專利名稱：基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路試件封裝熱阻測試領域，特別涉及一種基于電子散斑干渉技術的集成電路封裝熱阻測量方法。
背景技術：
近年來，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方法，物理方法，電學方法，和光學方法(非干涉測量方法)。這些方法大多為實驗性的研究，在實際的應用中都有一定的局限性，化學的方法是通過化學材料來測量器件的溫度，化學材料對被測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；電學測試方法測試結溫時需要預先引出引線，操作繁瑣；光學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，采用電子散斑干渉技術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)ー些學者開展電子散斑干渉技術測量半導體在熱應力的下可靠性的研究，對半導體封裝在熱應カ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的IC芯片加速壽命預測研究。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快速評價半導體器件可靠性的論文。這些都僅僅從熱應カ和應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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術問題提供一種基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法，該方法能夠快速有效的提取集成電路封裝的熱阻，且對被測試件沒有任何損害性。為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法，包含以下步驟(I)建立一套基于散斑干涉的熱阻測試平臺，將被測試件放置在靜風環(huán)境的熱阻測試平臺中，且對被測試件進行功率加載，功率加載時保證達到被測試件的額定功率；(2)用溫度測量裝置實時測量被測試件表面的溫度；(3)熱阻測試平臺的電耦合元件(CCD)實時采集功率加載下被測試件發(fā)生離面位移的干涉條紋圖，并根據(jù)公式①計算離面位移Ad =——①式中，Ad為離面位移，N為干涉條紋級數(shù)，入為激光波長；(4)根據(jù)步驟(2)的溫度測量結果和步驟(3)的離面位移計算結果，擬合待測試件的離面位移和溫度的關系，井根此提取該關系的關系因子，其中
Ad(t) = KT (t)+L②式中，Ad(t)為被測試件在功率加載下不同時刻的離面位移，T (t)為被測試件在功率加載下不同時刻的溫度，K為關系因子，L為常數(shù)；(5)建立被測試件離面位移的瞬態(tài)響應方程，即A d (t) =KP Rth [1-exp (-t/ x ) ] +L ③式中，Ad(t)為被測試件 在功率加載下不同時刻的離面位移，K為關系因子，P為被測試件加載的功率，T = RthCth, T為時間常數(shù)，Rth為被測試件的熱阻，Cth為被測試件的熱容；(6)對離面位移的瞬態(tài)響應方程進行求導，取微分使其離散化；(7)對微分后的離面位移的瞬態(tài)響應方程進行數(shù)值反卷積運算，得到待測試件的熱阻和熱容的關系曲線。上述步驟(I)中所述熱阻測試平臺主要由激光器、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試件上；經(jīng)被測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)生干渉，電耦合元件在棱鏡后采集到干涉圖像，并經(jīng)過圖像采集卡數(shù)字化后送到計算機。上述步驟(I)中的靜風環(huán)境是指被測試件放在靜止空氣測溫箱內(nèi)。上述步驟(I)中，功率加載的方式是根據(jù)被測試件時鐘頻率和功率成正比例的關系,通過調(diào)劑時鐘頻率來對被測試件進行功率加載。上述步驟(4)在關系因子的提取過程中，應保證溫度在被測試件未失效的范圍內(nèi)所獲得的離面位移。本發(fā)明以電子散斑干渉技術為測量手段建立ー套集成電路封裝熱阻的測量系統(tǒng)，對集成電路試件進行功率加載，實時提取測量位移的響應曲線，并通過溫度與離面位移的關系建立離面位移的響應方程，對離面位移的瞬態(tài)響應方程微分后進行數(shù)值反卷積運算，得出了集成電路封裝的熱阻和熱容的關系曲線。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(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，避免了對被測試件的破壞。2.通過電子散斑干涉測量技術來實現(xiàn)，能夠?qū)崟r準確的測量離面位移的響應過程，具有快速性和準確性。3.對響應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-熱容的關系。


圖I是本發(fā)明的原理示意圖。圖2是熱阻測試平臺示意圖。圖3是離面位移和溫度關系因子K提取圖。
圖4是離面位移的瞬態(tài)響應曲線圖。圖5是離面位移瞬態(tài)響應反卷積運算后時間常數(shù)譜圖。圖6是熱阻-熱容關系曲線圖。
具體實施例方式一種基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法，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試平臺，將被測試件放置在靜風環(huán)境的熱阻測試平臺中，且對被測試件進行功率加載，功率加載時保證達到被測試件的額定功率。在本發(fā)明中，所述熱阻測試平臺主要由激光器、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試件上。經(jīng)過被測試件表面反射回來的光和測量光保持垂直。經(jīng)被測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)化為電信號后，再經(jīng)圖像采集卡數(shù)字化后送到計算機并呈現(xiàn)干渉條紋。如圖2所示。上述靜風環(huán)境是指被將被測試件放在靜止空氣測溫箱內(nèi)。本發(fā)明所采用的應カ加載方式是功率加載。所謂功率加載是通過動態(tài)老化方式對被測試件進行加載，使得熱量從器件的內(nèi)部產(chǎn)生，滿足熱阻測試要求。本發(fā)明的功率加載方式是根據(jù)集成電路時鐘頻率和功率成正比例的關系，通過調(diào)劑時鐘頻率來對被測試件即集成電路試件進行功率加載。所加載功率的大小是被測試件的額定功率。集成電路時鐘頻率與功率的關系p = cv2f+vipeaktsf式中，cv2f是動態(tài)功耗，vipeaktsf是短路功耗。(2)用溫度測量裝置實時測量被測試件表面的溫度，等待被測試件表面溫度達到熱平衡狀態(tài)。在本發(fā)明中，由于被測試件放在靜止空氣測溫箱內(nèi)的，因此所述的溫度測量裝置即為該測溫箱。(3)熱阻測試平臺的電耦合元件實時采集功率加載下被測試件發(fā)生離面位移的干涉條紋圖，并根據(jù)公式①計算離面位移Ad =——①式中，Ad為離面位移，N為干涉條紋級數(shù)，A為激光波長。在本發(fā)明中，由物體被
測面離面位移引起干涉條紋的相位變化為
Atp = 27i[Ad( l+cos0)]/l式中，A爐為相位變化，0為測量光與被測面法線的夾角，測量中盡可能保持0 =0,即cos0 ^1,A為激光波長，Ad為離面位移。當干涉圖像出現(xiàn)暗條紋時，= 離面位移與波長存在近似關系
權利要求
1.基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法，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試平臺，將被測試件放置在靜風環(huán)境的熱阻測試平臺中，且對被測試件進行功率加載,功率加載時保證達到被測試件的額定功率； (2)用溫度測量裝置實時測量被測試件表面的溫度； (3)熱阻測試平臺的電耦合元件實時采集功率加載下被測試件發(fā)生離面位移的干涉條紋圖，并根據(jù)公式①計算離面位移 2 式中，Ad為離面位移，N為干涉條紋級數(shù)，λ為激光波長； (4)根據(jù)步驟(2)的溫度測量結果和步驟(3)的離面位移計算結果，擬合待測試件的離面位移和溫度的關系，并根此提取該關系的關系因子，其中
2.根據(jù)權利要求I所述基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法，其特征是步驟(I)中所述熱阻測試平臺主要由激光器、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試件上；經(jīng)被測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)權利要求I或2所述基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法，其特征是步驟(I)中的靜風環(huán)境是指被測試件放在靜止空氣測溫箱內(nèi)。
4.根據(jù)權利要求I或2所述基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法，其特征是步驟(I)中，功率加載的方式是根據(jù)被測試件時鐘頻率和功率成正比例的關系，通過調(diào)劑時鐘頻率來對被測試件進行功率加載。
5.根據(jù)權利要求I或2所述基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法，其特征是步驟(4)在關系因子的提取過程中，應保證溫度在被測試件未失效的范圍內(nèi)所獲得的離面位移。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于電子散斑干涉技術的集成電路封裝熱阻測量方法，其以電子散斑干涉技術為測量手段建立一套集成電路封裝熱阻的測量系統(tǒng)，對集成電路試件進行功率加載，實時提取測量位移的響應曲線，并通過溫度與離面位移的關系建立離面位移的響應方程，對離面位移的瞬態(tài)響應方程微分后進行數(shù)值反卷積運算，得出了集成電路封裝的熱阻和熱容的關系曲線。本方法能夠快速有效的提取集成電路封裝的熱阻，且對被測試件沒有任何損害性。
文檔編號G01N25/20GK102768223SQ20121026416
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權日2012年7月27日
發(fā)明者張麗娟, 王天永, 袁縱橫 申請人:桂林電子科技大學