Методи контролю розподілу температурних полів

 

Ці методи застосовуються для контролю теплових режимів ІМ, розподілу температури по поверхні, виявлення зон локального перегріву, контролю струморозподілу виявлення областей підвищеного (зниженого) опору, визначення наступних видів відмов: коротких замикань, обривів металізації; пробоїв окислу, великих струмів витоків та ін. контроль теплових режимів проводиться на етапі розробки ІМ з ціллю вирішення питань раціональної компоновки елементів схем, створення оптимальних топологій. Теплові методи контролю також використовуються в процесі виробництва ІМ для відбраковки потенційно не надійних виробів з аномальним тепловим режимом і аналізу схем, що відмовили.

Методи контролю температурного розподілу засновані на реєстрації теплових полів в контрольованому виробі. Для визначення температури використовують будь-яку фізичну характеристику тіл, що від неї залежить і піддається вимірюванню. До таких термометричних характеристик відносяться: лінійне розширення тіл, зміни електричного опору провідників, термоелектричні явища, зміна кольору та яскравості спеціальних покрить, інтенсивність інфрачервоного випромінювання та ряд інших. В залежності від способу отримання інформації теплові методи контролю ділять на контактні і безконтактні (власного випромінювання).

 

Контактні методи

Ці методи засновані на контактній реєстрації абсолютної температури або її розподілу на поверхні виробу. При контактних методах контролю використовуються контактні датчики температури – термометри, термопари, термоопори та ін.; термоіндикатори – термолюмінофори, термопапір, термофарба та ін.; індикатори на рідких кристалах.

Дія термоелектричних термометрів ґрунтується на термоелектричному ефекті, що виникає в термопарі – кола з двох різнорідних електричних провідників (термоелектродів), кінці яких зазвичай з’єднані зваркою або пайкою. При наявності різниці температур в місцях з’єднання термоелектродів в колі генерується термоЕРС, яка залежить тільки від температури спаїв і матеріалів термоелектронів і не залежить від їх діаметру та розподілу температури по їх довжині. Якщо температура одного з кінців термопари постійна, то термоЕРС залежить тільки від її робочого кінця.

Термохімічні індикатори засновані на властивості хімічних компонентів змінювати колір при певних температурах. Діапазон зміни температури термохімічними індикаторами 318…1073К, точність вимірювання складає .

Рідкокристалічні термоіндикатори представляють собою багатокомпонентні композиції, що складаються з холестеричних рідких кристалів і мають термічну залежність області світла. Тонкий шар такої речовини при освітлені білим світлом приймає різне забарвлення. При цьому колір рідкокристалічного індикатора змінюється від червоного до фіолетового в залежності від температури. Рідкокристалічні термоіндикатори забезпечують точність вимірювання температури до десятих долей градуса при відносній похибці 0.1%. Для вимірювання температури і теплового опору використовують реєстрацію електричних параметрів виробу, які змінюються в залежності від температури. Наприклад, для якісної оцінки з’єднання кристалу з подложкою використовують метод контролю по перехідній тепловій характеристиці. Цей метод оснований на нагріві електричним імпульсом, тривалість якого перевищує теплову сталу кристала, але суттєво менше теплової сталої корпуса та зводиться до вимірювання температурної залежності прямого падіння напруги на -переході.

Безконтактні методи

До безконтактних належить один з найбільш розповсюджених методів, заснований на реєстрації власного інфрачервоного випромінювання контрольованого виробу.

Мікросхема при роботі розсіює електричну потужність, викликає розігрів елементів. Тому її поверхня завжди має температуру на кілька градусів вище температури оточуючого середовища. Таким чином, будь-яка ІМ є джерелом інфрачервоного випромінювання. Спектр, потужність та просторові характеристики випромінювання залежать головним чином від температури елементів ІМ та стану її поверхні. З підвищенням температури потужність випромінювання швидко зростає, причому максимум спектральної інтенсивності зсувається в короткохвильову область.

 

Радіаційні методи контролю

 

Радіаційні методи неруйнівного контролю ґрунтуються на використанні інформації, що отримана в результаті взаємозв’язку випромінювання з виробом, що контролюється. До числа радіаційних методів контролю відносяться: рентгенівські методи, метод фотоакустичної спектроскопії та ін.

 

Рентгенівські методи

Рентгенівські методи контролю і аналізу структури матеріалів та виробів використовуються в сучасній мікроелектроніці. Вони дозволяють отримати інформацію про орієнтації та структурну досконалість вихідних монокристалів, про величину деформації і параметри кристалічної решітки, про фазовий склад об’єктів, а також контролювати щільність і розподіл дефектів в кристалах та епітаксій них плівках без руйнування об’єктів дослідження, знаходити макровключення, геометричні відхилення правильності збирання ІМ та ін. Для аналізу відмов можуть бути використані наступні ти властивості рентгенівського випромінювання: поглинання, відхил в кристалічній решітці, власне випромінювання. В залежності від використання цих властивостей та способу перетворення і реєстрації інформації рентгенівські методи діляться на рентгенодифракційні, рентгеноструктурні, рентгеноспектральні, рентгенівські тіньові.

Методи рентгенівського аналізу основані на контролі виробу шляхом випромінювання рентгенівських дифракційних спектрів. Фізична сутність цих методів полягає в тому, що рентгенівські промені, проходячи через речовину, впливають на електрони його атомів. При цьому електронам передається коливальний рух, частота якого співпадає з частотою первинних електромагнітних коливань рентгенівського випромінювання. Промені, розсіяні електронами атомів, інтерференціюють між собою. Якщо первинне випромінювання складається з хвиль різної довжини, то отримуємо велику кількість інтерференційних максимумів від кожної родини площин з різними міжплощинними відстанями. Вимірювання цієї відстані дозволяє здійснити рентгеноструктурний аналіз. За способом реєстрації дифракційної картини методи рентгеноструктурного аналізу діляться на фотографічні і іонізаційні (за допомогою лічильників). За допомогою методів рентгеноструктурного аналізу визначається кристалічна структура і фізико-хімічна природа фаз, що утворюються в результаті технологічного процесу, старіння, вплив оточуючого середовища, а також порушення кристалічних структур.