Способ теплового контроля качества объемных интегральных схем

Способ теплового контроля качества объемных интегральных схем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля качества объемных интегральных схем. Целью изобретения является повышение достоверности теплового контроля качества объема интегральных схем. Поставленная цель достигается путем сканирования верхней и нижней поверхностей интегральных схем в рабочем режиме, восстановления сигнала объемной термограммы и сравнения этого сигнала с эталонным . Восстановление значения сигнала объемной термограммы по измеренным значениям верхней и нижней поверхностей контролируемого изделия позволяет учесть взаимное влияние перегревов и недогревов элементов внутри объема изделия, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)с G 06 F 15/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР и Г д/ )Г,g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -::-.-:;"-.:-:„", К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4617305/24 (22) 06.12.88 (46) 07.09.91. Бюл. N 33 (71) Винницкий политехнический институт (72) В.С.Осадчук, Е.А.Паламарчук, B.Â,Ñòðoíñêèé и А.Г.Яровенко (53) 621.396(088.8) (56) Вавилов В.П,,Кайко В.Л. Тепловой контроль качества аналоговых и цифровых схем. — Дефектоскопия, 1984, ¹ 6, с,47 — 51, Авторское свидетельство СССР

¹ 382093, кл.G 06 F 15/46, 1972, (54) СПОСОБ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОБЪЕМНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ

СХЕМ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использованодля неразрушающего контроля качества обьемных интегральных схем (ИС).

Целью изобретения является повышение достоверности теплового контроля качества объемных ИС.

На чертеже приведена тепловая модель объемной интегральной схемы.

Поставленная цель достигается тем, что тепловой контроль качества объемных ИС осуществляется путем сравнения сигнала объемной термограммы (распределения температуры в объеме) контролируемой ИС с сигналом обьемной термограммы эталонной ИС.

Для получения сигнала объемной термограммы контролируемой ИС, кроме верхней, дополнительно сканируют ее нижнюю поверхность в рабочем режиме, измеряют

„, . Ы„„1675908 А1 (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля качества обьемных интегральных схем. Целью изобретения является повышение достоверности теплового контроля качества объема интегральных схем. Поставленная цель достигается путем сканирования верхней и нижней поверхностей интегральных схем в рабочем режиме, восстановления сигнала обьемной термограммы и сравнения этого сигнала с эталонным. Восстановление значения сигнала объемной термограммы по измеренным значениям верхней и нижней поверхностей контролируемого изделия позволяет учесть взаимное влияние перегревов и недогревов элеменгов внутри объема изделия, 1 ил, сигнал поверхностной термограммы (распределение температуры на этой поверхности) и по значениям сигналов поверхностных термограмм в точках верхней и нижней поверхностей ИС, число которых равно числу активных элементов, восстанавливают сигнал ее объемной термограммы.

Восстановление значения сигнала объемной термограммы по измеренным значениям сигналов термограмм верхней и нижней поверхностей контролируемого изделия позволяет учесть взаимное влияние перегревов и недогревов элементов, находящихся внутри объема.

Сигнал объемной ермограммы контролируемой ИС восстанавливают следующим образом.

Распределение температуры в объеме

ИС подчиняется уравнению Пуассона

1675908

В Т x,ó,л) В2 т (х,у,z) д т (х,у,7) Вх äó2 В.72

= — -у F, (х,у,z) 1 (1) и граничным условиям

a (2) — — h Т (х,у,z) =- О ; (3)

;.=o с в - -) + h Т (x,y,z) == О . (4)

z 7 где T(x, у, z) — температура в тачке с координатами (х, у, z) (чертеж); а

= -Т вЂ” относительный коэффициент теплообмена.

Функция F(x, у,;) EI (1) — плотность MQLLI,— ности тепловыделения, определяемая геометрическими размерами, расположением . и мощностями источников тепла Л

Г (х,у,z) =- „ „Ч q (х) ц((у) ql (z) (5)

Ч) где Vi = al pi д(— объем источника тепла с номером i;

9 (x), 9 (у), 9 (z) — кооРдинатные функции, принимающие значение 1 в области i-ro источника и значение О вне его.

Уравнения (1)-(4) решают с помощью метода интегральных преобразований

Фурье с конечными пределами, применяя ввиду их линейнас-;и принцип суперпазиции температурных полей. Полагая плх

T(n, m, k)= ) J J Т(х, y, z) coso о о плх

Х C0S Х()»kfz C0Sy»Z-I- h (Z Sin ó»Z|Х (х

X ОХ d))F Ог., (6) где T(n, m, k) — изображение температуры

T(x, y, z); у)г — положительные корни уравнения

))2 сщуА= (k=0,1,2, ...), (7)

2)yk h уравнение (1) переводится в пространство изображений Фурье. Для этого обе части уравнения (1) умножаются на ядро преобразования (6) и интегрируются по х от О до Ьх, по у от Ода (х, по z от О до f»

Ех СЪЕМz а. » а "" Сх" ((«г«co; (,„z «h(, о о /„г) « е„е,eÄ

"d«d II dz = — ) J J F(x,«I,z)соь — «

)с«1» ((«сzсоог„z+6P sin)„z) «

x J)(dhJd Z (8) Интегралы в левой части равенства (8) определяются

Интеграл в правой части (8) дает

С < (g4

J J F(x.q,.l-5","",. (g,Е...,К„г, e„e„e„, +hCzsin((«z)dxdIIdz=J J J 0 о(х)«

40 о о

«Ii;ig)1;(zI coo cos (((«3«cos((«z« х

+ h k z s) n ) «г) «d x d II d z = о« (3, 50 (12) 3; + и. („,,-.,. Е,Ь Ы. „.) dz =

55 ф

83;3),E Eg. х; (()(;

=к,-.z

eÄe,е, j

«соо cos I ()«Ezcosi(«z« о о а

)( (9)

Ь(.о 1 гй«113 (41 rlnmk) е, е,(.„, J J ) .) —,cos о соь (() дсоо) «г« о (> (10)

+hFzо ni «z)dxdgdz=-() т(о,m,x)

Е я

25 (11)

ЗО «hF sini«Z)dxdI)dz=-(z (n,m,k).

1675908

«со5 cos е () icos)(«2, +

«

+h5in)«z)sin)к — (n I ms<) 30 е-де д„о, Bmo — дельта функции Кронекера

1 п=0 д" 0 п 0 (1 m=0 = 0 0

Учитывая, что

35 (Т(0,0,01= () соо) 2 ° 00 оо

° . 3 ) О О ) 5 21 () О— о >

55((","),)кj;, nf.«, Е;"

nil X nihil p( хс05 gin (gоC05(g +

+ h S i A )(к 2; ) х 5 «««)«

3;

0Е;Е,Е, ((е ) ) 15„ i. о«15 о, 3

Р|о8 () 0050«2. + о

Таким образом, в пространстве изображений Фурье уравнение (1) имеет вид

Z (1 е + I «) к) T(n,m,!«1- к

И; и л Х;, nu()(; тиф

co5 в » „COS и () к -. х х

P3)

«о«о ()«cong«z;«ho A) «2;) «

3;

".@и () к

20 (n 1, m 1).

Формула обращения для преобразования (6) имеет вид

25 т(Х,«,Z)

n ° х «п оо м а««о«(» «««««1005 Есс«5 (f 005«хzqhs A)к z) .=-. (е., И., )Е.Е Е,СьЕ,.(ь"») e« " (1, + (1 о» (о,1 реп о

2k;3

Т(0,0,k)= — Q — () со5«г «

3;

«h sin)«2;) sin ) к °

Формула вычисления температуры в произвольной точке объема ИС имеет вид а

Т(«,о,z) = Tc+

9 ), 1„3 1о,(3

«() cos goz;«h отi(z )s A ) к —" а к(еоcosg z;«hsing, z,)«0 к оо" З о

ОО ( ((nz о) .— o!;i«; Е поМ; кьо (g cos)" г, +55,0)«кг)«

) 1Х

«s ng — со5 е (focosfкz«hs n)кz)+

ОО 1 52,-i0„0,, ((2), 01

3 оу тПеор, х,«со5 sin ()ocos)«2;+ оо, о о

Мо

+ 1 SinfоZ 152ПIIÎ вЂ” C05 Х (15) о с О

«() (05Е«z«hsin)кz)+ х

Ъ х оо е r

К 2 — ()„CO5) „2 +

Ке О К К

1, + h sin )«2;)«sin) « — ()хсоо «2 +

+hsing«Z)+ х

1=1 ГО=1 К =1 со5 Е со5 Е () „cos!(«z+hsin) «z) к х

" (l Ь",") (<, ) j

1675908 « ) ((Х, п(«0(; тп (((;

C 5 (> )" ) co5 к Х Н

1 к к (т1! Р, (((005(j5Å,»Ь5 0)кг,) К () к д 7 н 5(т) и co6 р ъ7((( $o ««(y4q:, ((1,.2 Е„) 45О ,и(«(, Г(с(((Я сов (in — — х

3; но(п У

)(ll o

p„9„

10 где Т, — температура окружающей среды; ус=2 I z h+(h +уо- ) Fz; (16)

+=2 tzh+(h ++ ) Rz;

Ряд (15).представляет собой быстросхо- 15 дящийся тригонометрический ряд, При вычислениях по формуле (15) количество членов ряда ограничивают числами N =-2", :M = 2, К - 2, где г, с!, е — целые числа, d выбираемые из требсваний точности вычис- 2г) лений. Такой выбор N, M, К позволяет использовать алгоритмы быстрого преобразования Фурье для расчета темпе. ратуры Т(х, у, z).

Геометрические размеры контролируемой ИС и ее активных элементов, значения коэффициентов теплопроводности материала ИС и коэффициентов теплоотдачи с ее поверхностей, количество активных элементов и координаты их центров ог(ределяются из конструкторской документации, Дискретные значения сигналов поверхностных термограмм подставляются в левую часть формулы (15), ограничиваясь конечным числом членов ряда в правой части (15). В результате получают систему линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных мощностей тепловыделения fi)i = 1, I) г с — 1 1,()о с1О

Г

Т(Хр,g)«„j()) = (С Ф,, -, р

9|, 1;

t(j(,005 i, Z » h 5 0 к С,) 510 ) „— »

ГХ а 45

+ н > )ц он о «« ((() о ( с)«

«(((Х, и ((о«,, кс05 (Sln ((кс00(5,»jj5jn««»z)y ех (17) (р = 1, 2, 3, . „Р) «7 I «(к„,),(, (к) = i; ° — к у,С„е„,,, "((«5j(oz,»(к5,Сг»;) 5jnf

4. (у, ), г„.(5,., г,), .

+ (() о о ь.

ill ((xqf со5 Е I

«5(п — 5(т) у — (у 05j0(î )(l(с05((,35»(к5jnj(0$,)+ т((((ф((к.

С05 е„

ЯТ кгк к. щ., ((еС)к 01

Р;ъ, б4 2Е„УО 2

К((005(Е,»h5lng сс)(005) "(00005((02j» h 5ini0 z,)к 5,0 к + г ), СС СК С + )(5 g - », ()кКС05«КС »

+ «К () К С-() 5((с (() К вЂ” +

q 2.

hi(Хр )(у "-"- 1(- . ) (;,I")

A ((кс055»2; »(j5j0i»Z ) x

Х 5(((йк

1675908

10

Т(х,«l,z) *

1.

+h66 («х)t —, " « 2 2

z (f«cos(«Z; «h «in(«Z) x

)- I

«sIn(« <() «cos )«Lz «hsIn )«(z) x

/Ъ« z«v

* 15

AlI Xq m Iz $q

cos «cos Z () zcos(q3 12 хх)Д) х

П х «.

AIl X; тяЪ ;, nllX, х — co5 с05 5IЙ х е„ е е„

«sIn («соь «2;+ ««Бю «Z,)õ

"3

3; х5)n (18) (1=1,2,З, „„О), где (хр, ур,о) — точка на верхней поверхности

ИС; (хя, уя, (у) точка на нижней поверхности

ИС, Так как число точек равно числу активных элементов в контролируемой ИС

P+Q=I, то система линейных алгебраических уравнений (17)-(18) имеет единственное решение .

Определив из (17) — (18) мощности, рассеиваемые каждым активным элементом контролируемой ИС, их значения подставляют в формулу (15). Ограничиваясь конечным числом членов ряда (15), определяют значение температуры в каждой точке обьема данной

ИС. Затем проводят сравнение сигнала объемной термограммы контролируемой ИС с эталонным сигналом, и с учетом установленных допусков определяют качество контролируемой объемной ИС.

Таким образом, предлагаемый способ теплового контроля качества объемных ИС позволяет выявить потенциально ненадежные объемные ИС, имеющие внутренние локальные недогревы и перегревы вследствие наличия в схеме скрытых дефектов.

Формула изобретения

Способ теплового контроля качества объемных интегральных схем, заключающийся в измерении сигнала поверхностной термограммы, полученного путем сканирования верхней грани контролируемой интегральной схемы в рабочем режиме, о т л ичающийсятем,что,сцелью повышения достоверности контроля, дополнительно измеряют сигнал поверхностной термограммы, полученный путем сканирования нижней грани KQHTpoëèðóåмой интегральной схемы в рабочем режиме, восстанавливают по сигналам поверхностных термограмм сигнал объемной термограммы контролируемой интегральной схемы согласно зависимости

n ° х ««««

ВЧх .cok)cos leos (1 „соЦ« z tz sin f x z)

„... „., р„,. )(в.: ) е,ю„е, (м,. (. „ ) e; )

2 2 где

81; п2яХ; (() и () к 4

l=1

ale Q, со5 (gxcos f zz;+h s>n f«z;) «

nп (Х,; т 2 (Э, 3< n >Z sng«х Р х Я х. 4 6 — размеры контролируемой интегральной схемы;

il — коэффициент теплопроводности материала;

h — относительный коэффициент теплообмена с окружающей средой;

1 — количество источников тепла; х), уь ZI — координаты центра (-го источника тепла; а),P, д(— размеры i-го источника тепла; д,о, д о — дельта-функции Кронекера; у — положительные корни уравнения: 2

cog y I 5 — „(3с = О, 1, 2,, );

"-Укй

fl — решение системы линейных алгебраических уравнений: т(х,5 0)

МиХр +is I)l«

М М К Т(Р2«2«««)«1С05 е «05 р

=Z ЕХ. " — ) ,...,. (k„,. (з... ) е„е„е, (I * Р) 12

1675908

Составитель В. Матюнин

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Редактор Г. Гербер

Заказ 3004 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Т(х,,,,L,) =

fv ф

ПК тЧ к Ьт (,, ) 005 со5 — — е„ e„ (8., )(8.„.1е„Е„Е, ((» ll .4+" уА,1

С ьЕ,+(" 1Е ) Р+О=I, T(xp, ур, О) и T(xq, yq, 1 ) — дискретные значения сигналов поверхностных термограмм соответственно верхней и нижней граней контролируемой интегральной схемы, и сравнивают восстановленный сигнал объемной термограммы контролируемой интег10 . ральной схемы с эталоном,