Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) inventaram uma nova abordagem para testar multicamadas, chips de computador tridimensionais que agora estão aparecendo em alguns dos dispositivos de consumo mais recentes. O novo método pode ser a resposta que a indústria de semicondutores precisa para avaliar rapidamente a confiabilidade deste modelo de construção de chip relativamente novo, que empilha camadas de circuitos planos umas sobre as outras, como pisos de um edifício, para ajudar a tornar os chips cada vez mais rápidos e repletos de recursos.

A abordagem supera a limitação dos métodos convencionais de teste de chip nos chamados chips 3-D, que incluem muitos "pisos" horizontais finos conectados uns aos outros por caminhos verticais chamados de vias de substrato, ou TSVs. Esses TSVs são essenciais para a operação de chips 3-D, que se tornaram comercialmente viáveis ​​apenas nos últimos anos, após décadas de esforço de desenvolvimento sustentado pela indústria.

Com o novo método de teste do NIST, os designers de chips podem ter uma maneira melhor de minimizar os efeitos da "eletromigração, "uma causa perene de falha do chip, enraizada no desgaste que os fluxos implacáveis ​​de elétrons infligem aos frágeis circuitos que os transportam. A abordagem do NIST pode dar aos designers uma maneira mais rápida de explorar antecipadamente o desempenho dos materiais do chip, proporcionando assim mais, e quase em tempo real, uma visão de quais materiais servirão melhor em um chip 3-D.

"Nosso trabalho mostra que pode ser possível detectar falhas microscópicas mais rapidamente, "disse Yaw Obeng do NIST, Químico pesquisador e líder do projeto Metrology for Emerging Integrated Systems. "Em vez de esperar meses, podemos ver em dias ou horas quando isso vai acontecer. Você pode executar nossos testes durante a fase de seleção de material para ver como o processamento afetará o produto final. Se você não consegue ver, você pode tomar a decisão errada. "

Se um chip 3-D fosse um prédio alto, TSVs seriam seus elevadores. Eles ajudam os chips 3-D a fazer três coisas essenciais:acelerar, encolher e esfriar. Ao permitir que elementos em andares diferentes se comuniquem uns com os outros, os sinais não precisam mais percorrer todo o caminho através de um chip 2-D comparativamente extenso, o que significa que os cálculos são mais rápidos e os elétrons aquecem muito menos material condutor à medida que se movem.

Junto com essas vantagens, Os TSVs também apresentam uma desvantagem:sua confiabilidade é difícil de testar com o método convencional, que envolve a passagem de corrente contínua através do condutor e a espera que sua resistência mude. É muito demorado, exigindo semanas ou mesmo meses para mostrar resultados. A indústria de chips precisa de uma nova abordagem metrológica que seja rápida e realista, e isso revelaria o impacto no sinal de alta velocidade que realmente passa pelos condutores.

O novo método de teste NIST envia microondas através do material e mede as mudanças tanto na quantidade quanto na qualidade do sinal. Sua configuração de teste, que simula condições do mundo real, aquece e resfria repetidamente o material, fazendo com que desenvolva falhas, e com o tempo, o sinal de micro-ondas diminui em força e decai de uma limpeza, onda quadrada para uma que está visivelmente distorcida.

O uso de microondas traz vários benefícios. Talvez o principal deles seja a rapidez com que o método fornece informações sobre a confiabilidade de um dispositivo, no dispositivo real de interesse, muito antes de realmente falhar - uma possibilidade indisponível com a abordagem baseada na resistência.

"Antes da falha, vem o que chamamos de 'período quiescente', quando o início dos defeitos estão soprando no material, como sementes ao vento, "Obeng disse." As microondas mostram este processo acontecendo. Se você apenas observar o material com resistência, você não vê isso, está vivo ou morto. "

As microondas podem revelar informações sobre os defeitos tão rapidamente quanto três dias após o início do teste, enquanto os testes convencionais podem levar meses.

Obeng estima que este método poderia ser totalmente implementado pela indústria dentro de alguns anos, e pode fornecer informações valiosas.

"Esta abordagem daria aos designers de materiais uma visão sobre quais materiais usar em chips e como construí-los, "disse ele." Tomar as decisões certas pode resultar em um produto final mais estável e confiável. Isso lhes dará mais informações para tomar essas decisões. "