发热点检测方法及发热点检测装置制造方法
【专利摘要】发热点检测方法包含：步骤（S01、S02），其对集成电路（S）施加低频率的偏压，并取得对应于此而自集成电路（S）检测的发热检测信号；步骤（S03、S04），其对集成电路（S）提供高频率的偏压，并取得对应于此而自集成电路（S）检测的发热检测信号；步骤（S05～S07），其检测低频率的偏压与发热检测信号之间的相位差、及高频率的偏压与发热检测信号之间的相位差；及步骤（S08），其基于这些相位差，算出相对于偏压的频率的平方根的相位差的变化率，并根据变化率获得发热点的深度信息。
【专利说明】发热点检测方法及发热点检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用以检测集成电路的发热点的深度的发热点检测方法及发热点检测
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【背景技术】
[0002]一直以来，作为LSI封装等的集成电路的不良解析方法，已知有对集成电路施加周期性的脉冲电压而检测热响应的方法。例如，下述非专利文献I中公开有检测电性激发与局部热响应之间的相位差△ Φ并根据该相位差△ Φ决定缺陷的深度。
[0003]非专利文献1:C.Schmidt et al., “Lock-1n-Thermography for3-dimensionallocalization of electrical defects inside complex packaged devices，，，ISTFA2008:Proceedings from the34th International Symposium for Testing and FailureAnalysys，美国，2008 年 11 月，p.102-107
【发明内容】
[0004]发明所要解决的问题
[0005]然而，在上述现有的解析方法中，因为发热量根据激发信号的大小或缺陷点的状态而不同，或者缺陷点与集成电路的表面之间的热容量根据缺陷点的位置而不同，因此，除了缺陷点的深度以外，相位差△ Φ也依赖于发热量、集成电路的构造或缺陷点的位置。因此，在根据相位差Λ φ评估缺陷的深度的情况下，存在其评估值的误差较大的趋势。
[0006]因此，本发明是有鉴于上述问题而完成的发明，其目的在于，提供一种发热点检测方法及发热点检测装置，其能够将集成电路中的发热点的深度不依赖于其状态或位置而精度良好地进行检测。
[0007]解决问题的技术手段
[0008]为了解决上述问题，本发明的一个侧面所涉及的发热点检测方法是检测集成电路的发热点的深度的发热点检测方法，其包含:第I步骤，对集成电路提供以第I频率增减的周期性电信号，并取得对应于此而自集成电路检测的显示发热量的变化的第I检测信号；第2步骤，其对集成电路提供以与第I频率不同的第2频率增减的周期性电信号，并取得对应于此而自集成电路检测的显示发热量的变化的第2检测信号；第3步骤，其检测第I频率的周期性电信号与第I检测信号之间的第I相位差、及第2频率的周期性电信号与第2检测信号之间的第2相位差；及第4步骤，其基于第I及第2相位差，算出相对于自周期性电信号的频率算出的变量的周期性电信号与检测信号之间的相位差的变化率，并根据变化率获得发热点的深度信息。
[0009]或者，本发明的另一个侧面所涉及的发热点检测装置是检测集成电路的发热点的深度的发热点检测装置，其包含:电信号提供部，其对集成电路提供电信号；控制部，其以对集成电路提供以第I频率增减的周期性电信号、及以与第I频率不同的第2频率增减的周期性电信号的方式，控制电信号提供部；检测部，其取得对应于第I频率的周期性电信号的提供而自集成电路检测的显示发热量的变化的第I检测信号，并且取得对应于第2频率的周期性电信号的提供而自集成电路检测的显示发热量的变化的第2检测信号；相位差检测部，其检测第I频率的周期性电信号与第I检测信号之间的第I相位差、及第2频率的周期性电信号与第2检测信号之间的第2相位差；及运算部，其基于第I及第2相位差，算出相对于自周期性电信号的频率算出的变量的周期性电信号与检测信号之间的相位差的变化率，并根据变化率获得发热点的深度信息。
[0010]根据如此的发热点检测方法或者发热点检测装置，自集成电路，检测对应于第I频率的周期性电信号的提供的显示发热量的变化的第I检测信号，并检测对应于第2频率的周期性电信号的提供的显示发热量的变化的第2检测信号。接着，检测第I频率的周期性电信号与第I检测信号之间的第I相位差、及第2频率的周期性电信号与第2检测信号之间的第2相位差，根据相对于自周期性电信号的频率算出的变量的相位差的变化率，获得发热点的深度信息。由此，因为根据发热点的位置而变化的发热量的时间变化的偏移(offset)部分得以抵消而可计算深度信息，因此，不依赖于发热点的位置而可获得高精度的深度信息。另外，通过获得相对于自周期性电信号的频率算出的变量的相位差的变化率，从而也能够获得不依赖于发热点的发热量、集成电路的内部结构、及周期性电信号的频率的深度信息。
[0011]发明的效果
[0012]根据本发明，能够将集成电路中的发热点的深度不依赖于其状态或位置而精度良好地进行检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是显示本发明的优选的一个实施方式所涉及的集成电路故障解析装置的概略构成的方块图。
[0014]图2是显示由图1的集成电路故障解析装置I进行的关于集成电路S的故障解析动作的顺序的流程图。
[0015]图3是显示由图1的电压施加部14施加的偏压的时间变化的图。
[0016]图4(a)是显示偏压的时间变化的图；(b)是显示由低热容量/低热传导系数的材料构成的集成电路S中检测的发热检测信号的时间变化的图；(C)是显示由高热容量/高热传导系数的材料构成的集成电路S中检测的发热检测信号的时间变化的图。
[0017]图5(a)是显示以低频率施加的偏压的时间变化的图；(b)是显示集成电路S中检测的发热检测信号的时间变化的图；(C)是显示以高频率施加的偏压的时间变化的图；(d)是显示集成电路S中检测的发热检测信号的时间变化的图。
[0018]图6是显示图1的集成电路故障解析装置中对集成电路S施加的偏压的角频率的平方根与观测的相位延迟bx的关系的图表。
【具体实施方式】
[0019]以下，参照附图，详细地说明本发明所涉及的发热点检测装置及使用其的发热点检测方法的优选的实施方式。还有，在附图的说明中，对相同或相当的部分标注相同的符号，省略重复的说明。[0020]图1是显示本发明的优选的一个实施方式所涉及的发热点检测装置即集成电路故障解析装置的概略构成的方块图。该图所示的集成电路故障解析装置I是检测LSI封装等的集成电路S的发热点的位置并进行故障解析的故障解析装置。该集成电路故障解析装置I具备试料平台(stage) 10、驱动试料平台10的平台驱动部12、电压施加部(电信号提供部)14、摄像装置18、控制部20、及图像处理部30而构成。
[0021]成为解析对象的集成电路S载置于使用可分别在X轴方向、Y轴方向(水平方向)及Z轴方向(垂直方向)驱动的XYZ平台的试料平台10上。该试料平台10以通过平台驱动部12而可在X、Y、Z方向上驱动的方式构成，由此，可进行相对于集成电路S的摄像的对焦、摄像位置的定位等。在试料平台10的上方设置有取得集成电路S的2维图像的摄像机构即摄像装置18。作为摄像装置18，适宜使用为了取得由集成电路S的表面的发热像形成的图像而对规定的波长区域具有灵敏度的摄像装置、例如对红外光的波长区域具有灵敏度的红外摄像装置。
[0022]在试料平台10与摄像装置18之间的光轴上设置有将集成电路S的表面的图像引导至摄像装置18的物镜等的导光光学系统16。还有，也可以在导光光学系统16上设置XYZ平台等的驱动机构，并能够由该驱动机构进行相对于集成电路S的摄像的对焦、摄像位置的定位等。
[0023]另外，设置有对试料平台10上的集成电路S提供电压信号的电压施加部14。电压施加部14是在进行由发热点检测进行的故障解析时对集成电路S内的电子电路施加必要的偏压的电压施加机构，包含电压施加用的电源而构成。详细而言，电压施加部14施加作为偏压的周期性增减的矩形波的电压信号(周期性电信号)。由此，对集成电路S周期性地施加高电压与低电压。另外，电压施加部14以由控制部20的控制而能够变更施加的偏压的频率(重复周期)的方式构成。另外，电压施加部14以由控制部20的控制而能够变更施加的偏压的高电压值与低电压值的方式构成。
[0024]摄像装置18以时间序列取得多个通过电压施加部14对集成电路S施加偏压的状态下的解析图像。由此取得的解析图像是包含集成电路S的表面的发热像的图像。还有，摄像装置18的摄像频率(帧率)也可以基于由电压施加部14对集成电路S施加的偏压的频率来设定。例如，摄像装置18的摄像频率可以是与施加于集成电路S的偏压的频率相同的周期，也可以以与偏压的频率成比例的方式设定。由此，即使偏压的频率不同，也可取得比较相同的发热状态的发热像。
[0025]再有，在集成电路故障解析装置I中设置有对这些试料平台10、平台驱动部12、电压施加部14、导光光学系统16、及摄像装置18控制它们的动作的控制部20。该控制部20具有摄像控制部21、平台控制部22、及同步控制部23而构成。
[0026]摄像控制部21通过控制电压施加部14的偏压的施加动作、及摄像装置18的图像取得动作，从而控制集成电路S的解析图像的取得。另外，平台控制部22控制试料平台10及平台驱动部12的动作(试料平台10上的集成电路S的移动动作)。另外，同步控制部23进行用于在摄像控制部21及平台控制部22、与针对摄像装置18设置的图像处理部30之间取得必要的同步的控制。即，同步控制部23相对于平台控制部22以移动至用以进行集成电路S的故障解析的规定位置的方式进行控制之后，以使偏压的频率以规定间隔依序变更的方式控制摄像控制部21。另外，同步控制部23控制周期性施加的偏压的高电压的值与低电压的值。另外，同步控制部23以配合偏压的频率的变更时机而区分并取得集成电路S的解析图像的方式控制摄像控制部21。
[0027]图像处理部30是对由摄像装置18取得的图像进行集成电路S的故障解析所需要的图像处理的图像处理机构。本实施方式中的图像处理部30包含图像存储部31、发热信号取得部(检测部)32、电压相位取得部33、相位延迟取得部(相位差检测部)34、深度信息运算部35而构成。由摄像装置18取得的集成电路S的图像被输入至图像处理部30，且根据需要而被存储、蓄积于图像存储部31中。
[0028]发热信号取得部32基于以时间序列获得的多个解析图像，取得在集成电路S的表面的多点检测的显示发热量的时间变化的发热检测信号。
[0029]电压相位取得部33自同步控制部23接收由电压施加部14施加的偏压的波形，并取得偏压的相位的信息。还有，偏压的相位的信息也可以由电压施加部14或控制部20取得，并被提供至电压相位取得部33。
[0030]相位延迟取得部34基于由发热信号取得部32所取得的显示发热量的时间变化的发热检测信号、及由电压相位取得部33所取得的相位信息，取得以由电压施加部14施加的偏压的相位的信息为基准的发热检测信号的相位的信息。该发热检测信号的相位的信息相当于偏压与施加该偏压时所检测出的发热检测信号的相位差，具体而言，相位延迟取得部34计算由发热信号取得部32所取得的发热检测信号的相位、与由电压相位取得部33所取得的相位信息的差。此处，相位延迟取得部34对变更成多个频率的偏压，检测各个偏压与发热检测信号的相位差。还有，相位延迟取得部34也可以以发热检测信号的波形与偏压的波形为对象，通过锁定处理直接获得相位差。在该情况下，通过对锁定检测器分别输入发热检测信号与偏压信号，可获得关于相位差的输出信号。
[0031 ] 深度信息运算部35基于与由相位延迟取得部34所检测出的多个频率的偏压对应的多个相位差，运算集成电路S中的发热点的深度信息。即，深度信息运算部35算出相对于自偏压的频率算出的变量即频率的平方根的相位差的变化率，将该变化率或对变化率乘以规定常数后的值作为深度信息进行算出。该规定常数作为与依赖于集成电路S的材料的物性的热传导相关的系数而预先设定。由此所算出的深度信息表示遍及集成电路S的多点而检测的发热点的深度，被用于集成电路S的故障解析。
[0032]如此的图像处理部30例如使用计算机而构成。另外，针对该图像处理部30，连接有输入装置36及显示装置37。输入装置36由例如键盘或鼠标等构成，使用于集成电路故障解析装置I中的图像取得动作、故障解析动作的执行所需信息或动作指示的输入等。另夕卜，显示装置37由例如CRT显示器或液晶显示器等构成，使用于集成电路故障解析装置I中的图像及关于故障解析的深度信息等的各种信息的显示等。
[0033]还有，关于该图像处理部30，也可以为与控制部20 —起由单一的控制装置(例如单一的计算机)实现的构成。另外，关于连接于图像处理部30的输入装置36及显示装置37，同样，可作为不仅连接于图像处理部30，也连接于控制部20的输入装置及显示装置而发挥功能。
[0034]接着，说明关于集成电路故障解析装置I的集成电路S的故障解析动作的顺序，并且详细叙述本实施方式所涉及的发热点检测方法。图2是显示关于集成电路故障解析装置I的集成电路S的故障解析动作的顺序的流程图，图3?图5是显示由集成电路故障解析装置I故障解析动作时处理的信号波形的时间变化的图。
[0035]首先，由同步控制部23以自电压施加部14对集成电路S施加以低频率(例如IHz)增减的偏压的方式予以控制(步骤S01)。由此，对集成电路S周期性地施加高电压与低电压。与此相对，由摄像控制部21以区分并取得对应于低频率的偏压的施加时机的图像的方式控制摄像装置18。例如，摄像控制部21以在与施加于集成电路S的低频率同频率或与低频率成比例的摄像频率(帧率)下进行摄像的方式，控制摄像装置18。由此所取得的集成电路S的图像暂时存储于图像存储部31之后，通过利用发热信号取得部32进行处理，取得显示多点的发热量的时间变化的发热检测信号(步骤S02)。
[0036]接着，由同步控制部23以自电压施加部14对集成电路S施加以高频率(例如2Hz)增减的偏压的方式予以控制(步骤S03)。由此，对集成电路S周期性地施加高电压与低电压。与此相对，由摄像控制部21以区分并取得对应于高频率的偏压的施加时机的图像的方式控制摄像装置18。例如，摄像控制部21以在与施加于集成电路S的高频率同频率或与高频率成比例的摄像频率(帧率)下进行摄像的方式，控制摄像装置18。由此所取得的集成电路S的图像暂时存储于图像存储部31之后，通过利用发热信号取得部32进行处理，取得多点的发热检测信号(步骤S04)。还有，步骤SO1、S03中施加的偏压的频率可适当变更，但若成为过高频率，则会导致出现热传导性或发热量的场所依赖性，因此，优选设定于IOHz以下。另外，变更的偏压的频率并不限定于2种，也可以变更成3种以上并对应于此取得发热检测信号。
[0037]图3中显示步骤SO1、S03中施加的偏压的时间变化。如同图所示，由同步控制部23以与低频率的期间Pl连续且持续高频率的期间P2的方式予以控制，在该期间Pl与期间P2的各个中取得发热检测信号的期间，为了使集成电路S中的温度在这些期间之间成为一定且发热量不改变，以自各个期间PU P2的偏压的施加开始经过某程度的时间的方式进行设定。还有，也可在期间Pl与期间P2之间设置不施加电压的期间。另外，矩形波的偏压的最大电压V1及最小电压V2以使集成电路S的发热时的条件成为同等的方式，在多个频率间设定成同一值，偏压的占空比也以使集成电路S中的发热量成为同等的方式，在多个频率间设定成同一值(例如50%、75%、…`)。其理由为，使集成电路S中的发热量一定而使采样的平均温度一定。在该情况下，也可以使在该期间Pl与期间P2的各个中取得发热检测信号的期间连续。
[0038]返回至图2，其后，以在步骤S01、03中对集成电路S所施加的低频率及高频率的偏压的波形为对象，由电压相位取得部33取得这些相位信息(步骤S05)。
[0039]接着，以步骤S02、S04中所取得的对应于低频率及高频率的偏压的施加的发热检测信号为对象，由相位延迟取得部34取得以步骤S05中所取得的偏压的相位的信息为基准的这些相位信息，并检测各个发热检测信号的相位差(步骤S06、S07)。具体而言，由相位延迟取得部34，基于步骤S02、S04中所取得的对应于低频率及高频率的偏压的施加的发热检测信号、及步骤S01、03中对集成电路S所施加的低频率及高频率的偏压的波形的相位的信息，关于低频率及高频率的偏压的各个，检测与发热检测信号的相位差。接着，由深度信息运算部35，基于与2个频率对应的相位差，算出相对于频率的平方根的相位差的变化率，对该变化率乘以规定常数，由此算出深度信息(步骤S08)。还有，该深度信息遍及集成电路S的表面的多点而算出。最后，所算出的深度信息作为故障解析信息被处理并被显示于显示装置37 (步骤S09)。
[0040]此处，就集成电路故障解析装置I的发热点的深度信息的检测的机制进行说明。
[0041]在图4中，(a)显示以某频率施加的偏压的时间变化，(b)显示对应于此在由低热容量/低热传导系数的材料构成的集成电路S中检测的发热检测信号的时间变化，(C)显示对应于此在由高热容量/高热传导系数的材料构成的集成电路S中检测的发热检测信号的时间变化。由集成电路故障解析装置I的相位延迟取得部34算出的相位差为D1，该相位差Dl中包含由集成电路S内的发热点的深度决定的相位的偏移(shift)部分D2、及由发热的延迟与热容量、热传导速度的差异所导致的相位的偏移部分D3。相位差Dl中，偏移部分D3受到集成电路S的热传导路径的材料的大幅影响。
[0042]该相位差Dl的材料所引起的差异可如下说明。自集成电路S内部一维传送的热量Q，由下述式⑴表示:
[0043][数I]
[0044]Q=l+exp{_ax+i(wt_bx)}...(I)
[0045]此处，X表示自发热源至观察点(表面)的距离(=发热点的深度)，Q表示通过观测点而去的热量、w表示角频率(1/2 π Hz), b表示每单位长度的相位延迟、a表示每单位长度的衰减率。若设比热为q，密度为P，则相对于该热量Q的温度T，作为变化量，由下述式
(2)表示。
[0046][数2]
[0047]
【权利要求】
1.一种发热点检测方法，其特征在于， 是检测集成电路的发热点的深度的发热点检测方法， 包含: 第I步骤，其对所述集成电路提供以第I频率增减的周期性电信号，并取得对应于此而自所述集成电路检测的显示发热量的变化的第I检测信号； 第2步骤，其对所述集成电路提供以与所述第I频率不同的第2频率增减的周期性电信号，并取得对应于此而自所述集成电路检测的显示发热量的变化的第2检测信号； 第3步骤，其检测所述第I频率的周期性电信号与所述第I检测信号之间的第I相位差、及所述第2频率的周期性电信号与所述第2检测信号之间的第2相位差；及 第4步骤，其基于所述第I及第2相位差，算出相对于自所述周期性电信号的频率算出的变量的所述周期性电信号与所述检测信号之间的相位差的变化率，并根据所述变化率获得所述发热点的深度信息。
2.如权利要求1所述的发热点检测方法，其特征在于， 在所述第4步骤中，算出相对于作为所述频率的平方根的所述变量的所述相位差的变化率。
3.如权利要求1或2所述的发热点检测方法，其特征在于， 在所述第I步骤及第2步骤中提供的所述周期性电信号的占空比互相相等。
4.一种发热点检测装置，其特征在于， 是检测集成电路的发热点的深度的发热点检测装置， 包含: 电信号提供部，其对所述集成电路提供电信号； 控制部，其以对所述集成电路提供以第I频率增减的周期性电信号、及以与所述第I频率不同的第2频率增减的周期性电信号的方式，控制所述电信号提供部； 检测部，其取得对应于所述第I频率的周期性电信号的提供而自所述集成电路检测的显示发热量的变化的第I检测信号，并且取得对应于所述第2频率的周期性电信号的提供而自所述集成电路检测的显示发热量的变化的第2检测信号； 相位差检测部，其检测所述第I频率的周期性电信号与所述第I检测信号之间的第I相位差、及所述第2频率的周期性电信号与所述第2检测信号之间的第2相位差；及 运算部，其基于所述第I及第2相位差，算出相对于自所述周期性电信号的频率算出的变量的所述周期性电信号与所述检测信号之间的相位差的变化率，并根据所述变化率获得所述发热点的深度信息。
【文档编号】G01N25/72GK103688160SQ201280034675
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年7月11日 优先权日:2011年7月13日
【发明者】中村共则 申请人:浜松光子学株式会社