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Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Lokalisierung von Anomalien unter Verwendung von Lockin-Thermographie (LIT) und insbesondere zum Unterscheiden zwischen verschiedenen detektierten Anomalien. Spezifische Beispiele beziehen sich auf Verfahren und Systeme zur Lokalisierung und Behebung von Anomalien in einer integrierten Halbleiterschaltung, die in der Technik als Bauteil unter Test (DUT) bezeichnet wird, durch Detektieren von Hotspots, die durch Anomalien in einem elektrischen Schaltkreis, die innerhalb des DUT vergraben sind, verursacht werden
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In der Arbeit von Christian Schmidt et al: ”Zerstörungsfreie Defekttiefenbestimmung von voll verpackten und gestapelten Bauteilen bei Verwendung von Lockin-Thermografie”, PHYSICAL AND FAILURE ANALYSIS OF INTEGRATED CIRECUITS (IPFA, 2010), Proceedings, 17. IEEE International Symposium der IEEE, NJ, USA, 5. Juli 2010 (2010-07-05), Seiten 1 bis 5, XP 031720074, ISBN 978-1-4244-5596-6, wird ein zerstörungsfreier Ansatz für die 3D-Lokalisierung von thermisch aktiven vergrabenen Defekten in Einzelchip- und Stapelchip-Architekturen unter Verwendung von Lockin-Thermographie (LIT) vorgestellt. Die Veröffentlichung beschreibt auch die Verwendung der Phasenverschiebung, um die Tiefe des thermisch aktiven vergrabenen Defekts abzuleiten. Das Grundprinzip betrifft die Wärmewellenausbreitung durch unterschiedliche Materialschichten und der daraus resultierenden Phasenverschiebung. Auf dieser Grundlage wird die LIT-Anwendung für 3D-Defekt-Lokalisierung erklärt und sowohl vollständig verpackte Einzelchip- und Stapelchip-Bauteile werden betrachtet, während die theoretischen und experimentellen Daten verglichen werden (Ergebnisse).
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WO 2011/156527 A1 bezieht sich auf dreidimensionale Hotspot-Lokalisierung unter Verwendung der Lockin-Thermographie, die durch direkte thermische Bilderzeugung sehr kleine Temperaturschwankungen über einer Probe erfassen kann, unter Verwendung einer IR-empfindlichen Kamera kombiniert mit einer pixelweisen Zweikanal-Lockin-Korrelation. Für die quantitative LIT-Analyse und die dreidimensionale Lage von vergrabenen Wärmequellen müssen die Grundprinzipien der Wärmewellenausbreitung und die Abhängigkeit der thermischen und geometrischen Eigenschaften der Materialschicht(en) über dem Hotspot-Bereich verstanden werden. In dem System und dem Verfahren der
WO 2011/156527 A1 werden Testsignale an die Probe bei mehreren verschiedenen Lockin-Frequenzen angelegt, um die Phasenverschiebungswerte auf den verschiedenen Lockin-Frequenzen zu bestimmen. Die Phasenverschiebung ist das Ergebnis der Wärmeausbreitung in dem Material und zeigt somit die Tiefe an, in der der Hotspot entstanden ist. Außerdem wird eine Frequenz-Phasen-Kurve erhalten, aus der die Tiefe eines Defektes in der Probe bestimmt werden kann. Solche Frequenz-Phasen-Kurven dienen dazu, unter Verwendung eines mathematischen Modells der Struktur der DUT den genauen dreidimensionalen Ort des Defekts zu berechnen, der den Hotspot verursacht. Diese exakte Lokalisierung des Defekts kann auch zur Identifizierung des Schaltungselements dienen, das den Defekt verursacht.
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Beim Testen und Untersuchen von DUTs kann es ausreichend sein, den allgemeinen Tiefenort eines Defekts zu bestimmen, der einen Hotspot verursacht, und diese Informationen kann verwendet werden, um weitere Tests und Analysen des DUT zu entwerfen. Beispielsweise können manchmal Ionenfräsen oder andere Verfahren verwendet werden, um Teile des Schichtaufbaus des DUT zu entfernen, um den Defekt für die weitere Bildverarbeitung und/oder zum Bearbeiten freizulegen. Die entsprechende Stelle und die Tiefe der Fräsung können mit der Hotspot-Lokalisierung bestimmt werden. Weiterhin kann man aus der der Kenntnis des ungefähren Tiefenorts eines Defekts auch über die Eigenschaften und/oder die Ursache des Defekts und den allgemeinen Teil der Schaltung Aussagen machen, wo er stattgefunden hat.
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Im Hinblick auf den Stand der Technik, der oben diskutiert wurde, gibt es einen klaren Bedarf an einem Verfahren und einem System zum vorläufigen die Bestimmung der Tiefenpositionen von Hotspots in verschiedenen Schichten in einem mehrschichtigen Prüflings (DUT), wobei die Hotspots der elektrischen Stromkreise in dem DUT in Schichten mit unterschiedlichen Tiefenniveaus vergraben sind. Ein Problem bei dem Stand der Technik ist beispielsweise die erreichbare optische Auflösung der IR-Bilderzeugung. Insbesondere dann, wenn die Hotspots räumlich sehr nahe beieinander sind, können sie in dem Bild als ein Spot erscheinen. In ähnlicher Weise, wenn es zwei oder mehrere Anomalien in verschiedenen Höhen/Tiefen gibt, wobei einer über einem anderen in einer sehr engen räumlichen Nähe angeordnet ist, können sie auch als ein einziger Spot erscheinen. Somit würde der Prüfer dahin geführt, zu glauben, dass eine einzige Anomalie besteht und er würde alle Aufmerksamkeit auf die Detektion der einzelnen Anomalie richten, obwohl es in der Tat zwei oder mehr Anomalien gibt.
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Die folgende Zusammenfassung der Offenbarung ist enthalten, um ein grundlegendes Verständnis einiger Aspekte und Merkmale der Erfindung zu ermöglichen. Diese Zusammenfassung ist kein ausführlicher Überblick über die Erfindung und ist als solche nicht dafür gedacht, Schlüsselelemente oder kritische Elemente der Erfindung besonders zu identifizieren oder den Schutzbereich der Erfindung abzugrenzen. Ihr einziger Zweck ist es, einige Konzepte der Erfindung in vereinfachter Form als Einleitung für die detailliertere Beschreibung anzubieten, die im Folgenden dargestellt wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Lokalisieren von Hotspots in einem mehrschichtigen Prüfling (DUT) unter Verwendung von Lockin-Thermographie (LIT) bereit gestellt, wobei mehrere Hotspots von elektrischen Schaltungen in dem DUT an unterschiedlichen Tiefenschichten von einer unteren Schicht zu einer oberen Schicht vergraben sind, umfassend: Anlegen von Testsignalen mit mehreren Frequenzen an die elektrischen Schaltungen des DUT zur Anregung der Hotspots; Abbilden einer oberen Oberfläche der oberen Schicht des DUT an Zeitintervallen, um IR-Bilder des DUT zu erhalten, während das Testsignal mit einer der mehreren Frequenzen an die elektrischen Schaltungen angelegt wird, wobei die Bilder in Korrelation zu einer Ausbreitung der Wärme von den Hot-Spots in dem DUT sind; Erfassung der thermischen Antwortsignale an den Zeitintervallen von den vom DUT aufgenommenen Bildern; und Bestimmen, von Veränderungen im Aussehen der Hotspot-Bilder auf der Oberfläche des Prüflings in Bezug auf die Frequenzen der Messsignale. Als Ergebnis dieses Verfahrens kann man Informationen darüber erhalten, wie viele Defekte es in den verschiedenen Schichten der Schichtstruktur des DUT gibt und in welcher der Schichten die Defekte auftreten. Solche Informationen sind von Vorteil bei der Bestimmung des weiteren Vorgehens bei der Prüfung des DUT, zum Beispiel, wie Schichten zu entfernen sind und welche Schichten zuerst entfernt werden, wenn man die zerstörende Prüfung zur oben skizzierten zerstörungsfreien Prüfung des Defekts hinzufügt.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst die Bestimmung von Änderungen in dem Aussehen der Hotspot-Bilder die Bestimmung der Zeitpunkte des Verschwindens der Hotspot-Bilder auf der Oberfläche des DUT in Relation mit den Frequenzen der Testsignale. Während auch gewisse Referenzintensitätswerte verwendet werden könnten, um ein Ergebnis über die Zeit zu erhalten, die erforderlich ist, damit die thermische Welle, die von einem Defekt in dem DUT kommt, von dem Defekt an der Oberfläche des DUT ankommt. Nimmt man jedoch das Aussehen eines Hotspot-Bildes auf der Oberfläche des DUT, ergibt dies einen wohldefinierten Zeitpunkt zur Bestimmung der Laufzeit der Wärmewelle von dem Defekt des DUT zu der Oberfläche davon, oder, mit anderen Worten, die Tiefenlage des Defekts in dem DUT. Diese Information kann in vorteilhafter Weise verwendet werden, um das weitere Verfahren bei der Prüfung des jeweiligen DUTs zu bestimmen, insbesondere, um zu bestimmen, von welcher Seite des DUTs man mit dem Entfernen von Schicht um Schicht beginnt, um an einem speziellen Defekt anzukommen, um diesen Defekt weiter zu charakterisieren und zu analysieren.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst das Bestimmen von Änderungen in dem Aussehen der Hotspot-Bilder die Bestimmung einer Änderung eines oval-förmigen Hotspot-Bildes, das durch wenigstens zwei seitlich nahe beieinander liegende Hotspots an einem gewissen Tiefenniveauerzeugt wird, in zwei separate Hotspot-Bilder in Relation zu den Frequenzen der Testsignale. Wenn zwei Defekte seitlich nahe beieinander liegen, hat das resultierende thermische Bild auf der Oberfläche des DUTs eine ovale bis nahezu runde Form, und es ist aus einer Inspektion des Bildes des Defekts nicht klar, ob es zwei Defekte oder einen Defekt gibt. Um die Überprüfung des DUT weiter zu planen, ist es sehr vorteilhaft, zu wissen, wie viele Defekte die Wärmewellen verursacht haben, die schließlich zu dem Bild geführt haben, welches durch IR-Fotos von der Oberfläche des DUT beobachtet werden soll. Das Verfahren der Erfindung kann in einer vorteilhaften Weise verwendet werden, um die Bilder der zwei Hotspots zu trennen, indem die Testsignale an mehreren Frequenzen angelegt werden, was dazu führt, dass die Trennung der Hotspots mit steigenden Frequenzen der Testsignale deutlicher werden.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst das Bestimmen von Änderungen in dem Aussehen der Hotspot-Bilder die Bestimmung einer Änderung eines oval-förmigen Hotspot-Bildes, das wenigstens zwei seitlich nahe beieinander liegende Hotspots an unterschiedlichen Tiefenniveaus in ein separates Hotspot-Bild umfasst, welches durch einen der zwei Hotspots in Relation zu den Frequenzen der thermischen Antwortsignale erzeugt wurde. Zusätzlich zu der oben erwähnten Trennung von zwei seitlich nahe beieinander liegenden Hotspots führt das fortschreitende Erhöhen der Testsignal-Frequenzen schließlich dazu, dass einer der zwei seitlich nahe beieinander liegenden Hotspots verschwindet, was anzeigt, dass der verbleibende Hotspot näher an der Oberfläche des DUTs liegt als der Hotspot, der das Bild verursacht hat, welches verschwunden ist.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst das Abbilden der oberen Oberfläche des DUTs an zeitgesteuerten Intervallen das Mitteln eines Bildes der oberen Oberfläche des DUTs, welches an einem Ende eines vorherigen, zeitgesteuerten Intervalls erzeugt wurde, mit einem Bild der oberen Oberfläche des DUTs, welches an einem Ende eines nachfolgenden, zeitgesteuerten Zeitintervalls aufgenommen wurde. Während mehr Bilder aufgenommen werden, werden die Bilder kontinuierlich aufsummiert und Schritt für Schritt gemittelt. Da das Antwortsignal das gleiche bleibt, wird ein Rauschen über die Zeit durch dieses Mittelungsverfahren gelöscht. Dieses vorteilhafte Ausführungsbeispiel der Erfindung verbessert das Lockin-Thermographieverfahren, sodass es in Realzeit ausgeführt wird.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung werden die Bilder der Oberfläche des DUT an den Zeitpunkten, wo das Aussehen eines Hotspots sich geändert hat, separat in einem Zwischenspeicher zur nachfolgenden Anzeige gespeichert. Während die Bilder, wie sie in den Zeitintervallen aufgenommen worden sind, nach jedem Zeitintervall ersetzt werden, sind die gespeicherten Bilder die Basis für eine weitere Informationsanzeige der Resultate dieses Testverfahrens.
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Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird das Signal-Rausch-Verhältnis des detektierten thermischen Antwortsignals bestimmt, und die Anwesenheit eines Hotspots wird detektiert, wo das Signal-Rausch-Verhältnis des Antwortsignals über einem vorgegebenen Referenzwert liegt. Das Signal-Rausch-Verhältnis des thermischen Antwortsignals ist in analoger Weise eine zuverlässige Messung, um das Verschwinden des Bildes eines Hotspots auf der Oberfläche des DUT zu bestimmen. Verfahren zur Bestimmung von Signal-Rausch-Verhältnissen von Signalen, die eine ovale Form haben, beispielsweise eine Gauß-Verteilungskurve, und einen Rauschanteil (Ripple) sind im Stand der Technik der Signalverarbeitung bekannt, und es gibt klare Definitionen, wie das Signal-Rausch-Verhältnis zu messen und zu beurteilen ist. Daher ist Signal-Rausch-Verhältnis eine vorteilhafte Auswahl, um einen Zeitpunkt zu definieren, an dem ein mit einem Hotspot verknüpftes Bild verschwindet.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren ferner das Anzeigen auf einem Monitor des Bildes bzw. der Bilder des/der Hotspots oder des Zeitablaufs des Verschwindens der Hotspot-Bilder auf der oberen Oberfläche des DUT in Relation zu den Frequenzen der Testsignale. Dies ergibt eine vorteilhafte Information an die Bedienungsperson, was es der Bedienungsperson ermöglicht, das Testverfahren weiter zu steuern und zu modifizieren.
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Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst ein System zum Lokalisieren von Hotspots in einem vielschichtigen Bauteil unter Test (DUT) unter Verwendung von Lockin-Thermographie (LIT), wobei eine Vielzahl von Hotspots von elektrischen Schaltungen in dem DUT an unterschiedlichen Tiefenschichten von einer unteren zu einer oberen Schicht vergraben sind: einen Synchronisationssignal-Eingang zum Empfangen eines Synchronisationssignals, das den Testsignalen mit den mehreren Frequenzen entspricht, die an die elektrischen Schaltungen des DUT angelegt werden, um die Vielzahl der Hotspots anzuregen, eine Infrarot-Kamera zum Abbilden der oberen Oberfläche der oberen Schicht des DUT in zeitgesteuerten Intervallen entsprechend dem Synchronisationssignal, um IR-Bilder des DUT zu erhalten, während das Testsignal mit einer der Vielzahl von Frequenzen an die elektrischen Schaltungen angelegt ist, wobei die Bilder in Korrelation mit der Ausbreitung der Wärme von den Hotspots in dem DUT sind, und einen Prozessor, der konfiguriert ist, um Daten von der Infrarot-Kamera zu empfangen und die IR-Bilder der Infrarot-Kamera zu benutzen, um die thermischen Antwortsignale an den zeitgesteuerten Intervallen zu detektieren, und um Änderungen in dem Aussehen der Hotspot-Bilder auf der oberen Oberfläche des DUT in Relation mit den Frequenzen der thermischen Antwortsignale zu bestimmen.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst das System ferner einen Monitor zum Anzeigen der Form/en des/der Hotspots oder des Zeitablaufs des Verschwindens des Hotspot-Bildes auf der Oberfläche des DUT in Relation zu den Frequenzen der thermischen Antwortsignale.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist der Prozessor konfiguriert, um die vorstehenden, bevorzugten Verfahren auszuführen.
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Wie aus der Diskussion des Verfahrens der Erfindung und der vorteilhaften Ausführungsbeispiele davon hervorgeht, ist das vorstehende System zum Lokalisieren von Hotspots in einem vielschichtigen Bauteil unter Test ein vorteilhaftes System zum Implementieren des Verfahrens der Erfindung und der vorteilhaften Ausführungsbeispiele davon.
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Während Ausführungsbeispiele der Erfindung hier in Bezug auf verkapselte, integrierte Schaltungen beschrieben werden, kann die Erfindung auch zum Testen anderer Bauteile implementiert werden, die Hotspots bei einer elektrischen Anregung erzeugen, beispielsweise Batterien, Solarzellen, Leistungsbauteile, LEDs und dergleichen. Daher können die Diskussionen, die mit den Untersuchungen eines DUTs zusammenhängen, auch bei diesen Bauteilen verwendet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und mögliche Anwendungsfälle der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung ersichtlich in Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen gezeigt sind.
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Zeichnungen
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In der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen werden diese Begriffe und zugehörige Bezugszeichen verwendet, wie sie aus der beigefügten Liste von Bezugszeichen ersichtlich sind. Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung einbezogen werden und einen Teil davon bilden, zeigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern und zu zeigen. Die Zeichnungen sind dafür gedacht, hauptsächliche Merkmale der Ausführungsbeispiele in einer schematischen Weise zu zeigen. Die Zeichnungen sind nicht dafür gedacht, jedes Merkmal der tatsächlichen Ausführungsbeispiele zu zeigen oder die relativen Dimensionen der gezeigten Elemente, und sie sind nicht maßstabsgerecht.
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1 zeigt eine allgemeine Übersicht des Systems zur Ausführung des Verfahrens nach den Ausführungsbeispielen der Erfindung;
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2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Bauteils unter Test (DUT) mit mehreren Schichten und mehreren Hotspots, die an unterschiedlichen Schichten liegen;
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3A zeigen schematische Draufsichten oder IR-Bilder von Hotspots eines DUT, wobei die Hotspots bis 3C bei unterschiedlichen Tiefenorten vorhanden sind;
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4A zeigen schematische Draufsichten oder IR-Bilder eines anderen DUT mit zwei nahe bis 4D beieinander liegenden Hotspots in einer Vielzahl von Schichten;
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5A zeigen schematische Draufsichten oder IR-Bilder eines anderen DUT mit zwei nahe bis 5D beieinander liegenden Hotspots auf unterschiedlichen Schichten des DUT;
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6 ist ein Flussdiagramm, welches die Schritte zeigt, die ausgeführt werden können, um entsprechend einem Ausführungsbeispiel Anomalitäten in einem DUT zu lokalisieren und aufzulösen.
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Beschreibung der Erfindung
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In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf einen DUT beschrieben, welcher ein spezifisches Beispiel für die Proben ist, an denen die vorliegende Erfindung ausgeübt werden kann.
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Allgemeines System zur Hotspot-Lokalisierung
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1 zeigt eine schematische Darstellung, die ein System zur Durchführung von LIT zeigt und das verwendet werden kann, um die Verfahren der Erfindung, die unten beschrieben sind, zu implementieren. Ein Bauteil unter Test (DUT) 12 wird durch ein Anregungssignal 22 bei einer Lockin-Frequenz angeregt, die durch eine Anregungsquelle 14 erzeugt wird. Die Lockin-Frequenz des Anregungssignals wird durch eine zentrale Verarbeitungseinheit 18 eingestellt. Während die allgemeine Thermographie unter Verwendung von Sinus-Signalen ausgeführt werden kann, ist, da der DUT ein digitales Bauteil ist, das Anregungssignal 22 ein elektrisches Rechteck- oder Quadrat-Wellensignal, welches ausgelegt ist, um verschiedene aktive Elemente, beispielsweise Transistoren, in dem DUT ein- und auszuschalten. Sowohl bei Rechteck- als auch bei Quadrat-Wellensignalen wechselt die Amplitude augenblicklich zwischen festgelegten Maximum- und Minimumwerten, so dass die Frequenz die Anzahl der Übergänge pro Periode, das heißt die Anzahl der Übergänge pro Sekunde, ist.
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Ein Synchronsignal 24 wird von der zentralen Verarbeitungseinheit 18 ausgegeben und an die Anregungsquelle 14 gesendet. Der einfachste Weg besteht darin, das Synchronsignal 24 bei der gewünschten Lockin-Frequenz herzustellen, obwohl es auch auf eine unterschiedliche Frequenz eingestellt werden kann, solange Vorkehrungen getroffen sind, es der Anregungswelle 14 zu ermöglichen, das Anregungssignal 22 an der gewünschten Lockin-Frequenz unter Verwendung des Synchronsignals 24 zu erzeugen. Da die Anregungssignale bewirken, dass Ströme in dem DUT 12 fließen, verursachen Anomalitäten in dem DUT 12 lokale Hotspots. Die Wärme von den Hotspots pflanzt sich dann in dem DUT 12 fort, bis sie die Oberfläche des DUT 12 erreicht, die der IR-Kamera 16 gegenüber liegt. Sodann werden Wärmestrahlen 28, die von der Oberfläche des DUT zu der IR-Kamera 16 ausgegeben werden, verwendet, um IR-Bilder der Oberfläche des DUT zu nehmen und die Bildsignale 26 an die zentrale Verarbeitungseinheit 18, die den Prozessor 30 enthält, auszugeben. Die Rahmenrate der Kamera 16 wird gewöhnlich unter Berücksichtigung der Lockin-Frequenz ausgewählt. Im Falle einer Zweikanal-IR-Kamera ist die Rahmenrate der Kamera das Vierfache der Lockin-Frequenz. Mit der Anordnung von 1 ist die Identifizierung der räumlichen und Tiefenlokalisierung eines Hotspots in dem DUT 12 möglich. Der Prozessor 30 der Anordnung von 1 ist konfiguriert, um die Verarbeitung auszuführen, die bei der unten beschriebenen Erfindung erforderlich ist.
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Beispiele für Hotspot-Orte in vielschichtigen DUTs
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2 zeigt einen schematischen Schnitt eines Bauteils unter Test DUT mit mehreren Schichten (Schicht 1 bis 6 in diesem Beispiel) und mit mehreren Hotspots (Hotspot 1 bis Hotspot 4 in diesem Beispiel), die an unterschiedlichen Schichten liegen. Die Hotspots 1 bis 4 in 2 sind als solider, zentraler Punkt gezeigt, der der Lage der Anomalie entspricht, die den Hotspot erzeugt, und ein Bereich um den zentralen Punkt herum ist ins unterbrochene Linien gezeigt, um die seitliche Diffusion der Wärme zu zeigen, die von dem soliden, zentralen Punkt des Hotspots ausgeht. Wie in 2 zu sehen ist, liegt der Hotspot 1 zwischen Schichten 1 und 2, Hotspot 2 und 3 liegen zwischen Schichten 3 und 4, und der Hotspot 4 liegt zwischen den Schichten 5 und 6, wobei diese Hotspots regelmäßig durch Defekte in elektrischen Schaltungen (nicht gezeigt) zwischen oder auf den Schichten zustande kommen.
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Das Verfahren der LIT kann verwendet werden, um zerstörungsfrei die seitlichen und tiefenmäßigen Positionen der Hotspots in dem DUT zu bestimmen. Die seitliche Position wird aus dem räumlichen IR-Bild erhalten, während die Tiefe des Hotspots unter Verwendung der resultierenden Phasenverschiebung bestimmt werden kann. Im Speziellen, wenn das angelegte Signal einen Strom in dem DUT erzeugt, erzeugt der Strom, der durch die Anomalitäten fließt, Hotspots, und die Wärme der Hotspots pflanzt sich zu der Oberfläche hin fort, wie durch die strich-punktierten Bögen um jeden Hotspot gezeigt ist. Es benötigt jedoch Zeit, damit der Hotspot an der Oberfläche erscheint, um durch die IR-Kamera abgebildet zu werden. Diese Zeitverzögerung zwischen der Ausleuchtungszeit und der Zeit, an der der Hotspot an der Oberfläche erscheint, ist die Phasenverschiebung, die verwendet wird, um die Tiefe des Hotspots zu bestimmen, wobei die Materialeigenschaften der verschiedenen Schichten berücksichtigt wird, durch die die Wärme sich fortpflanzen muss, um zu der Oberfläche zu gelangen.
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Für die 3D-Hotspot-Lokalisierung in dem Stapel der Schichten 1 bis 6 müssen sich thermische Wellen, die an der Hotspot-Position erzeugt werden, durch verschiedene Materialschichten fortpflanzen, beispielsweise Silizium, Vergusskomponente und dergleichen, die jeweils möglicherweise unterschiedliche Dicken und unterschiedliche Eigenschaften haben. Als Konsequenz ändert sich in Abhängigkeit von der Hotspot-Tiefenposition an unterschiedlichen Schichten des defekten DUT nicht nur der Abstand zu der Oberfläche des DUT sondern auch die thermische Diffusionslänge. Daher müssen thermische Wellen, die an Hotspots an tieferen Schichten in dem Stapel erzeugt werden, zusätzliche Materialschichten durchlaufen im Vergleich zu thermischen Wellen, die an Hotspots erzeugt werden, die nahe bei der oberen Oberfläche des DUT liegen. Verschiedene Ausführungsbeispiele, die unten beschrieben werden, nutzen diesen Charakter der Wärmeausbreitung, um es zu ermöglichen, dass zwei oder mehrere Hotspots aufgelöst werden, die optisch als ein einziger Hotspot erscheinen.
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Normalerweise sind optische Systeme durch ihre inhärente Auflösung eingeschränkt. Die Auflösung eines Systems basiert auf der minimalen Distanz r, mit der zwei Punkte als individuelle unterschieden werden können. Die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM = Full Width at Half Maximum) einer Punkt-Spreiz-Funktion wird oft verwendet, um die Auflösung des Systems zu definieren, die als r = 0,4 λ/NA angenähert werden kann, wobei λ die Wellenlänge und NA die numerische Apertur des Systems ist. Dadurch wird eine Auflösungsgrenze an die IR-Kamera zum Auflösen von zwei räumlich nahe beieinander liegenden Hotspots gelegt. Wie unten beschrieben wird, überwinden verschiedene Ausführungsbeispiele die Grenze der optischen Auflösung, indem die Wärmeausbreitung in dem DUT ausgenutzt wird.
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Die 3A bis 3C zeigen schematische Draufsichten oder IR-Bilder von Hotspots eines DUT, wobei das Auftreten der Hotspots von unterschiedlichen Lockin-Frequenzen abhängt. 3A zeigt den Fall einer Lockin-Frequenz in einem Niederfrequenzbereich, so dass die thermischen Wellen von allen Hotspots 1 bis 4 genügend Zeit haben, um an der oberen Oberfläche des DUT anzukommen und in dem IR-Bild sichtbar zu sein. 3B zeigt den Fall einer zweiten Lockin-Frequenz oberhalb der ersten Lockin-Frequenz von 3A. Als ein Ergebnis der höheren Frequenz der zweiten Lockin-Frequenz gab es nicht genügend Zeit, damit die Wärme von dem Hotspot 4 die Oberfläche erreicht, bevor der zweite Zyklus begann. Folglich zeigt sich der Hotspot 4 in dem IR-Bild nicht. 3C zeigt den Fall einer dritten Lockin-Frequenz, die höher ist als die zweite Lockin-Frequenz. In diesem Fall verschwinden auch die Hotspots 2 und 3 in dem IR-Bild, und nur der Hotspot 1 ist sichtbar, der sich nahe an der oberen Oberfläche des DUT befindet. Daher kann man durch Vergleich der IR-Bilder, die bei unterschiedlichen Anregungsfrequenzen aufgenommen wurden und durch Feststellen des Verschwindens von Hotspots mit steigenden Lockin-Frequenzen Informationen über die Tiefenbeziehung der Hotspots in dem gestapelten DUT erhalten. Die Sequenz des Verschwindens der Hotspots in Bezug auf die Lockin-Frequenzen kann durch die IR-Bilder selbst dokumentiert werden oder durch Anzeigen einer Sequenz des Verschwindens der Hotspots in Bezug auf die jeweiligen Lockin-Frequenzen.
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Das Verschwinden der Bilder der Hotspots auf der oberen Oberfläche des DUT ist definiert als der Zeitpunkt, an dem das Signal-Rausch-Verhältnis des thermischen Antwortsignals über einem vorgegebenen Referenzwert liegt.
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Die 4A bis 4D zeigen schematische Draufsichten von IR-Bildern eines anderen DUT mit zwei nahe beieinander liegenden Hotspots in einer der Vielzahl der Schichten, wobei jede Figur das Bild der Anregung mit unterschiedlichen Lockin-Frequenzen zeigt. 4A zeigt den Fall, wo wenigstens zwei Hotspots in seitlicher Distanz nahe beieinander liegen. Die zwei Hotspots überlappen sich zu einem einzigen oval-förmigen, thermischen Antwortsignal, welches bei einer ersten Lockin-Frequenz in einem niedrigen Bereich von Lockin-Frequenzen erhalten wird. Die räumliche Trennung der zwei Hotspot-Bilder liegt jenseits der optischen Auflösung des Systems, so dass es so aussieht, als wäre es von einem einzigen Hotspot erzeugt worden. 4B zeigt den Fall, wo eine zweite Lockin-Frequenz betrachtet wird, die höher als die erste Lockin-Frequenz ist und dazu führt, dass die seitliche Wellenfortpflanzung so gedämpft wird, dass die thermischen Antwortbilder der zwei Hotspots sich immer noch teilweise überlappen. Das heißt, dass die Wärme weniger Zeit hat, um sich seitlich auszubreiten, bevor das Bild erzeugt wird, so dass das resultierende Bild auf der Oberfläche nicht ein einziger „Blob” ist wie in 4A. Folglich kann man von diesem Bild von 4B wenigstens vermuten, dass es zwei Hotspots gibt, und man kann weitere Ermittlungen durchführen, wie in 4C gezeigt ist. 4C zeigt das IR-Bild, welches mit einer dritten Lockin-Frequenz erhalten wird, die höher ist als die zweite Lockin-Frequenz, was dazu führt, dass die seitliche Wellenausbreitung weiter gedämpft wird, was zu einer seitlichen Trennung der thermischen Antwortbilder führt. In 4D wird eine vierte Lockin-Frequenz betrachtet, die höher ist als die dritte Lockin-Frequenz von 3C. Daher wird die seitliche Wellenfortpflanzung weiter gedämpft, wodurch sich eine klare seitliche Trennung der thermischen Antwortsignale ergibt.
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Hotspot-Lokalisierung in vielschichtigem DUT
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In den Serien der Bilder der 4A–4D werden die Hotspots an der gleichen Tiefe in dem DUT erzeugt. Wenn jedoch die Hotspots 1 und 2 an unterschiedlichen Tiefenlagen in dem Stapel des DUT liegen, wird bei einer gewissen Frequenz einer der zwei Hotspots, die tiefer in dem DUT liegen, verschwinden. Dies tritt dann auf, wenn die Anregungs-Lockin-Frequenz eine so hohe Frequenz ist, dass die Wärmeausbreitung von dem tieferen Hotspot genügend Zeit hat, um sich zur Oberfläche auszubreiten, bevor das Bild genommen wird, während die Wärme von dem Hotspot, der näher an der Oberfläche liegt, genügend Zeit hat, um sich zu der Oberfläche auszubreiten. Wenn die Frequenz erhöht wird, erscheint daher an einem gewissen Punkt einer der Hotspots nicht an der oberen Oberfläche des DUT.
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Ein Beispiel einer Serie von Bildern, die erhalten werden, wenn die Hotspots an unterschiedlichen Tiefen liegen, ist in den 5A–5D gezeigt. 5A sieht ähnlich wie 4A aus, da die Frequenz niedrig ist und genügend Zeit vorhanden ist, damit sich die Wärme von beiden Hotspots vertikal und räumlich so ausdehnen kann, dass sie als nicht-auflösbarer, einziger Hotspot erscheinen. Wenn die Frequenz erhöht wird, beginnen die zwei Hotspots in 5B sich aufzulösen. Nach einem weiteren Anstieg in der Frequenz wird das Signal von dem Hotspot 2 reduziert, da er tiefer liegt als der Hotspot 1 und genügend Zeit hat, um sich vollständig zur Oberfläche fortzupflanzen. Tatsächlich verschwand der Hotspot 2 in 5D vollständig, während die Frequenz wiederum erhöht wurde. Unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens ist es daher möglich, zuerst festzustellen, dass zwei und nicht ein Hotspot vorhanden sind, und dass einer tiefer vergraben ist als der andere.
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Für die Hotspot-Lokalisierung in einem vielschichtigen DUT wird ein Verfahren bereitgestellt zum Lokalisieren der Hotspots in einem vielschichtigen Bauteil unter Test (DUT) unter Verwendung von Lockin-Thermographie (LIT), wobei einer Vielzahl von Hotspots von elektrischen Schaltungen in dem DUT an unterschiedlichen Tiefenschichten von einer unteren Schicht zu einer oberen Schicht vergraben sind, wobei das Verfahren umfasst das Anlegen von Testsignalen mit mehreren Frequenzen an die elektrischen Schaltungen des DUT zum Anregen der Hotspots; Abbilden einer oberen Oberfläche der oberen Schicht des DUT an zeitgesteuerten Intervallen, um IR-Bilder des DUT zu erhalten, während das Testsignal bei einer der Vielzahl von Frequenzen an die elektrischen Schaltungen angelegt ist, wobei die Bilder in Korrelation zu einer Fortpflanzung der Wärme von den Hotspots in dem DUT gehen; Bestimmen des thermischen Antwortsignals an zeitgesteuerten Intervallen von den Bildern, die von dem DUT genommen wurden, und Bestimmen von Änderungen in dem Aussehen der Hotspot-Bilder auf der oberen Oberfläche des DUT in Relation zu den Frequenzen der Testsignale.
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Wie oben erläutert wurde, resultieren höhere Lockin-Frequenzen in einer unzureichenden Zeit zwischen wiederholten Anregungssignalen, damit eine thermische Antwort sich zu oberen Oberfläche des DUT fortpflanzt. Daher gibt eine Bestimmung von Änderungen in dem Aussehen der Hotspot-Bilder eine Information an die Bedienungsperson, die für die weitere Überprüfung und Analyse des DUT nützlich ist. Beispielsweise kann die weitere Analyse auf Prioritätsermittlung beschränkt sein, wodurch Testzeit eingespart wird.
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Die Bestimmung von Änderungen in dem Aussehen der Hotspot-Bilder umfasst das Bestimmen des Zeitablaufs des Verschwindens von Hotspot-Bildern auf der Oberfläche des DUT, das Bestimmen einer Änderung eines oval-förmigen Hotspot-Bildes, das durch wenigstens zwei seitlich nahe beieinander liegende Hotspots erzeugt wurde in zwei separate Hotspot-Bilder und das Bestimmen einer Änderung eines oval-förmigen Hotspot-Bildes, das durch wenigstens zwei seitlich nahe beieinander liegende Hotspots erzeugt wurde, in ein separates Hotspot-Bild, das durch einen der zwei Hotspots erzeugt wurde.
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Die Änderungen in dem Aussehen der Bilder, die durch Hotspots in einem DUT auf der oberen Oberfläche des DUT verursacht werden, werden in Bezug auf die 3A bis 3C, 4A bis 4D und 5A bis 5D diskutiert, die auf den Monitor 20 (1) als Bilder der Hotspots auf der Oberfläche des DUT oder als Tabellen gezeigt sind, die den Zeitablauf des Verschwindens der Hotspot-Bilder auf der oberen Oberfläche des DUT in Relation zu den Frequenzen der Testsignale zeigen. Solche eine Anzeige ist möglich, weil die jeweiligen Daten in der Verarbeitungseinheit 18 oder, insbesondere in einem Speicher davon zwischengespeichert sind.
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Um Änderungen in dem Aussehen der Hotspot-Bilder zu bestimmen, wird ein Signal-Rausch-Verhältnis der detektierten thermischen Antwortsignale bestimmt, und die Beantwortung und das Vorhandensein eines Hotspots wird festgestellt, wenn das Signal-Rausch-Verhältnis des thermischen Antwortsignals oberhalb eines vorgegeben Referenzwertes liegt. Das für die Bestimmung verwendete Bild wird aus einer Serie von Bildern erzeugt, indem ein gemitteltes Bild kontinuierlich erzeugt wird. Nach diesem Verfahren wird ein Bild der Oberfläche des DUT, welches dem Ende eines vorherigen Zeitintervalls entspricht, mit einem Bild auf der Oberfläche des DUT gemittelt, welches am Ende eines nachfolgenden Zeitintervalls genommen wurde. Wenn mehr Bilder aufgenommen werden, werden die Bilder kontinuierlich aufsummiert und Schritt für Schritt gemittelt. Da das Antwortsignal das gleiche bleibt, wird das Rauschen über die Zeit hinweg durch den Mittelungsprozess gelöscht. Somit hat das resultierende Bild das am besten erzielbare Signal-zu-Rausch-Verhältnis, welches dazu verwendet wird, das Vorhandensein eines Hotspots festzustellen.
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Das Bild/die Bilder des/der Hotspots oder der Zeitablauf des Verschwindens der Hotspot-Bilder auf der oberen Oberfläche des DUT in Relation zu den Frequenzen des thermischen Antwortsignals werden angezeigt, um die Bedienungsperson dabei zu unterstützen, die weitere Analyse des DUT zu entscheiden. Beispielsweise können mehrere Bilder, die jeweils an unterschiedlichen Erregungsfrequenzen genommen wurden, gleichzeitig angezeigt werden, um es der Bedienungsperson zu ermöglichen, die Bilder zu vergleichen. Dies ist beispielhaft in 1 gezeigt, wobei mehrere Bilder gezeigt sind, die auf dem Monitor angezeigt werden.
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Das System von 1 kann verwendet werden, um Hotspots in einem viellagigen Bauteil unter Test (DUT) unter Verwendung von Lockin-Thermographie (LIT) zu lokalisieren, wobei mehrere Hotspots elektrischer Schaltungen in dem DUT an unterschiedlichen Tiefenschichten von einer unteren zu einer oberen Schicht vergraben sind, wobei das System eine Anregungsquelle, um Testsignale mit mehreren Frequenzen an die elektrischen Schaltungen des DUT anzulegen, um die mehreren Hotspots anzuregen, eine Infrarotkamera zur Abbildung einer oberen Oberfläche der oberen Schicht des DUT an Zeitintervallen, um IR-Bilder des DUT zu erhalten, während das Testsignal bei einer oder mehreren Frequenzen an die elektrischen Schaltungen angelegt werden, wobei die Bilder in Korrelation mit der Fortpflanzung der Wärme von den Hotspots in dem DUT stehen, und einen Prozessor, der konfiguriert ist, um Daten von der Infrarotkamera zu empfangen und die thermischen Bilder der Infrarotkamera zu verwenden, um das thermische Antwortsignal an zeitgesteuerten Intervallen von den von dem DUT genommenen Bildern zu detektieren, und um Änderungen in dem Aussehen der Hotspot-Bilder auf der oberen Oberfläche des DUT in Relation zu den Frequenzen der Testsignale zu bestimmen, umfasst. Es ist zu beachten, dass der Prozessor des Systems konfiguriert ist, um die vorstehenden Verfahren der Hotspot-Lokalisierung durchzuführen.
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Um die Resultate der Hotspot-Lokalisierung in einem vielschichtigen DUT weiter zu analysieren, kann eine weitere Hotspot-Lokalisierung in den vielschichtigen DUT durchgeführt werden, wie in CHRISTIAN SCHMID et al und
WO 2011/156527 A1 gezeigt ist, die eine Lehre geben, wie die Tiefenposition eines Defekts aus Frequenz-gegen-Phase-Verschiebungskurven abgeleitet werden kann.
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6 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, die ausgeführt werden können, um Anomalitäten in einem DUT nach einem Ausführungsbeispiel zu lokalisieren und aufzulösen. Das Verfahren von 6 ermöglicht die Auflösung von zwei oder mehreren Anomalitäten jenseits der optischen Auflösung der IR-Kamera. In dem Schritt 60 wird ein Testsignal an den DUT angelegt. Das Testsignal besteht aus einer Serie von Pulsen bei einer Frequenz fx. In dem Schritt 62 wird für jeden Impulszug der Impulse eine Serie von IR-Bildern des DUT aufgenommen. Jedes nachfolgende Bild in der Reihe ersetzt das vorherige Bild, so dass das System für jeden Puls das Bild mit dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) hält. Die Vielzahl der Bilder von all den Bildern des Impulszuges werden aufsummiert, um ein Bild mit bester S/N zu erhalten, wie durch Schritt 64 gezeigt ist. In dem Schritt 65 wird bestimmt, ob eine weitere Serie bei einer höheren Frequenz fx aufgenommen werden soll. Wenn ja, wird im Schritt 66 die Frequenz fx auf einen neuen Wert erhöht, und das Verfahren wird für den neuen Wert fx wiederholt Wenn im Schritt 65 festgestellt wird, dass keine weiteren Bilder erforderlich sind, fährt das Verfahren zu dem Schritt 68 weiter und Bilder mit maximalem S/N werden für alle Frequenzen verglichen. Wenn die Serie der Bilder, die von der niedrigsten Frequenz bis zur höchsten Frequenz gehen, zeigen, dass ein einziger Hotspot in zwei oder mehr Hotspots aufgetrennt wird, wird festgestellt, dass zwei oder mehrere Hotspots in enger Nachbarschaft auf der gleichen Tiefe in dem DUT vorhanden sind. Wenn die Serie der Bilder, die von der niedrigsten Frequenz zu der höchsten Frequenz zwei oder mehr Hotspots zeigen, und wenn, während das Bild zu einer höheren Frequenz übergeht, einer oder mehrere der Hotspots verschwinden, jedoch einer oder mehrere bestehen bleiben, wird festgestellt, dass ein oder mehrere Hotspot in naher Nachbarschaft, doch an unterschiedlichen Tiefen in dem DUT vorhanden sind.
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Im Hinblick auf das Vorstehende, umfassen Ausführungsbeispiele der Erfindung ein Verfahren zum lokalisieren und Auflösen einer Vielzahl von Hotspots in einem elektrischen Bauteil umfassend: Anlegen einer Vielzahl von Testsignalen an das elektrische Bauteil, wobei jedes Testsignal aus einem Impulszug bei einer ausgewählten Frequenz besteht, wobei jedes der Vielzahl der Testsignale unterschiedliche, ausgewählte Frequenzen hat; während der Beauftragung von jedem der Vielzahl der Testsignale Aufnehmen einer Vielzahl von Infrarot(IR)-Bildern; für jedes der Vielzahl der Testsignale Auswählen von wenigstens einer Vielzahl von Infrarot(IR)-Bildern als repräsentatives Bild, um dadurch eine Serie von repräsentativen Bildern zu erzeugen, die fortlaufend mit sich erhöhender, ausgewählter Frequenz angeordnet sind; und Analysieren von Änderungen in dem Aussehen von jedem der Hotspots in der Serie der repräsentativen Bilder zusammen mit dem Fortschreiten der Erhöhung der ausgewählten Frequenz, um dadurch Hotspots in dem elektrischen Bauteil zu lokalisieren und aufzulösen. Das Analysieren von Änderungen in dem Aussehen umfasst ein Bild eines einzigen Hotspots in einem Bild entsprechend einer ersten ausgewählten Frequenz und das Auftreten von zwei Hotspots in einem anderen Bild entsprechend einer zweiten ausgewählten Frequenz, die höher ist als die erste ausgewählte Frequenz, wodurch eine Vielzahl von Hotspots an ähnlichen Tiefen in dem elektrischen Bauteil angezeigt wird. Das Analysieren von Änderungen in dem Aussehen umfasst ein Bild einer Vielzahl von Hotspots in einem Bild entsprechend einer ersten ausgewählten Frequenz und das Auftreten als weniger Hotspots in einem anderen Bild entsprechend einer zweiten ausgewählten Frequenz, die höher ist als die erste ausgewählte Frequenz, wodurch eine Vielzahl von Hotspots an unterschiedlichen Tiefen in dem elektrischen Bauteil angezeigt wird. Der Impulszug kann ein Rechteck-Wellensignal umfassen, und das elektrische Bauteil kann eine integrierte Schaltung umfassen. Das Aufnehmen einer Vielzahl von Infrarot(IR)-Bildern kann das Bereitstellen eines Synchronsignals entsprechend der ausgewählten Frequenz umfassen. Jedes repräsentative Bild kann ein Bild mit dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis sein.
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Es ist zu beachten, dass die Verfahren und Techniken, die hier beschrieben wurden, nicht auf ein spezielles Gerät inhärent beziehen und durch eine beliebige, geeignete Kombination von Komponenten implementiert werden können. Ferner können verschiedene Arten von Mehrzweck-Bauteilen entsprechend der hier beschriebenen Techniken verwendet werden. Es kann sich auch als vorteilhaft herausstellen, spezielle Geräte zu konstruieren, um die hier beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Zusammenhang mit speziellen Beispielen beschrieben, die in allen Aspekten dafür gedacht sind, illustrativ statt einschränkend zu sein. Fachleute werden erkennen, dass viele unterschiedliche Kombinationen von Hardware, Software und Firmware geeignet sein werden, um die vorliegende Erfindung auszuführen. Darüber hinaus sind andere Implementierungen der Erfindung für den Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und im Ausführen der hier beschriebenen Erfindung erkennbar. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Schutzumfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben ist.
