一种高空间分辨力及高时间分辨力的红外热成像测温方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体器件温度测试技术领域。
【背景技术】
[0002] 现有红外测温设备主要分为点测温式和成像测温式两大类。点测温式红外设备 往往采用单独的探测器，如单个光敏二极管或热电堆，具备较高的响应速度和采样速度，能 够满足对快速变化温度信号的检测需求，如瞬态（transient)红外设备。成像式红外设备 一般采用面阵式探测器，如多个光敏二极管组成的阵列式探测器，能够满足对被测件的成 像测试，具备较好的细节分辨能力，即空间分辨力，如显微红外热像仪（Infrared thermal imager)。
[0003] 现有的瞬态红外测温设备最高可以检测周期为20kHz的瞬态温度信号。由于只有 一个探测器，因此该类设备只能测量某一区域的平均温度变化情况，检测结果以温度-时 间曲线的形式给出。其代表的意义是探测器聚焦范围内被测器件平均温度随时间的变化情 况。由于瞬态红外设备只有一个探测器，其最小空间分辨力为32 y m*32 y m，无法满足对于 微米量级微波器件的检测需求。
[0004] 显微红外热像仪最高可以实现2. Sum空间分辨力的检测，但是由于采用了高集 成度的512*512阵列式探测器，显微红外热像仪测量速度较慢，只能实现帧频为50Hz以下 的检测，无法满足对高速信号的检测需求。
[0005] 现有红外测温技术的优点有： 1) 瞬态红外设备可以检测高速变化的温度信号，具备较高的时间分辨力； 2) 显微红外热像仪可以实现成像式检测，能够分辨微小结构的温度分布，具备较高的 空间分辨力。
[0006] 其缺点如下： 在微波功率器件温度检测行业中经常需要对高速变化的温度信号进行检测，即需要具 备较高时间分辨力的设备；同时需要对微小的细节(微米量级）进行准确检测，即需要较高 的空间分辨力。现有的瞬态红外设备和显微红外热像仪无法同时满足高时间分辨力、高空 间分辨力的温度检测。在对温度高速变化的微小结构进行温度检测时必然会低估真实的峰 值温度。如微波功率器件行业经常要对处于脉冲工作条件下的3 y m~4 y m的发热区进行 温度检测，如果低估其温度将会对器件性能评定和可靠性评估造成较大影响。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种高空间分辨力及高时间分辨力的红外热 成像测温方法，能够同时满足高时间分辨力和高空间分辨力的温度检测，使温度高速变化 的微小结构的温度检测更加精确，确保了对半导体器件性能评定、可靠性评估及检测的准 确性。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是： 一种高空间分辨力及高时间分辨力的红外热成像测温方法，包括如下步骤： (a) 通过调整瞬态红外设备的聚焦区域，用瞬态红外设备测量被测件两个温度明显不 同区域的温度，得到两条温度随时间变化的曲线； (b) 分析两条温度变化曲线，判断被测件进入准稳态的时间点； (c) 用瞬态红外设备测量目标区域的温度，得到目标区域的温度变化曲线； (d) 用显微红外热像仪测量目标区域的温度，得到目标区域的温度分布图像； (e) 得到目标区域任意时刻，任意位置的准确温度值； 具体步骤如下： 设目标区域的面积为s，将目标区域分为个等面积的小矩形区域，每个区域的面积为 显微红外热像仪像素所对应的面积每个小面积对应的发射率为 (el)用显微红外热像仪测量瞬态红外设备聚焦区域各点的发射率G，平均发射率 各点的空间分布温度7；.，并计算平均温度7；i; (e2)利用瞬态红外设备测量在相同环境条件下测量区域整体发射率fJP各时间点的 温度/；，并计算平均温度匕； (e3)检查上述数据的关系，应有和匕=7^ (e4)找到显微红外图像的峰值温度，计算各个点对应的权值％.= 7；./匕"; (e5)选取瞬态红外设备温度变化曲线的任意一点/；，此时有
【主权项】
1. 一种高空间分辨力及高时间分辨力的红外热成像测温方法，其特征在于所述方法包 括如下步骤： (a) 通过调整瞬态红外设备的聚焦区域，用瞬态红外设备测量被测件两个温度明显不 同区域的温度，得到两条温度随时间变化的曲线； (b) 分析两条温度变化曲线，判断被测件进入准稳态的时间点； (c) 用瞬态红外设备测量目标区域的温度，得到目标区域的温度变化曲线； (d) 用显微红外热像仪测量目标区域的温度，得到目标区域的温度分布图像； (e) 得到目标区域任意时刻，任意位置的准确温度值； 具体步骤如下： 设目标区域的面积为s，将目标区域分为个等面积的小矩形区域，每个区域的面积为 显微红外热像仪像素所对应的面积&，每个小面积对应的发射率为 (el)用显微红外热像仪测量瞬态红外设备聚焦区域各点的发射率G，平均发射率 各点的空间分布温度7；.，并计算平均温度7；i; (e2)利用瞬态红外设备测量在相同环境条件下测量区域整体发射率fJP各时间点的 温度/；，并计算平均温度匕； (e3)检查上述数据的关系，应有L=L和T1ai=T^; (e4)找到显微红外图像的峰值温度，计算各个点对应的权值％.= 7；./匕"; (e5)选取瞬态红外设备温度变化曲线的任意一点/；，此时有
(f) 得到任意时间点整个区域的温度分布图像，也可以得到任意位置整个时间区域内 的温度变化曲线。
2. 根据权利要求1所述的一种高空间分辨力及高时间分辨力的红外热成像测温方法， 其特征在于步骤（el)中测量各点的空间分布温度7；.的方法是确定显微红外热像仪检测图 像的索引值与温度的对应关系。
3. 根据权利要求1所述的一种高空间分辨力及高时间分辨力的红外热成像测温方法， 其特征在于步骤（el)中待测区域各点的发射率q和各点的空间分布温度7；.的具体测量 方法是，使被测器件处于某一明显高于环境温度的恒温条件下，测量瞬态红外待测区域各 点的发射率G，给被测器件加电，待加电条件稳定后，测量各点的空间分布温度7；.。
4. 根据权利要求1所述的一种高空间分辨力及高时间分辨力的红外热成像测温方法， 其特征在于步骤（e2)中区域整体发射率L和各时间点的温度7；的具体测量方法是，使被 测器件处于某一明显高于环境温度的恒温条件下，测量瞬态红外待测区域给被测器件 加电，待加电条件稳定后，测量各时间点的温度/；，得到温度7；随时间的变化曲线。
【专利摘要】本发明公开了一种高空间分辨力及高时间分辨力的红外热成像测温方法，涉及半导体器件温度测试领域；（a）通过调整瞬态红外设备的聚焦区域，用瞬态红外设备测量被测件两个温度明显不同区域的温度，得到两条温度随时间变化的曲线；（b）分析两条温度变化曲线，判断被测件进入准稳态的时间点；（c）用瞬态红外设备测量目标区域的温度，得到目标区域的温度变化曲线；（d）用显微红外热像仪测量目标区域的温度，得到目标区域的温度分布图像；（e）得到目标区域任意时刻，任意位置的准确温度值。（f）得到任意时间点整个区域的温度分布图像，也可以得到任意位置整个时间区域内的温度变化曲线。本发明能满足高时间分辨力和高空间分辨力的温度检测。
【IPC分类】G01J5-00
【公开号】CN104713651
【申请号】CN201510100045
【发明人】翟玉卫, 刘岩, 郑世棋, 吴爱华, 乔玉娥, 梁法国
【申请人】中国电子科技集团公司第十三研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月6日