芯片近场扫描系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及电磁兼容性检测技术领域，特别是涉及一种芯片近场扫描系统及方法。


背景技术：

[0002]
随着集成技术的日益先进，电子产品逐渐出现了精小简约的趋势，越来越多的产品采用多个电路芯片安放在一个小电路板上，甚至是多个芯片安放在同一个集成的模块中。鉴于这种集成趋势以及电子产品emi(电磁场方面干扰大小)控制要求的逐渐提高，元件级以及小范围的pcb的电磁兼容问题成为人们关注的热点之一，如一个手机板的emc(电磁兼容)设计，一个混合集成电路的emc设计等等。为了支撑这种小尺寸高集成的电子产品的emc设计，需要对各种重要元件(如集成电路、芯片)以及pcb的局部区域进行电磁场近场扫描，以便获得局域的电磁场分布情况，为下一步的电磁兼容设计提供验证和测试。
[0003]
电磁场近场表面扫描技术，通过收集芯片(集成电路)表面的电磁场近场信息，从而实现对芯片(集成电路)的电磁兼容性评价。这种技术同时可以应用在板级系统上，是当代信息系统电磁兼容性分析的一种重要手段。
[0004]
然而，随着当前技术趋势的发展，芯片的功耗密度越来越大，发热十分严重，这种情况下，这类芯片的使用往往必须携带散热器，这导致了这类芯片的表面电磁场扫描测试无法开展。


技术实现要素：

[0005]
基于此，有必要针对大功耗芯片使用时往往需要携带散热器而无法实现近场扫描的问题，提供一种改进的芯片近场扫描系统。
[0006]
一种芯片近场扫描系统，用于获取大功耗芯片表面的电磁场近场信息，包括：
[0007]
油槽，所述油槽内通入有流动的绝缘油；
[0008]
样品台，设置在所述油槽内，所述样品台用于放置所述芯片，所述芯片浸没在所述绝缘油中；
[0009]
探头，与所述芯片对应设置，所述探头用于在外部驱动源驱动下伸入所述绝缘油中并沿预设路径扫描，以获取所述芯片表面的电磁信号数据；以及，
[0010]
处理系统，与所述探头连接，用于根据所述电磁信号数据得到所述芯片表面的电磁场近场信息。
[0011]
上述芯片近场扫描系统，通过将待测芯片放置在流动的绝缘油中，使芯片工作时产生的热量被绝缘油带走，替换了传统技术中散热器散热的方式，从而可使用探针扫描芯片表面附近区域，得到对应的电磁信号数据，并由处理系统处理该电磁信号数据以得到芯片的电磁场近场信息。
[0012]
在其中一个实施例中，还包括油泵，所述油泵通过循环管路与所述油槽的两端连通。
[0013]
在其中一个实施例中，还包括散热器，所述散热器设置在所述循环管路上，用于带走所述绝缘油中的热量。
[0014]
在其中一个实施例中，还包括冷却槽，所述油槽放置在所述冷却槽内，所述冷却槽和所述油槽之间具有间隔，所述间隔中充入有冷却液。
[0015]
在其中一个实施例中，所述外部驱动源包括：控制系统，所述控制系统的信号输入端与所述处理系统连接，用于接收所述处理系统发出的控制指令，并根据所述控制指令输出驱动脉冲；以及驱动组件，所述驱动组件的信号输入端与所述控制系统的信号输出端连接，驱动端与所述探头连接，所述驱动组件用于根据所述驱动脉冲驱动所述探头移动和/或转动。
[0016]
在其中一个实施例中，所述驱动组件包括：所述驱动组件的移动控制精度小于或等于10微米，及角度控制精度小于或等于0.1度。
[0017]
在其中一个实施例中，还包括显微摄像头，还包括显微摄像头，所述显微摄像头的图像输出端与所述处理系统连接；所述显微摄像头设置在垂直于所述探头和所述芯片中心连线的方向上，用于监控所述探头和所述芯片的相对位置。
[0018]
本申请还提供一种芯片近场扫描方法。
[0019]
一种芯片近场扫描方法，用于获取大功耗芯片表面的电磁场近场信息，包括：
[0020]
将所述芯片对应探头位置放置在绝缘油中；
[0021]
驱动探头伸入所述绝缘油中并沿预设路径扫描，以获取所述芯片表面的第一电磁信号数据；
[0022]
根据所述第一电磁信号数据得到所述芯片表面的第一电磁场近场信息。
[0023]
上述芯片近场扫描方法，通过将待测芯片放置在流动的绝缘油中，使芯片工作时产生的热量被绝缘油带走，从而可使用探针扫描芯片表面附近区域，得到对应的电磁信号数据，进而得到芯片表面的电磁场近场信息，解决了大功耗芯片无法开展电磁场近场扫描测试的问题。
[0024]
在其中一个实施例中，在所述将所述芯片对应探头位置放置在绝缘油中之前，包括：提供已知电磁场近场信息的校准件；将所述校准件对应探头位置放置在所述绝缘油中；驱动探头伸入所述绝缘油中并沿所述预设路径扫描，以获取所述校准件表面的第二电磁信号数据；根据所述第二电磁信号数据得到所述校准件表面的第二电磁场近场信息；调整所述探头的结构和/或材质，驱动所述探头重新沿所述预设路径扫描，直至所述第二电磁场近场信息与所述校准件的已知电磁场近场信息一致。
[0025]
在其中一个实施例中，所述驱动探头伸入所述绝缘油中并沿预设路径扫描，包括：驱动所述探头以预设步进沿所述预设路径逐点扫描，直至遍历所述芯片表面的全部区域；且扫描的层数大于或等于2。
附图说明
[0026]
图1为本申请一实施例芯片近场扫描系统的结构示意图；
[0027]
图2为本申请一实施例芯片近场扫描方法的流程示意图；
[0028]
图3为本申请另一实施例对探头进行校准的流程示意图；
[0029]
图4为本申请另一实施例驱动探头扫描芯片表面的示意图。
[0030]
图中各元件的符号表示如下：
[0031]
100、芯片近场扫描系统，10、油槽，101、绝缘油，102、油泵，103、散热器，
[0032]
20、样品台，30、芯片，40、探针，
[0033]
501～503、步进电机，504～506、丝杆，507、控制系统，508、角度控制器，
[0034]
60、处理系统，601、信号分析仪，602、计算机。
具体实施方式
[0035]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
[0036]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0037]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0038]
目前由于大功耗芯片工作时产热较多，须配备散热器才能正常工作，但此时无法利用基于iec 61967-3表面扫描标准的方法对芯片进行测试，从而无法解决大功耗芯片的电磁场近场扫描的测量问题。
[0039]
针对上述缺陷，请参考图1，本申请提供一种可以对大功耗复杂芯片进行电磁场近场扫描的扫描系统100。该芯片近场扫描系统包括油槽10、样品台20、探头40、外部驱动源以及对应的处理系统60。
[0040]
具体的，油槽10内通入有流动的绝缘油101。样品台20设置在绝缘油101中，芯片30放置在样品台20上且芯片30浸没在绝缘油中。绝缘油101可以是变压器油、电容器油或是植物绝缘油等。绝缘油101流动时可以带走芯片表面的热量，实现芯片散热。绝缘油101替换了芯片30表面原有的散热器，使得芯片30表面无散热器遮挡，从而可以对芯片进行近场扫描测试。可以理解的是，功耗越大，需要的绝缘油量也会越多。
[0041]
探头40与芯片30对应设置，探头40用于在外部驱动源驱动下伸入绝缘油101中并靠近芯片30表面沿预设路径扫描，以获取芯片30表面的电磁信号数据。具体的，探头可探测芯片30周围空间某一位置的电磁场强度，例如可以是电场或者磁场的某一个分量。探头40可以是一个基于容性耦合原理的电场探头，检测的是ex，ey，ez方向的电场，此时，探头40获取的是电压信号数据；除此之外，探头40也可以是一个基于感性耦合原理的磁场探头，检测的是hx，hy，hz方向的磁场，此时，探头40获取的是电流信号数据。进一步的，探头40包括霍尔元件探头或者超导元件探头等等。采用磁性材料制备的探头感应电磁场的时候需要特别
注意磁滞效应。
[0042]
处理系统60与探头40连接，用于根据探头40获取的电磁信号数据得到芯片40表面的电磁场近场信息。具体的，处理系统60包括与探头40连接的信号分析仪601以及与信号分析仪601连接的计算机602，信号分析仪601用于接收探头40输入的电压信号数据或电流信号数据，计算机用于对信号分析仪601采集到的电压信号数据或电流信号数据后处理，进而得到芯片30表面的电磁场强度信息。
[0043]
进一步的，信号分析仪601可以包括频谱分析仪、网络分析仪或示波器。频谱分析仪可以用来直接获取频域信号，网络分析仪可以用来获取相位信号，而示波器可以用来获取时域信号，不同的配置可以获取不同的探测量。一实施方式中，为了实现更高精度的测试，可以在信号分析仪601前面加装前置放大器。另一实施方式中，为了实现低噪的信号测试，可以对信号分析仪的带宽等进行设置，同时，为了实现数据的自动化采集，需要通过usb、lan或者gpib等接口将信号分析仪601与计算机602进行连接。另外，采用频谱分析仪与探头40连接时，接口采用sma(small a type)接头。
[0044]
上述芯片近场扫描系统100，通过将待测芯片30放置在流动的绝缘油101中，使芯片30工作时产生的热量被绝缘油带走，替换了传统技术中散热器散热的方式，从而可使用探针40扫描芯片30表面附近区域，得到对应的电磁信号数据，并由处理系统60处理该电磁信号数据以得到芯片30的电磁场近场信息。
[0045]
在示例性实施方式中，请参考图1，芯片近场扫描系统100还包括油泵102，油泵102通过循环管路与油槽10的两端连通。油泵102的功率选择需要与绝缘油101的换热速率需求相匹配。油泵102启动后，绝缘油101便会在油泵102的作用下形成对流，从而带走芯片30表面的热量。
[0046]
进一步的，芯片近场扫描系统100还包括散热器103，散热器103设置在循环管路上，用于带走绝缘油101中的热量。绝缘油101进入循环管路后经散热器103即可完成散热，从而在油泵102的作用下，降温后的绝缘油101可重新进入油槽10中，避免油槽10内绝缘油101的温度持续上升，影响电磁信号数据的获取。另一实施方式中，散热器103也可以是风扇。
[0047]
在示例性实施方式中，芯片近场扫描系统100还包括冷却槽(图未示出)，油槽10放置在冷却槽内，冷却槽和油槽10之间具有间隔，该间隔中充入有冷却液。冷却液可以是冰水或是铵盐溶液等。通过在油槽10周围设置冷却液，可以有效抑制油槽10温度升高，进而避免油槽10内绝缘油101的温度持续上升。当然，采用冷却液进行降温时，需要定期主动或自动地更换冷却液，防止冷却效果降低。
[0048]
在示例性实施方式中，如图1所示，外部驱动源包括：控制系统507，控制系统507的信号输入端与处理系统60连接，用于接收处理系统60发出的控制指令，并根据该控制指令输出驱动脉冲；以及驱动组件，驱动组件的信号输入端与控制系统507的信号输出端连接，驱动端与探头40连接，驱动组件用于根据驱动脉冲驱动探头40移动和/或转动。具体的，请继续参考图1，控制系统507可以与计算机602连接，进而通过计算机602中预置的软件即可控制控制系统601的信号输出，进而控制驱动组件的动作。
[0049]
进一步的，驱动组件包括：多组丝杆，其中一组丝杆与探头连接；以及步进电机，步进电机的输入端与控制系统的信号输出端连接，步进电机的输出端与丝杆连接；步进电机
用于根据驱动脉冲动作，进而驱动对应丝杆动作以带动探头移动。具体的，请继续参考图1，芯片近场扫描系统100可以包括三组空间移动组件，例如第一组空间移动组件可包括步进电机501和与步进电机501输出端连接的丝杆504，该组空间移动组件可用于控制探针z方向的移动；第二组空间移动组件可包括步进电机502和与步进电机502的输出端连接的丝杆505，该组空间移动组件可用于控制探针y方向的移动；第三组空间移动组件可包括步进电机503和与步进电机503的输出端连接的丝杆506，该组空间移动组件可用于控制探针x方向的移动。具体的，丝杆504与探针40连接，可控制探针沿z方向移动，第一组空间移动组件设置在丝杆505上，使得第二组空间移动组件能够控制第一组空间移动组件沿y方向移动，第二组空间移动组件可通过连接板或连接台设置在丝杆506上，使得第三组空间移动组件能够控制第二组空间移动组件沿x方向移动，从而，通过该三组空间移动组件可控制探针40在三维方向上的移动。除此之外，还可在丝杆504上安装角度控制器508，用于调整丝杆504的倾斜角度，进而调整探针40的倾斜角度。步进电机通过计算机的程序可精确地控制丝杆的动作，从而可使该探针40的三维移动达到至少10微米的控制精度，而角度控制达到0.1度的控制精度。另一实施方式中，为了更好的实现探针40的移动控制，驱动组件在设置时还需考虑样品台20的放置位置，并且保持丝杆和样品台20的稳定，探头40采用螺纹连接的方式固定在丝杆上。
[0050]
在示例性实施方式中，芯片近场扫描系统100还包括显微摄像头(图未示出)，显微摄像头设置在垂直于探头40和芯片30中心连线的方向上，其中，显微摄像头的图像输出端与处理系统60连接，用于监控探头40和芯片30的相对位置。一实施方式中，显微摄像头可以设置在油槽10的外壁上。进一步的，显微摄像头上设置有刻度或十字线标识，其图像输出端与计算机602连接，从而技术人员可通过计算机602的显示屏实时获得监控图像，以直观地观察探头40至芯片30的垂直距离，实现更高精度的控制。另一些实施方式中，显微摄像镜头可以具有多个并环绕设置于油槽10的外壁，进而根据不同角度的图像可以直观地观察到探头40相对于芯片表面法线的倾斜程度，进而可通过角度控制器508调整驱动臂和探针40的倾斜角度，方便获得所需的电磁信号数据。
[0051]
请参考图2，本申请还提供一种芯片近场扫描方法，用于获取大功耗芯片表面的电磁场近场信息，包括：
[0052]
s200、将芯片对应探头位置放置在绝缘油中。
[0053]
s300、驱动探头伸入绝缘油中并沿预设路径扫描，以获取芯片表面的第一电磁信号数据。
[0054]
s400、根据第一电磁信号数据得到芯片表面的第一电磁场近场信息。
[0055]
上述芯片近场扫描方法，通过将待测芯片放置在流动的绝缘油中，使芯片工作时产生的热量被绝缘油带走，从而可使用探针扫描芯片表面附近区域，得到对应的电磁信号数据，进而得到芯片表面的电磁场近场信息，解决了大功耗芯片无法开展电磁场近场扫描测试的问题。
[0056]
在示例性实施方式中，请继续参考图2，在步骤s200之前，芯片近场扫描方法还包括：
[0057]
s100、对所述探头进行校准。
[0058]
通过对探头进行校准，有利于在待测频率下获得更精准的电磁场强度空间分布数
据，提高近场扫描测试的准确度。进一步的，电磁场近场扫描平台的应用频率范围通常由探头和频谱仪共同决定，探头的应用频率范围由其整体设计决定，包括材料的应用以及结构的设计，从而通过选取合适的探头型号，可以标定探头的频率应用范围。
[0059]
具体的，如图3所示，步骤s100具体包括：
[0060]
s101、提供已知电磁场近场信息的校准件。该校准件的电磁场近场信息包括校准件表面的电场强度信息和/或磁场强度信息。校准件可以使用微带线。
[0061]
s102、将校准件对应探头位置放置在绝缘油中。为使校准更加准确，校准过程同样需要以绝缘油为测试环境。
[0062]
s103、驱动探头伸入绝缘油中并沿预设路径扫描，以获取校准件表面的第二电磁信号数据。
[0063]
s104、根据第二电磁信号数据得到校准件表面的第二电磁场近场信息。
[0064]
s105、调整探头的结构和/或材质，驱动探头重新沿预设路径扫描，直至第二电磁场近场信息与校准件的已知电磁场近场信息一致。
[0065]
具体的，在调整位置过程中，若发现得到的电磁场近场信息与已知的电磁场近场信息偏差始终较大，则可更换其他型号的探头进行测试。通过调整探头的材质、尺寸或是感应端的结构，当第二电磁场近场信息与校准件的已知电磁场近场信息一致时，即可认为完成了对探头的校准。
[0066]
在示例性实施方式中，步骤s300和步骤s103中的沿预设路径扫描，可以包括：驱动探头以预设步进沿预设路径逐点扫描，直至遍历芯片表面的全部区域；且扫描的层数大于或等于2。
[0067]
具体的，结合图1可以知道，驱动组件中丝杆的移动模式决定了探头的扫描方式，以下以图4所示的预设扫描路径为示例进行说明。如图4所示，控制系统507通过驱动臂控制探头以x-z-y的模式扫描，具体表现为先控制探针沿x方向以a，a+1，
……
，a+n逐点扫描，直至遍历芯片在x方向上的长度，其中预设步进为1，接着，再控制探针沿z方向移动1个步进(即c+1)，再沿-x方向以a+n，a+n-1，
……
，a遍历芯片在-x方向上的长度后，控制探针沿y方向移动1个步进(即b+1)，接着，再控制探针沿x方向以a，a+1，
……
，a+n直至遍历芯片在x方向上的长度，重复上述步骤，直至遍历2层芯片表面的全部区域。
[0068]
通过上述扫描方式，可在z方向上距芯片表面的不同距离处扫描得到芯片表面的电磁场近场信息，从而通过两层电磁场近场信息可提升芯片表面电磁测试的准确度。
[0069]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0070]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。