下一代 MEMS 和微处理器的微热成像研究
实现先进微电子领域复杂 IC 和 MEMS 的高分辨率热分析
推进微型化：利用微热成像技术对下一代微电子和 MEMS 进行热优化
在开发新的微电子产品时，热优化变得更具挑战性和重要性。微机电系统 (MEMS) 在纳米技术中具有巨大的潜在应用，常见的例子包括手机中的位置识别，以及它们在安全气囊、数码相机和心脏起搏器中的应用。微机电系统 (MEMS) 技术也越来越多地用于小型化医疗诊断，为先进的医疗保健解决方案提供了新的可能性。小型化的推动不仅影响所需的系统解决方案，还影响传感器和控制元件的开发。随着复杂电子设备不断缩小而功率不断增加，有效的热管理变得越来越重要。
现代微处理器拥有密集集成电路和晶体管，面临着局部热点的挑战，这些热点会降低性能并缩短使用寿命。热验证在检测这些热点时特别困难，尤其是当它们嵌入多个金属层下方或倒装芯片封装中时。
微热成像技术可在微米级提供高精度热分析，提供有关复杂电子组件和元件温度分布的详细见解，确保最佳性能和可靠性。这些先进的热成像系统能够精确分析通电组件的温度分布，有效地识别和跟踪图像区域内的热点。随着微处理器技术的进步、性能的提高和芯片成本的降低，集成电路 (IC) 中的金属层、CMOS 器件和互连密度的数量不断增长。亚微米技术的这种趋势使缺陷定位变得复杂。红外显微镜在这一领域具有显著的优势，因为本征硅在其 1.1µm 带隙以外的波长下几乎透明。虽然掺杂剂会增加硅的吸收率，但这种影响只有在重掺杂的基板中才会变得显著，这使得红外显微镜成为分析复杂电子结构的有力工具。
传统上，高性能红外成像系统，特别是对 2 – 5µm 中红外范围敏感的系统，可以对这些关键区域的热辐射进行非侵入式实时成像。然而，它们有几个缺点，包括成本高、体积大、耗电更多，以及需要低温冷却系统，这增加了维护的复杂性。
经济实惠的高精度红外显微镜揭开微处理器热指纹的面纱
红外显微镜，尤其是配备 PI 640i 红外显微镜套件（2 倍放大倍数）等先进工具的红外显微镜，为需要对小型电子设备或 MEMS 进行详细热分析的工程师提供了精确的解决方案。这种红外成像系统允许研究和设计工程师可视化热变化并准确测量微小目标的温度，利用高分辨率探测器技术将红外热能聚焦到相机的传感器上。此功能可确保对最小的组件进行可靠且详细的热分析，使其成为微处理器、MEMS、微电子和封装系统无损故障分析的理想选择。
与价格高出几个数量级的冷却红外显微镜不同，2 倍放大倍数的 PI640i 显微镜可在 8-14µm 的长红外波长范围内工作。现代微测辐射热计无需冷却，可以检测此波长区域。这使工程师能够以少得多的预算获得红外成像技术。
高分辨率红外热像仪（例如 PI 640i）的视场为 5.4 mm x 4.0 mm，可检测小至 8 µm（IFOV）的目标的温度变化，这接近上述波长的衍射极限。结合低热噪声和 17 µm 的最佳像素间距尺寸，可满足仅 4 x 4 像素的小测量视场 (MFOV) 要求。PI 640i 在标准模式下支持 32 Hz 的帧速率，在高速子帧模式下支持 125 Hz 的帧速率，使工程师能够实时监控快速热过程。
这种先进的非接触式热分析系统可以可靠地检测和分析即使是最小的缺陷和热不一致，支持对现代微处理器、MEMS 和其他微型电子产品进行高分辨率测试和验证。
利用暗锁相热成像技术进行微电子领域的高级缺陷检测
PI640i 红外成像系统拥有较低的 NETD，因此对微小的温度变化非常敏感。锁定原理或锁定放大用于从嘈杂的背景中提取有用信号，特别是在将电压施加到被测设备 (DUT) 以显示其热特征的应用中。在某些情况下，会应用暗锁定热成像 (DLIT) 进行更精确的缺陷分析。使用 DLIT 时，DUT 连接到电源，并使用红外热像仪测量其热量排放，以通过表面温度分析检测局部质量较差的区域。
在 DLIT 中，将脉冲电压施加到 DUT，并捕获由此产生的温度调制。这种非破坏性成像技术对于识别和分析微电子设备中的电气缺陷特别有效。DLIT 通过在施加的电偏置下用周期性信号调制热源来运行，从而使红外热像仪能够检测到细微的温度振荡。
通过定期向样品中注入热量并观察受激表面的温度场，该方法可以同时实现加热和冷却曲线。这通常通过切换电源电压或使用正弦调制来实现，从而在每个激励脉冲之后显示局部冷却过程。这种方法可以检测地下结构，使其在功率半导体组装等应用中特别有价值。
DLIT 可以检测弱电流和精细的热细节，突出显示电气缺陷（例如电荷载体的过度复合）导致发热的区域。周期性调制增强了灵敏度和空间分辨率，能够检测到低于 NETD 阈值（低至微开尔文水平）的温度变化。这种能力使其成为识别最小热异常的重要工具。
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