專利名稱:三維熱點(diǎn)定位的制作方法
三維熱點(diǎn)定位
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求享有2010年6月8日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/352738的權(quán)益,在此通過引用將其全部公開并入。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于掩埋在電子器件內(nèi)部的電阻熱源(熱點(diǎn))的定位領(lǐng)域。利用所述發(fā)明, 可以利用放大熱成像中的鎖定分析通過缺陷覆蓋層的熱傳播,在三維中定位和精確定位熱點(diǎn)的位置。本發(fā)明特別實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)封裝器件(SiP)之內(nèi)集成電路和互連層的垂直疊置體中熱活動(dòng)結(jié)構(gòu)或缺陷的非破壞性3D定位。
背景技術(shù):
具有三維架構(gòu)的現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)級(jí)封裝器件的故障分析是越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。在這樣的器件中,垂直疊置幾個(gè)集成電路管芯并由弓I線鍵合或通過硅通孔(Tsv)技術(shù)將之互連。 對(duì)內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)或互連的訪問和分析限于非破壞性技術(shù),像可用于信號(hào)跟蹤的磁顯微鏡檢查、時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)。這兩種方法在分辨率上都受限制,電氣缺陷的三維定位非常受限或繁重。標(biāo)準(zhǔn)故障定位方法,像OBIRCH或發(fā)射顯微術(shù),大多不能應(yīng)用,因?yàn)閷?duì)3D架構(gòu)之內(nèi)掩埋電子結(jié)構(gòu)的光學(xué)訪問受到不透明材料層的限制。對(duì)于3D系統(tǒng)級(jí)封裝器件而言這是最緊要的,因?yàn)闊峄顒?dòng)結(jié)構(gòu)和缺陷可能掩埋在被不透明管芯附件、再分配或封裝層覆蓋的更深管芯或互連層級(jí)。分開各個(gè)管芯以獨(dú)立進(jìn)行故障分析可以是定位缺陷的選項(xiàng),但這種過程耗時(shí)很長(zhǎng),并可能帶來(lái)生成額外的與制備相關(guān)缺陷的高風(fēng)險(xiǎn),顯著降低了故障分析的成功率。
當(dāng)前可以電激勵(lì)的熱缺陷的定位技術(shù)包括以下技術(shù)
鎖相熱像(LIT)
LIT是指一種非破壞性的技術(shù),其利用IR敏感的攝像機(jī),結(jié)合逐個(gè)像素的雙通道鎖相相關(guān),通過直接熱成像檢測(cè)整個(gè)樣本中非常小的溫度變化。LIT提供了 μ m空間分辨率和μ K靈敏度以按照X和y坐標(biāo)定位熱活動(dòng)結(jié)構(gòu)和缺陷,但直到現(xiàn)在并未實(shí)現(xiàn)深度定位。
具有均勻熱性質(zhì)的材料層之內(nèi)或之下的熱點(diǎn)深度
對(duì)于給定的熱均質(zhì)材料而言,在熱源在表面下的深度和熱達(dá)到表面所花時(shí)間之間有大致線性相關(guān)。這種熱時(shí)間延遲與相位信號(hào)成正比,可以通過雙通道鎖相熱像測(cè)量,這樣能夠重新計(jì)算熱源到表面的距離,因此計(jì)算其在材料層之內(nèi)或之下的深度。
熱能瞄準(zhǔn)鏡
常規(guī)的時(shí)間分辨溫度測(cè)量允許以微秒(μ s)和毫開(mK)的精確度來(lái)檢測(cè)/顯示樣本的熱響應(yīng)。
熱脈沖吸收分析
基于向表面(后側(cè)或前側(cè))上施加脈沖熱并以時(shí)間分辨的方式測(cè)量溫度分布/擴(kuò)展。脈沖相位熱敏成像法能夠檢測(cè)表面下的分層、材料雜質(zhì)、孔洞等??梢詫⑵溆糜诖嗳鹾附咏宇^的無(wú)接觸檢測(cè)(例如,參見德國(guó)的Thermosensorik)。與LIT相比,熱脈沖吸收較不敏感,提供的空間分辨率較低。發(fā)明內(nèi)容
包括以下發(fā)明內(nèi)容是為了提供對(duì)本發(fā)明一些方面和特征的基本理解。本
發(fā)明內(nèi)容
不是本發(fā)明的全面綜述,因此,并非意在具體地標(biāo)識(shí)本發(fā)明的關(guān)鍵元件或描述本發(fā)明的范 圍。其唯一目的是以簡(jiǎn)化形式提供本發(fā)明的一些概念,作為下文要提供的更詳細(xì)描述的引
公開了一種利用鎖相熱像(LIT)以非破壞性方式定位熱源的新方法。LIT方法進(jìn) 行熱點(diǎn)檢測(cè)非常敏感,容易操作,可以用于定位管芯和封裝級(jí)的缺陷。為了對(duì)掩埋熱源進(jìn)行 定量LIT分析和三維分配,必須要理解熱波傳播的基本原理,熱點(diǎn)區(qū)域上方材料層的熱性 質(zhì)和幾何性質(zhì)的相關(guān)性。
本發(fā)明的各方面提供了利用鎖相熱成像法基于相位和時(shí)間分辨的熱響應(yīng)測(cè)量對(duì) 掩埋熱點(diǎn)進(jìn)行三維分配。公開了一種方法以利用疊置體內(nèi)部熱活動(dòng)結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生并在器件表 面上檢測(cè)的熱的非破壞性測(cè)量從眾多疊置層中區(qū)分出可以通過施加電信號(hào)而被激勵(lì)的一 個(gè)或多個(gè)熱活動(dòng)結(jié)構(gòu)。
組合鎖相熱像(按照X和y快速定位熱點(diǎn))與不同激勵(lì)頻率的時(shí)間分辨熱響應(yīng)測(cè)量 (用于在z方向上定位熱點(diǎn))實(shí)現(xiàn)了快速可靠地檢測(cè)熱活動(dòng)結(jié)構(gòu)。
除了在完全封裝的電子器件內(nèi)部按X和y非破壞性地定位熱源之外,本發(fā)明的實(shí) 施例實(shí)現(xiàn)了通過根據(jù)所施加的激勵(lì)頻率(鎖相頻率)測(cè)量和分析相移(對(duì)于鎖相熱像)和/或 熱時(shí)間延遲(對(duì)于時(shí)間分辨的熱響應(yīng)測(cè)量)來(lái)通過封裝(包括完整的層疊置體)定位有缺陷 的層(管芯)。
盡管這里相對(duì)于封裝的集成電路描述了本發(fā)明的實(shí)施例,但也可以實(shí)施本發(fā)明來(lái) 測(cè)試通過電刺激產(chǎn)生熱點(diǎn)的其他器件,例如電池、太陽(yáng)能電池、供電器件、LED等。因此,也 可以將術(shù)語(yǔ)DUT用于這些器件。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,提供了 一種利用鎖相熱成像法檢測(cè)掩埋在樣本之內(nèi)的熱源 的位置的方法,包括將所述樣本放置在測(cè)試系統(tǒng)上;以多個(gè)不同的鎖相頻率向所述樣本 施加測(cè)試信號(hào);在向所述樣本施加測(cè)試信號(hào)時(shí),利用紅外傳感器對(duì)所述樣本進(jìn)行成像;從 所述成像檢測(cè)所述樣本表面上的橫向溫度分布;針對(duì)所述樣本之內(nèi)的熱傳播,檢測(cè)并分析 所述測(cè)試信號(hào)和從成像獲得的熱響應(yīng)之間得到的相移;分析所述橫向溫度分布,由此獲得 熱源的橫向位置;以及分析每個(gè)熱源位置處的相移,由此確定其在所述樣本之內(nèi)的深度位 置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,該方法還包括除了定量相位值之外,還繪制各個(gè)鎖相頻率處的相 移并分析所繪制相位與頻率之間曲線的斜率,以提高深度分辨率和測(cè)量可靠性。分析可以 包括通過熱波傳播的解析解來(lái)計(jì)算與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性;以及將計(jì)算的與 深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性相關(guān)到檢測(cè)的相移,以識(shí)別熱源的深度。分析還可以包 括通過熱波傳播的有限元建模來(lái)計(jì)算與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性;以及將計(jì)算的 與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性相關(guān)到檢測(cè)的相移,以識(shí)別熱源的深度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,提供了一種利用鎖相熱成像法檢測(cè)掩埋在樣本之內(nèi)的熱源 的位置的方法,包括將所述樣本放置在測(cè)試系統(tǒng)上;向樣本施加測(cè)試信號(hào);在向所述樣本 應(yīng)用測(cè)試信號(hào)時(shí),利用紅外傳感器對(duì)所述樣本進(jìn)行成像;從所述成像檢測(cè)所述樣本表面上的橫向溫度分布;以及分析所述橫向溫度分布,由此獲得熱源的橫向位置;其特征在于以 多個(gè)不同的鎖相頻率施加測(cè)試信號(hào);并且還在于,針對(duì)所述樣本之內(nèi)的熱傳播,檢測(cè)并分析 所述測(cè)試信號(hào)和從成像獲得的熱響應(yīng)之間得到的相移;以及分析每個(gè)熱源位置處的相移, 由此確定其在所述樣本之內(nèi)的深度位置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,該方法還包括除了定量相 位值之外,還繪制各個(gè)鎖相頻率處的相移并分析所繪制相位與頻率之間曲線的斜率,以提 高深度分辨率和測(cè)量可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,提供了一種利用鎖相熱像(LIT)系統(tǒng)檢測(cè)掩埋熱源的位置 的方法,包括在測(cè)試系統(tǒng)上放置被測(cè)器件(DUT);向DUT施加可變鎖相頻率的電信號(hào),同時(shí) 隨時(shí)間改變測(cè)試信號(hào)的鎖相頻率;在向所述DUT施加測(cè)試信號(hào)的同時(shí),利用紅外攝像機(jī)對(duì) 所述DUT進(jìn)行成像;利用熱成像檢測(cè)所述可變鎖相頻率處時(shí)間分辨的熱波形并在監(jiān)視器上 顯示時(shí)間分辨的熱波形;以及利用相關(guān)函數(shù)分析所述時(shí)間分辨的熱波形以確定所述電信號(hào) 和相關(guān)熱波形之間的相移。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,提供了一種利用鎖相熱成像法檢測(cè)樣本之內(nèi)掩埋的電活動(dòng) 熱源位置的方法,應(yīng)用了開窗概念以進(jìn)行更快的信號(hào)采集,所述方法包括向樣本施加電激 勵(lì)信號(hào);在向所述樣本施加測(cè)試信號(hào)的同時(shí),利用紅外攝像機(jī)對(duì)所述樣本進(jìn)行成像;檢測(cè) 所述樣本表面上的橫向溫度分布,由此在橫向上定位熱源;減小所述IR攝像機(jī)的工作面積 以僅對(duì)定位熱源的區(qū)域成像,這是一般稱為子陣列或開窗的操作,以便實(shí)現(xiàn)更大的攝像機(jī) 采集速度,稱為幀頻,其中可以通過僅從攝像機(jī)像素子集讀取數(shù)據(jù)來(lái)減小IR攝像機(jī)的工作 面積;接下來(lái)以多個(gè)不同的鎖相頻率向樣本施加電激勵(lì);在向所述樣本施加測(cè)試信號(hào)時(shí), 利用開窗IR傳感器對(duì)所述樣本進(jìn)行成像;檢測(cè)所述樣本表面上的橫向溫度分布;針對(duì)所述 樣本之內(nèi)的熱傳播,檢測(cè)并分析所述電激勵(lì)信號(hào)和所述熱響應(yīng)之間得到的相移;以及分析 所得相移,由此獲得電活動(dòng)熱源的深度位置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,該方法包括使用一個(gè)或多個(gè)相關(guān)函數(shù)以定量分析時(shí)間分辨 的熱波形的形狀,例如,但并非唯一地,向預(yù)定義的波形,例如sin、cos、方形、魚翅、指數(shù)充 電/放電曲線等使用自相關(guān)或互相關(guān),以及產(chǎn)生所得的相關(guān)因子相對(duì)于鎖相頻率的矩陣。
根據(jù)本發(fā)明的各方面,提供了一種用于在被測(cè)器件(DUT)中定位缺陷的方法,包 括將所述DUT放置在測(cè)試系統(tǒng)上;向DUT施加可變頻率ft的測(cè)試信號(hào),同時(shí)隨時(shí)間改變測(cè) 試信號(hào)的頻率ft ;在向所述DUT施加測(cè)試信號(hào)的同時(shí),利用紅外攝像機(jī)對(duì)所述DUT進(jìn)行成 像;確定DUT的紅外圖像與測(cè)試信號(hào)頻率ft的相移;以及將相移與DUT內(nèi)部的深度測(cè)量結(jié) 果相關(guān)。可以通過在高于頻率ft的幀頻f。操作紅外攝像機(jī)進(jìn)行DUT的成像。頻率f??梢?是頻率ft的至少四倍。該方法還可以包括繪制各頻率ft處時(shí)間分辨的相移。
根據(jù)本發(fā)明的其他方面,提供了一種在封裝的集成電路(IC)中定位缺陷的方法, 包括在測(cè)試系統(tǒng)上放置封裝的IC;向封裝的IC施加選定頻率&的第一測(cè)試信號(hào);在向IC 施加第一測(cè)試信號(hào)的同時(shí),獲得IC的IR圖像;從IR圖像選擇感興趣區(qū)域;減小紅外攝像 機(jī)的視場(chǎng);向封裝的IC施加一組可變頻率ft的測(cè)試信號(hào),同時(shí)隨時(shí)間改變測(cè)試信號(hào)的頻率 ft ;在向所述IC施加測(cè)試信號(hào)時(shí),利用具有減小的視場(chǎng)的紅外攝像機(jī)對(duì)所述IC進(jìn)行成像; 利用成像產(chǎn)生時(shí)間分辨的熱波形;以及利用波形以確定IC之內(nèi)的缺陷深度。
從參考以下附圖做出的詳細(xì)描述,本發(fā)明的其他方面和特征將顯而易見。應(yīng)當(dāng)提到的是,詳細(xì)描述和附圖提供了由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明各實(shí)施例的各種非限制性范例。
圖1是復(fù)矢量圖,示出了基本LIT相關(guān)信號(hào)(實(shí)部和虛部),以及從左至右發(fā)展的對(duì)于缺陷位置和器件表面越來(lái)越大距離導(dǎo)致的幅度矢量和相移。
圖2是對(duì)于材料硅和模具化合物,作為所施加的鎖相頻率的函數(shù)的熱擴(kuò)散長(zhǎng)度曲線。
圖3是從一毫米硅和模具化合物材料層下方假想的缺陷獲得的作為所施加的鎖相頻率的函數(shù)的所得相移的曲線圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)圖示。
圖5是示出了利用基于聚焦離子束的電路編輯生成局部性缺陷的圖像。
圖6是拓?fù)鋱D像上方疊加的熱強(qiáng)度(幅度)圖像,示出了由圖5所示樣本的人為·生成缺陷(參考熱源)產(chǎn)生的熱。
圖7是一個(gè)被測(cè)器件的簡(jiǎn)化草圖。
圖8是與所施加的鎖相頻率相關(guān)的試驗(yàn)和理論相移的曲線圖。
圖9A-9D是實(shí)驗(yàn)器件的草圖。
圖10是具有不同數(shù)量管芯的被研究疊置器件(圖9A-9D所示的DUT)的試驗(yàn)結(jié)果曲線。
圖1lA是拓?fù)浜玩i相幅度圖像疊加的LIT結(jié)果,而圖1lB是相位結(jié)果。
圖12是時(shí)間分辨的熱響應(yīng)曲線(類似于熱波形);全部針對(duì)不同的鎖相頻率,利用 Vlockin=L 2V,采集時(shí)間=40秒,以攝像機(jī)的完全幀模式(幀頻=IOOHz)測(cè)量。
圖13是時(shí)間分辨的熱響應(yīng)的曲線(類似于熱波形);全部是利用f ^kin=IHz, Vlockin=L 2V,采集時(shí)間=40秒,在攝像機(jī)的不同子幀模式(開窗,具有更高幀頻)下測(cè)量的。
圖14是時(shí)間分辨熱響應(yīng)的曲線,是利用Lkin=IHz,Vltjekin=L 2V,采集時(shí)間=40秒, 全幀模式(IOOHz ),在最高互相關(guān)的延遲點(diǎn)處利用激勵(lì)/鎖相電壓和sin函數(shù)的疊加來(lái)測(cè)量的??梢允褂没ハ嚓P(guān)結(jié)果以提聞的精確度確定相移Δ Φ Sin0
圖15示出了與用于互相關(guān)的不同勢(shì)函數(shù)相比,疊加到鎖相電壓的在O. 2Hz測(cè)量的時(shí)間分辨的熱響應(yīng)(參見圖12)。示出了 sin-指數(shù)充電和放電-方形-函數(shù),全都導(dǎo)致不同的Λ Φ和互相關(guān)值。
具體實(shí)施方式
電子器件,例如系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)的三維架構(gòu)由垂直疊置并封裝在一起的若干集成電路管芯、管芯附件或互連再分配層構(gòu)成。因此,這樣封裝的電子器件是異質(zhì)材料疊置體,包含硅、聚合物和Si氧化物隔離層、金屬線和導(dǎo)線、膠和/或膠粘劑、封裝模具等。因此, 從熱點(diǎn)位置開始的內(nèi)部熱傳播可能非常復(fù)雜。因此,在ζ方向,即其在樣本之內(nèi)的深度上, 定位熱點(diǎn)缺陷是困難的。此外,復(fù)雜缺陷或樣本類型可能導(dǎo)致從熱點(diǎn)位置處功率轉(zhuǎn)換方面而言不理想的熱點(diǎn)激活。這里公開的各實(shí)施例能夠精確定位這種器件中的熱源(例如,熱活動(dòng)結(jié)構(gòu)或缺陷)。
本發(fā)明的各實(shí)施例使用定義的多個(gè)頻率進(jìn)行器件激勵(lì)(基本是,但未必一定是占空比為50%的方波電壓信號(hào))。參照頻率曲線分析激勵(lì)和熱響應(yīng)之間導(dǎo)致的相移使得能夠?qū)崿F(xiàn)必要的熱點(diǎn)深度計(jì)算精度,包括與模擬的和/或事先計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。使用時(shí)間分辨的熱響應(yīng)測(cè)量(類似于熱能瞄準(zhǔn)鏡的顯示)分析完整熱波形,以實(shí)現(xiàn)更好的精確度和大大減少的分析時(shí)間。
本發(fā)明的實(shí)施例將定量測(cè)量結(jié)果用于電刺激和熱響應(yīng)之間相移/時(shí)間延遲以及測(cè)量的波形的形狀,以進(jìn)行自動(dòng)化和半自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析。波形形狀分析可以基于測(cè)量結(jié)果和預(yù)定義函數(shù)(例如正弦、余弦、魚翅、三角形、方形)之間的互相關(guān),提供相關(guān)矩陣而非僅僅每個(gè)所施加的鎖相的單相值。
本發(fā)明的實(shí)施例例如提供了以下優(yōu)點(diǎn)掃描鎖相頻率實(shí)現(xiàn)了測(cè)量更多數(shù)據(jù)點(diǎn),并允許不僅分析個(gè)體絕對(duì)相位值,而且分析相位相對(duì)于頻率曲線的形狀/斜率。這提供了明確的相移/時(shí)間延遲測(cè)量結(jié)果,具有更大的檢測(cè)精確度,仍然允許利用不理想的熱點(diǎn)激活進(jìn)行3D定位,其中單次相位測(cè)量會(huì)提供錯(cuò)誤結(jié)果。而且,時(shí)間分辨的熱響應(yīng)測(cè)量能夠顯著減少每個(gè)被分析頻率的必要采集時(shí)間,減少超過十倍,可能高達(dá)100倍。此外,獲得的完整波形允許基于熱時(shí)間延遲和波形形狀的定量分析進(jìn)一步提高深度測(cè)量精確度。預(yù)計(jì)這些改善是分辨當(dāng)前和將來(lái)多層電子器件,即3D系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)中的單層是必要的。熱傳播的定量分析允許進(jìn)行熱點(diǎn)的(半)自動(dòng)3D分配。
與穩(wěn)態(tài)熱成像相比,LIT的主要優(yōu)點(diǎn)是低至幾個(gè)μ W的高得多靈敏度,結(jié)合低至幾個(gè)Pm的更高空間分辨率。為了實(shí)現(xiàn)這些參數(shù),通過選定的頻率(鎖相頻率)利用電源電壓周期性激勵(lì)被測(cè)器件。由IR攝像機(jī)檢測(cè)器件表面處的所得熱響應(yīng)并利用兩個(gè)相關(guān)函數(shù)分成與激勵(lì)信號(hào)相關(guān)的同相部分(S0° )和異相部分(S90° )。這個(gè)過程允許計(jì)算幅度和相位信號(hào),其包含熱點(diǎn)深度定位的必要信息。
幅度:^/(50°+* 9°0)2(I)
相位arctan^~(2)
為了更好地理解基本信號(hào)(SO °,S90 ° )和所得幅度和相位信息之間的關(guān)系,在圖1所示的復(fù)矢量圖中繪示0°和90°信號(hào)。兩個(gè)部分的所得矢量代表幅度A (箭頭指向圖1中的點(diǎn)“S”),由此由相位Φ表示0°和所得幅度矢量之間的角度。相位值可以被理解為激勵(lì)信號(hào)和測(cè)量的熱響應(yīng)之間的時(shí)間延遲。
通常,由于測(cè)試是在器件上利用熱點(diǎn)區(qū)域上方對(duì)于被檢測(cè)IR波長(zhǎng)(典型為,但未必一定是3-5 μ m)不透明的材料執(zhí)行的,所以熱波可能通過這種材料傳播,導(dǎo)致熱點(diǎn)上方器件表面的溫度周期性升高,這可以通過LIT測(cè)量。底層熱擴(kuò)散過程的時(shí)間常數(shù)決定激勵(lì)信號(hào)和熱響應(yīng)之間的相移。熱延遲的主要導(dǎo)致因素是導(dǎo)熱率較低的材料層,例如模具化合物、 管芯附件膠、聚合物和Si氧化物隔離層,但沒有導(dǎo)熱率高得多的Si管芯或金屬層。簡(jiǎn)而言之,熱點(diǎn)和器件表面之間的距離越長(zhǎng),所得的相移越高。相反,知道熱點(diǎn)上方材料的熱性質(zhì)能夠通過測(cè)量相移確定熱點(diǎn)的未知深度。
這里將描述材料層熱性質(zhì)影響的參數(shù)稱為熱擴(kuò)散長(zhǎng)度(μ ),其描述體材料內(nèi)部熱波的阻尼。它被定義為熱波幅度下降到e—1的特征長(zhǎng)度。如方程3所示,可以通過熱參數(shù)導(dǎo)熱率(λ,W/m*K)、比熱容(cp,J/g*K)、密度(P,g/cm3)和施加的鎖相頻率(f1()C;k_in,Hz)來(lái)計(jì)算它??梢詫釁?shù)總結(jié)為熱擴(kuò)散率(單位mm2/S)。
權(quán)利要求
1.一種利用鎖相熱成像法檢測(cè)掩埋在樣本之內(nèi)的熱源的位置的方法,包括 將所述樣本放置在測(cè)試系統(tǒng)上; 以多個(gè)不同的鎖相頻率向所述樣本施加測(cè)試信號(hào); 在向所述樣本施加所述測(cè)試信號(hào)時(shí),利用紅外傳感器對(duì)所述樣本進(jìn)行成像; 從所述成像檢測(cè)所述樣本表面上的橫向溫度分布; 與所述樣本之內(nèi)的熱傳播相關(guān)地,檢測(cè)并分析所述測(cè)試信號(hào)和從所述成像獲得的熱響應(yīng)之間的所得到的相移; 分析所述橫向溫度分布,以獲得所述熱源的橫向位置;以及 分析每個(gè)熱源位置處的所述相移,以確定其在所述樣本之內(nèi)的深度位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括繪制各個(gè)鎖相頻率處的所述相移,以獲得相位相對(duì)于頻率的曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,還包括分析所述相位相對(duì)于頻率的曲線的斜率以改善所述深度位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括通過熱波傳播的解析解來(lái)計(jì)算與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性;以及 將所計(jì)算的與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性與所檢測(cè)的相移相關(guān),以識(shí)別所述熱源的深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括 通過熱波傳播的有限元建模來(lái)計(jì)算與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性; 將所計(jì)算的與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性與所檢測(cè)的相移相關(guān),以識(shí)別所述熱源的深度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括通過僅從來(lái)自所述紅外傳感器的像素子集讀取數(shù)據(jù)來(lái)限制所述樣本表面上的視場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其中限制所述視場(chǎng)包括增加相鄰像素的值以產(chǎn)生總和數(shù)據(jù)點(diǎn),并僅讀取所述總和數(shù)據(jù)點(diǎn)。
8.一種利用鎖相熱像(LIT)系統(tǒng)檢測(cè)掩埋熱源的位置的方法,包括 在測(cè)試系統(tǒng)上放置被測(cè)器件(DUT); 向所述DUT施加測(cè)試信號(hào); 在向所述DUT施加所述測(cè)試信號(hào)的同時(shí),利用紅外(IR)攝像機(jī)對(duì)所述DUT進(jìn)行成像; 檢測(cè)所述樣本表面上的橫向溫度分布,以在橫向上定位所述熱源; 減小所述IR攝像機(jī)的工作面積以獲得減小的視場(chǎng); 接下來(lái)以多個(gè)不同的鎖相頻率向所述DUT施加電激勵(lì)信號(hào); 在向所述DUT施加測(cè)試信號(hào)時(shí),利用所述減小的視場(chǎng)對(duì)所述DUT進(jìn)行成像; 檢測(cè)所述DUT表面上的橫向溫度分布; 與所述DUT之內(nèi)的熱傳播相關(guān)地,檢測(cè)并分析在所述電激勵(lì)信號(hào)和所述熱響應(yīng)之間的所得到的相移;以及 分析所得到的相移,以獲得電活動(dòng)熱源的深度位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,還包括除了定量相位值之外,還繪制各個(gè)鎖相頻率處的所述相移并分析該相位相對(duì)于頻率的曲線的斜率,以提高z分辨率和測(cè)量可靠性。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,通過熱波傳播的解析解來(lái)計(jì)算與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性;以及 將所計(jì)算的與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性與所測(cè)量的相移相關(guān),以識(shí)別所述熱源的深度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,還包括通過熱波傳播的有限元建模來(lái)計(jì)算與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性; 將所計(jì)算的與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性與所測(cè)量的相移相關(guān),以識(shí)別所述熱源的深度。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中減小所述IR攝像機(jī)的工作面積包括增加相鄰像素的值以產(chǎn)生總和數(shù)據(jù)點(diǎn)以及僅讀取所述總和數(shù)據(jù)點(diǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中施加測(cè)試信號(hào)包括從外部源獲得所述測(cè)試信號(hào)并使所述IR攝像機(jī)與來(lái)自所述外部源的信號(hào)同步。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中減小所述IR攝像機(jī)的所述工作面積包括使用單個(gè)像素的IR傳感器。
15.一種利用鎖相熱像(LIT)系統(tǒng)對(duì)掩埋在被測(cè)器件(DUT)內(nèi)部的熱源進(jìn)行時(shí)間分辨定位的方法,包括 向所述DUT施加測(cè)試信號(hào); 在向所述DUT施加所述測(cè)試信號(hào)的同時(shí),利用紅外攝像機(jī)對(duì)所述DUT進(jìn)行成像; 檢測(cè)樣本表面上的橫向溫度分布,以橫向定位所述熱源; 減小所述IR攝像機(jī)的工作面積以獲得減小的視場(chǎng); 接下來(lái)以多個(gè)不同的鎖相頻率向所述DUT施加電激勵(lì)信號(hào); 在向所述DUT施加所述激勵(lì)信號(hào)時(shí),利用所述減小的視場(chǎng)對(duì)所述DUT進(jìn)行成像;利用熱成像檢測(cè)可變鎖相頻率處的時(shí)間分辨的熱波形并在監(jiān)視器上顯示所述時(shí)間分辨的熱波形;以及 分析所述時(shí)間分辨的熱波形以確定所述電信號(hào)和相關(guān)熱波形之間的相移。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其中分析所述時(shí)間分辨的熱波形包括使用相關(guān)函數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其中限制所述視場(chǎng)包括增加相鄰像素的值以產(chǎn)生總和數(shù)據(jù)點(diǎn)以及僅讀取所述總和數(shù)據(jù)點(diǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,還包括使用與鎖相頻率相同的頻率的sin函數(shù)的自相關(guān)來(lái)測(cè)量所述時(shí)間分辨的波形的相移。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,還包括 通過熱波傳播的解析解來(lái)計(jì)算與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性;以及將所計(jì)算的與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性與所測(cè)量的相移相關(guān),以識(shí)別所述熱源的深度。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,還包括 通過熱波傳播的有限元建模來(lái)計(jì)算與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性; 將所計(jì)算的與深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性與所測(cè)量的相移相關(guān),以識(shí)別所述熱源的深度。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,還包括使用至少一個(gè)相關(guān)函數(shù)來(lái)定量地分析時(shí)間分辨的熱波形的形狀并生成所得到的相關(guān)因子相對(duì)于鎖相頻率的矩陣。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法,其中使用至少一個(gè)相關(guān)函數(shù)包括向預(yù)定義波形使用自相關(guān)或互相關(guān)中的至少一個(gè),所述預(yù)定義波形包括正弦、余弦、方形、魚翅、指數(shù)充電/放電曲線中的至少一個(gè)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法,還包括通過熱波傳播的有限元建?;谂c深度相關(guān)的相移相對(duì)于頻率的特性來(lái)計(jì)算理論相關(guān)因子; 將所計(jì)算的相關(guān)因子與所測(cè)量的相關(guān)因子相關(guān),以識(shí)別所述熱源的深度。
24.一種用于對(duì)封裝的被測(cè)器件(DUT)內(nèi)的缺陷進(jìn)行定位的系統(tǒng),包括 用于安裝所述密封的DUT并連接所述DUT以從激勵(lì)源接收激勵(lì)信號(hào)的試驗(yàn)臺(tái); 被定位成獲得所述DUT的IR圖像的紅外攝像機(jī); 處理器,生成頻率ft的同步信號(hào)并向所述激勵(lì)源發(fā)送所述同步信號(hào); 隨時(shí)間改變所述頻率ft的選頻器; 其中所述處理器從所述紅外攝像機(jī)讀取數(shù)據(jù)并使用所述紅外攝像機(jī)的熱成像生成可變鎖相頻率處的時(shí)間分辨的熱波形并在監(jiān)視器上顯示所述時(shí)間分辨的熱波形。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng),其中所述處理器還包括視場(chǎng)選擇器,以限制所述紅外攝像機(jī)的視場(chǎng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng),其中所述處理器還包括視場(chǎng)選擇器,使得能夠僅從所述紅外攝像機(jī)的像素子集讀取。
全文摘要
一種利用鎖相熱像(LIT)對(duì)電子器件架構(gòu)中掩埋熱點(diǎn)進(jìn)行3D定位的非破壞性方法。3D分析基于熱波通過不同材料層的傳播原理和所得的相移/熱時(shí)間延遲。對(duì)于更復(fù)雜的多層疊置管芯架構(gòu),必須在不同激勵(lì)頻率下采集多個(gè)LIT結(jié)果以進(jìn)行熱點(diǎn)的精確深度定位。此外,可以使用在熱點(diǎn)位置頂部最小化視場(chǎng)中測(cè)量的多個(gè)時(shí)間分辨的熱波形加快數(shù)據(jù)采集??梢苑治鏊貌ㄐ蔚男螤钜赃M(jìn)一步提高檢測(cè)精確度和置信水平。
文檔編號(hào)G01N25/72GK103026216SQ201180036274
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者F·阿爾特曼, C·施密特, R·施蘭根, H·泰朗德 申請(qǐng)人:Dcg系統(tǒng)有限公司, 弗勞恩霍弗應(yīng)用技術(shù)研究院