一種高空間分辨力及高時(shí)間分辨力的紅外熱成像測(cè)溫方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件溫度測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有紅外測(cè)溫設(shè)備主要分為點(diǎn)測(cè)溫式和成像測(cè)溫式兩大類。點(diǎn)測(cè)溫式紅外設(shè)備 往往采用單獨(dú)的探測(cè)器，如單個(gè)光敏二極管或熱電堆，具備較高的響應(yīng)速度和采樣速度，能 夠滿足對(duì)快速變化溫度信號(hào)的檢測(cè)需求，如瞬態(tài)（transient)紅外設(shè)備。成像式紅外設(shè)備 一般采用面陣式探測(cè)器，如多個(gè)光敏二極管組成的陣列式探測(cè)器，能夠滿足對(duì)被測(cè)件的成 像測(cè)試，具備較好的細(xì)節(jié)分辨能力，即空間分辨力，如顯微紅外熱像儀（Infrared thermal imager)。
[0003] 現(xiàn)有的瞬態(tài)紅外測(cè)溫設(shè)備最高可以檢測(cè)周期為20kHz的瞬態(tài)溫度信號(hào)。由于只有 一個(gè)探測(cè)器，因此該類設(shè)備只能測(cè)量某一區(qū)域的平均溫度變化情況，檢測(cè)結(jié)果以溫度-時(shí) 間曲線的形式給出。其代表的意義是探測(cè)器聚焦范圍內(nèi)被測(cè)器件平均溫度隨時(shí)間的變化情 況。由于瞬態(tài)紅外設(shè)備只有一個(gè)探測(cè)器，其最小空間分辨力為32 y m*32 y m，無(wú)法滿足對(duì)于 微米量級(jí)微波器件的檢測(cè)需求。
[0004] 顯微紅外熱像儀最高可以實(shí)現(xiàn)2. Sum空間分辨力的檢測(cè)，但是由于采用了高集 成度的512*512陣列式探測(cè)器，顯微紅外熱像儀測(cè)量速度較慢，只能實(shí)現(xiàn)幀頻為50Hz以下 的檢測(cè)，無(wú)法滿足對(duì)高速信號(hào)的檢測(cè)需求。
[0005] 現(xiàn)有紅外測(cè)溫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有： 1) 瞬態(tài)紅外設(shè)備可以檢測(cè)高速變化的溫度信號(hào)，具備較高的時(shí)間分辨力； 2) 顯微紅外熱像儀可以實(shí)現(xiàn)成像式檢測(cè)，能夠分辨微小結(jié)構(gòu)的溫度分布，具備較高的 空間分辨力。
[0006] 其缺點(diǎn)如下： 在微波功率器件溫度檢測(cè)行業(yè)中經(jīng)常需要對(duì)高速變化的溫度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，即需要具 備較高時(shí)間分辨力的設(shè)備；同時(shí)需要對(duì)微小的細(xì)節(jié)(微米量級(jí)）進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，即需要較高 的空間分辨力?，F(xiàn)有的瞬態(tài)紅外設(shè)備和顯微紅外熱像儀無(wú)法同時(shí)滿足高時(shí)間分辨力、高空 間分辨力的溫度檢測(cè)。在對(duì)溫度高速變化的微小結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度檢測(cè)時(shí)必然會(huì)低估真實(shí)的峰 值溫度。如微波功率器件行業(yè)經(jīng)常要對(duì)處于脈沖工作條件下的3 y m~4 y m的發(fā)熱區(qū)進(jìn)行 溫度檢測(cè)，如果低估其溫度將會(huì)對(duì)器件性能評(píng)定和可靠性評(píng)估造成較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高空間分辨力及高時(shí)間分辨力的紅外熱 成像測(cè)溫方法，能夠同時(shí)滿足高時(shí)間分辨力和高空間分辨力的溫度檢測(cè)，使溫度高速變化 的微小結(jié)構(gòu)的溫度檢測(cè)更加精確，確保了對(duì)半導(dǎo)體器件性能評(píng)定、可靠性評(píng)估及檢測(cè)的準(zhǔn) 確性。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是： 一種高空間分辨力及高時(shí)間分辨力的紅外熱成像測(cè)溫方法，包括如下步驟： (a) 通過調(diào)整瞬態(tài)紅外設(shè)備的聚焦區(qū)域，用瞬態(tài)紅外設(shè)備測(cè)量被測(cè)件兩個(gè)溫度明顯不 同區(qū)域的溫度，得到兩條溫度隨時(shí)間變化的曲線； (b) 分析兩條溫度變化曲線，判斷被測(cè)件進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間點(diǎn)； (c) 用瞬態(tài)紅外設(shè)備測(cè)量目標(biāo)區(qū)域的溫度，得到目標(biāo)區(qū)域的溫度變化曲線； (d) 用顯微紅外熱像儀測(cè)量目標(biāo)區(qū)域的溫度，得到目標(biāo)區(qū)域的溫度分布圖像； (e) 得到目標(biāo)區(qū)域任意時(shí)刻，任意位置的準(zhǔn)確溫度值； 具體步驟如下： 設(shè)目標(biāo)區(qū)域的面積為s，將目標(biāo)區(qū)域分為個(gè)等面積的小矩形區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的面積為 顯微紅外熱像儀像素所對(duì)應(yīng)的面積每個(gè)小面積對(duì)應(yīng)的發(fā)射率為 (el)用顯微紅外熱像儀測(cè)量瞬態(tài)紅外設(shè)備聚焦區(qū)域各點(diǎn)的發(fā)射率G，平均發(fā)射率 各點(diǎn)的空間分布溫度7；.，并計(jì)算平均溫度7；i; (e2)利用瞬態(tài)紅外設(shè)備測(cè)量在相同環(huán)境條件下測(cè)量區(qū)域整體發(fā)射率fJP各時(shí)間點(diǎn)的 溫度/；，并計(jì)算平均溫度匕； (e3)檢查上述數(shù)據(jù)的關(guān)系，應(yīng)有和匕=7^ (e4)找到顯微紅外圖像的峰值溫度，計(jì)算各個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)值％.= 7；./匕"; (e5)選取瞬態(tài)紅外設(shè)備溫度變化曲線的任意一點(diǎn)/；，此時(shí)有
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高空間分辨力及高時(shí)間分辨力的紅外熱成像測(cè)溫方法，其特征在于所述方法包 括如下步驟： (a) 通過調(diào)整瞬態(tài)紅外設(shè)備的聚焦區(qū)域，用瞬態(tài)紅外設(shè)備測(cè)量被測(cè)件兩個(gè)溫度明顯不 同區(qū)域的溫度，得到兩條溫度隨時(shí)間變化的曲線； (b) 分析兩條溫度變化曲線，判斷被測(cè)件進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間點(diǎn)； (c) 用瞬態(tài)紅外設(shè)備測(cè)量目標(biāo)區(qū)域的溫度，得到目標(biāo)區(qū)域的溫度變化曲線； (d) 用顯微紅外熱像儀測(cè)量目標(biāo)區(qū)域的溫度，得到目標(biāo)區(qū)域的溫度分布圖像； (e) 得到目標(biāo)區(qū)域任意時(shí)刻，任意位置的準(zhǔn)確溫度值； 具體步驟如下： 設(shè)目標(biāo)區(qū)域的面積為s，將目標(biāo)區(qū)域分為個(gè)等面積的小矩形區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的面積為 顯微紅外熱像儀像素所對(duì)應(yīng)的面積&，每個(gè)小面積對(duì)應(yīng)的發(fā)射率為 (el)用顯微紅外熱像儀測(cè)量瞬態(tài)紅外設(shè)備聚焦區(qū)域各點(diǎn)的發(fā)射率G，平均發(fā)射率 各點(diǎn)的空間分布溫度7；.，并計(jì)算平均溫度7；i; (e2)利用瞬態(tài)紅外設(shè)備測(cè)量在相同環(huán)境條件下測(cè)量區(qū)域整體發(fā)射率fJP各時(shí)間點(diǎn)的 溫度/；，并計(jì)算平均溫度匕； (e3)檢查上述數(shù)據(jù)的關(guān)系，應(yīng)有L=L和T1ai=T^; (e4)找到顯微紅外圖像的峰值溫度，計(jì)算各個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)值％.= 7；./匕"; (e5)選取瞬態(tài)紅外設(shè)備溫度變化曲線的任意一點(diǎn)/；，此時(shí)有
(f) 得到任意時(shí)間點(diǎn)整個(gè)區(qū)域的溫度分布圖像，也可以得到任意位置整個(gè)時(shí)間區(qū)域內(nèi) 的溫度變化曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力及高時(shí)間分辨力的紅外熱成像測(cè)溫方法， 其特征在于步驟（el)中測(cè)量各點(diǎn)的空間分布溫度7；.的方法是確定顯微紅外熱像儀檢測(cè)圖 像的索引值與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力及高時(shí)間分辨力的紅外熱成像測(cè)溫方法， 其特征在于步驟（el)中待測(cè)區(qū)域各點(diǎn)的發(fā)射率q和各點(diǎn)的空間分布溫度7；.的具體測(cè)量 方法是，使被測(cè)器件處于某一明顯高于環(huán)境溫度的恒溫條件下，測(cè)量瞬態(tài)紅外待測(cè)區(qū)域各 點(diǎn)的發(fā)射率G，給被測(cè)器件加電，待加電條件穩(wěn)定后，測(cè)量各點(diǎn)的空間分布溫度7；.。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力及高時(shí)間分辨力的紅外熱成像測(cè)溫方法， 其特征在于步驟（e2)中區(qū)域整體發(fā)射率L和各時(shí)間點(diǎn)的溫度7；的具體測(cè)量方法是，使被 測(cè)器件處于某一明顯高于環(huán)境溫度的恒溫條件下，測(cè)量瞬態(tài)紅外待測(cè)區(qū)域給被測(cè)器件 加電，待加電條件穩(wěn)定后，測(cè)量各時(shí)間點(diǎn)的溫度/；，得到溫度7；隨時(shí)間的變化曲線。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高空間分辨力及高時(shí)間分辨力的紅外熱成像測(cè)溫方法，涉及半導(dǎo)體器件溫度測(cè)試領(lǐng)域；（a）通過調(diào)整瞬態(tài)紅外設(shè)備的聚焦區(qū)域，用瞬態(tài)紅外設(shè)備測(cè)量被測(cè)件兩個(gè)溫度明顯不同區(qū)域的溫度，得到兩條溫度隨時(shí)間變化的曲線；（b）分析兩條溫度變化曲線，判斷被測(cè)件進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間點(diǎn)；（c）用瞬態(tài)紅外設(shè)備測(cè)量目標(biāo)區(qū)域的溫度，得到目標(biāo)區(qū)域的溫度變化曲線；（d）用顯微紅外熱像儀測(cè)量目標(biāo)區(qū)域的溫度，得到目標(biāo)區(qū)域的溫度分布圖像；（e）得到目標(biāo)區(qū)域任意時(shí)刻，任意位置的準(zhǔn)確溫度值。（f）得到任意時(shí)間點(diǎn)整個(gè)區(qū)域的溫度分布圖像，也可以得到任意位置整個(gè)時(shí)間區(qū)域內(nèi)的溫度變化曲線。本發(fā)明能滿足高時(shí)間分辨力和高空間分辨力的溫度檢測(cè)。
【IPC分類】G01J5-00
【公開號(hào)】CN104713651
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510100045
【發(fā)明人】翟玉衛(wèi), 劉巖, 鄭世棋, 吳愛華, 喬玉娥, 梁法國(guó)
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日