专利名称：基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法
技术领域：
本发明涉及集成电路试件封装热阻测试领域，特别涉及一种基于电子散斑干渉技术的集成电路封装热阻测量方法。
背景技术：
近年来，随着电子エ业的蓬勃发展，集成电路试件朝着高功率，高复杂性，小体积，低成本的方向发展，由此引起了单位面积上的热流密度上升，加之新材料和新的封装エ艺的不断出现，对集成电路试件封装热阻的测试难度加大。目前，热阻的測量方法主要有化学方法，物理方法，电学方法，和光学方法(非干涉测量方法)。这些方法大多为实验性的研究，在实际的应用中都有一定的局限性，化学的方法是通过化学材料来測量器件的温度，化学材料对被测试件有一定的腐蚀作用；物理方法需要对器件开封装，操作不方便；电学测试方法测试结温时需要预先引出引线，操作繁琐；光学方法主要是红外扫面法，测试时需要开封装，且价格昂贵。相比之下，采用电子散斑干渉技术的测量方法具有全�。焖伲匏穑僮骷虻ィ恍枰庾暗扔诺�。国内ー些学者开展电子散斑干渉技术测量半导体在热应力的下可靠性的研究，对半导体封装在热应カ下的形变进行了分析。2009年，熊显名、黄莉等人在《光电子.激光》上发表基于电子散斑干涉技术的IC芯片加速寿命预测研究。袁纵横、宋美杰等人在《光电子.激光》上发表了基于激光电子散斑干涉技术快速评价半导体器件可靠性的论文。这些都仅仅从热应カ和应变角度来研究集成电路的可靠性，未对集成电路封装的热阻进行研究。
发明内容
本发明所解决的技术问题提供一种基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻測量方法，该方法能够快速有效的提取集成电路封装的热阻，且对被测试件没有任何损害性。为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的一种基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法，包含以下步骤(I)建立一套基于散斑干涉的热阻测试平台，将被测试件放置在静风环境的热阻测试平台中，且对被测试件进行功率加载，功率加载时保证达到被测试件的额定功率；(2)用温度測量装置实时测量被测试件表面的温度；(3)热阻测试平台的电耦合元件(CCD)实时采集功率加载下被测试件发生离面位移的干涉条纹图，并根据公式①计算离面位移Ad =——①式中，Ad为离面位移，N为干涉条纹级数，入为激光波长；(4)根据步骤(2)的温度測量结果和步骤(3)的离面位移计算结果，拟合待测试件的离面位移和温度的关系，井根此提取该关系的关系因子，其中
Ad(t) = KT (t)+L②式中，Ad(t)为被测试件在功率加载下不同时刻的离面位移，T (t)为被测试件在功率加载下不同时刻的温度，K为关系因子，L为常数；(5)建立被测试件离面位移的瞬态响应方程，即A d (t) =KP Rth [1-exp (-t/ x ) ] +L ③式中，Ad(t)为被测试件 在功率加载下不同时刻的离面位移，K为关系因子，P为被测试件加载的功率，T = RthCth, T为时间常数，Rth为被测试件的热阻，Cth为被测试件的热容；(6)对离面位移的瞬态响应方程进行求导，取微分使其离散化；(7)对微分后的离面位移的瞬态响应方程进行数值反卷积运算，得到待测试件的热阻和热容的关系曲线。上述步骤(I)中所述热阻测试平台主要由激光器、分光镜、2个反射镜、2个扩束镜、成像透镜、棱镜、电耦合元件、图像采集卡、以及安装有干涉图像采集软件的计算机组成；激光器发出的光经过分光镜后分成两束，一束作为测量光，另一束作为參考光；參考光经第一反射镜和第二反射镜的反射以及由第一扩束镜扩束后照射到棱镜上；測量光过第二扩束镜扩束后照射到被测试件上；经被测试件表面反射回来的光经成像透镜后和參考光在棱镜上汇合发生干渉，电耦合元件在棱镜后采集到干涉图像，并经过图像采集卡数字化后送到计算机。上述步骤(I)中的静风环境是指被测试件放在静止空气测温箱内。上述步骤(I)中，功率加载的方式是根据被测试件时钟频率和功率成正比例的关系,通过调剂时钟频率来对被测试件进行功率加载。上述步骤(4)在关系因子的提取过程中，应保证温度在被测试件未失效的范围内所获得的离面位移。本发明以电子散斑干渉技术为测量手段建立ー套集成电路封装热阻的測量系统，对集成电路试件进行功率加载，实时提取测量位移的响应曲线，并通过温度与离面位移的关系建立离面位移的响应方程，对离面位移的瞬态响应方程微分后进行数值反卷积运算，得出了集成电路封装的热阻和热容的关系曲线。与现有技术相比，本发明的优点是I.解决了传统的测量热阻方法中需要开封装的的问题，避免了对被测试件的破坏。2.通过电子散斑干涉测量技术来实现，能够实时准确的测量离面位移的响应过程，具有快速性和准确性。3.对响应方程进行反卷积运算，不仅仅能够提取集成电路封装的稳态热阻，而且能够全面地分析封装各层热阻-热容的关系。
图I是本发明的原理示意图。图2是热阻测试平台示意图。图3是离面位移和温度关系因子K提取图。
图4是离面位移的瞬态响应曲线图。图5是离面位移瞬态响应反卷积运算后时间常数谱图。图6是热阻-热容关系曲线图。
具体实施例方式一种基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法，如图I所示，包含以下步骤 (I)建立一套基于散斑干涉的热阻测试平台，将被测试件放置在静风环境的热阻测试平台中，且对被测试件进行功率加载，功率加载时保证达到被测试件的额定功率。在本发明中，所述热阻测试平台主要由激光器、分光镜、2个反射镜、2个扩束镜、成像透镜、棱镜、电耦合元件、图像采集卡、以及安装有干涉图像采集软件的计算机组成。激光器发出的光经过分光镜后分成两束，一束作为测量光，另一束作为參考光。參考光经第一反射镜和第二反射镜的反射以及由第一扩束镜扩束后照射到棱镜上；测量光过第二扩束镜扩束后照射到被测试件上。经过被测试件表面反射回来的光和測量光保持垂直。经被测试件表面反射回来的光经成像透镜后和參考光在棱镜上汇合发生干渉，电耦合元件在棱镜后采集到干渉图像并将其转化为电信号后，再经图像采集卡数字化后送到计算机并呈现干渉条纹。如图2所示。上述静风环境是指被将被测试件放在静止空气测温箱内。本发明所采用的应カ加载方式是功率加载。所谓功率加载是通过动态老化方式对被测试件进行加载，使得热量从器件的内部产生，满足热阻测试要求。本发明的功率加载方式是根据集成电路时钟频率和功率成正比例的关系，通过调剂时钟频率来对被测试件即集成电路试件进行功率加载。所加载功率的大小是被测试件的额定功率。集成电路时钟频率与功率的关系p = cv2f+vipeaktsf式中，cv2f是动态功耗，vipeaktsf是短路功耗。(2)用温度測量装置实时测量被测试件表面的温度，等待被测试件表面温度达到热平衡状态。在本发明中，由于被测试件放在静止空气测温箱内的，因此所述的温度測量装置即为该测温箱。(3)热阻测试平台的电耦合元件实时采集功率加载下被测试件发生离面位移的干涉条纹图，并根据公式①计算离面位移Ad =——①式中，Ad为离面位移，N为干涉条纹级数，A为激光波长。在本发明中，由物体被
测面离面位移引起干涉条纹的相位变化为
Atp = 27i[Ad( l+cos0)]/l式中，A炉为相位变化，0为测量光与被测面法线的夹角，測量中尽可能保持0 =0,即cos0 ^1,A为激光波长，Ad为离面位移。当干涉图像出现暗条纹时，= 离面位移与波长存在近似关系
权利要求
1.基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法，其特征是包含以下步骤 (1)建立一套基于散斑干涉的热阻测试平台，将被测试件放置在静风环境的热阻测试平台中，且对被测试件进行功率加载,功率加载时保证达到被测试件的额定功率； (2)用温度测量装置实时测量被测试件表面的温度； (3)热阻测试平台的电耦合元件实时采集功率加载下被测试件发生离面位移的干涉条纹图，并根据公式①计算离面位移 2 式中，Ad为离面位移，N为干涉条纹级数，λ为激光波长； (4)根据步骤(2)的温度测量结果和步骤(3)的离面位移计算结果，拟合待测试件的离面位移和温度的关系，并根此提取该关系的关系因子，其中
2.根据权利要求I所述基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法，其特征是步骤(I)中所述热阻测试平台主要由激光器、分光镜、2个反射镜、2个扩束镜、成像透镜、棱镜、电耦合元件、图像采集卡、以及安装有干涉图像采集软件的计算机组成；激光器发出的光经过分光镜后分成两束，一束作为测量光，另一束作为参考光；参考光经第一反射镜和第二反射镜的反射以及由第一扩束镜扩束后照射到棱镜上；测量光过第二扩束镜扩束后照射到被测试件上；经被测试件表面反射回来的光经成像透镜后和参考光在棱镜上汇合发生干涉，电耦合元件在棱镜后采集到干涉图像，并进过图像采集卡数字化后送到计算机。
3.根据权利要求I或2所述基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法，其特征是步骤(I)中的静风环境是指被测试件放在静止空气测温箱内。
4.根据权利要求I或2所述基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法，其特征是步骤(I)中，功率加载的方式是根据被测试件时钟频率和功率成正比例的关系，通过调剂时钟频率来对被测试件进行功率加载。
5.根据权利要求I或2所述基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法，其特征是步骤(4)在关系因子的提取过程中，应保证温度在被测试件未失效的范围内所获得的离面位移。
全文摘要
本发明公开一种基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法，其以电子散斑干涉技术为测量手段建立一套集成电路封装热阻的测量系统，对集成电路试件进行功率加载，实时提取测量位移的响应曲线，并通过温度与离面位移的关系建立离面位移的响应方程，对离面位移的瞬态响应方程微分后进行数值反卷积运算，得出了集成电路封装的热阻和热容的关系曲线。本方法能够快速有效的提取集成电路封装的热阻，且对被测试件没有任何损害性。
文档编号G01N25/20GK102768223SQ20121026416
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者张丽娟, 王天永, 袁纵横 申请人:桂林电子科技大学
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