顯微紅外熱點定位測試系統

半導體器件作為現代科技社會的一大進步，卻因為各種原因停滯不前，其中半導體器件故障問題一直是行業內的熱點問題，多種多樣的環境因素，五花八門的故障形式，使得制造商不知所措，針對此問題，金鑒實驗室推出顯微紅外熱點定位系統，通過算法、芯片和圖像傳感技術的改進，打造出高精智能化的測試體系，專為電子產品FA設計，整合出一套顯微紅外熱點定位測試系統，價格遠低于國外同類產品，同樣的功能，但卻有更精確的數據整理系統、更方便的操作體系，正呼應了一句名言“最好的檢測設備是一線的測試工程師研發出來的！”。

金鑒顯微紅外熱點定位測試系統已演化到第四代：配備20um的微距鏡，可用于觀察芯片微米級別的紅外熱分布；通過強化系統軟件算法處理，圖像的分辨率高達5um，能看清金道與缺陷；熱點鎖定lock in功能，能夠精準定位芯片微區缺陷；系統內置高低溫數顯精密控溫平臺與循環水冷裝置校準各部位發射率，以達到精準測溫度的目的；具備人工智能觸發記錄和大數據存儲功能，適合電子行業相關的來料檢驗、研發檢測和客訴處理，以達到企業節省20%的研發和品質支出的目的。

金鑒實驗室設立儀器研發中心，自主研發的主要設備有顯微光熱分布系統、顯微紅外定位系統和激光開封系統。產品獲得中科院、暨南大學、南昌大學、華南理工大學、華中科技大學、士蘭明芯、清華同方、華燦光電、三安光電、三安集成、天電光電、瑞豐光電等高校科研院所和上市公司的廣泛使用，廣受老師和科研人員普遍贊譽。性能卓著，值得信賴。

紅外顯微鏡系統(Thermal Emission microscopy system)，是半導體失效分析和缺陷定位的常用的三大手段之一（EMMI,THERMAL,OBIRCH）,是通過接收故障點產生的熱輻射異常來定位故障點(熱點/Hot Spot)位置。

存在缺陷或性能不佳的半導體器件通常會表現出異常的局部功耗分布，最終會導致局部溫度增高。金鑒顯微熱分布測試系統利用熱點鎖定技術，可準確而高效地確定這些關注區域的位置。熱點鎖定是一種動態紅外熱成像形式，通過改變電壓提升特征分辨率和靈敏度，軟件數據算法改善信噪比。在IC分析中， 可用來確定線路短路、 ESD缺陷、缺陷晶體管和二極管，以及器件閂鎖。該測試技術是在自然周圍環境下執行的，無需遮光箱。

金鑒顯微紅外熱點定位測試系統優點：

1、高靈敏度的鎖相熱成像缺陷定位

2、配合電測，XRAY等對樣品作無損分析

3、選配不同鏡頭，可分析封裝芯片及裸芯片

4、對短路及漏電流等分析效果佳

5、0.03℃溫度分辨率，20um定位分辨率，可探測uW級功耗

6、其他功能如真實溫度測量，熱的動態分析，熱阻計算

7、相對于其他缺陷查找設備（EMMI,THERMAL,OBIRCH），價格可承受

與國外同類設備相比，金鑒顯微紅外熱點定位測試系統優點顯著：

金鑒顯微紅外熱點定位測試系統 VS OBIRCH

1、OBIRCH廣泛用于芯片級分析和中等短路電阻，但挑戰性低于10歐姆

2、金鑒顯微紅外熱點定位系統一般具有較高的成功率

3、金鑒顯微紅外熱點定位系統可兼容大樣品、微米級樣品測試

4、金鑒顯微紅外熱點定位系統熱點鎖定功能可以顯著擴大覆蓋范圍，降低漏電阻

5、金鑒顯微紅外熱點定位系統支持長期在線監測熱點缺陷異常

6、金鑒顯微紅外熱點定位系統測試依據：GB/T 28706-2012 無損檢測 

7、金鑒顯微紅外熱點定位系統可以對探測電源、芯片等短路漏電故障缺陷

8、熱點鎖定（lock in）功能：溫度最高點定位聚焦過程只需要一秒

應用領域：

PCBA短路熱點失效分析、IC器件缺陷定位、升溫熱分布動態采集、功率器件發熱點探測、集成電路失效分析、無損失效分析、細微缺陷探測、熱梯度。

金鑒顯微紅外熱點定位測試系統特色功能：

1. 20μm微距鏡，通過軟件強化像素功能將畫質清晰度提高4倍，圖像分辨率提高至5μm，可用于觀察芯片微米級別的紅外熱分布。

LED芯片是LED產業的最核心器件，芯片溫度過高會嚴重影響LED產品質量； 但芯片及芯片內部的溫度分布一直是檢測難點；金鑒自研發的顯微紅外熱點定位測試儀以及特殊配件可對LED芯片溫度進行檢測，通過對內部的溫度分布分析，改善設計，提高LED產品質量。金線和正負電極的溫度分布狀況可以為研發人員提供布線設計依據，以及為芯片研發散熱系統提供直觀的芯片熱分布數據。

芯片熱分布圖

2. 模擬器件實際工作溫度進行測試，測試數據更真實有效。

LED光源的光熱性能受溫度的影響較大，脫離實際工作溫度所測試的結果準確性較差，甚至毫無意義。而金鑒自主研發的顯微熱分布測試系統配備有高低溫數顯精密控溫平臺，能穩定控制燈珠引腳溫度和基板溫度，模擬模擬器件實際工作溫度進行測試，提供更為真實有效的數據。該測試平臺還配備有水冷降溫系統，在100s內可將平臺溫度由100℃降到室溫，有效解決了樣品臺降溫困難的問題，該系統還可以穩定控制樣品臺溫度維持在0℃-室溫，適用于一些需要保持低溫工作的器件。

3. 1TB超大視頻錄制支持老化測試等長期實時在線監測

金鑒顯微紅外熱點定位測試系統的全輻射視頻錄像可以保存每一幀畫面所有像素的溫度數據支持逐幀分析熱過程和變化，更容易發現和確認真實的溫度值，以及需要進一步檢查的位置。工程師可以利用顯微紅外熱點定位測試系統記錄燈具發熱紅外視頻，分析出在不同的工作時間，燈具溫度變化和溫度分布情況，在此基礎，達到分析評估LED燈具散熱效果，尋找異常溫度區域，定位關鍵失效點。

（1）手機可直接錄制1000幀熱像視頻，沒有電腦也能自動采集數據。

（2）自定義采樣速率（最快5幀/秒）。

燈具溫升變化圖

燈珠芯片溫升變化圖

4.熱靈敏度和分辨率高，便于分辨更小的溫差和更小目標，提供更清晰的熱像

專業測溫，-20℃~650℃寬溫度量程，測溫誤差±2℃或±2%。熱靈敏度0.03℃，便于分辨更小的溫差和更小目標，提供更清晰的熱像。紅外分辨率640x480，若使用算法改進的像素增強功能，可有4倍圖像清晰度，畫質提升為1280x960。

5.支持12個點，12個框和3條線的實時溫度顯示、分析功能，可導出時間溫度曲線、三維溫度圖等測試數據。

時間溫度曲線：

三維溫度圖：

6.手機觸屏操作界面，簡單易學，即開即用。

手機可直接錄制1000幀熱像全輻射視頻；溫變過程實時捕捉；沒有PC也能自動采集數據。

7. 定制化的熱像分析軟件

金鑒定制PC端、APP分析軟件: IR pro、JinJian IR針對LED產業開發的特殊應用功能，人性化的操作界面，更適合LED失效分析、研發測試，糾正多種錯誤測溫方式，開發新的應用領域。具備強大的熱像圖片分析和報告功能，方便做各個維度的溫度數據分析和圖像效果處理。

8. 失效熱點定位分析

案例一：金鑒顯微紅外熱點定位系統查找芯片漏電點

客戶反饋在測試芯片抗靜電能力測試后，LED芯片出現漏電現象現在，委托金鑒要求查找芯片漏電點。

測試原理：

在通電點亮的LED芯片后，使用金鑒顯微紅外熱點定位系統對芯片表面進行熱分布掃描，如果LED芯片存在缺陷點，缺陷處的溫度將無法迅速通過金屬線傳導散開，此時，會導致缺陷處溫度累積升高，并進一步引起金屬線電阻以及電流變化，通過金鑒顯微紅外熱點定位測試系統可在線觀看到芯片的熱分布異常，定位缺陷位置。該方法常用于LED芯片內部高阻抗及低阻抗分析，芯片漏電路徑分析。

測試過程：

正向點亮漏電LED芯片,Vf偏低（左圖）。反向測試芯片漏電流顯示漏電流較大（右圖）

金鑒工程師利用金鑒自研發顯微紅外熱點定位熱分布測試系統對漏電芯片進行點亮測試。

測試結果：

顯微紅外熱點定位熱分布測試結果顯示：漏電芯片上熱分布不均，存在異常熱點，熱點即為芯片漏電缺陷點。

存在缺陷或性能不佳的半導體器件通常會表現出異常的局部功耗分布，最終會導致局部溫度增高。金鑒顯微紅外熱點定位熱分布系統，利用新型高分辨率微觀缺陷定位技術，可在大范圍內高效而準確地確定關注區域（異常點）位置。圖示為在金鑒顯微紅外熱點定位測試布設備下LED芯片漏電圖：

LED芯片熱點定位圖

在金鑒顯微紅外熱點定位測試系統中，不同模式調色板下的芯片漏電圖如圖所示顯示：

不同調色板下的LED芯片熱點定位圖

對于受損LED來說，缺陷引起的非輻射復合幾率增加，在加壓增強的情況下，局部的高電場或強復合所引起的紅外輻射能量被金鑒顯微紅外探測系統所接收，可以看到明亮的發光點或者熱斑，再經過CCD圖像轉換處理，將其與器件表面的光學發射像疊加，就可以確認漏電造成發光點的位置?？梢姽馀c紅外雙重成像技術精確定位細微缺陷！

案例一：金鑒顯微紅外熱點定位系統查找紫外垂直芯片漏電點

客戶反饋其紫外垂直芯片存在漏電現象，送測裸晶芯片，委托金鑒查找芯片漏電點。

可見光圖和熱成像圖融合，精準定位LED芯片熱點

取裸晶芯片進行外觀觀察，發現芯片結構完整，無擊穿形貌，表面干凈無污染。通過金鑒探針系統對裸晶芯片加載反向電壓后，在暗室中使用顯微紅外熱點定位系統的熱點自動搜尋功能定位到了芯片上若干熱點。經過可見光與熱成像雙重成像融合后，可以清晰觀察到熱點所在，即為芯片漏電缺陷處。

案例二：

客戶送測LED芯片，委托金鑒在指定電流條件下（30mA、60mA、90mA）進行芯片熱分布測試。

其中60mA為額定電流。

點亮條件：30mA、60mA、90mA

環境溫度：20~25℃/40~60%RH

不同加載電流下LED芯片熱分布圖

燈珠正常使用時，額定電流為60mA。金鑒通過顯微熱分布測試系統發現，該芯片在額定電流下工作，芯片存在發熱不均勻的現象，其負極靠近芯片邊緣位置溫度比正電極周圍高10度左右。建議改芯片電極設計做適當優化，以提高發光效率和產品穩定性。

該芯片不同電流下（30mA、60mA、90mA）都存在發熱不均的現象，芯片正極區域溫度明顯高于負極區域溫度。當芯片超電流（90mA）使用時，我們發現過多的電流并沒有轉變成為光能，而是轉變成為熱能。

案例三：

某燈具廠家把芯片封裝成燈珠后，做成燈具，在使用一個月后出現個別燈珠死燈現象，委托金鑒查找原因。本案例，金鑒發現該燈具芯片有漏電、燒電極和掉電極的現象，通過自主研發的顯微熱分布測試儀發現芯片正負電極溫差過大，再經過FIB對芯片正負電極切割發現正極Al層過厚和正極下缺乏二氧化硅阻擋層。顯微熱分布測試系統在本案例中，起到定位失效點的關鍵作用。

對漏電燈珠通電光學顯微鏡觀察：

金鑒隨機取1pc漏電燈珠進行化學開封，使用3V/50uA直流電通電測試，發現燈珠存在電流分布不均現象，負極一端處的亮度較高。

LED芯片光分布圖

對漏電燈珠顯微紅外觀察：

使用金鑒自主研發的顯微熱分布測試系統對同樣漏電芯片表面溫度進行測量，發現芯片正負電極溫度差距很大，數據顯示如圖，負極電極溫度為129.2℃，正極電極溫度為82.0℃，電極兩端溫差>30℃。

LED芯片熱分布圖

死燈芯片正極金道FIB切割：

金鑒工程師對死燈燈珠芯片正極金道做FIB切割，結果顯示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射結構，金鑒發現： 

1.Cr-Al-Cr-Pt層呈現波浪形貌，尤其ITO層呈現波浪形貌，ITO層熔點較低，正極在高溫下，芯片正極ITO-Cr-Al-Cr-Pt層很容易融化脫落，這也是金鑒觀察到前面部分芯片正極脫落的原因。

2.芯片正極的鋁層厚度約為251nm，明顯比負極100nm要厚，而負極和正極Cr-Al-Cr-Pt-Au是同時的蒸鍍濺射工藝，厚度應該一致。

3.在芯片正極金道ITO層下，我們沒有發現二氧化硅阻擋層。而沒有阻擋層恰好導致了正負電極分布電流不均，電極溫差大，造成本案的失效真因。

LED芯片正極金道FIB切割及截面形貌觀察

案例四：

委托單位送測LED燈珠樣品，要求使用顯微熱分布測試系統觀察燈珠在不同電流下表面溫度的變化情況。

對大尺寸的倒裝芯片進行觀察：

開始時樣品電流為1A，此時芯片表面溫度約134℃；一段時間后，電流降低到800mA，溫度在切換電流后的2s內，溫度下降到125℃，隨后逐漸下降到115℃達到穩定；緊接著再把電流降低到500mA，10s后，溫度從115℃下降到91℃。

加載電流變化下大尺寸倒裝芯片的溫度-時間曲線圖

對小尺寸的倒裝芯片進行觀察：

樣品在300mA下穩定時，芯片表面溫度約為68℃；電流增加到500mA，10s后溫度上升到99℃；隨后把電流降低到200mA，13s后溫度下降到57℃，此時把電流增加到400mA，芯片表面溫度逐漸上升，在20s后溫度達到穩定，此時溫度約為83℃；最后把電流降低到100mA后，溫度逐漸下降。

加載電流變化下小尺寸倒裝芯片的溫度-時間曲線圖

案例四：燈珠漏電點定位

金鑒工程師在進行LED燈珠失效分析時發現燈珠漏電失效，電性測試發現燈珠芯片正常，但燈珠RB焊盤之間存在漏電現象。X-ray和SEM分析未能觀察到支架內部及焊盤表面有金屬導電物等漏電通道。

使用金鑒自研發顯微紅外熱點定位測試系統對支架進行測試，結果顯示RB焊盤之間可檢測到異常發熱點，即漏電缺陷位置。（電子器件存在缺陷異?；蛐阅懿患训那闆r下，通常會表現出異常局部功耗分布，最終會導致局部溫度升高。）由于支架漏電失效區域表面沒有漏電通道，故漏電區域進行截面分析。

在SEM下觀察，發現支架漏電區域界面存在發亮異常點，在BSE模式下發亮位置一般存在金屬元素。進一步EDS測試結果顯示，異常點均可檢測到銅（Cu）元素，銅為導電物質且非注塑膠的固有成分。

因此，燈珠漏電失效的原因為支架注塑膠內部存在金屬導電物質（EDS檢測到銅），導致相鄰的導體之間絕緣性能下降甚至造成漏電，最終使燈珠失效。

在本案例中，金鑒顯微紅外熱點定位測試系統為電子器件漏電點分析提供了精準有效的指引。

案例五：電源失效分析之熱點定位

委托單位電源出現失效現象，委托金鑒查找電源失效原因。在該案例中，金鑒使用顯微紅外熱點定位測試系統對電源進行測試，定位到電源結構中的R5電阻在使用時發熱嚴重，經測溫發現該電阻溫度高達90℃。廠家建議碳膜電阻在滿載功率時最佳工作溫度在70℃以下，而該電源中R5碳膜電阻在90℃溫度下滿載工作，長期使用過程中導致R5電阻失效。

電源熱分布圖及熱點定位

案例六：PCB器件失效分析

測試原理：PCB器件存在缺陷異常或性能不佳的情況下，通常會表現出異常局部功耗分布，最終會導致局部溫度升高。金鑒顯微紅外熱點定位系統利用新型高分辨率微觀缺陷定位技術進行熱點鎖定(lock in) ，可快速而準確地探測細微缺陷（異常點）位置。

室溫24.5℃條件下，對待測區域施加5V電壓，此時導通電流為20mA。使用顯微熱點定位系統測試PCB板熱點。如紅外熱點定位圖所示，其中紅色三角形標識處即為熱點所在，紅外-可見光融合圖可觀察到熱點在PCB板上的位置，該熱點位置即為PCB板漏電缺陷位置。

局部漏電PCB樣品-紅外熱點定位測試

紅外熱點定位圖                   可見光圖（測試區域）                紅外-可見光融合圖

案例七：紅外熱點定位測試

委托單位反映LED屏存在短路異常，在室溫26.5℃/51%RH條件下，對待測區域施加5V電壓，此時導通電流為20mA。使用顯微熱點定位系統測試LED屏熱點。先用標準鏡頭找出異常熱點的大致位置，如圖1在熱分布圖上可以看得到熱點的大致范圍，再換微距鏡頭，準確的找出熱點具體的哪個位置，如圖1,2在熱分布圖上可以清楚的看到熱點在線路的哪個點上。

標準鏡頭（圖1）                       微距鏡頭（圖2）                    微距鏡頭（圖3）