显微红外热成像技术在故障定位中的应用

电子元器件是整机的基础,在装备的生产和使用过程中,元器件工作异常将影响整个装备的正常运行,元器件发生故障时,必须迅速、准确地进行故障分析和失效定位,避免军用装备在关键时刻发生故障。显微红外热成像技术是一种对电子元器件的微小面积进行高精度非接触的测量,能够显示元器件的反常热分布,暴露不合理的设计和工艺缺陷。论文介绍了显微红外热像仪的原理及特点,举例说明了显微红外热成像技术在失效分析故障定位中的应用,对元器件的故障失效分析和有效性检测提供了指导作用。     

微电子器件温度分布测试技术研究

为改善微电子器件性能,提高可靠性,确定筛选、考核条件等都必须对器件的结温、表面温度分布以及热斑等热特性进行精确测量,红外热像法是当前测量微电子器件热特性最有效的方法之一。文章针对InfrascopeⅡ型显微红外热像仪在实际应用中如何提高其测温准确度和一致性等问题进行了研究,重点分析了样品发射率、背景环境和大气衰减等因素的影响,并给出验证解决方案,取得了满意的结果。     

热反射测温中基于随机共振的微小信号测量

提出了利用随机共振技术提高基于CCD探测器的热反射测温装置温度分辨力的方法。设定了CCD探测器量化效应的规则,分析了随机共振在非线性的CCD探测器测量过程中的作用机理,从理论上计算出了应用随机共振后CCD探测器测量微小信号的结果。利用LabVIEW编写仿真程序,对不同噪声强度对微小信号的测量效果进行了仿真,仿真结果与计算结果一致。仿真结果还显示:噪声强度越低误差越大,噪声强度大于1时,仿真结果与真实值基本一致。搭建了一套理论分辨力1.035℃的可见光热反射测温实验装置,测量0.5℃的微小温度变化,测得结果在0.455~0.673℃的范围内,结果证明了随机共振能够提高CCD探测器小信号测量能力。     

不同脉冲工作条件对GaN HEMT器件结温的影响

研究了不同脉冲工作条件对GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结温的影响,通过改变脉冲信号发生器的输出频率和占空比来改变器件的工作条件,利用具备高空间分辨率的显微红外热像仪进行瞬态结温测试。结果表明:器件工作在给定的平均功率下,可以通过提高脉冲信号占空比和频率来改善器件的寿命和性能可靠性;工作在给定的峰值功率下,可以通过降低脉冲占空比和提高脉冲频率来改善器件的寿命和性能可靠性。沟道温度影响着半导体器件的寿命,因此,可以在器件能够承受的范围内通过改变脉冲占空比和脉冲频率来改善器件的寿命和性能可靠性。     

片上皮法级电容测试系统专用标准件的研制

研制了一套用于片上皮法级电容测试系统的电容标准件,量值低至1 pF,频率达到1 MHz。该电容标准件采用GaAs衬底,金属-绝缘层-金属(MIM)结构的电容器阵列实现,其标称值分别为1,10和100 pF。为了消除由探针系统和外界环境引入的分布电容的影响,在芯片同一单元内设计了在片开路器,电容测量准确度达到±1%。建立了在片皮法级电容测量模型,利用组建的可溯源在片定标装置对电容样片定标后,进行重复性和稳定性考核,最终研制出年稳定性小于0.4%的电容标准件一套。测量结果及标准件应用表明,研制的标准件可为片上皮法级电容测试系统进行现场整体校准。     

基于红外测温的GaN HEMT器件结构函数法热阻测量

为了准确的测量GaN HEMT的热阻参数,在两种不同的管壳接触热阻条件下,利用经过改进的显微红外热像仪测量了GaN HEMT的降温曲线。采用结构函数算法对两种降温曲线进行分析,得到了反映器件各层材料热阻的积分结构函数曲线。当管壳接触层由空气变化为导热硅脂时,积分结构函数曲线发生了变化。通过结构函数曲线能够明确区分被测件不同层的热阻。可以将被测件的分成6层结构,与器件真实结构基本一致。     

用于光热反射显微热成像的位置漂移修正方法

光热反射显微热成像测试过程中需要采集若干被测图像,整个过程中图像各像素与被测表面位置的对应关系应保持不变,但是被测表面不可避免地会发生位置漂移,从而引起测量误差。结合光热反射显微热成像的具体应用场景和位置漂移的特性,设计了有针对性的亚像素图像配准算法,结合PID控制驱动三轴纳米位移台实现实时的位置漂移修正。实验验证了算法性能以及漂移修正效果,位移修正残差在5nm以内,与未补偿测量相比,位置漂移引入的误差得到了较好的抑制,提高了光热反射显微热成像测试的准确性。     

微安级电流数字源表的自动校准系统

目前,实验室注1校准数字源表的主要标准器为5700A多功能校准源以及8508A数字多用表,由于其电流功能的最小量程为200μA,导致微安级电流的自动校准还无法实现。针对这个难题,通过Met/Cal软件开发平台,利用现有硬件基础,采用＂间接测量法＂攻克了这一难关。文章以校准Keithley2400数字源表为例,详细介绍了解决方案的实现。最后通过评定测试数据的不确定度证明了方案的可行性。     

微电子器件红外测温中的发射率测量方法研究

为了使红外热像仪能够准确测量微电子器件中微米级发热结构的温度, 并克服由热胀冷缩引起的器件形变问题,提出了一种单温度发射率测量方法。分析了在用传 统的双温度发射率测量方法对微电子器件进行红外检测时热胀冷缩对检测结果的影响。在温度变换过程 中,器件的形变效应会严重影响温度测量结果。提出了一种针对微电子器件显微红外测试 的单温度发射率测量方法。该方法只需将被测件保持在一个固定温度下即可对发射率进行测 量。理论分析结果表明,该方法与双温度法在最终的测量结果上是等效的。单温度发射率测量 方法可以有效避免微电子器件的形变影响,因而可保证温度测量结果的准确性和可靠性。     

直流低电阻表校准方法研究及测量不确定度评定

文章分别介绍了直流数字低电阻表(以下简称低电阻表)的两种校准方法("整体"校准法和"电流表-电压源"模拟电阻校准法)及其适用范围。重点介绍了后者的实现过程和可行性评定。通过对两种方法测量结果的不确定度评估,充分体现了间接校准法的优势,为直流低电阻表提供了一种非常有效的提高测量不确定度的计量方法。