Устройство для измерения тепловых характеристик структур полупроводниковых приборов

(191 (1) 11 Н 01 Е, 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕПЬСТВ АВТОРСКОМУ и о с те ный столи бгдрдения, тем, что, измерения пассивных риенко,ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССпО делАм изОБРетений и ОтнРыти(56) 1. Афонов В.Л. и Федотов А. Испытание и исследование полупроводниковых приборов. М., "Высшая школа",1975.2. Иванов А.А., Исаев Э.П. ИК-мироскоп для контроля тепловых полеймикросхем.Сб. "Электронная техника"серия 8, вып.11(29 ), М 1974, с.94,(54 )(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУКТУР ПОЛПРОВОдНИКОВЫХ ПРИВОРОВ, содержащееИК-объектив, приемник ЙК-излучения,модулятор, блок усиления, координат к окуляр визуальногт л и ч а ю щ е ецелью количественногопловых сопротивлениймногослойных структур,оно дополнительно содержит лазер соптической системой, Фильтр для отсечения длины волны лазерного излучения, термостат и теплоотвод, стермодатчиками, причем ось лазерного излучения совмещена с осью ИКобъектива, приемник ИК-излученияи измеряемый объект размещеныв двойных фокусных расстоянияхИК-объектива, термостат соединенс теплоотводом и корпусом ИК-объектива, а Фильтр для отсечения длиныволны лазерного излучения установлен между модулятором и приемникомИК-излучения,Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения тепловыххарактеристик полупроводниковыхпр иборов,В настоящее время одним иэ основных видов брака при производстве мощных ВЧ и СВЧ полупроводниковыхприборов является тепловой пробой,Причиной теплового пробоя могртбыть как дефекты полупроводийковых 10структур, так и повышенное тепловоесопротивление корпуса,В процессе изготовления приборовнеоднократно производится контрольактивных полупроводниковых структуркристаллов с -и переходами по раз"личным параметрам, в том числе итепловым.Известно устройство для измерениятепловых сопротивлений полупроводниковых приборов 1, состоящее иэтеплоотвода с регулируемой температурой, генератора постоянного тока,источника напряжения и прибора дляизмерения электрического температурноэависимого параметра.Устройство не позволяет количественно измерять тепловые сопротивления пассивных элементов, т.е. корпусов полупроводниковых приборов безактивных структур.Известно также устройство для измерения тепловых характеристик структур полупроводниковых приборов-инФракрасный микроскоп для контроля. тепловых полей микросхем 2), состоящийиэ ИК"объектива, приемника ИК-излучения, модулятора, блока усиления,координатного столика и окуляра визуального наблюдения.Оптическая система ИК-микроскопа 40состоит иэ радиометрического канала,канала визуального наблюдения и канала подсветки. Исследуемая микросхема помещается на двухкоординатномстоле с программным управлением. 45На нее подается рабочее напряжениеи путем сканирования стола по заданной программе приемником ИК-излученияизмеряется температура в различныхточках поверхности микросхемы. На 50ИК-микроскопе нельзя количественноизмерять тепловые сопротивления пассивных .многослойных структур.Целью изобретения является обеспечение количественного измерения тепловых сопротивлений пассивных многослойных структур, в частности, корпусов полупрдводниковых приборов.Поставленная цель достигается тем,что в известное устройство для измерения тепловых характеристик структур 0полупроводниковых приборов, содержащее ИК-объектив, приемник ЙК-излучения, модулятор, блок усиления,координатный столик и окуляр визуального наблюдения, дополнительно введен 65 лазер с оптической системой, фильтр для отсечения длины волны лазерного излучения, термостат и теплоотвод с термодатчиками, причем ось лазерного излучения совмещена с осью ИК- объектива, приемник ИК-излучения и из. меряемый объект помещены в двойных фокусных расстояниях ИК-объектива термостат соединен с теплоотводом и корпусом ИК-объектива, а фильтр для отсечения длины волны лазерного излучения установлен между модулятором и приемником ИК-излучения.Введение в устройство лазера с оптической системой позволяет бесконтактно нагревать поверхность пассивных многослойных структур сфокусированным излучением, что необходимо для измерения их тепловых сопротивлений ( Рт).Совмещение оси лазерного излучения с оптической осью ИК-обЪектива позволяет юстировать обе системы по видимому излучению, что существенно повышает точность при количественном измерении тепловых сопротивлений.Расположение приемника ИК-излучения и измеряемого объекта в двойных фокусных расстояниях ИК-объектива позволяет измерять температуру с маленького пятна, равного рабочей плошал ке прненика ИК-излучения, в центре источника тепла, т,е, температуру, близкую к максимальной (Т), что повышает абсолютную величину теплового сопротивления и точность при ее количественном измерении.Подсоединение термостата к теплоотводу и корпусу ИК-объектива позволяет поддерживать постоянным температурный фон в процессе иэмеренйй и повышает точность при количественном измерении тепловых сопротивлений.Введение фильтра для отсечения длины волны лазерного излучения позволяет проводить измерения тепловых сопротивлений в установившемся режиме, а установка фильтра между модуля тором и приемником ИК-излучения позволяет устранить влияние ИК-излучения от фильтра, при его нагреве отраженным излучением, так как приемник ИК-излучения не реагирует на постоянный не модулированный сигнал, все это позволяет получить высокую точность при количественном измерении тепловых сопротивлений.Введение теплоотвода с термадатчиками позволяет измерять как температуру теплоотвода (Тп ) вблизи контакта с измеряемым объектом, так и проходя.- щую через объект мощность Р , что необходимо для количественного опре деления тепловых сопротивлений:701414 Составитель В. ГусеваРедактор Н. Аристова Техред Т.фанта Корректор В. Бутяга Заказ 6585/3 Тираж 701 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 При этом измеряется тепловое сопро.тивление пассивной многослойнойструктуры от верхней поверхностидо нижней поверхности, прилегающейк теплоотводу, и контактное сопротивление структура - теплоотвод,Введение отмеченных признаковпозволило количественно измерятьтепловые сопротивления пассивныхмногослойных структур с точностью+ ЭЪ.Принципиальная схема устройствапоказана на чертеже.Устройство состоит из твердотель-ного лазера (ОКГ ) непрерывного действия 1 с длиной волны излучения1,06 мкм и мощностью излучениядо 60 Вт; оптической системы 2,предназначенной для фокусировкиизлучения ОКГ и для наблюденияувеличенного изображения объектас целью его точной ориентации поотношению к лучу ОКГ, теплоотвода.3 с термодатчиками-термопарой вблизиповерхности контакта с объектоми дифференциальной термопарой,трехкоординатного столика 4, предназначенного для выставления поверхности объекта в фокус излученияОКГ, совпадающую с плоскостью резкого видения оптической системы2, ИК-объектива 5, выполненногоиз двух концентрично расположенныхсферических зеркал и плоского зеркала для поворота луча ОКГ;.приемни.ка ИК-излучения 6, в качестве которого используется фотодиод на антимониде индия; модулятора 7, модулирующего постоянный сигнал ЙК-излучения на частоту 1000 Гц; фильтра 8для отсечения длины волны лазерногоизлучения, выполненного иэ высокоом 1 ного германия; блока 9 усиления ипреобразования электрического сигна.ла; термостата 10, обеспечивающегопостоянство температур теплоотводаи корпуса ИК-объектива.5 Измеряемая пассивная многослойная структура, например корпус мощного полупроводникового прибора,устанавливается на теплоотвод Э иперемещениями столика 4 выставляет ся вперекрестке сетки окуляра оптической системы 2. Плоскость фокусировки ОКГ конструктивно совмещенас плоскостью резкого видения окуляра. ИК-излучение от нагретой лазе ром поверхности объектива проходитчерез ИК-объектив 5, модулируетсяи попадает на рабочую площадку прием.ника ИК-излучения 6При этом отраженное от объекта излучение лазеразадерживается фильтром 8. От приемника 6 сигнал подается на блок усиления 9. Термодатчики, находящиесяв теплоотводе, фиксируют температурутеплоотвода вблизи контакта с измеряиым объектом и мощность, прошедшуючерез объект, в установившемся режимеУстройство для измерения тепловых характеристик структур полупроводниковых приборов может быть использовано как в лабораторных условияхдля анализа. тепловых характеристикпассивных многослойных структур,например корпусов полупроводниковыхприборов, при их разработке, так и 35 в условиях серийного производства,для отбраковки корпусов с завышеннымтепловым сопротивлением до золочениякорпуса и до монтажа иа него ак"тивного элемента - кристалла полу проводника с Р -и переходами.