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显微红外热点定位测试系统发布时间:2018-08-09 09:19:56


显微红外热点定位测试系统


最好的检测设备是一线的测试工程师研发出来的!金鉴采用法国的ULIS多晶硅红外探测器,通过算法、芯片和图像传感技术的改进,打造高精智能化的测试体系,专为电子产品FA设计,价格相对国外同类产品800万大大降低。金鉴显微红外热点定位测试系统已演化到第三代:配备20um的微距镜,可用于观察芯片微米级别的红外热分布;通过强化系统软件算法处理,图像的分辨率高达5um,能看清金道与缺陷;热点锁定lock in功能,能够精准定位芯片微区缺陷;系统内置高低温数显精密控温平台与循环水冷装置校准各部位发射率,以达到精准测温度的目的;具备人工智能触发记录和大数据存储功能,适合电子行业相关的来料检验、研发检测和客诉处理,以达到企业节省20%的研发和品质支出的目的。


红外显微镜系统(Thermal Emission microscopy system),是半导体失效分析和缺陷定位的常用的三大手段之一(EMMI,THERMAL,OBIRCH),是通过接收故障点产生的热辐射异常来定位故障点(热点/Hot Spot)位置。


存在缺陷或性能不佳的半导体器件通常会表现出异常的局部功耗分布,最终会导致局部温度增高。金鉴显微热分布测试系统利用热点锁定技术,可准确而高效地确定这些关注区域的位置。热点锁定是一种动态红外热成像形式,通过改变电压提升特征分辨率和灵敏度,软件数据算法改善信噪比。在IC分析中, 可用来确定线路短路、 ESD缺陷、缺陷晶体管和二极管,以及器件闩锁。该测试技术是在自然周围环境下执行的,无需遮光箱。


金鉴显微红外热点定位测试系统优点:


高灵敏度的锁相热成像缺陷定位

配合电测,XRAY等对样品作无损分析
选配不同镜头,可分析封装芯片及裸芯片
对短路及漏电流等分析效果佳
0.03℃温度分辨率,20um定位分辨率,可探测uW级功耗
其他功能如真实温度测量,热的动态分析,热阻计算
相对于其他缺陷查找设备(EMMI,THERMAL,OBIRCH),价格可承受


与国外同类设备相比,金鉴显微红外热点定位测试系统优点显著:


金鉴显微红外热点定位测试系统 VS OBIRCH


OBIRCH广泛用于芯片级分析和中等短路电阻,但挑战性低于10欧姆
金鉴显微红外热点定位系统一般具有较高的成功率
金鉴显微红外热点定位系统可兼容大样品、微米级样品测试
金鉴显微红外热点定位系统热点锁定功能可以显着扩大覆盖范围,降低漏电阻
金鉴显微红外热点定位系统支持长期在线监测热点缺陷异常
金鉴显微红外热点定位系统测试依据:GB/T 28706-2012 无损检测 
金鉴显微红外热点定位系统可以对探测电源、芯片等短路漏电故障缺陷
热点锁定(lock in)功能:温度最高点定位聚焦过程只需要一秒



应用领域:

PCBA短路热点失效分析、IC器件缺陷定位、升温热分布动态采集、功率器件发热点探测、集成电路失效分析、无损失效分析、细微缺陷探测、热梯度。

金鉴显微红外热点定位测试系统特色功能:


1. 配备20um的微距镜,可用于观察芯片微米级别的红外热分布。

LED芯片是LED产业的最核心器件,芯片温度过高会严重影响LED产品质量; 但芯片及芯片内部的温度分布一直是检测难点;金鉴自研发的显微红外热点定位测试仪以及特殊配件可对LED芯片温度进行检测,通过对内部的温度分布分析,改善设计,提高LED产品质量。金线和正负电极的温度分布状况可以为研发人员提供布线设计依据,以及为芯片研发散热系统提供直观的芯片热分布数据。

芯片热分布图


2. 1TB超大视频录制支持老化测试等长期实时在线监测

金鉴显微红外热点定位测试系统的全辐射视频录像可以保存每一帧画面所有像素的温度数据支持逐帧分析热过程和变化,更容易发现和确认真实的温度值,以及需要进一步检查的位置。工程师可以利用显微红外热点定位测试系统记录灯具发热红外视频,分析出在不同的工作时间,灯具温度变化和温度分布情况,在此基础,达到分析评估LED灯具散热效果,寻找异常温度区域,定位关键失效点。

(1)手机可直接录制1000帧热像视频,没有电脑也能自动采集数据。
(2)自定义采样速率(最快5帧/秒)。


灯具温升变化图


灯珠芯片温升变化图


3.热灵敏度和分辨率高,便于分辨更小的温差和更小目标,提供更清晰的热像

专业测温,-20℃~650℃宽温度量程,测温误差±2℃或±2%。热灵敏度0.03℃,便于分辨更小的温差和更小目标,提供更清晰的热像。红外分辨率640x480,若使用算法改进的像素增强功能,可有4倍图像清晰度,画质提升为1280x960。


4.支持12个点,12个框和3条线的实时温度显示、分析功能,可导出时间温度曲线、三维温度图等测试数据。


时间温度曲线:     


三维温度图:                          


                        


5.手机触屏操作界面,简单易学,即开即用。


  


手机可直接录制1000帧热像全辐射视频;温变过程实时捕捉;没有PC也能自动采集数据。


6. 定制化的热像分析软件

金鉴软件具备强大的热像图片分析和报告功能,方便做各个维度的温度数据分析和图像效果处理。


7. 失效热点定位分析


设备相关技术参数:


案例一:金鉴显微红外热点定位系统查找芯片漏电点。

客户反馈在测试芯片抗静电能力测试后,LED芯片出现漏电现在,要求查找芯片漏电点。


测试原理:

在通电点亮的LED芯片后,金鉴显微红外热点定位系统对芯片表面进行热分布扫描,如果LED芯片存在缺陷点,缺陷处的温度将无法迅速通过金属线传导散开,此时,会导致缺陷处温度累计升高,并进一步引起金属线电阻以及电流变化,通过金鉴显微红外热点定位测试系统可在线观看到芯片的热分布异常,定位缺陷位置。该方法常用于LED芯片内部高阻抗及低阻抗分析,芯片漏电路径分析。


测试过程:

正向点亮漏电LED芯片,Vf偏高(左图)。反向测试芯片漏电流显示漏电流过大(右图)


    


金鉴工程师利用金鉴自研发显微热分布测试系统(型号:GMATG G3)对漏电芯片进行点亮测试。



测试结果:显微热分布测试结果显示:漏电芯片上热分布不均,存在异常漏电点。



存在缺陷或性能不佳的半导体器件通常会表现出异常的局部功耗分布,最终会导致局部温度增高。金鉴显微热分布系统,利用新型高分辨率微观缺陷定位技术,可在大范围内高效而准确地确定关注区域(异常点)位置。图示为在金鉴显微红外热点定位测试布设备下LED芯片漏电图:



在金鉴显微红外热点定位测试系统中,不同模式调色板下的芯片漏电图显示:



可见光与红外双重成像技术精确定位细微缺陷!



案例二:MOS芯片漏电失效分析——金鉴显微红外热点定位系统漏电点锁定

碳化硅器件的高压高频和高效率的优势,可以突破现有电动汽车电机设计上因器件性能而受到的限制,这是目前国内外电动汽车电机领域研发的重点。然而,由于其应用范围极为广泛,在使用中由功率MOSFET失效造成的系统故障数不胜数。可靠性是产品的重要指标,汽车工业的标准更为严格,这使SiC MOSFET可靠性问题成为亟待解决的重要问题。


本文以金鉴自研发的显微红外定位系统来定位漏电失效的SiC MOSFET芯片,并与OBIRCH对比定位效果,然后用FIB做定点截面切割,观察到金属化薄膜铝条被熔断。


案例分析

据客户反馈,应用于新能源汽车SiC MOSFET器件芯片部分出现电学失效现象:共16个器件,其中5个正常,11个失效。其中失效情况:芯片漏电,及部分芯片烧毁,送测样品图如下:

                                       


金鉴工程师随机抽取其中一个漏电失效MOS管器件芯片样品进行初步漏电失效分析。

金鉴工程师取失效器件5-4号样品进行光学显微镜下观察样品表面有开封残留封装胶颗粒,用酒精把芯片表面处理干净后通电测试热点分布。注:芯片表面的封装胶需清理干净,否则影响测试结果!


                 


在电源使用中,对MOS样品进行热点锁定测试,GMATG A3热点锁定功能发现芯片表面存在多处异常热点。



测试样品发射率,更精准测温:

利用恒温加热台加热到65℃,配合热电偶与金鉴显微红外热点定位测试软件得Mos芯片样品表面发射率为0.6。


调整芯片发射率后利用金鉴显微红外热点定位测试系统测得样品热点温度为70 ℃,图中A点温度为56 ℃。


利用金鉴GMATG G3可见光-热分布双视分析功能精确定位漏电失效热点:



测试原理:精密半导体器件存在缺陷异常或性能不佳的情况下,通常会表现出异常局部功耗分布,最终会导致局部温度升高。金鉴显微红外热点定位系统利用新型高分辨率微观缺陷定位技术进行热点锁定(lock in) ,可快速而准确地探测细微缺陷(异常点)位置。


对送测同样的Mos样品进行OBIRCH漏电点查找分析, OBIRCH漏电点定位后与金鉴显微红外热点锁定进行对照。我们发现金鉴的显微红外定位系统,与日本滨松800万的EMMI/OBIRCH在显示SiC芯片漏电点上的效果一样,但是价格却大大降低。




对热点进行FIB切割分析:

我们观察到此发热点金属化薄膜铝条被熔断。



案例三:

客户送测LED芯片,委托金鉴在指定电流条件下(30mA、60mA、90mA)进行芯片热分布测试。其中60mA为额定电流。


点亮条件:30mA、60mA、90mA
环境温度:20~25℃/40~60%RH



灯珠正常使用时,额定电流为60mA。金鉴通过显微热分布测试系统发现,该芯片在额定电流下工作,芯片存在发热不均匀的现象,其负极靠近芯片边缘位置温度比正电极周围高10度左右。建议改芯片电极设计做适当优化,以提高发光效率和产品稳定性。


该芯片不同电流下(30mA、60mA、90mA)都存在发热不均的现象,芯片正极区域温度明显高于负极区域温度。当芯片超电流(90mA)使用时,我们发现过多的电流并没有转变成为光能,而是转变成为热能。


案例四:

某灯具厂家把芯片封装成灯珠后,做成灯具,在使用一个月后出现个别灯珠死灯现象,委托金鉴查找原因。本案例,金鉴发现该灯具芯片有漏电、烧电极和掉电极的现象,通过自主研发的显微热分布测试仪发现芯片正负电极温差过大,再经过FIB对芯片正负电极切割发现正极Al层过厚和正极下缺乏二氧化硅阻挡层。显微热分布测试系统在本案例中,起到定位失效点的关键作用。


对漏电灯珠通电光学显微镜观察:

金鉴随机取1pc漏电灯珠进行化学开封,使用3V/50uA直流电通电测试,发现灯珠存在电流分布不均现象,负极一端处的亮度较高。


对漏电灯珠显微红外观察:

使用金鉴自主研发的显微热分布测试系统对同样漏电芯片表面温度进行测量,发现芯片正负电极温度差距很大,数据显示如图,负极电极温度为129.2℃,正极电极温度为82.0℃,电极两端温差>30℃。



死灯芯片负极金道FIB切割:

根据显微热分布测试系统仪的测试数据,金鉴工程师把芯片失效原因定位到芯片自身结构问题上,因此对死灯灯珠芯片靠近负极电极烧毁位置下方的金道做FIB切割,结果显示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射结构,铝(Al)层与第1层铬(Cr)层结合良好。芯片负极的铝层厚度约为100nm。



死灯芯片正极金道FIB切割:


金鉴工程师对死灯灯珠芯片正极金道做FIB切割,结果显示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射结构,金鉴发现: 

1.Cr-Al-Cr-Pt层呈现波浪形貌,尤其ITO层呈现波浪形貌,ITO层熔点较低,正极在高温下,芯片正极ITO-Cr-Al-Cr-Pt层很容易融化脱落,这也是金鉴观察到前面部分芯片正极脱落的原因。

2.芯片正极的铝层厚度约为251nm,明显比负极100nm要厚,而负极和正极Cr-Al-Cr-Pt-Au是同时的蒸镀溅射工艺,厚度应该一致。
3.在芯片正极金道ITO层下,我们没有发现二氧化硅阻挡层。而没有阻挡层恰好导致了正负电极分布电流不均,电极温差大,造成本案的失效真因。



案例五:委托单位送测LED灯珠样品,要求使用显微热分布测试系统观察灯珠在不同电流下表面温度的变化情况。


对大尺寸的倒装芯片进行观察:

开始时样品电流为1A,此时芯片表面温度约134℃;一段时间后,电流降低到800mA,温度在切换电流后的2s内,温度下降到125℃,随后逐渐下降到115℃达到稳定;紧接着再把电流降低到500mA,10s后,温度从115℃下降到91℃。



对小尺寸的倒装芯片进行观察:

样品在300mA下稳定时,芯片表面温度约为68℃;电流增加到500mA,10s后温度上升到99℃;随后把电流降低到200mA,13s后温度下降到57℃,此时把电流增加到400mA,芯片表面温度逐渐上升,在20s后温度达到稳定,此时温度约为83℃;最后把电流降低到100mA后,温度逐渐下降。



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