【技术实现步骤摘要】
利用扫描微波检测工作中的芯片内部温度场分布的装置及方法
[0001]本专利技术涉及芯片温度检测领域，具体为一种利用扫描微波检测工作中的芯片内部温度场分布的装置及方法。
技术介绍
[0002]近年来，随着集成电路的发展，全球芯片市场增长迅速。伴随着芯片的集成化、微型化和民用化，其被广泛应用到各个领域，包括新能源的开发使用、信息通讯设备和人工智能等；但同时，芯片特征尺寸的不断减小对于产品的可靠性有了越来越高的要求。提高产品质量的关键环节在于对芯片的可靠性测试和失效分析。影响芯片工作状态的因素多种多样，一般认为，温度降低10℃，可靠性提高1倍，降低温度对于提升芯片工作系统的可靠性具有重要意义。由此可见，温度作为重要要影响因素之一，在探索温度加速微电子芯片失效方面对于提高芯片可靠性具有重要意义。
[0003]芯片的可靠性是指在规定条件下，芯片完成规定功能的能力。相关的失效会导致芯片失去工作能力，而失效是由于外部和内部应力作用的结果。从快速失效分析中发现，由于结构设计不当或者静放电产生瞬态高能和电过应力可能引起高温。此外，芯片进一步可以划分为金属化层、氧化层、有源区、有源区—氧化层界面，根据失效位置的不同，芯片主要的失效机理包括热电子、电过应力、静电放电和氧化层击穿等。封装失效一般源于随时间的温度变化量过大和大的温度梯度，受这些因素的作用导致拉伸、压缩、弯曲、疲劳和破裂失效。同时，由于芯片封装结构和材料不同导致系统的热扩散能力有所差异，芯片的温度特性就表现为大的空间温度梯度，从而引起芯片热机械疲劳，导致慢退化。>[0004]温度与芯片失效机理之间有一定的联系，具体来说，温度应力失效的诱发因素不同，其失效的加速过程也大不相同，对于同样的失效机理，失效的加速过程还与材料及几何形状有关。例如，电迁移失效机理在薄膜中表现为开路，在金属化中表现为层电阻的增大。
[0005]在多数失效过程中，温度对于失效时间的影响具有确定的关系。当超出芯片规定的工作条件和环境条件时，芯片会丧失原有功能。特别是大部分失效机制都有特定的阈值温度，低于该温度时失效则不会发生，温度应力导致失效的时间远远超过芯片的工作寿命；当温度高于温度阈值，相应的失效机理就成为了主要的失效机理。
[0006]芯片在长时间和超负荷工作条件下，由于内部器件结构和表面封装等因素的影响，内部温度会不断升高，造成空间温度梯度大范围变化，最终造成芯片失效，从而影响系统正常运作。为了对处于满负荷工作态的芯片进行更可靠的分析和评价，对于芯片内部温度场分布的检测为芯片的设计验证提供了更有效的检测手段。
[0007]目前，对于温度场的检测主要有有限元分析法，即在建立热传导模型的基础上，分析芯片产生热量以及散热情况，确定内外边界条件；通过有限元分析软件进行热分析，从而得到芯片的温度场分布。但是为了充分了解芯片内部温度的变化，提供芯片失效判定的有效依据，进一步提升芯片的可靠性，还需要对于芯片内部温度进行更精确的检测和优化，以
进一步加深温度对于芯片特性影响的研究，促进芯片内部结构的设计优化和相关耐热材料的研究。
技术实现思路
[0008]本专利技术为了解决芯片内部温度场分布检测的优化的问题，提供了一种利用扫描微波检测工作中的芯片内部温度场分布的装置及方法。
[0009]本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种利用扫描微波检测工作中的芯片内部温度场分布的装置，包括微波信号发生装置、图像传感装置、扫描位移系统、样品放置平台、信号发生系统以及计算机控制系统；所述微波信号发生装置、图像传感装置均与计算机控制系统连接；所述计算机控制系统包括主机、计算机软件界面图像显示部分及外部驱动控制器，所述外部驱动控制器由主机控制；所述图像传感装置由光电转换CCD相机以及计算机软件界面图像显示部分组成，所述光电转换CCD相机与计算机控制系统连接；所述扫描位移系统包括扫描位移粗调装置和扫描位移微调装置两部分，所述扫描位移微调装置位于扫描位移粗调装置上部，所述样品放置平台固定于扫描位移微调装置上部；所述样品放置平台上设有样品固定装置，所述样品固定装置用于固定样品，所述扫描位移微调装置内设有水平传感器；所述扫描位移微调装置与外部驱动控制器连接；所述信号发生系统包括传输线、阻抗匹配部分、谐振腔、内部导体及导体末端针尖—样品模型，所述导体末端针尖—样品模型包括导体末端探针和芯片样品；所述微波信号发生装置包括矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪与计算机控制系统连接；所述谐振腔通过传输线与矢量网络分析仪连接，所述内部导体固定于谐振腔的前端中心，所述导体末端针尖—样品模型通过导体末端探针与内部导体连接，所述芯片样品位于样品放置平台上且通过样品固定装置固定；所述阻抗匹配部分为传输线的一部分，所述光电转换CCD相机位于导体末端针尖—样品模型的侧面位置。
[0010]本专利技术所设计的利用扫描微波检测工作中的芯片内部温度场分布的装置，利用微波扫描系统对芯片内部温度场分布进行测定的方法，利用微波的趋肤效应以及与芯片内部相互作用，通过微波辐射参数对温度场分布进行表征。该装置主要包括微波信号发生装置、图像传感装置、扫描位移系统、样品放置平台、信号发生系统以及计算机控制系统。微波信号发生装置、图像传感装置均与计算机控制系统连接；计算机控制系统包括主机、计算机软件界面图像显示部分及外部驱动控制器，外部驱动控制器由主机控制。扫描位移系统涉及三维运动（X轴、Y轴、Z轴）以及自转运动，三维运动用于实现对样品待测区域的精确放置，自转部分通过与微调部分的结合，针对不同形状的样品实现扫描路径的多样化，扫描位移系统主要包括扫描位移粗调装置和扫描位移微调装置两部分，粗调装置用于上下移动样品放置平台，使样品能够以可见的距离接近针尖，扫描位移微调装置位于扫描位移粗调装置上部，样品放置平台固定于扫描位移微调装置上部，微调装置由外部驱动控制器控制，也就是由计算机控制，这样微调装置就可以带着样品放置平台进行微移；样品放置平台上设有用于固定样品的样品固定装置，扫描位移微调装置内设有水平传感器，可以使样品放置平台和样品保持水平，避免造成样品的倾斜。图像传感装置由光电转换CCD相机以及计算机软件界面图像显示部分组成，光电转换CCD相机与计算机控制系统连接，光电转换CCD相机位于导体末端针尖—样品模型的侧面位置，使针尖—样品部分可视化，图像传感装置一方面用于对样品位置放置是否准确进行判定，另一方面对于扫描过程中针尖与样品的距离进行判
定，同时，能够在针尖磨损以及发生弯曲变形的情况下及时更换探针，保证针尖处于安全工作状态，避免影响检测结果，并且该部分还连接至计算机，可以实时显示。微波信号产生装置主要包括矢量网络分析仪，矢量网络分析仪与计算机控制系统连接，其工作原理为：由矢量网络分析仪发射微波以及对反射波进行收集处理，得到相关S参数；微波信号在进行阻抗匹配的条件下，作用在信号发生系统中的针尖
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样品模型，产生反射波，利用矢量网络分析仪实现对于回波的解算。扫描位移系统信号发生系统与微波信号发生装置配合使用，扫描位移系统信号发生系统包括传输本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用扫描微波检测工作中的芯片内部温度场分布的装置，其特征在于：包括微波信号发生装置、图像传感装置、扫描位移系统、样品放置平台（7）、信号发生系统以及计算机控制系统（11）；所述微波信号发生装置、图像传感装置均与计算机控制系统（11）连接；所述计算机控制系统（11）包括主机、计算机软件界面图像显示部分及外部驱动控制器（10），所述外部驱动控制器（10）由主机控制；所述图像传感装置由光电转换CCD相机（3）以及计算机软件界面图像显示部分组成，所述光电转换CCD相机（3）与计算机控制系统（11）连接；所述扫描位移系统包括扫描位移粗调装置（9）和扫描位移微调装置（8）两部分，所述扫描位移微调装置（8）位于扫描位移粗调装置（9）上部，所述样品放置平台（7）固定于扫描位移微调装置（8）上部；所述样品放置平台（7）上设有样品固定装置，所述样品固定装置用于固定样品，所述扫描位移微调装置（8）内设有水平传感器；所述扫描位移微调装置（8）与外部驱动控制器（10）连接；所述信号发生系统包括传输线（2）、阻抗匹配部分（201）、谐振腔（4）、内部导体（5）及导体末端针尖—样品模型（6），所述导体末端针尖—样品模型（6）包括导体末端探针（601）和芯片样品（602）；所述微波信号发生装置包括矢量网络分析仪（1），所述矢量网络分析仪（1）与计算机控制系统（11）连接；所述谐振腔（4）通过传输线（2）与矢量网络分析仪（1）连接，所述内部导体（5）固定于谐振腔（4）的前端中心，所述导体末端针尖—样品模型（6）通过导体末端探针（601）与内部导体（5）连接，所述芯片样品（602）位于样品放置平台（7）上且通过样品固定装置固定；所述阻抗匹配部分（201）为传输线（2）的一部分，所述光电转换CCD相机（3）位于导体末端针尖—样品模型（6）的侧面位置。2.根据权利要求1所述的一种利用扫描微波检测工作中的芯片内部温度场分布的装置，其特征在于：所述矢量网络分析仪（1）的工作频带为1
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20GHz。3.根据权利要求1所述的一种利用扫描微波检测工作中的芯片内部温度场分布的装置，其特征在于：所述阻抗匹配部分（201）采用标准50Ω传输线。4.根据权利要求1所述的一种利用扫描微波检测工作中的芯片内部温度场分布的装置，其特征在于：所述扫描位移微调装置（8）由压电位移器完成。5.根据权利要求1所述的一种利用扫描微波检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐军，温焕飞，刘俊，马宗敏，郭浩，李中豪，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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