Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTModerne Technologieknoten und Advanced Packaging erhöhen die Komplexität der Fehleranalyse enorm. Konventionelle Methoden stoßen hierbei oft an ihre Grenzen. Am Fraunhofer EMFT wird daher an neuen Ansätzen geforscht, unter anderem mit einem Weitfeld-Quanten-Diamant-Mikroskop von Quantum Diamonds. Diese neue Fehleranalyse-Methode basiert auf Stickstoff-Fehlstellen in Diamant, welche als Magnetfeldsensor eingesetzt werden. Da jeder Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt, können durch die gemessene Magnetfeldsignatur Stromflüsse in Mikrochips visualisiert werden.
Mit Quanten-Diamant-Mikroskop Chips durchleuchten
Präzise Fehleranalyse für komplexe Chips – zerstörungsfrei und magnetfeldbasiert
Mikrochips am Quanten-Diamant-Mikroskop durchleuchten
Versteckte Fehler, klare Signale – Magnetfeldanalyse ohne Sichtlinienbedarf
Die direkte Visualisierung von Stromflüssen eröffnet neue Möglichkeiten in der Fehleranalyse – insbesondere bei der präzisen Fehlerlokalisierung. Während konventionelle Methoden meist auf indirekten Messgrößen basieren, etwa Wärme (Lock-in-Thermografie) oder Widerstandsänderungen durch Laserbestrahlung (OBIRCH), ermöglicht die Quanten-Diamant-Mikroskopie einen grundlegend erweiterten Zugang. Da sie Magnetfelder detektiert, ist kein optischer Zugang erforderlich. Dadurch lassen sich selbst Fehler in tief liegenden Schichten komplexer Chips oder Chipstapel zuverlässig lokalisieren. Zudem werden Defekte sichtbar, die mit anderen Verfahren kein messbares Signal erzeugen – etwa niederohmige Kurzschlüsse ohne ausreichende Wärmeemission. Auch Leitungsunterbrechungen (Opens) können präzise identifiziert werden.
Stromfluss in einem kommerziell erhältlichen Mikrochip, rekonstruiert aus den Magnetfelddaten
Magnetfeldsignatur eines kommerziellen Mikrochips, gemessen mit dem Quanten-Diamantmikroskop
Das Anwendungsspektrum reicht von der Schaltungsprüfung über die präzise Fehleridentifikation und -lokalisierung bis hin zu neuartigen, zerstörungsfreien Verfahren zur Authentizitäts- und Sicherheitsanalyse.
Am Fraunhofer EMFT entwickelt das Team die Anwendungen des Quanten-Diamant-Mikroskops kontinuierlich weiter, um die Fehleranalyse-Möglichkeiten für komplexe Fälle und modernste Chiptechnologien auszubauen. Zudem untersuchen die Forschenden auch Anwendungen im Bereich Hardwaresicherheit.
Haben Sie einen konkreten Fehleranalyse-Fall oder möchten Sie mehr über die Methode erfahren? Sprechen Sie uns an!