一种显微热分布测试仪及测试方法与流程

本发明涉及温度检测领域，具体涉及到一种显微热分布测试仪及测试方法。

背景技术：

半导体器件在使用过程中伴随着许多的失效、故障等问题，这些问题的罪魁祸首首指半导体器件的发热问题。半导体器件的发热不均往往会成为其功能降低甚至失效的原因，而半导体器件大多是由一个个微小的精细化结构所组成，结构尺寸太小使得其温度和温度场分布一直是检测的难点，阻碍着半导体产业的发展。

技术实现要素：

为了对半导体器件进行热分布测试，本发明提供了一种显微热分布测试仪及测试方法，该显微热分布测试仪微观热成像效果好，具有良好的实用性。

相应的，本发明提供了一种显微热分布测试仪，所述显微热分布测试仪包括载物装置、探针装置、热成像相机装置、探针电源和上位机；

所述载物装置包括载物台，所述探针装置包括测试探针；

所述测试探针设置在所述载物台上方，所述测试探针与所述探针电源电性连接；

所述热成像相机装置包括热成像相机与微距镜头，所述热成像相机设置在所述载物台上方，所述微距镜头设置在所述热成像相机的镜头上，所述微距镜头与所述载物台相对；

所述热成像相机与所述上位机电性连接。

所述载物装置还包括输出端沿水平方向运动的二轴调节装置，所述载物台设置在所述二轴调节装置的输出端上。

所述探针装置包括探针升降座、探针调整座和弹簧探针夹具；

所述探针升降座设置在所述载物台一侧上，所述探针调整座设置在所述探针升降座升降组输出端上，所述弹簧探针夹具设置在所述探针调整座输出端上，所述测试探针设置在所述弹簧探针夹具上。

所述显微热分布测试仪还包括温度控制器和水冷模块，在所述载物装置还包括温度传感器和加热头；

所述温度传感器和加热头分别设置在所述载物台内，所述载物台内还设置水冷流道；

所述水冷模块与所述水冷流道连接，所述温度控制器分别与所述温度传感器、加热头和温度控制器电性连接。

所述显微热分布测试仪还包括光学相机装置，所述光学相机装置包括光学相机；

所述光学相机设置在所述载物台上方，所述光学相机与所述上位机电性连接。

所述显微热分布测试仪还包括光学暗室，所述载物装置、探针装置、热成像相机装置设置在所述光学暗室内。

相应的，本发明还提供了一种显微热分布测试方法，所述显微热分布测试方法包括以下步骤：

将测试器件的典型位置温度调节至第一温度，第一温度为所述测试器件典型位置在正常工作状态下的温度；

基于探针电源将测试器件的输入电流调节至第一电流值，所述第一电流值为所述测试器件在正常工作状态下的电流值；

上位机接收基于热成像相机获取的测试器件作业状态下的热分布数据。

所述典型位置包括测试器件的引脚或基板。

所述将测试器件的典型位置温度调节至第一温度包括以下步骤：

将所述测试器件置于所述载物台上，所述测试器件的典型位置与所述载物台接触；

基于温度控制器调节所述载物台温度至第一温度。

在所述上位机接收基于热成像相机获取的测试器件作业状态下的热分布数据后，所述显微热分布测试方法还包括以下步骤：

所述上位机接收基于光学相机获取的测试器件实物照片；

所述上位机对所述测试器件实物照片和所述热分布数据进行叠加，得出所述测试器件任一位置的热分布数据。

本发明提供了一种显微热分布测试仪，光学暗室的设置，可防止外部热辐射光线进入光学暗室内部，测试数据准确；载物台自身温度可调节，可对测试器件的典型位置温度进行调节，具有良好的仿真效果；探针夹具的设置，测试探针与测试器件的接触紧密，保证了测试器件的通电稳定性；二轴调节装置、光学相机调整座、热成像相机调整座、探针升降座和探针调整座的设置，使该显微热分布测试仪中的所有需要调节位置的设备可通过专用结构进行调节，调节精度高，调节便利性好，具有良好的操作便利性。另外，本发明实施例还提供了一种显微热分布测试方法，通过对测试器件典型位置进行温度调节，模拟测试器件的实际工作环境，仿真效果良好，热分布数据更贴合测试器件实际工况，基于该方法获取的测试器件数据，具有良好的实际参考价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本发明实施例的显微热分布测试仪正视结构示意图；

图2示出了本发明实施例的显微热分布测试仪俯视结构示意图；

图3示出了本发明实施例的显微热分布测试方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例的显微热分布测试仪的正视结构示意图，

图2示出了本发明实施例的显微热分布测试仪俯视结构示意图。

本发明实施例的显微热分布测试仪包括光学暗室17、载物装置、探针装置、光学相机装置、热成像相机装置和上位机2。

其中，所述载物装置、探针装置、光学相机装置、热成像相机装置设置在所述光学暗室17内。

光学暗室17的设置，可防止外部热辐射光线进入光学暗室17内部，对测试数据造成影响。

具体的，所述光学暗室17底部设置有蜂窝板12，用于吸收部分热辐射，防止底部反射的热辐射对热成像相机装置好人光学相机装置的成像造成影响。

所述载物装置包括载物台8，所述载物台8设置在所述蜂窝板12上，用于承载需要测试的器件。

所述探针装置包括测试探针20，所述测试探针20设置在所述载物台8上方，用于为需要测试的器件进行供电。

所述光学相机装置包括光学相机5，所述光学相机设置在所述载物台8上方，用于获取载物台8的表面图像以及所需测试器件的表面图像。获取测试器件的实物照片的目的在于，热成像相机所获取的数据为是针对每一种物质的红外发射率(反射率)的，上位机在具体处理中，首先需要对实物照片上的每一个位置的材料进行圈定，从而使上位机将热成像相机所获取的图像根据不同位置的材料特性(发射率或反射率)转换为温度值。

所述热成像相机装置包括热成像相机4和微距镜头3，所述热成像相机4设置在所述载物台上方，所述微距镜头设置在所述热成像相机4镜头上。所述热成像相机用于获取载物台8上的热图像以及测试器件的热图像。

所述光学相机5和热成像相机4分别与上位机2连接。

具体实施时，将测试器件设置在所述载物台8上，由光学相机5首先进行拍摄，获取测试器件实物照片；然后将测试探针20与测试器件引脚或电极接触，为测试器件进行通电；然后通过热成像相机4获取测试器件的热成像分布；最终将测试器件的实物照片与热成像分布叠合，得到测试器件在使用时的热分布情况。由于微距镜头3的设置，热成像相机4的分辨率得到了极大的提高，对于微型和小型器件具有良好的热分布检测功能。

具体的，为了提高操作的便利性以及实验数据的准确性，本发明实施例的显微热分布测试仪进行了如下改进：

载物台8由金属材质制成，内部设置有温度传感器、加热头和水冷流道，在光学暗室17外部，设置有温度控制器9和水冷模块10。水冷模块10的水冷管道接入所述载物台的水冷流道中，其中，温度控制器9分别与温度传感器、水冷模块10和加热头电性连接，温度传感器将载物台8的温度实时反馈至温度控制器，温度控制器根据所设定的预设温度，控制加热头和水冷模块10配合作业，使载物台的温度按需调节。

具体实施时，载物台上覆盖有一层导热硅脂，将测试器件的典型位置贴合至导热硅脂上；通过设定温度控制器的温度，使载物台的温度达到预设值，由于硅脂的导热性较佳，测试器件的典型位置温度会与载物台保持一致。

具体的，典型位置为测试器件的基板、引脚、电极等测试器件与外部连接的位置。

温度传感器、加热头、水冷模块和温度传感器设置的目的在于，可通过控制载物台温度模拟测试器件典型位置在正常作业时的环境温度，使热分布测试更贴近实际使用情况，测试器件的热分布测试更具有实际指导意义，具有良好的实用性。

此外，由于热成像相机的获取数据需要校准后才能与实际温度对应上，因此，可通过载物台对热成像相机进行校准。通过温度控制器对载物台温度进行调节，待载物台温度稳定后，利用热成像相机获取热成像分布图像，利用载物台的温度对热成像分布图像的相应区域进行温度定标，实现热成像相机的校准。

进一步的，在实物照片或热成像分布数据获取时，可能需要调整测试器件在载物平台8上的位置，由于测试器件需要通过导热硅脂设置在载物台上，导热硅脂具有一定的粘性，为了避免多次调整测试器件导致测试器件表面被粘连的硅脂覆盖，影响数据获取效果，本发明实施例的载物台8设置在二轴调节装置13上，二轴调节装置13可驱动载物台8在行程内沿水平方向运动，当测试器件置于载物台8后，可通过二轴调节装置13驱动载物台在平面内运动而不需直接测试器件在载物台上的位置，一方面，测试器件的水平方向位置调节较为方便，另一方面，通过二轴调节装置13驱动载物台移动，运动精度更高和运动更可控，具有良好的实用性。

相类似的，由于测试器件可以为微型或小型器件，测试器件的电极或引脚的尺寸较小，通过传统的固定探针进行测试器件的通电实施难度较大，因此，本发明实施例的探针装置还包括探针升降座16、探针调整座14和弹簧探针夹具15。具体的，探针升降座16设置在所述载物台8一侧上，探针调整座14设置在载物台8顶面上，弹簧探针夹具15设置在探针调整座14上，测试探针20设置在所述弹簧探针夹具15上。

具体的，探针升降座16驱动探针调整座14沿竖直方向运动，探针调整座14驱动弹簧探针夹具15沿图示水平方向运动(直线方向)，测试探针20固定在弹簧探针夹具15上，当测试探针20与测试器件的电极或引脚接触时，弹簧探针夹具15能提供一定的压力，使测试探针20保持与测试器件的电极或引脚接触。

具体操作时，根据测试器件的电极或引脚的位置，调节探针升降座16和探针调整座14，同时，结合载物台8的水平运动，可实现测试探针20与测试器件的相对三轴移动，当测试探针20与测试器件的电极或引脚接触后，将探针升降座16的高度调低，使弹簧探针夹具15被压缩，从而使弹簧探针夹具15提供一个弹性压力给测试探针20，使测试探针20与测试器件的电极或引脚始终保持接触。

光学相机和热成像相机需要通过聚焦才能获取清晰图像，由于载物品台仅能沿水平方向运动且不同的测试器件具有高度差异性，因此，本发明实施例的光学相机装置包括光学相机调整座7，光学相机5设置在光学相机调整座7的末端上。光学相机调整座7的末端具有升降自由度和转动自由度，一方面，光学相机调整座7的末端通过转动将光学相机5对准载物台8，另一方面，光学相机调整座7的末端通过升降调节光学相机与测试器件之间的距离，使光学相机能准确聚焦。进一步的，为了获取分辨率更高的实物照片，在光学相机的取景端，设置有直筒显微镜，用于获取高分辨率放大实物图片。

相似的，热成像相机装置还包括热成像相机调整座18，热成像相机4设置在热成像相机调整座18的末端上。热成像相机调整座18的末端在行程范围内可运动至三维空间的任一位置。

此外，本发明实施例的限位热分布测试仪除了以上所述的零部件外，还包括探针电源，可选的，所述探针电源为可编程直流电源11，可编程直流电源11用于给测试探针20供电。

另外，在本发明实施例中，光学相机和热成像相机分别与上位机2进行连接，用于将数据反馈给上位机进行处理。

相应的，本发明实施例提供了一种显微热分布测试方式，所述显微热分布测试方法包括：

s101：将测试器件的典型位置温度调节至第一温度；

第一温度为所述测试器件典型位置在正常工作状态下的温度，在本发明实施例中，可选的，将所述测试器件置于所述载物台上，所述测试器件的典型位置与所述载物台接触，可选的，可在载物台上覆盖一层导热硅脂，增强测试器件的典型位置与所述载物台接触导热效果；然后基于温度控制器调节所述载物台温度至第一温度。

由于测试器件的典型位置与载物台接触，载物台的温度即为测试器件的典型位置的温度；将载物台温度调节至第一温度，即将测试器件的典型位置温度调节至第一温度。

s102：基于探针电源将测试器件的输入电流调节至第一电流值；

所述第一电流值为所述测试器件在正常工作状态下的电流值，利用探针电源调节测试器件的输入电流，模拟测试器件在正常工作状态的工作电流，由于测试器件的典型位置与工作状态下的温度相同，测试器件在该测试条件下所获取的数据具有良好的参考价值。

s103：上位机接收基于热成像相机获取的测试器件作业状态下的热分布数据；

经过步骤s101和s102后，上位机基于热成像相机获取的有关测试器件的热分布数据与测试器件在工作状态下的热分布数据相同。

s104：所述上位机接收基于光学相机获取的测试器件实物照片；

s105：所述上位机对所述测试器件实物照片上任一位置的材料进行设定；

s106：所述上位机对所述测试器件实物照片和所述热分布数据进行处理，得出所述测试器件任一位置的温度值。

热分布数据中并包括物体的具体温度信息，具体温度信息需要根据材料的反射率(发射率)进行运算，利用上位机对测试器件实物照片上不同位置的材料进行设定，确定材料的具体参数，上位机结合热分布数据和材料的参数进行运算，得出测试器件上任一位置的温度值。

本发明实施例提供了一种显微热分布测试仪，光学暗室的设置，可防止外部热辐射光线进入光学暗室内部，测试数据准确；载物台自身温度可调节，可对测试器件的典型位置温度进行调节，具有良好的仿真效果；探针夹具的设置，测试探针与测试器件的接触紧密，保证了测试器件的通电稳定性；二轴调节装置、光学相机调整座、热成像相机调整座、探针升降座和探针调整座的设置，使该显微热分布测试仪中的所有需要调节位置的设备可通过专用结构进行调节，调节精度高，调节便利性好，具有良好的操作便利性。另外，本发明实施例还提供了一种显微热分布测试方法，通过对测试器件典型位置进行温度调节，模拟测试器件的实际工作环境，仿真效果良好，热分布数据更贴合测试器件实际工况，基于该方法获取的测试器件数据，具有良好的实际参考价值。

以上对本发明实施例所提供的一种显微热分布测试仪及测试方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。