroskope und elektrische Messtechnik

Bei der Untersuchung von Bauteilen und Systemen sind in vielen Fällen optische Inspektionen und elektrische Messungen notwendig. Dazu stehen uns verschiedene Lichtmikroskope und elektronische Messgeräte, wie etwa Kennlinienschreiber und Hochfrequenz-Messgeräte zur Verfügung.  Alles aufzuzählen, würde den Rahmen dieser Übersicht sprengen. Das Elektronik Labor der Abteilung 405 unterstützt uns zudem bei sehr komplexen Messungen, Schaltkreisanalysen und Untersuchungen auf Systemebene.

Experten: Günter Grossmann, Giovanni Nicoletti, Roman Furrer

Röntgenmikroskopie:

Nikon XTV-160 3-D-Röntgentomografie

Viele Bauteile und Systeme sind heute so gebaut, dass man sie nicht einfach öffnen kann. Vergussmassen aus Kunststoffen lassen sich nicht immer so entfernen, dass eine Verfälschung von Fehlern ausgeschlossen ist. Meist ist die Öffnung von Bauteilen und Komponenten ein zerstörender Eingriff, der dann weitere Untersuchungen oder Messungen am Originalbauteil verunmöglicht. Deshalb schauen wir uns unsere „Patienten“ genau an, bevor wir sie zerlegen. Mit der 3-D-Röntgentomografie- Anlage können wir unsere Proben nicht nur einfach durchleuchten, sondern wir können sie virtuell aus beliebigen Richtungen „scheibchenweise zerschneiden“ oder 3-D-Darstellungen machen – Denn unsere Röntgenanlage liefert nicht nur zweidimensionale Pixel, sondern dreidimensionale Voxel, die wir dann aus beliebiger Blickperspektive wieder zusammensetzen können – und das mit einer Bildauflösung von nur wenigen Mikrometern.

Experten: Günter Grossmann, Roman Furrer

Ultraschallmikroskopie:

Eigene (selbst gebaute) SAM Anlagen

Gerade in der Mikroelektronik kommt es oft auf kraftschlüssige Verbindungen an. Etwa, wenn Leistungsbauelemente mit Kühlkörpern oder Grundplatten verbunden sind. Während Lunker in solchen Verbindungen im Röntgenmikroskop sichtbar sind, bleiben diesem Delaminationen verborgen. Hier helfen uns ergänzende Untersuchungen mittels Ultraschallmikroskopie, genauso wie bei komplexen 3-D-Packages mit aufeinander montierten Chips

Experte: Roman Furrer

Klimatische Tests:

Vibrationen, Schocktests, Temperatur/ Feuchtekammern, Pressure Cooker (auch bestromt)

Manchmal treten Ausfälle nur unter ganz bestimmten Bedingungen auf. Für diese Fälle können wir die meisten klimatischen Bedingungen in entsprechenden Prüfkammern herstellen. Wir machen jedoch keine Qualifikationstests (dafür vermitteln wir Ihnen gerne darauf spezialisierte Partnerunternehmen). Für spezielle Untersuchungen gibt es zudem an der Empa eine Salznebelkammer, welche unsere Kollegen von der Korrosionsforschung betreiben.

Experten: Günter Grossmann, Marcel HeldDaniel Aeppli

Probenpräparation:

Chemielabor, diverse Schleifmaschinen, Materialbeschichtung, Plasmaätzen, Laser-Ablation

Irgendwann ist bei den meisten Proben der Zeitpunkt gekommen, da die nicht zerstörenden Untersuchungen ausgeschöpft sind und wir ziemlich genau wissen, wo wir die Fehlerursache vermuten. Dann geht es ans Zerlegen der Probe. Für das einfache Öffnen von Mikrochips verwenden wir meist nasschemische Methoden, mitunter unterstützt durch unseren UV-Laser. Querschnittspräparationen aller Art (ausser FIB-Mikroschnitten) werden zunächst in ein Polymer eingebettet und fixiert, bevor sie mit halbautomatischen Poliermaschinen bearbeitet werden. Auch lokale, planparallele Polituren oder chemisches Delayering sind möglich. Mitunter müssen Proben mit Gold oder Kohlenstoff für ihre weitere Untersuchung, etwa im Elektronenmikroskop, beschichtet werden.

Experte: Giovanni NicolettiDaniel Aeppli

Kondensatortests:

Kondensator-Messbrücken (tan Delta), Omicron Korona-Tester (bis 1000V/ 10A)

Kondensatoren sind durchaus „lebendige“ Bauelemente, welche sich über längere Zeit verändern können. Während glatte Durchschläge, die zu einer unmittelbaren Zerstörung führen, heute eher selten vorkommen, stehen hier Zuverlässigkeitsfragen und langfristig wirkende Ausfallmechanismen im Vordergrund. Unsere Messeinrichtungen ermöglichen eine genaue elektrische  Charakterisierung der Kondensatoren und auch die Messung innerer Koronaentladungen, welche langfristig zur Zerstörung des Dielektrikums beitragen.

Experten: Peter Jacob, Roman Furrer

Batterie-Untersuchungen:

Prüfanlagen für Traktionsbatterien, Einzelzellen-Tester

In letzter Zeit stehen Batterien immer mehr im Fokus des öffentlichen Interesses, sei es bei der Diskussion um die Reichweite von Elektroautos oder im Zusammenhang mit spontan auftretenden Bränden von Handies oder Laptops. Grund genug für uns, die Themen  Sicherheit, Ladekonzepte und Wiederverwertungsmöglichkeiten aller Arten von Akkus zu vertiefen. Ein Teil unseres Teams widmet sich schwerpunktmässig diesen Fragen und hat die dazu notwendige Ausrüstung und Messtechnik in eigener Regie entwickelt und aufgebaut

Experte: Marcel Held, Daniel Aeppli

Materialwissenschaftliche Untersuchungen:

An der Empa verfügbar u.a. ToF-SIMS, ICP-MS, XPS, XRD u.v.a.

Zugegeben – wir können nicht für alles mit unserem kleinen Team abdecken. An der Empa gibt es aber einige Abteilungen, zu deren Arbeitsgebieten verschiedene materialwissenschaftliche Untersuchungsmethoden gehören. Wo im Rahmen unserer Untersuchungen und Forschungsabeiten notwendig, werden wir durch die Fachkollegen dieser Abteilungen unterstützt.

Experte: Michael Stiefel