基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測(cè)量方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)一種基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測(cè)量方法，其以電子散斑干涉技術(shù)為測(cè)量手段建立一套集成電路封裝熱阻的測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)集成電路試件進(jìn)行功率加載，實(shí)時(shí)提取測(cè)量位移的響應(yīng)曲線(xiàn)，并通過(guò)溫度與離面位移的關(guān)系建立離面位移的響應(yīng)方程，對(duì)離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程微分后進(jìn)行數(shù)值反卷積運(yùn)算，得出了集成電路封裝的熱阻和熱容的關(guān)系曲線(xiàn)。本方法能夠快速有效的提取集成電路封裝的熱阻，且對(duì)被測(cè)試件沒(méi)有任何損害性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及集成電路試件封裝熱阻測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種基于電子散斑干渉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測(cè)量方法。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，隨著電子エ業(yè)的蓬勃發(fā)展，集成電路試件朝著高功率，高復(fù)雜性，小體積，低成本的方向發(fā)展，由此引起了單位面積上的熱流密度上升，加之新材料和新的封裝エ藝的不斷出現(xiàn)，對(duì)集成電路試件封裝熱阻的測(cè)試難度加大。目前，熱阻的測(cè)量方法主要有化學(xué)方法，物理方法，電學(xué)方法，和光學(xué)方法(非干涉測(cè)量方法)。這些方法大多為實(shí)驗(yàn)性的研究，在實(shí)際的應(yīng)用中都有一定的局限性，化學(xué)的方法是通過(guò)化學(xué)材料來(lái)測(cè)量器件的溫度，化學(xué)材料對(duì)被測(cè)試件有一定的腐蝕作用；物理方法需要對(duì)器件開(kāi)封裝，操作不方便；電學(xué)測(cè)試方法測(cè)試結(jié)溫時(shí)需要預(yù)先引出引線(xiàn)，操作繁瑣；光學(xué)方法主要是紅外掃面法，測(cè)試時(shí)需要開(kāi)封裝，且價(jià)格昂貴。相比之下，采用電子散斑干渉技術(shù)的測(cè)量方法具有全場(chǎng)，快速，無(wú)損，操作簡(jiǎn)單，不需要開(kāi)封裝等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)ー些學(xué)者開(kāi)展電子散斑干渉技術(shù)測(cè)量半導(dǎo)體在熱應(yīng)力的下可靠性的研究，對(duì)半導(dǎo)體封裝在熱應(yīng)カ下的形變進(jìn)行了分析。2009年，熊顯名、黃莉等人在《光電子.激光》上發(fā)表基于電子散斑干涉技術(shù)的IC芯片加速壽命預(yù)測(cè)研究。袁縱橫、宋美杰等人在《光電子.激光》上發(fā)表了基于激光電子散斑干涉技術(shù)快速評(píng)價(jià)半導(dǎo)體器件可靠性的論文。這些都僅僅從熱應(yīng)カ和應(yīng)變角度來(lái)研究集成電路的可靠性，未對(duì)集成電路封裝的熱阻進(jìn)行研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所解決的技術(shù)問(wèn)題提供一種基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測(cè)量方法，該方法能夠快速有效的提取集成電路封裝的熱阻，且對(duì)被測(cè)試件沒(méi)有任何損害性。為解決上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種，包含以下步驟(I)建立一套基于散斑干涉的熱阻測(cè)試平臺(tái)，將被測(cè)試件放置在靜風(fēng)環(huán)境的熱阻測(cè)試平臺(tái)中，且對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行功率加載，功率加載時(shí)保證達(dá)到被測(cè)試件的額定功率；(2)用溫度測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)試件表面的溫度；(3)熱阻測(cè)試平臺(tái)的電耦合元件(CCD)實(shí)時(shí)采集功率加載下被測(cè)試件發(fā)生離面位移的干涉條紋圖，并根據(jù)公式①計(jì)算離面位移Ad =——①式中，Ad為離面位移，N為干涉條紋級(jí)數(shù)，入為激光波長(zhǎng)；(4)根據(jù)步驟(2)的溫度測(cè)量結(jié)果和步驟(3)的離面位移計(jì)算結(jié)果，擬合待測(cè)試件的離面位移和溫度的關(guān)系，井根此提取該關(guān)系的關(guān)系因子，其中Ad(t) = KT (t)+L②式中，Ad(t)為被測(cè)試件在功率加載下不同時(shí)刻的離面位移，T (t)為被測(cè)試件在功率加載下不同時(shí)刻的溫度，K為關(guān)系因子，L為常數(shù)；(5)建立被測(cè)試件離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程，即A d (t) =KP Rth +L ③式中，Ad(t)為被測(cè)試件 在功率加載下不同時(shí)刻的離面位移，K為關(guān)系因子，P為被測(cè)試件加載的功率，T = RthCth, T為時(shí)間常數(shù)，Rth為被測(cè)試件的熱阻，Cth為被測(cè)試件的熱容；(6)對(duì)離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程進(jìn)行求導(dǎo)，取微分使其離散化；(7)對(duì)微分后的離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程進(jìn)行數(shù)值反卷積運(yùn)算，得到待測(cè)試件的熱阻和熱容的關(guān)系曲線(xiàn)。上述步驟(I)中所述熱阻測(cè)試平臺(tái)主要由激光器、分光鏡、2個(gè)反射鏡、2個(gè)擴(kuò)束鏡、成像透鏡、棱鏡、電耦合元件、圖像采集卡、以及安裝有干涉圖像采集軟件的計(jì)算機(jī)組成；激光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)分光鏡后分成兩束，一束作為測(cè)量光，另一束作為參考光；參考光經(jīng)第一反射鏡和第二反射鏡的反射以及由第一擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后照射到棱鏡上；測(cè)量光過(guò)第二擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后照射到被測(cè)試件上；經(jīng)被測(cè)試件表面反射回來(lái)的光經(jīng)成像透鏡后和參考光在棱鏡上匯合發(fā)生干渉，電耦合元件在棱鏡后采集到干涉圖像，并經(jīng)過(guò)圖像采集卡數(shù)字化后送到計(jì)算機(jī)。上述步驟(I)中的靜風(fēng)環(huán)境是指被測(cè)試件放在靜止空氣測(cè)溫箱內(nèi)。上述步驟(I)中，功率加載的方式是根據(jù)被測(cè)試件時(shí)鐘頻率和功率成正比例的關(guān)系,通過(guò)調(diào)劑時(shí)鐘頻率來(lái)對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行功率加載。上述步驟(4)在關(guān)系因子的提取過(guò)程中，應(yīng)保證溫度在被測(cè)試件未失效的范圍內(nèi)所獲得的離面位移。本專(zhuān)利技術(shù)以電子散斑干渉技術(shù)為測(cè)量手段建立ー套集成電路封裝熱阻的測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)集成電路試件進(jìn)行功率加載，實(shí)時(shí)提取測(cè)量位移的響應(yīng)曲線(xiàn)，并通過(guò)溫度與離面位移的關(guān)系建立離面位移的響應(yīng)方程，對(duì)離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程微分后進(jìn)行數(shù)值反卷積運(yùn)算，得出了集成電路封裝的熱阻和熱容的關(guān)系曲線(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是I.解決了傳統(tǒng)的測(cè)量熱阻方法中需要開(kāi)封裝的的問(wèn)題，避免了對(duì)被測(cè)試件的破壞。2.通過(guò)電子散斑干涉測(cè)量技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量離面位移的響應(yīng)過(guò)程，具有快速性和準(zhǔn)確性。3.對(duì)響應(yīng)方程進(jìn)行反卷積運(yùn)算，不僅僅能夠提取集成電路封裝的穩(wěn)態(tài)熱阻，而且能夠全面地分析封裝各層熱阻-熱容的關(guān)系。附圖說(shuō)明圖I是本專(zhuān)利技術(shù)的原理示意圖。圖2是熱阻測(cè)試平臺(tái)示意圖。圖3是離面位移和溫度關(guān)系因子K提取圖。圖4是離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)圖。圖5是離面位移瞬態(tài)響應(yīng)反卷積運(yùn)算后時(shí)間常數(shù)譜圖。圖6是熱阻-熱容關(guān)系曲線(xiàn)圖。具體實(shí)施例方式一種，如圖I所示，包含以下步驟 (I)建立一套基于散斑干涉的熱阻測(cè)試平臺(tái)，將被測(cè)試件放置在靜風(fēng)環(huán)境的熱阻測(cè)試平臺(tái)中，且對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行功率加載，功率加載時(shí)保證達(dá)到被測(cè)試件的額定功率。在本專(zhuān)利技術(shù)中，所述熱阻測(cè)試平臺(tái)主要由激光器、分光鏡、2個(gè)反射鏡、2個(gè)擴(kuò)束鏡、成像透鏡、棱鏡、電耦合元件、圖像采集卡、以及安裝有干涉圖像采集軟件的計(jì)算機(jī)組成。激光器發(fā)出的光經(jīng)過(guò)分光鏡后分成兩束，一束作為測(cè)量光，另一束作為參考光。參考光經(jīng)第一反射鏡和第二反射鏡的反射以及由第一擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后照射到棱鏡上；測(cè)量光過(guò)第二擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后照射到被測(cè)試件上。經(jīng)過(guò)被測(cè)試件表面反射回來(lái)的光和測(cè)量光保持垂直。經(jīng)被測(cè)試件表面反射回來(lái)的光經(jīng)成像透鏡后和參考光在棱鏡上匯合發(fā)生干渉，電耦合元件在棱鏡后采集到干渉圖像并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，再經(jīng)圖像采集卡數(shù)字化后送到計(jì)算機(jī)并呈現(xiàn)干渉條紋。如圖2所示。上述靜風(fēng)環(huán)境是指被將被測(cè)試件放在靜止空氣測(cè)溫箱內(nèi)。本專(zhuān)利技術(shù)所采用的應(yīng)カ加載方式是功率加載。所謂功率加載是通過(guò)動(dòng)態(tài)老化方式對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行加載，使得熱量從器件的內(nèi)部產(chǎn)生，滿(mǎn)足熱阻測(cè)試要求。本專(zhuān)利技術(shù)的功率加載方式是根據(jù)集成電路時(shí)鐘頻率和功率成正比例的關(guān)系，通過(guò)調(diào)劑時(shí)鐘頻率來(lái)對(duì)被測(cè)試件即集成電路試件進(jìn)行功率加載。所加載功率的大小是被測(cè)試件的額定功率。集成電路時(shí)鐘頻率與功率的關(guān)系p = cv2f+vipeaktsf式中，cv2f是動(dòng)態(tài)功耗，vipeaktsf是短路功耗。(2)用溫度測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)試件表面的溫度，等待被測(cè)試件表面溫度達(dá)到熱平衡狀態(tài)。在本專(zhuān)利技術(shù)中，由于被測(cè)試件放在靜止空氣測(cè)溫箱內(nèi)的，因此所述的溫度測(cè)量裝置即為該測(cè)溫箱。(3)熱阻測(cè)試平臺(tái)的電耦合元件實(shí)時(shí)采集功率加載下被測(cè)試件發(fā)生離面位移的干涉條紋圖，并根據(jù)公式①計(jì)算離面位移Ad =——①式中，Ad為離面位移，N為干涉條紋級(jí)數(shù)，A為激光波長(zhǎng)。在本專(zhuān)利技術(shù)中，由物體被測(cè)面離面位移引起干涉條紋的相位變化為Atp = 27i/l式中，A爐為相位變化，0為測(cè)量光與被測(cè)面法線(xiàn)的夾角，測(cè)量中盡可能保持0 =0,即cos0 ^1,A為激光波長(zhǎng)，Ad為離面位移。當(dāng)干涉圖像出現(xiàn)暗條紋時(shí)，= 離面位移與波長(zhǎng)存在近似關(guān)系權(quán)利要求1.，其特征是包含以下步驟 (1)建立一套基于散斑干涉的熱阻測(cè)試平臺(tái)，將被測(cè)試件放置在靜風(fēng)環(huán)境的熱阻測(cè)試平臺(tái)中，且對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行功率加載,功率加本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測(cè)量方法，其特征是包含以下步驟：(1)建立一套基于散斑干涉的熱阻測(cè)試平臺(tái)，將被測(cè)試件放置在靜風(fēng)環(huán)境的熱阻測(cè)試平臺(tái)中，且對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行功率加載，功率加載時(shí)保證達(dá)到被測(cè)試件的額定功率；(2)用溫度測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)試件表面的溫度；(3)熱阻測(cè)試平臺(tái)的電耦合元件實(shí)時(shí)采集功率加載下被測(cè)試件發(fā)生離面位移的干涉條紋圖，并根據(jù)公式①計(jì)算離面位移：Δd=Nλ2①式中，Δd為離面位移，N為干涉條紋級(jí)數(shù)，λ為激光波長(zhǎng)；(4)根據(jù)步驟(2)的溫度測(cè)量結(jié)果和步驟(3)的離面位移計(jì)算結(jié)果，擬合待測(cè)試件的離面位移和溫度的關(guān)系，并根此提取該關(guān)系的關(guān)系因子，其中：Δd(t)＝KT(t)+L？？？？？？？？？？？？？？？？？？②式中，Δd(t)為被測(cè)試件在功率加載下不同時(shí)刻的離面位移，T(t)為被測(cè)試件在功率加載下不同時(shí)刻的溫度，K為關(guān)系因子，L為常數(shù)；(5)建立被測(cè)試件離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程，即：Δd(t)＝KPRth[1？exp(？t/τ)]+L？？？？③式中，Δd(t)為被測(cè)試件在功率加載下不同時(shí)刻的離面位移，K為關(guān)系因子，P為被測(cè)試件加載的功率，τ＝RthCth，τ為時(shí)間常數(shù)，Rth為被測(cè)試件的熱阻，Cth為被測(cè)試件的熱容；(6)對(duì)離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程進(jìn)行求導(dǎo)，取微分使其離散化；(7)對(duì)微分后的離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程進(jìn)行數(shù)值反卷積運(yùn)算，得到待測(cè)試件的熱阻和熱容的關(guān)系曲線(xiàn)。...

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁縱橫，王天永，張麗娟，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：桂林電子科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：