As operating frequencies and clock speeds in processors have increased over the years, interconnects affect both the reliability and performance of entire electronic systems. Fault detection and diagnosis of the interconnects are crucial for prognostics and health management (PHM) of electronics. However, existing research works utilizing electrical signals as prognostic factors have limitations, such as the inability to distinguish the root cause of defects, which eventually requires additional destructive evaluation, and vulnerability to noise that results in a false alarm. Herein, we realize the non-destructive detection and diagnosis of defects in Cu interconnects, achieving early detection, high diagnostic accuracy, and noise robustness. To the best of our knowledge, this study first simultaneously analyzes the root cause and severity using electrical signal patterns. In this paper, we experimentally show that S-parameter patterns have the ability for fault diagnosis and they are effective input data for learning algorithms. Furthermore, we propose a novel severity rating ensemble learning (SREL) approach to enhance diagnostic accuracy and noise-robustness. Our method, with a maximum accuracy of 99.3%, outperforms conventional machine learning and multi-class convolutional neural networks (CNN) as additional noise levels increase.


翻译:随着处理器的工作频率和时钟速度的增加,互连在整个电子系统的可靠性和性能方面都存在影响。互连的故障检测和诊断对电子产品的预测和健康管理(PHM)是至关重要的。然而,现有的使用电信号作为预测因素的研究存在局限性,例如无法区分缺陷的根本原因,这最终需要额外的破坏性评估,并且容易受到噪声的干扰导致误报警。在此,我们实现了对Cu互连中的缺陷进行非破坏性检测和诊断,实现了早期检测,高诊断准确性和噪声稳健性。据我们所知,该研究首次使用电信号模式同时分析根本原因和严重性。本文实验表明,S参数模式有助于故障诊断,并且它们是学习算法的有效输入数据。此外,我们提出了一种新的严重度评级集成学习(SREL)方法,以增强诊断准确性和噪声稳健性。我们的方法最高准确度可达99.3%,在其他噪声水平增加时,优于传统机器学习和多类卷积神经网络(CNN)。

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