專利名稱：基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及集成電路試件封裝熱阻測試領(lǐng)域，特別涉及一種基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電子工業(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工藝的不斷出現(xiàn)，對集成電路試件封裝熱阻的測試難度加大。目前，熱阻的測量方法主要有化學(xué)方法，物理方法，電學(xué)方法，和光學(xué)方法(非干涉測量方法)。這些方法大多為實驗性的研 究，在實際的應(yīng)用中都有一定的局限性，化學(xué)的方法是通過化學(xué)材料來測量器件的溫度，化學(xué)材料對被測集成電路試件有一定的腐蝕作用；物理方法需要對器件開封裝，操作不方便；電學(xué)測試方法測試結(jié)溫時需要預(yù)先引出引線，操作繁瑣；光學(xué)方法主要是紅外掃面法，測試時需要開封裝，且價格昂貴。相比之下，采用電子散斑干涉技術(shù)的測量方法具有全場，快速，無損，操作簡單，不需要開封裝等優(yōu)點。國內(nèi)一些學(xué)者開展電子散斑干涉技術(shù)測量半導(dǎo)體在熱應(yīng)力的下可靠性的研究，對半導(dǎo)體封裝在熱應(yīng)力下的形變進行了分析。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)快速評價半導(dǎo)體器件可靠性的論文。這些都僅僅從熱應(yīng)力和應(yīng)變角度來研究集成電路的可靠性，未對集成電路封裝的熱阻進行研究。

實用新型內(nèi)容本實用新型所解決的技術(shù)問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量裝置，該方法能夠快速有效的提取集成電路封裝的熱阻，且對被測集成電路試件沒有任何損害性。為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置，主要由功率加載單元、溫度測量裝置、電子散斑干涉測量平臺、離面位移計算單元、關(guān)系因子提取單元、響應(yīng)方程生成單元、微分單元、以及反卷積運算單元組成；待測集成電路試件放置在電子散斑干涉測量平臺中；功率加載單元與待測集成電路試件相連；溫度測量裝置設(shè)置在測集成電路試件附件，溫度測量裝置的輸出端與關(guān)系因子提取單元的輸入端相連；電子散斑干涉測量平臺的輸出端經(jīng)由離面位移計算單元連接至關(guān)系因子提取單元的輸入端；關(guān)系因子提取單元的的輸出端與響應(yīng)方程生成單元的輸入端相連，響應(yīng)方程生成單元的輸出端經(jīng)微分單元連接反卷積運算單元的輸入端，反卷積運算單元的輸出端輸出的即為熱阻和熱容關(guān)系曲線。上述方案中，所述電子散斑干涉測量平臺主要由激光器、分光鏡、2個反射鏡、2個擴束鏡、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算機組成；激光器發(fā)出的光經(jīng)過分光鏡后分成兩束，一束作為測量光，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束鏡擴束后照射到棱鏡上；測量光過第二擴束鏡擴束后照射到被測集成電路試件上；經(jīng)被測集成電路試件表面反射回來的光經(jīng)成像透鏡后和參考光在棱鏡上匯合發(fā)生干涉，電耦合元件在棱鏡后采集到干涉圖像，并進過圖像采集卡數(shù)字化后送到計算機。上述方案中，所述溫度測量裝置為靜止空氣測溫箱，待測集成電路試件放置在靜止空氣測溫箱內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是I.解決了傳統(tǒng)的測量熱阻方法中需要開封裝的的問題，避免了對被測集成電路試
件的破壞。2.通過電子散斑干涉測量技術(shù)來實現(xiàn)，能夠?qū)崟r準確的測量離面位移的響應(yīng)過程，具有快速性和準確性。3.對響應(yīng)方程進行反卷積運算，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。

圖I是一種基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置的原理框圖。圖2是電子散斑干涉測量平臺的示意圖。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)曲線圖。圖5是離面位移瞬態(tài)響應(yīng)反卷積運算后時間常數(shù)譜圖。圖6是熱阻-熱容關(guān)系曲線圖。
具體實施方式
一種基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置，如圖I所示，主要由功率加載單元、溫度測量裝置、電子散斑干涉測量平臺、離面位移計算單元、關(guān)系因子提取單元、響應(yīng)方程生成單元、微分單元、以及反卷積運算單元組成；待測集成電路試件放置在電子散斑干涉測量平臺中；功率加載單元與待測集成電路試件相連；溫度測量裝置設(shè)置在測集成電路試件附件，溫度測量裝置的輸出端與關(guān)系因子提取單元的輸入端相連；電子散斑干涉測量平臺的輸出端經(jīng)由離面位移計算單元連接至關(guān)系因子提取單元的輸入端；關(guān)系因子提取單元的的輸出端與響應(yīng)方程生成單元的輸入端相連，響應(yīng)方程生成單元的輸出端經(jīng)微分單元連接反卷積運算單元的輸入端，反卷積運算單元的輸出端輸出的即為熱阻和熱容關(guān)系曲線。所述電子散斑干涉測量平臺主要由激光器、分光鏡、2個反射鏡、2個擴束鏡、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算機組成；激光器發(fā)出的光經(jīng)過分光鏡后分成兩束，一束作為測量光，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束鏡擴束后照射到棱鏡上；測量光過第二擴束鏡擴束后照射到被測集成電路試件上；經(jīng)被測集成電路試件表面反射回來的光經(jīng)成像透鏡后和參考光在棱鏡上匯合發(fā)生干涉，電耦合元件在棱鏡后采集到干涉圖像，并進過圖像采集卡數(shù)字化后送到計算機。參見圖2。[0020]所述溫度測量裝置為靜止空氣測溫箱，待測集成電路試件放置在靜止空氣測溫箱內(nèi)。上述基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置的工作過程為( I)將被測集成電路試件放置在靜風環(huán)境的電子散斑干涉測量平臺中，且通過功率加載單元對被測集成電路試件進行功率加載，功率加載時保證達到被測集成電路試件的額定功率。(2)用溫度測量裝置實時測量被測集成 電路試件表面的溫度，等待被測集成電路試件表面溫度達到熱平衡狀態(tài)。( 3)電子散斑干涉測量平臺的電耦合元件實時采集功率加載下被測集成電路試件發(fā)生離面位移的干涉條紋圖；(4)離面位移計算單元根據(jù)電子散斑干涉測量平臺輸出的干涉條紋圖，并結(jié)合公式①計算離面位移Ad = —(I)
2式中，Ad為離面位移，N為干涉條紋級數(shù)，λ為激光波長。(5)根據(jù)溫度測量裝置的溫度測量結(jié)果和離面位移計算單元的離面位移計算結(jié)果，關(guān)系因子提取單元擬合待測集成電路試件在未失效范圍內(nèi)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Δ d (t) =KT (t) +L ②式中，Λ d(t)為被測集成電路試件在功率加載下不同時刻的離面位移，T(t)為被測集成電路試件在功率加載下不同時刻的溫度，K為關(guān)系因子，L為常數(shù)。如圖3。在本實用新型中，從離面位移和溫度關(guān)系中提取關(guān)系因子K是要求被測集成電路試件在未失效范圍內(nèi)的離面位移，關(guān)系因子K值是多次實驗擬合得到。(6)響應(yīng)方程生成單元根據(jù)公式③建立被測集成電路試件離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程(如圖4)，即Δ d(t) =KPRth[I-exp (-t/ x)]+L ③式中，Ad(t)為被測集成電路試件在功率加載下不同時刻的離面位移，K為關(guān)系因子，P為被測集成電路試件加載的功率，τ = RthCth, τ為時間常數(shù)，Rth為被測集成電路試件的熱阻，Cth為被測集成電路試件的熱容。按照Cauer熱阻模型，器件的熱阻和熱容并聯(lián)，功率加載時溫度響應(yīng)方程為T (t) =PRth [1-exp (-t/ τ)]式中，T(t)為被測集成電路試件在功率加載下不同時刻的溫度，P為被測集成電路試件加載的功率，τ為時間常數(shù)τ =RthCth, Rth為器件的熱阻，Cth為器件的熱容。(7)微分單元對離面位移的瞬態(tài)響應(yīng)方程進行求導(dǎo)，取微分使其離散化。同一集成電路試件可能由多層具有不同時間常數(shù)的材料封裝而成，該多層封裝結(jié)構(gòu)即為多個不同時間常數(shù)的熱學(xué)系統(tǒng)。在實際的物理系統(tǒng)中，熱阻和熱容是不可分開的。在時間離散化的過程中，得到m個點的FOSTER熱學(xué)模型并沒有實際的意義，在分析中需要轉(zhuǎn)化為Causer模型。按照Cauer熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，本實用新型對于多個時間常數(shù)的熱學(xué)系統(tǒng)，可通過下式建立多個具有不同時間常數(shù)的熱學(xué)系統(tǒng)的離面位移響應(yīng)方程[0040]
權(quán)利要求1.基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置，其特征在于主要由功率加載單元、溫度測量裝置、電子散斑干涉測量平臺、離面位移計算單元、關(guān)系因子提取單元、響應(yīng)方程生成單元、微分單元、以及反卷積運算單元組成；待測集成電路試件放置在電子散斑干涉測量平臺中；功率加載單元與待測集成電路試件相連；溫度測量裝置設(shè)置在測集成電路試件附件，溫度測量裝置的輸出端與關(guān)系因子提取單元的輸入端相連；電子散斑干涉測量平臺的輸出端經(jīng)由離面位移計算單元連接至關(guān)系因子提取單元的輸入端；關(guān)系因子提取單元的的輸出端與響應(yīng)方程生成單元的輸入端相連，響應(yīng)方程生成單元的輸出端經(jīng)微分單元連接反卷積運算單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置，其特征在于所述電子散斑干涉測量平臺主要由激光器、分光鏡、2個反射鏡、2個擴束鏡、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算機組成；激光器發(fā)出的光經(jīng)過分光鏡后分成兩束，一束作為測量光，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束鏡擴束后照射到校鏡上；測量光過第二擴束鏡擴束后照射到被測集成電路試件上；經(jīng)被測集成電路試件表面反射回來的光經(jīng)成像透鏡后和參考光在棱鏡上匯合發(fā)生干涉，電耦合元件在棱鏡后采集到干涉圖像，并進過圖像采集卡數(shù)字化后送到計算機。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置，其特征是所述溫度測量裝置為靜止空氣測溫箱，待測集成電路試件放置在靜止空氣測溫箱內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開一種基于電子散斑干涉技術(shù)的集成電路封裝熱阻測量裝置，待測集成電路試件放置在電子散斑干涉測量平臺中；功率加載單元與待測集成電路試件相連；溫度測量裝置設(shè)置在測集成電路試件附件，溫度測量裝置的輸出端與關(guān)系因子提取單元的輸入端相連；電子散斑干涉測量平臺的輸出端經(jīng)由離面位移計算單元連接至關(guān)系因子提取單元的輸入端；關(guān)系因子提取單元的輸出端與響應(yīng)方程生成單元的輸入端相連，響應(yīng)方程生成單元的輸出端經(jīng)微分單元連接反卷積運算單元的輸入端，反卷積運算單元的輸出端輸出的即為熱阻和熱容關(guān)系曲線。本實用新型能夠快速有效的提取集成電路封裝的熱阻，且對被測集成電路試件沒有任何損害性。
文檔編號G01N25/20GK202770797SQ20122036905
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者袁縱橫, 王天永, 張麗娟 申請人:桂林電子科技大學(xué)