Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A termikus tesztelés Székely Vladimír.

Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A termikus tesztelés Székely Vladimír."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke http://www.eet.bme.hu A termikus tesztelés Székely Vladimír

2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 2 Alapfogalmak. A termikus ellenállás (hőellenállás) W/m 2 A/m 2 Hőáram: Hőmérséklet különbség

3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 3 Alapfogalmak. A termikus ellenállás (hőellenállás) Nemlineáris viselkedés W/m 2 K/W Si = 150 W/mK

4 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 4 Alapfogalmak. Áramlás és hősugárzás h hőátadási tényező W/m 2 K e emisszivitás 0  e  1 Planck törvény  =5.67  10 -8 W/m 2 K 4 Stefan-Boltzmann constant Stefan-Boltzmann törvény

5 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 5 Alapfogalmak. Hőkapacitás, termikus impedancia Z th (  ) vagy Z th (s). Ws/K c v térfogat-egységre von. hőkapacitás Ws/m 3 K Ws

6 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 6 Alapfogalmak. Impulzus hőellenállás

7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 7 A hőellenállás mérése Hogyan biztosítjuk/mérjük a disszipációt ? Hogyan mérjük a “junction” hőmérsékletét? Milyen peremfeltételeket biztosítunk? Külső és belső hőellenállás

8 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 8 A hőellenállás mérése Junction hőmérséklet mérése - általában nyitott pn átmenettel

9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 9 A hőellenállás mérése - peremfeltételek Mérés nyugvó levegőben “still air chamber”

10 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 10 A hőellenállás mérése - peremfeltételek Mérés szélcsatornában

11 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 11 A hőellenállás mérése - peremfeltételek A cold plate (hideglap)

12 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 12 A hőellenállás mérése

13 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 13 A hőellenállás mérése - peremfeltételek “submerged double-jet impingement”

14 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 14 Termikus teszt chipek

15 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 15 6x6 mm 9x9 cella mátrix szabványnak megfelel cca 10000 tranzisztor Termikus teszt chipek

16 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 16 DCP (Dual Cold Plate) mérés: Passive layers realizing different BCs Applying a set of different BCs to validate the detailed model to generate BC independent compact model A hőellenállás mérése - peremfeltételek

17 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 17 A termikus tranziens mérés A mérés elve

18 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 18 A tranziens mérés kiértékelése Az időállandó spektrum

19 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 19 Ez konvolúciós egyenlet az ismeretlen R(z) időállandó spektrumra Megoldási módszerek: Dekonvolúció a Fourier térben Iterativ dekonvolúció (Bayes iteráció) A tranziens mérés kiértékelése

20 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 20 Termikus tranziens mérés Egy jellegzetes válaszfüggvény

21 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 21 Termikus tranziens mérés A berendezés felépítése

22 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 22 Egy processzor-tok termikus mérése

23 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 23 Termikus tranziens mérés - a struktúrafüggvény

24 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 24 Termikus tranziens mérés - Foster és Cauer modell τ 1 τ 2 τ 3 τ 4 RC kétpólus Foster helyettesítőképe Az ekvivalens Cauer helyettesítőkép

25 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 25 Termikus tranziens mérés - egy mért struktúrafüggvény

26 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 26 A struktúra függvény Chip 9.5  10  0.47 mm  0.0746 Ws/K Al2O3 a chip alatt 10  10  1.3 mm  0.5 Ws/K A teljes tok 11 Ws/K A geometriai méretekből számolva R th C th

27 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 27 A differenciális struktúra függvény A tok teljes tömege R thjc R thca

28 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 28 A differenciális struktúra függvény Al2O3 layer a chip alatt A chip

29 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 29 A tok és a hűtőszerelvény közötti átmeneti hőellenállás mérése Négy esetet vizsgáltunk: 1 Közvetlenül felcsavarozva, hővezető pasztával 2 Közvetlenül felcsavarozva, paszta nélkül 3 Csillámlemez közbetéttel, csavar erősen meghúzva 4 Csillámlemez közbetéttel, csavar közepesen meghúzva

30 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 30 A tranziens válaszfüggvények: A tok és a hűtőszerelvény közötti átmeneti hőellenállás mérése

31 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 31 A struktúrafüggvények: A tok és a hűtőszerelvény közötti átmeneti hőellenállás mérése

32 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 32 Infravörös termográfia (termovízió) e emisszivitás 0  e  1 Planck törvény A fekete test sugárzás Látható fény: = 0,35 - 0,75  m Wien törvény

33 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 33 Infravörös termográfia Az egy-érzékelős kamera felépítése

34 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 34 Infravörös termográfia A detektorok Termikus detektorok Kvantumdetektorok fotokonduktív fotovoltaikus (fotodióda, fototranzisztor) Pl. InSb W g =0,17 eV, = 7  m = 3-5,5  m (77 K !) HgCdTe = 2-14  m (77 K !)

35 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 35 Infravörös termográfia Az optikai elemek

36 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 36 Infravörös termográfia Az optikai elemek

37 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 37 Infravörös termográfia Az optikai elemek

38 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 38 Infravörös termográfia Hamis színes képek

39 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 39 Infravörös termográfia IR kamerával felvett “hideg” kép Kompozit kép

40 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 40 Folyadék kristályos hőtérképezés Nematikus-izotrop átmenet Anyag összetételtől függően, például T t = 40 o C

41 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 41 Folyadék kristályos hőtérképezés

42 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 42 Folyadék kristályos hőtérképezés

43 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 43 Folyadék kristályos hőtérképezés

44 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke BME-VIK MSc villamosmérnöki szak Minőségbiztosítás a mikroelektronikában – Termikus tesztelés 2009 március 44 Hőtérképezés pásztázó hőmérővel