Устройство для измерения тепловых характеристик структур полупроводниковых приборов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ)УБЛИН

ÄÄSUÄÄ 701

3(5Н Н 01 1 21/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

А0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2599640/18-25 (22) 24.03.78 (46) 07.04.83. Бюл.913 (72) Е.И. Асвадурова, Ф.Г. Онуприенко, A.A. Стагис и Н.A. Требоганов (53) 620.179.13(088.8) (56) 1. Афонов В.Л. и Федотов A. Испытание и исследование полупроводниковых приборов. h1., "Высшая школа", 1975.

2. Иванов A.A Исаев Э.П. ИК-мик ° роскоп для контроля тепловых полей микросхем.Сб. "Электронная техника", серия 8, вып.11(29 ), М.,1974, с.94. (54 )(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУКТУР ПОЛУ"

ПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, содержащее

ИК-объектив, приемник ЙК-излучения, модулятор, блок усиления, координатный столик и окуляр визуального наблюдения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью количественного измерения тепловых сопротивлений пассивных многослойных структур, оно дополнительно содержит лазер с оптической системой, фильтр для отсечения длины волны лазерного излучения, термостат и теплоотвод, с термодатчикамн, причем ocb лазерного излучения совмещена с осью ИКобъектива, приемник ИК-излучения и измеряемый объект размещены в двойных фокусных расстояниях

ИК-объектива, термостат соединен с теплоотводом и корпусом ИК-объектива, а фильтр для отсечения длины волны лазерного излучения установлен между модулятором и приемником

ИК-излучения, Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения тепловых характеристик полупроводниконых пр иборов.

В настоящее время одним иэ основных видов брака при производстве мощных ВЧ и СВЧ полупроводниковых приборов является тепловой пробой.

Причиной теплового пробоя могут быть как дефекты полупроводийковых 10 структур, так и понышенное тепловое сопротивление корпуса.

В процессе изготовления приборов неоднократно производится контроль активных полупроводниковых структуркристаллов с p-n переходами по различным параметрам, в том числе и тепловым.

Известно устройство для измерения тепловых сопротивлений полупроводниковых приборов (1), состоящее иэ теплоотвода с регулируемой температурой, генератора постоянного тока, источника напряжения и прибора для измерения электрического температурноэависимого параметра.

Устройство не позволяет количественно измерять тепловые сопротивления пассивных элементов, т.е. корпу сов полупроводниковых приборов без активных структур.

Известно также устройство для измерения тепловых характеристик структур полупроводниковых приборов-инфракрасный микроскоп для контроля. тепловых полей микросхем (21, состоящий иэ ИК-объектива, приемника ИК-излучения, модулятора, блока усиления, координатного столика и окуляра визуального наблюдения.

Оптическая система HK-микроскопа 40 состоит иэ радиометрического канала, канала визуального наблюдения и канала подсветки. Исследуемая микросхема помещается на двухкоординатнам столе с программным управлением. 45

На нее подается рабочее напряжение и путем сканирования стола по заданной программе приемником ИК-излучения измеряется температура в различных точках понерхности микросхемы. На 50

ИК-микроскопе нельзя количественно измерять тепловые сопротивления пассивных .многослойных структур.

Целью изобретения является обеспечение количественного измерения тепловых сопротивлений пассивных многослойных структур, в частности, корпусов полупроводниковых приборов.

Постанленная цель достигается тем, что в известное устройство для измерения тепловых характеристик структур®0 полупроводниковых приборов, содержащее ИК-объектив, приемник ЙК-излучения, модулятор, блок усиления, координатный столик и окуляр визуального наблюдения, дополнительно введен65 лазер с оптической системой, фильтр для отсечения длины волны лазерного излучения, термостат и теплоотвод с термодатчиками, причем ось лазерного излучения совмещена с осью ИКобъектива, приемник ИК-излучения и измеряемый объект помещены в двойных

Фокусных расстояниях ИК-объектива термостат соединен .с теплоотводом и корпусом ИК-объектива, а фильтр для отсечения длины волны лазерного излучения установлен между модулятором и приемником ИК-излучения.

Введение в устройство лазера с оптической системой позволяет бесконтактно нагревать поверхность пассивных многослойных структур сфокусированным излучением, что необходимо для измерения их тепловых сопротивлений (Р,.).

Совмещение оси лазерного излучения с оптической осью ИК-обЪектива позволяет юстировать обе системы по видимому излучению, что существенно повышает точность при количественном измерении тепловых сопротинлений.

Расположение приемника ИК-излучения и измеряемого объекта н двойных фокусных расстояниях ИК-объектива позволяет измерять температуру с маленького пятна, равного рабочей площад ке прненика ИК-излучения, в центре источника тепла, т.е. температуру, близкую к максимальной (Т„), что повышает абсолютную величину теплового сопротивления и точность при ее количественном измерении.

Подсоединение термостата к теплоотводу и корпусу ИК-объектива позволяет поддерживать постоянным температурный Фон в процессе иэмеренийй и повышает точность при количественном измерении тепловых сопротивлений.

Введение фильтра для отсечения длины волны лазерного излучения позволяет проводить измерения тепловых сопротивлений н установившемся режиме, а установка фильтра между модуля тором и приемником ИК-излучения позволяет устранить влияние ИК-излучения от фильтра, при его нагреве отраженным излучением, так как приемник ИК-излучения не реагирует на постоянный не модулированный сигнал, все это позволяет получить высокую точность при количественном измерении тепловых сопротивлений.

Введение теплоотвода с термадатчиками позволяет измерять как температуру теплоотвода (Тп ) вблизи контакта с измеряемым объектом, так и проходя.щую через объект мощность Р, что необходимо для количественного опре деления тепловых сопротивлений:

Тп- Тт г

701414

Составитель В. Гусева

Редактор Н. Аристова Техред Т.Фанта Корректор В. Бутяга

Заказ 6585/3 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

При этом измеряется тепловое сопротивление пассивной многослойной структуры от верхней поверхности до нижней поверхности, прилегающей к теплоотводу, и контактное сопротив ление структура — теплоотвод.

Введение отмеченных признаков позволило количественно измерять тепловые сопротивления пассивных многослойных структур с точностью

«+ ЭЪ.

Принципиальная схема устройства показана на чертеже.

Устройство состоит из твердотельного лазера (ОКГ ) непрерывного действия 1 с длиной волны излучения

1,06 мкм и мощностью излучения до 60 Вт; оптической системы 2, предназначенной для фокусировки излучения ОКГ и для наблюдения увеличенного изображения объекта с целью его точной ориентации по отношению к лучу ОКГ, теплоотвода .3 с термодатчиками-термопарой вблизи поверхности контакта с объектом и дифференциальной термопарой, трехкоординатного столика 4, предназначенного для выставления поверх. ности объекта в фокус излучения

ОКГ, совпадающую с плоскостью резкого видения оптической системы

2, ИК-объектива 5, выполненного из двух концентрично расположенных сферических зеркал и плоского зеркала для поворота луча ОКГ;.приемника ИК-излучения 6, в качестве которого используется фотодиод на антимониде индия; модулятора 7, модулирующего постоянный сигнал ЙК-излучения на частоту 1000 Гц; фильтра 8 для отсечения длины волны лазерного излучения, выполненного иэ высокоомI ного германия; блока 9 усиления и преобразования электрического сигнала; термостата 10, обеспечивающеro постоянство температур теплоотвода и корпуса ИК-объектива.

5 Измеряемая пассивная многослойная структура, например корпус мощного полупроводникового прибора, устанавливается на теплоотвод Э и перемещениями столика 4 выставляет10 ся в перекрестке сетки окуляра оптической системы 2. Плоскость фокусировки ОКГ конструктивно совмещена с плоскостью резкого видения окуляра. ИК-излучение от нагретой лазе 5 ром поверхности объектива проходит через ИК-объектив 5, модулируется и попадает на рабочую площадку приемника ИК-излучения 6 ° При этом отраженное от объекта излучение лазера задерживается фильтром 8. От приемника 6 сигнал подается на блок усиления 9. Термодатчики, находящиеся в теплоотводе, фиксируют температуру теплоотвода вблизи контакта с измеря иым объектом и мощность, прошедшую через объект, в установившемся режиме °

Устройство для измерения тепловых характеристик структур полупровод никовых приборов может быть использовано как в лабораторных условиях для анализа. тепловых характеристик пассивных многослойных структур, например корпусов полупроводниковых приборов, при их разработке, так и

35 в условиях серийного производства, для отбраковки корпусов с завышенным тепловым сопротивлением до золочения корпуса и до монтажа иа него активного элемента - кристалла полу4Q проводника с p --Il переходами.