Развитие миниатюризации: тепловая оптимизация для микроэлектроники и МЭМС следующего поколения с помощью микротермографии
Тепловая оптимизация в новых микроэлектронных устройствах становится всё сложнее и важнее.
В современных микроэлектронных устройствах, таких как телефоны и камеры, оптимизация температуры является критически важной задачей. Чем меньше устройство, тем сложнее отводить тепло и тем важнее делать это правильно.
Особое внимание – МЭМС (микроэлектромеханическим системам). МЭМС — это очень маленькие устройства, которые используются во многих современных технологиях, например:
- Определение положения в телефонах.
- Подушки безопасности в автомобилях.
- Цифровые камеры.
- Кардиостимуляторы.
Эти устройства обладают огромным потенциалом в области нанотехнологий, но из-за их размера и плотной компоновки отвод тепла от них является особенно сложной задачей.
МЭМС-технологии все чаще используются в миниатюрных медицинских устройствах для диагностики, открывая новые возможности в медицине.
Врачи могут использовать очень маленькие устройства для более точной и быстрой диагностики.
Миниатюризация требует новых решений:
- Уменьшение размеров устройств требует новых подходов к проектированию.
- Необходимо разрабатывать более компактные датчики и системы управления.
- Электроника становится всё меньше, но при этом требует больше энергии.
Управление температурой становится все более важной задачей, поскольку небольшие, но мощные устройства могут сильно нагреваться. Необходимо обеспечивать эффективный контроль температуры, чтобы устройства работали надежно и безопасно.
Современные микропроцессоры (которые входят в состав компьютеров и телефонов) очень мощные, но и очень сложные. В них на небольшом участке размещено огромное количество транзисторов, и это создаёт проблему перегрева.
Почему перегрев – это критично?
- Производительность снижается: процессор работает медленнее.
- Сокращается срок службы: процессор быстрее изнашивается и может выйти из строя.
Особенно трудно обнаружить «горячие точки» (места локального перегрева) в современных процессорах, потому что они:
- Часто находятся внутри, под несколькими слоями металла.
- Имеют сложную конструкцию (например, «перевёрнутые кристаллы»).
Из-за этого сложно точно определить, где именно происходит перегрев и как с ним бороться.
Микротермография: видеть тепло там, где другие не видят.
Микротермография — это технология, которая позволяет очень точно измерять температуру на очень маленьких участках (в микронах) электронных устройств.
Зачем это нужно?
Она дает подробную картину распределения тепла в сложных электронных компонентах, что позволяет: • Гарантировать оптимальную работу устройств. • Повысить их надежность. • Точно определить «горячие точки» (места перегрева), когда устройство работает.
Почему это так важно в современной электронике?
Современные микропроцессоры становятся все более сложными:
- Больше слоев металла.
- Больше транзисторов (КМОП).
- Больше соединений между компонентами.
Это усложняет поиск дефектов.
Инфракрасная микроскопия — решение проблемы.
Инфракрасная микроскопия имеет большое преимущество, поскольку кремний (основной материал микросхем) становится почти прозрачным для инфракрасного света с длиной волны более 1,1 микрометра.
Как это работает?
Инфракрасный свет проходит сквозь кремний, позволяя видеть, что происходит внутри микросхемы, и точно определять места перегрева. Даже если кремний содержит примеси, которые немного поглощают свет, это не мешает инфракрасной микроскопии работать эффективно. Инфракрасная микроскопия — мощный инструмент для анализа сложных электронных устройств, позволяющий находить дефекты и оптимизировать отвод тепла.
Традиционные инфракрасные системы: преимущества и недостатки.
Традиционные инфракрасные (ИК) системы, особенно те, которые работают в среднем инфракрасном диапазоне (от 2 до 5 микрометров), позволяют видеть тепловое излучение от критических областей электронных устройств в режиме реального времени. Это очень полезно для диагностики и анализа.
Недостатки таких систем:
- Высокая стоимость: эти системы дорогие.
- Большие размеры: они массивные и занимают много места.
- Высокое энергопотребление: они потребляют много электроэнергии.
- Криогенное охлаждение: для работы им требуются системы охлаждения (например, с использованием жидкого азота), что усложняет обслуживание.
Из-за этих недостатков использование таких систем может быть ограничено.
Доступная инфракрасная микроскопия позволяет детально изучить тепловое поведение микропроцессоров.
Для точного теплового анализа небольших электронных устройств и МЭМС (микроэлектромеханических систем) необходим подробный инструмент.
Инфракрасный микроскоп PI 640i с 2-кратным увеличением — отличное решение для этой задачи.
Что он делает?
- Позволяет инженерам видеть и точно измерять температуру на очень маленьких объектах.
- Использует технологию высокого разрешения для
- фокусировки теплового излучения на датчике камеры.
- Обеспечивает надежный и детальный тепловой анализ даже самых мелких компонентов.
Для чего он нужен?
- Неразрушающий анализ отказов микропроцессоров, МЭМС, микроэлектроники и упаковочных систем.
Преимущества PI 640i по сравнению с другими системами:
- Более доступная цена: в отличие от дорогих охлаждаемых инфракрасных микроскопов, PI 640i работает в длинноволновой инфракрасной области (от 8 до 14 мкм) и использует неохлаждаемые микроболометры.
- Высокое разрешение: поле зрения 5,4 мм x 4,0 мм и способность обнаруживать изменения температуры на объектах размером до 8 мкм.
- Быстрая работа: частота кадров 32 Гц в стандартном режиме или 125 Гц в режиме высокоскоростной съемки.
Эта система бесконтактного термического анализа позволяет надежно обнаруживать и анализировать даже самые мелкие дефекты и тепловые аномалии, что необходимо для точного тестирования и проверки современных микропроцессоров, МЭМС и других миниатюрных электронных устройств. Она обеспечивает визуализацию, необходимую для оптимизации разрабатываемого устройства.
Расширенное обнаружение дефектов в микроэлектронике с использованием возможностей термографии с темным захватом
Система инфракрасной визуализации PI640i может похвастаться низким значением NETD, что делает ее очень чувствительной к небольшим колебаниям температуры. Принцип синхронизации или усиления синхронизации используется для извлечения полезных сигналов из шумного фона, особенно в приложениях, где к тестируемому устройству подается напряжение для выявления его тепловой сигнатуры. При тестировании образец подключают к источнику питания, а его тепловыделение измеряется с помощью инфракрасной камеры для обнаружения локализованных областей низкого качества посредством анализа температуры поверхности.
Импульсное напряжение подается на образец, и полученные температурные модуляции фиксируются. Этот неразрушающий метод визуализации особенно эффективен для выявления и анализа электрических дефектов в микроэлектронных устройствах. Метод работает путем модуляции источников тепла периодическим сигналом под приложенным электрическим смещением, что позволяет инфракрасной камере обнаруживать незначительные температурные колебания.
Периодически импульсно подавая тепло в образец и наблюдая температурное поле поверхности, метод нацелен как на кривые нагрева, так и на кривые охлаждения. Обычно это достигается переключением напряжения питания или использованием синусоидальной модуляции, выявляя локализованные процессы охлаждения после каждого импульса. Такой подход позволяет обнаруживать подповерхностные структуры, что делает его особенно ценным в таких приложениях, как сборка силовых полупроводников.
Данный метод может обнаруживать слабые токи и тонкие тепловые детали, выделяя области, где электрические дефекты, такие как чрезмерная рекомбинация носителей заряда, вызывают генерацию тепла. Периодическая модуляция повышает как чувствительность, так и пространственное разрешение, позволяя обнаруживать изменения температуры ниже порога NETD, вплоть до уровней микрокельвина.
PI640i — это мощный инструмент для выявления дефектов в микроэлектронике. Благодаря своей чувствительности и импульсному методу она может обнаруживать даже самые мелкие и скрытые проблемы, которые могли бы пропустить другие камеры.
АО «Теккноу»
Санкт-Петербург, пр. Елизарова 31 к 2
8 (812)324 56 27