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Zuverlässigkeit von Mikrobolometer-Infrarotsensoren

Elßner, Michael

Die Lebensdauer, Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit von mikroelektronischen Produkten sind Themen, die immer wichtiger werden, gerade dann, wenn Produkte immer kleiner und komplexer werden. Diese Arbeit bietet erstmalig eine umfassende und wissenschaftlich fundierte Analyse der Zuverlässigkeit für Infrarotsensoren basierend auf Mikrobolometern. Die Untersuchungen fokussieren sich auf die für Infrarotsensoren spezifische Themen, wie die mechanische Stabilität des hermetischen Chip-Scale-Package, die Zuverlässigkeit der Bolometerpixel und die Langzeitstabilität der Sensorperformance. Die Zuverlässigkeit wurde zunächst theoretisch untersucht, um potentielle Fehlermechanismen und deren physikalischen Hintergründe zu analysieren. Auf dieser Grundlage wurden Zuverlässigkeitsprüfungen zur beschleunigten Alterung konzipiert und durchgeführt. Damit konnten die real wirkenden Fehlermechanismen analysiert und bewertet werden. Mit den gewonnen Erkenntnissen wurden Optimierungspotentiale definiert und Zuverlässigkeitsmodelle entwickelt. Auf Grundlage der in dieser Arbeit untersuchten Fehlermechanismen wurde ein Zuverlässigkeitsprüfsystem entwickelt. Dieses nutzt innovativerweise die Bolometer selbst, um den Innendruck des Package zu bestimmen. Dadurch können Performanceverluste, Package-Schäden, elektrische Defekte oder defekte Pixel und damit alle relevanten Fehlermechanismen überwacht werden. Die Messung erfolgt mit einem schnell durchführbaren Selbsttest ohne zusätzlich benötigte Peripherie und ermöglicht einen automatischen Zuverlässigkeitsprüfaufbau. Weiterhin sind auf Grund der entwickelten Temperaturkompensation hohe Genauigkeiten erreichbar und ein Einsatz in der Infrarotkamera möglich. Mit dieser entwickelten Prüfmethode können Defekte, Performancedegradationen oder Pixeldefekte im Betrieb der Kamera detektiert und damit ggf. kompensiert werden. Dadurch kann die Bildqualität und Langzeitstabilität nicht nur überwacht, sondern auch wesentlich verbessern werden.

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Zitierform:

Elßner, Michael: Zuverlässigkeit von Mikrobolometer-Infrarotsensoren. 2016.

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