[发明专利]基于电子散斑干涉技术的集成电路封装热阻测量方法

说明书

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涉技术的集成电路封装热阻测量方法。

背景技术

近年来，随着电子工业的蓬勃发展，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工艺的不断出现，对集成电路试件封装热阻的测试难度加大。目前，热阻的测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测量器件的温度，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，采用电子散斑干涉技术的测量方法具有全场，快速，无损，操作简单，不需要开封装等优点。国内一些学者开展电子散斑干涉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力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。这些都仅仅从热应力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测量方法，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：

(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(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：

Δd=Nλ2]]>①

式中，Δd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：

Δd(t)＝KT(t)+L                   ②

式中，Δd(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：

Δd(t)＝KP R_th[1-exp(-t/τ)]+L    ③

式中，Δd(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，τ＝R_thC_th，τ为时间常数，R_th为被测试件的热阻，C_th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(1)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，并经过图像采集卡数字化后送到计算机。

上述步骤(1)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(1)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。