CN208568973U - 一种电子器件结温的测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量电子器件结温的装置，属于半导体器件结温测量技术领域。主要利用了器件内部气氛随温度变化膨胀而导致器件盖板形变的原理来获得器件内部的结温。首先对非工作情况下的器件进行加热，同时通过一台激光干涉仪监测器件盖板在各温度点下的形变情况，从而获得加热温度(器件结温)与器件盖板形变的一一对应关系；然后在器件工作情况下对其盖板的形变情况进行监测，并对比非工作情况下器件盖板的形变，进而获得可获得器件的结温。本方法可以对分立器件、集成电路等器件的结温进行有效测量，相对于现有的结温测量方法有其独特的优势，具有良好的实用价值和经济效益，适用于推广应用。

Description

一种电子器件结温的测量装置

技术领域

本实用新型属于半导体器件结温测量技术领域，特别涉及一种通过监测对比器件盖板形变来获得半导体器件结温的装置和方法。

背景技术

随着半导体器件芯片性能和集成度的提高，器件的热问题显得尤为突出，根据数据统计分析，近55％的器件失效是由器件结温引起。在可靠性试验领域，在GJB 548B方法1015中规定集成电路和混合电路在老炼试验时的试验温度不得使其结温超过其规定的最高结温；在GJB 128A的相关老炼试验方法中规定，老炼试验需要在最高结温范围内进行。

现有的结温测量主要有两大类：间接法和直接法两种。前者是利用器件内部的温敏参数来间接测量器件结温；后者是对开帽后的器件通过采集器件芯片红外微辐射或者拉曼辐射光谱等直接获得其结温。但该两种方法都存在各自的局限性，常规的混合电路和集成电路没有相应的接口对其温敏参数进行采集；对于间接法则需要对器件进行开帽，这首先是属于破坏性试验，其次开帽后器件的结温状态由于热辐射和热对流等情况而和未开帽的真实情况会有一定的差别。

实用新型内容

针对现有技术所存在的局限性，本实用新型提供了一种新型结温测量方法，主要利用了器件内部气氛随温度变化膨胀而导致器件盖板形变的原理来获得器件内部的结温，从而可以有效地避开前面提到的间接法和直接法存在的问题。

本实用新型的一种电子器件结温的测量装置，其特征在于，包括计算机控制系统、激光发射器、光分离器、透镜、第一反射镜、第二反射镜、压力室、控温平台、器件夹具、数字全息照相机，压力室的至少一面为光窗，控温平台、器件夹具位于压力室内，器件夹具固定在控温平台上，器件固定在器件夹具上，其中激光发射器、光分离器、透镜、第一反射镜、第二反射镜、器件进行光路连接，激光发射器发出激光经光分离器得到透射光和反射光，反射光作为参考激光束进入数字全息照相机，透射光经过透镜分为多束入射激光，多束入射激光入射到第一反射镜上，然后再经压力室的光窗反射到器件上作为器件的入射光，然后经器件后再反射到第一反射镜上，经第一反射镜反射后入射到第二反射镜上，经第二反射镜再反射后进入到数字全息照相机，数字全息照相机、激光发射器和控温平台均与计算机控制系统连接；器件夹具用于固定器件，器件夹具上设有弹性接触热电偶与器件连接，用于测定器件壳温。激光发射器、光分离器、透镜、第一反射镜、第二反射镜、数字全息照相机组成激光干涉仪；

进一步优选器件夹具包括两部分：上部分为夹具安装面，下部分为夹具底座，夹具的整体材料均为紫铜。夹具安装面是夹具与器件的主接触面，夹具安装面上表面中间有一弹性接触热电偶，以满足对安装在夹具安装面上器件的壳温进行测量；在夹具安装面上设有与器件引出端位置和数量对应的通孔A，以方便对器件正常加电；同时在夹具安装面上还设有螺孔，满足器件的安装，以使夹具安装面上表面的器件和夹具紧密接触。

夹具底座为底盘上带有一凸出向上的桶状结构，桶状轴垂直底盘，夹具安装面固定到桶装结构顶端；采用桶状结构中空的目的是方便夹具安装面上热电偶与器件引出端尾部的安放，在桶状结构顶部设有一个豁口，通过该豁口可以把热电偶和器件的连接线正常引出；夹具底座底部为一整体的铜块。

底盘设有一些螺孔A，这些螺孔A是用于把夹具紧密安装在控温平台上。

夹具安装面上还设有通孔B，桶状结构的桶壁顶部设有螺孔B与夹具安装面上的通孔B对应，利用螺钉把夹具安装面和夹具底座安装在一起。

另外在夹具底座和夹具安装面上设有对应的卡槽和凸点，以方便安装对准。

本实用新型采用上述装置进行电子器件结温的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将器件有效地安装在控温平台上；

步骤二：对控温平台进行加热，在目标温度即结温下待器件温度稳定后即热电偶温度稳定，采用激光干涉仪对器件盖板的形变情况进行分析或/和记录；

步骤三：设置不同控温平台温度，重复步骤二，可获得器件结温与盖板形变的关系数据库；

步骤四：对待测器件进行加电，待其温度稳定后即热电偶温度稳定，采用激光干涉仪对器件盖板的形变情况进行记录，然后分析；

步骤五：把步骤四的器件盖板形变情况，对比入步骤三中的数据库内，获得当前加电条件下的器件结温。

进一步的，本实用新型的可测器件对象为：金属、陶瓷或其他盖板有可检测形变的已封盖气密封器件，主要利用了器件内部气体在不同温度下膨胀会使盖板形变的物理特性来间接测量器件的结温；

进一步的，热电偶嵌入在器件夹具上，从而可以通过该热电偶有效测得器件主发热区对应的管壳温度，并通过热电偶来判断器件状态是否稳定。

进一步的，在步骤二中所述的，控温平台上器件的结温也就是控温平台的温度，从而当前控温平台温度下盖板的形变即为结温与盖板形变的关系；

进一步的，通过步骤三得到器件结温与盖板形变关系数据库，数据库的温度范围覆盖器件要求的最高结温。

本实用新型的有益效果是：

1.属于非破坏性的无损结温测量方法；

2.可有效测量没有温敏参数或者没有温敏参数采集引出端器件的结温。

3.本实用新型的可测对象为金属、陶瓷或其他盖板有可检测形变的已封盖气密封器件，其有效可测对象较广；

4.实施方法简单、易行、适合工程应用；

5.测试原理简单，没有复杂的电路要求，对测量设备依赖程度较低。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述搭建的结温测量系统示意图。

图2为本实用新型实施例所述的器件夹具结构示意图。

图3为本实用新型实施例所述的结温测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作更详细的说明。

1)结温测量系统的搭建

图1是本实施例所述搭建的结温测量系统示意图，如图1所示，结温测量系统有：压力室、激光干涉仪、控温平台、器件夹具、电源、计算机控制和计算系统。

压力室可以保证压力稳定，不会由于环境大气压力的改变而影响盖板形变测量的准确性；激光干涉仪通过数字全息照相系统记录不同条件下的参考激光束和经器件盖板反射回来的激光束形成干涉图像，从而通过对干涉图像的变化对比处理和计算，获得盖板的形变情况；控温平台可以通过器件夹具对器件的温度进行有效地控制，器件夹具有相应的通孔可以把器件的引出端有效引出，以方便对器件进行正常加电，另外器件夹具上有弹性热电偶，从而可对器件壳温进行有效测量；所有的这些温度和激光干涉仪及数据的记录处理都是通过计算机系统进行控制。

图2是本实用新型实施例所述的器件夹具结构示意图，如图2所示，器件夹具的主要作用有三：首先是可以通过器件夹具对器件进行有效温度控制；其次是能让各种封装结构的器件进行有效电连接；最后是能准确测量器件的壳温。器件夹具上有相应的通孔可以把器件的引出端有效的连接出来，并且夹具顶部有弹性热电偶探出，从而可以对器件的壳温进行准确测量；再把器件夹具固定在控温平台上，从而可以通过控温平台对器件有效控温。

图3是本实施例所述的结温测量方法流程图，如图3所示，具体结温测量步骤如下：

把器件紧密安装在器件夹具上，器件夹具安装在控温平台上。通过计算机让控温平台进行加热，在不同的控温平台温度(90℃—120℃，以5℃步进(温度可根据具体情况进行调整)下待器件温度稳定后(热电偶温度稳定)，采用激光干涉仪对器件盖板的形变情况记录，然后分析。最终获得器件结温与盖板形变的关系数据库，如干涉条纹尺寸的变化等。

控制控温平台的温度在26℃(或者需要的温度)，待器件稳定后对其进行正常加电，让其有效工作，待器件温度稳定后(热电偶温度稳定)，通过激光干涉仪对器件盖板的形变情况进行分析并记录。

把通电后器件盖板的形变情况与器件结温与盖板形变的关系数据库进行比对，获得当前加电条件下的器件结温。

最后应说明的是：以上所述的实例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种电子器件结温的测量装置，其特征在于，包括计算机控制系统、激光发射器、光分离器、透镜、第一反射镜、第二反射镜、压力室、控温平台、器件夹具、数字全息照相机，压力室的至少一面为光窗，控温平台、器件夹具位于压力室内，器件夹具固定在控温平台上，器件固定在器件夹具上，其中激光发射器、光分离器、透镜、第一反射镜、第二反射镜、器件进行光路连接，激光发射器发出激光经光分离器得到透射光和反射光，反射光作为参考激光束进入数字全息照相机，透射光经过透镜分为多束入射激光，多束入射激光入射到第一反射镜上，然后再经压力室的光窗反射到器件上作为器件的入射光，然后经器件后再反射到第一反射镜上，经第一反射镜反射后入射到第二反射镜上，经第二反射镜再反射后进入到数字全息照相机，数字全息照相机、激光发射器和控温平台均与计算机控制系统连接；器件夹具用于固定器件，器件夹具上设有弹性接触热电偶与器件连接，用于测定器件壳温；激光发射器、光分离器、透镜、第一反射镜、第二反射镜、数字全息照相机组成激光干涉仪。

2.按照权利要求1所述的一种电子器件结温的测量装置，其特征在于，器件夹具包括两部分：上部分为夹具安装面，下部分为夹具底座，夹具的整体材料均为紫铜；夹具安装面是夹具与器件的主接触面，夹具安装面上表面中间有一弹性接触热电偶，以满足对安装在夹具安装面上器件的壳温进行测量；在夹具安装面上设有与器件引出端位置和数量对应的通孔A，以方便对器件正常加电；同时在夹具安装面上还设有螺孔，满足器件的安装，以使夹具安装面上表面的器件和夹具紧密接触。

3.按照权利要求2所述的一种电子器件结温的测量装置，其特征在于，夹具底座为底盘上带有一凸出向上的桶状结构，桶状轴垂直底盘，夹具安装面固定到桶装结构顶端；采用桶状结构中空的目的是方便夹具安装面上热电偶与器件引出端尾部的安放，在桶状结构顶部设有一个豁口，通过该豁口可以把热电偶和器件的连接线正常引出；夹具底座底部为一整体的铜块；底盘设有一些螺孔A，这些螺孔A是用于把夹具紧密安装在控温平台上。

4.按照权利要求2所述的一种电子器件结温的测量装置，其特征在于，夹具安装面上还设有通孔B，桶状结构的桶壁顶部设有螺孔B与夹具安装面上的通孔B对应，利用螺钉把夹具安装面和夹具底座安装在一起。

5.按照权利要求2所述的一种电子器件结温的测量装置，其特征在于，在夹具底座和夹具安装面上设有对应的卡槽和凸点，以方便安装对准。