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紅外熱成像失效定位:鎖相熱成像技術(shù)解析

  • 2025-04-09 11:17:00
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在現(xiàn)代電子制造和半導體失效分析中,紅外熱成像技術(shù)作為一種非接觸式、高靈敏度的檢測手段,正逐漸成為定位微小熱點(如短路、漏電等)的關(guān)鍵工具。本文將深入探討鎖相熱成像技術(shù)的原理、應(yīng)用流程及其在定位0.1mm2級別短路熱點中的優(yōu)勢。

 

 一、技術(shù)原理

鎖相熱成像(Lock-in Thermography, LIT)是一種動態(tài)紅外熱成像形式,通過周期性調(diào)制熱源,對待測物體進行周期加熱。若待測物體內(nèi)部存在缺陷,該缺陷對其上方表面溫度分布會產(chǎn)生周期性的影響,從而產(chǎn)生幅值差和相位差的熱特征。這些特征通過紅外熱像儀捕獲,并通過鎖相技術(shù)將微弱的有用信號從眾多干擾信號中分離出來,大幅提高檢測的靈敏度。

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 二、應(yīng)用流程

 (一)樣品準備

確保樣品表面清潔、無污染,避免表面污染導致偽影。對于封裝器件,無需開封即可進行檢測。

 

 (二)參數(shù)設(shè)置

1. 調(diào)制頻率選擇:根據(jù)樣品的熱特性選擇合適的調(diào)制頻率,通常在1Hz至100Hz之間。

2. 激勵功率設(shè)置:調(diào)整激勵功率,確保樣品表面溫度變化在可檢測范圍內(nèi)。

3. 積分時間設(shè)置:設(shè)置合適的積分時間,以提高信噪比。

 

 (三)掃描與成像

1. 周期性加熱:通過周期性調(diào)制熱源,使樣品表面產(chǎn)生周期性熱變化。

2. 紅外成像:使用高靈敏度的紅外相機捕獲樣品表面的熱輻射信號。

3. 數(shù)據(jù)采集:采集熱圖序列,記錄樣品表面的溫度分布變化。

 

 (四)數(shù)據(jù)處理與分析

1. 鎖相分析:通過鎖相技術(shù)分離微弱的有用信號,提取缺陷的熱特征。

2. 熱點定位:根據(jù)熱幅值分布圖和相位圖,精確定位短路熱點。

3. 深度分析:利用相位信息判斷熱點所在的深度,輔助失效分析。

 

 三、技術(shù)優(yōu)勢

 (一)高靈敏度

鎖相熱成像技術(shù)能夠檢測到極微小的熱信號,其靈敏度比傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱成像方法高二至三個數(shù)量級,可檢測低至uA級漏電流或微短路缺陷。

 

 (二)非接觸式檢測

在不破壞樣品的情況下實現(xiàn)精準成像,適用于各種封裝狀態(tài)的樣品,包括未開封的芯片和PCBA。

 

 (三)三維可視化

通過相位信息實現(xiàn)微米級深度定位功能,能夠全方位無盲區(qū)再現(xiàn)被測物內(nèi)部構(gòu)造。

 

 (四)快速定位

相比其他檢測技術(shù),鎖相熱成像技術(shù)能夠在短時間內(nèi)快速定位熱點,縮短失效分析時間。

 

 四、應(yīng)用案例

 (一)低阻漏電定位

在某型號功分器的老化試驗后,通過鎖相熱成像技術(shù)成功定位了低阻漏電缺陷。與傳統(tǒng)激光掃描顯微鏡(OBIRCH)相比,鎖相熱成像結(jié)果更為直觀精確。

 (二)封裝漏電定位

某芯片經(jīng)高溫蒸煮可靠性試驗后出現(xiàn)漏電問題,通過鎖相熱成像技術(shù)精確定位了漏電通道,并通過成分檢查確認了缺陷位置。

 


鎖相熱成像技術(shù)通過周期性調(diào)制熱源和鎖相技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)0.1mm2級別短路熱點的高精度定位。其高靈敏度、非接觸式檢測和三維可視化的優(yōu)勢,使其成為現(xiàn)代電子制造和半導體失效分析中不可或缺的工具。通過優(yōu)化參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)處理流程,可以進一步提升檢測效率和定位精度,為電子產(chǎn)品的高性能和可靠性提供保障。