半導(dǎo)體熱紅外顯微鏡原理

來源: 發(fā)布時(shí)間:2025-07-14

除了熱輻射,電子設(shè)備在出現(xiàn)故障或異常時(shí),還可能伴隨微弱的光發(fā)射增強(qiáng)。熱紅外顯微鏡搭載高靈敏度的光學(xué)探測器,如光電倍增管(PMT)或電荷耦合器件(CCD),能夠有效捕捉這些低強(qiáng)度的光信號。這類光發(fā)射通常源自電子在半導(dǎo)體材料中發(fā)生的能級躍遷、載流子復(fù)合或其他物理過程。通過對光發(fā)射信號的成像和分析,熱紅外顯微鏡不僅能夠進(jìn)一步驗(yàn)證熱點(diǎn)區(qū)域的存在,還可輔助判斷異常的具體機(jī)制,為故障定位和性能評估提供更精確的信息。熱紅外顯微鏡采用先進(jìn)的探測器,實(shí)現(xiàn)對微小熱量變化的快速響應(yīng) 。半導(dǎo)體熱紅外顯微鏡原理

半導(dǎo)體熱紅外顯微鏡原理,熱紅外顯微鏡

熱紅外顯微鏡是半導(dǎo)體失效分析與缺陷定位的三大主流手段之一(EMMI、THERMAL、OBIRCH),通過捕捉故障點(diǎn)產(chǎn)生的異常熱輻射,實(shí)現(xiàn)精細(xì)定位。存在缺陷或性能退化的器件通常表現(xiàn)為局部功耗異常,導(dǎo)致微區(qū)溫度升高。顯微熱分布測試系統(tǒng)結(jié)合熱點(diǎn)鎖定技術(shù),能夠高效識別這些區(qū)域。熱點(diǎn)鎖定是一種動態(tài)紅外熱成像方法,通過調(diào)節(jié)電壓提升分辨率與靈敏度,并借助算法優(yōu)化信噪比。在集成電路(IC)分析中,該技術(shù)廣泛應(yīng)用于定位短路、ESD損傷、缺陷晶體管、二極管失效及閂鎖問題等關(guān)鍵故障。 自銷熱紅外顯微鏡備件熱紅外顯微鏡在 3D 封裝檢測中,通過熱傳導(dǎo)分析確定內(nèi)部失效層 。

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在失效分析的有損分析中,打開封裝是常見操作,通常有三種方法。全剝離法會將集成電路完全損壞,留下完整的芯片內(nèi)部電路。但這種方法會破壞內(nèi)部電路和引線,導(dǎo)致無法進(jìn)行電動態(tài)分析,適用于需觀察內(nèi)部電路靜態(tài)結(jié)構(gòu)的場景。局部去除法通過特定手段去除部分封裝,優(yōu)點(diǎn)是開封過程不會損壞內(nèi)部電路和引線,開封后仍可進(jìn)行電動態(tài)分析,能為失效分析提供更豐富的動態(tài)數(shù)據(jù)。自動法則是利用硫酸噴射實(shí)現(xiàn)局部去除,自動化操作可提高效率和精度,不過同樣屬于破壞性處理,會對樣品造成一定程度的損傷。


熱紅外顯微鏡(Thermal EMMI )技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的故障精細(xì)定位,更在性能評估、熱管理優(yōu)化及可靠性分析等領(lǐng)域展現(xiàn)獨(dú)特價(jià)值。通過高分辨率熱成像捕捉設(shè)備熱點(diǎn)分布圖譜,工程師能深度解析器件熱傳導(dǎo)特性,以此為依據(jù)優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),有效提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性與使用壽命。此外,該技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測線路功耗分布與異常發(fā)熱區(qū)域,建立動態(tài)熱特征數(shù)據(jù)庫,為線路故障的早期預(yù)警與預(yù)防性維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐,從根本上去降低潛在失效風(fēng)險(xiǎn)。半導(dǎo)體芯片內(nèi)部缺陷定位是工藝優(yōu)化與失效分析的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

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在電子領(lǐng)域,所有器件都會在不同程度上產(chǎn)生熱量。器件散發(fā)一定熱量屬于正常現(xiàn)象,但某些類型的缺陷會增加功耗,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱量上升。

在失效分析中,這種額外的熱量能夠?yàn)槎ㄎ蝗毕荼旧硖峁┯杏镁€索。熱紅外顯微鏡可以借助內(nèi)置攝像系統(tǒng)來測量可見光或近紅外光的實(shí)用技術(shù)。該相機(jī)對波長在3至10微米范圍內(nèi)的光子十分敏感,而這些波長與熱量相對應(yīng),因此相機(jī)獲取的圖像可轉(zhuǎn)化為被測器件的熱分布圖。通常,會先對斷電狀態(tài)下的樣品器件進(jìn)行熱成像,以此建立基準(zhǔn)線;隨后通電再次成像。得到的圖像直觀呈現(xiàn)了器件的功耗情況,可用于隔離失效問題。許多不同的缺陷在通電時(shí)會因消耗額外電流而產(chǎn)生過多熱量。例如短路、性能不良的晶體管、損壞的靜電放電保護(hù)二極管等,通過熱紅外顯微鏡觀察時(shí)會顯現(xiàn)出來,從而使我們能夠精細(xì)定位存在缺陷的損壞部位。 快速鎖定 PCB 板上因線路搭接、元件損壞導(dǎo)致的熱點(diǎn),尤其是隱藏在多層板內(nèi)部的短路點(diǎn)。檢測用熱紅外顯微鏡故障維修

熱紅外顯微鏡的 AI 智能分析模塊,自動標(biāo)記異常熱斑并匹配歷史失效數(shù)據(jù)庫。半導(dǎo)體熱紅外顯微鏡原理

熱紅外顯微鏡(Thermal EMMI)技術(shù),作為半導(dǎo)體失效分析領(lǐng)域的關(guān)鍵手段,通過捕捉器件內(nèi)部產(chǎn)生的熱輻射,實(shí)現(xiàn)失效點(diǎn)的精細(xì)定位。它憑借對微觀熱信號的高靈敏度探測,成為解析半導(dǎo)體故障的 “火眼金睛”。然而,隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷升級,器件正朝著超精細(xì)圖案制程與低供電電壓方向快速演進(jìn):線寬進(jìn)入納米級,供電電壓降至 1V 以下。這使得失效點(diǎn)(如微小短路、漏電流區(qū)域)產(chǎn)生的熱量急劇減少,其輻射的紅外線信號強(qiáng)度降至傳統(tǒng)檢測閾值邊緣,疊加芯片復(fù)雜結(jié)構(gòu)的背景輻射干擾,信號提取難度呈指數(shù)級上升。
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