红外热像仪揭示微电子设备的热特性

红外热像仪揭示微电子设备的热特性

在开发电子设备和微电子设备的过程中，瞬态热信息对确认设备或设备特定部分是否正常运行至关重要。此外，下一代微电子设备的性能将取决于对用于微电子器件的各种材料的热物理特性的更好理解。在阿林顿的得克萨斯大学，以微型热物理学实验室主任Ankur Jain博士为首的团队研究与微尺度热传导有关的各种话题。该实验室采用各种现代设备和仪器，包括FLIR红外热像仪。

在过去几十年中，微型化是微电子行业的重点发展方向。更小型的设备运行速度更快且具有更紧凑的系统。纳米技术和薄膜处理领域的进步已延伸到各种技术领域，包括光伏电池、温差电材料和微机电系统（MEMS）。这些材料和设备的热属性对于这类工程系统的持续发展至关重要。但是，这些系统存在与热传导有关的各种问题。为了更有效地解决这些问题，全面了解微型材料的热传导性质至关重要。

三维集成电路中的散热

Ankur Jain博士负责微型热物理实验室，在实验室里他和他的学生进行关于微尺度热传导、能量转换系统、半导体热管理、生物传热等相关话题的研究。三维集成电路（IC）中的热耗散是一大技术挑战，阻碍了该项技术的普及，尽管在过去一二十年中进行了大量相关研究。因此，微型热物理学实验室的研究人员开展实验以测量三维集成电路的关键热特性，开发分析模型以了解三维集成电路中的热传导。

测量温度场

自诞生之初，薄膜材料一直是微电子元件的基本特性，在芯片上起到各种各样的作用。为了准确理解薄膜的热性能，我们需要将热属性与不断演化的与镀膜工艺有关的微观结构和形态相关联。通过这种方式，应该能够研究导电率、体积模量、厚度和界面热阻等属性。

在一次典型测试实验中，基质上的微加热器管连接至电源。装置通过焦耳加热升温。因此，基质的温度场随时间而变化。

Ankur Jain博士称：“我们对微型器件上温度场随时间的变化尤其感兴趣，通过测量基质的热属性，我们尽力了解微尺度热传导的基本性质。”在电子元件中，热通常是主设备运行的不良副作用。因此，充分了解薄膜的瞬态热现象十分重要。“通过了解热如何在微系统中流动，我们能够有效地将过热问题小化。这有助于我们设计出更的微系统，并在材料选择方面作出更明智的决策。例如，我们已进行一项研究，旨在比较各种类型薄膜的热传导属性。”

“在一次典型测试实验中，我们将基质上的微加热器管连接至电源。我们提供极少量电流，通过焦耳加热使装置升温。因此，基质的温度场随时间而变化。”

Ankur Jain表示。“通过测量基质的热属性，我们尽力了解微尺度热传导的基本性质。”

红外热像仪

为了测量微电子设备的温度，Ankur Jain博士的团队使用过各种技术，包括热电偶。这项技术存在的主要问题是热电偶仅能测量单点温度值。为了获得温度场的更全面直观的图像，Jain博士决定使用FLIR红外热像仪。FLIR A6703sc红外热像仪专为电子元件检测、医疗热成像、生产监控、非破坏性测试等应用而设计，适用于高速热事件和快速移动目标。短曝光时间使用户能够定格运动，获得的温度测量值。热像仪的图像输出可以通过调节窗口，将帧频提高至480帧/秒，并描述高速热事件的特征，从而确保在测试过程中不会遗漏关键数据。

Ankur Jain表示：“感兴趣设备中的热现象转瞬即逝，我们需要整个温度场的信息，而不是单点测量值，FLIR A6703sc在实验期间大有助益，为我们呈现受测设备的极为细腻的细节。”

用于科研研发应用的热分析软件

此外，Ankur Jain博士的团队一直将FLIR ResearchIR分析软件用于科研研发应用领域。ResearchIR是一款强大且简单易用的热分析软件，可实现热像仪系统的命令和控制、高速数据记录、实时或回放分析以及报告等。Ankur Jain道：“经证实，FLIR的ResearchIR软件非常实用，尤其是，它能够保存我们的热记录然后在数台电脑之间共享以供进一步分析。ResearchIR极大地增进了我们团队内以及我们团队与其他团队的协作。”

Ankur Jain：“我们对微型器件上温度场随时间的变化尤其感兴趣，通过测量基质的热属性，我们尽力了解微尺度热传导的基本性质。”