WO2003012468A1 - Method and device for examining heat sources within a sample that comprises an electroconductive material - Google Patents

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WO2003012468A1
WO2003012468A1 PCT/EP2002/006830 EP0206830W WO03012468A1 WO 2003012468 A1 WO2003012468 A1 WO 2003012468A1 EP 0206830 W EP0206830 W EP 0206830W WO 03012468 A1 WO03012468 A1 WO 03012468A1
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PCT/EP2002/006830
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Frank Altmann
Otwin Breitenstein
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Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2853Electrical testing of internal connections or -isolation, e.g. latch-up or chip-to-lead connections

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for examining heat sources within an electrically conductive material sample which is subjected to an electrical voltage for the purpose of heat development, in which the sample is exposed to at least one sample surface with a fluorescent agent, the Fluorescence property is temperature-dependent, the sample surface prepared in this way is exposed to an energy flow that energizes the fluorescent agent before, during and / or after the sample is supplied with the electrical voltage and by means of an image recording device images of fluorescent radiation emerging from the prepared sample surface are recorded and evaluated by an evaluation unit ,
  • the function of electronic components is based on internal current flows.
  • Local heat sources are always formed. These heat sources can be caused by various mechanisms, such as Joule heat when a current flows through an electrical resistor, recombination heat when recombining non-equilibrium charge carriers in a semiconductor, relaxation heat when thermalizing hot charge carriers, or Peltier heat when the current flows at the contact between different ones conductor materials. That's why it is It is obvious to use the thermographic mapping of local temperature differences in semiconductor components for the functional test of these components.
  • thermographic examination of electronic components Previously common methods for the thermographic examination of electronic components are the examination with an infrared (IR) thermal camera (see, for example, J. McDonald, L. Optics, G. Albright, “Microthermal imaging in the infrared”, Electronics Cooling 3 (1997) pp . ⁇ , the investigation with temperature-sensitive liquid crystals (see e.g. DJ Farina, "High resolution thermal mapping of integrated circuits using nematic and thermochromic liquid crystals", Temptronic Corp. publication), and Fluorescent Microthermal Imaging (abbreviated FMI, see e.g. P. Kolodner , JA Tyson, "Microscopic fluorescent imaging of surface temperature profiles with 0.01 ° C resolution", Appl. Phys. Lett. 40 (1982) pp. 782-784).
  • IR infrared
  • the latter FMI method has become established in the past few years in addition to the liquid crystal method as a standard method for thermal functional testing of electronic components and circuits, since its sensitivity is about an order of magnitude better than that of the other two methods.
  • the FMI method has a nominal spatial resolution down to the sub-micrometer range.
  • a thin layer of a special dye is applied to the surface of the sample, the luminescence of which is strongly temperature-dependent in the visible spectral range when UV-illuminated. In fluorescence microscopy, heated areas therefore appear darker than unheated areas.
  • the stimulating UV intensity cannot be chosen to be arbitrarily high because of the degradation of the dye used, an image integration time of usually a few seconds to minutes must be selected when measuring the luminescence intensity in order to obtain an image that is as noise-free as possible. This is neither possible with conventional CCD cameras nor is it useful because of the detector noise.
  • the FMI method usually uses a cooled, high-resolution slow scan CCD camera, which usually has an image integration time of many seconds.
  • methods of image storage and image processing are usually used to subtract the luminescent image from the component under no load and to display only the difference image.
  • the FMI process has become established in many places, it still has some disadvantages.
  • the strong thermal conductivity of silicon has a disturbing effect, as a result of which the heat generated in a specific area is generated relatively quickly, i.e. can spread laterally within a few milliseconds, whereby the lateral temperature contrasts "smear" after a short time.
  • This effect occurs especially in macroscopic applications when the heat sources are not small compared to the dimensions of the sample.
  • the macroscopic spatial resolution of the FMI method is significantly worse than the microscopic one.
  • thermography An analogous problem also arises with infrared (IR) thermography if it is operated as a stationary process, i.e. if the heat input is constant over time due to the application of an electrical voltage to the sample.
  • IR thermography has the disadvantage that the spatial resolution of the method is limited to a range of 3-5 ⁇ m due to the wavelength. As a result, IR thermography is in principle not suitable for examining sub-micrometer structures.
  • lock-in thermography A better use of the potential of IR thermography can be achieved by the so-called lock-in thermography.
  • lock-in thermography With lock-in thermography the heat input is periodically modulated and phase-coupled individual thermal images are recorded. The numerical correlation of the recorded thermal images ensures that the result reflects the local periodic temperature modulation.
  • Lock-in thermography using infrared cameras is known per se and is used, for example, for non-destructive material testing (eg G. Busse, D. Wu, W. Karpen, "Thermal wave imaging with phase sensitive modulated thermography", J. Appl. Phys. 71 (1992) pp. 3962-3965).
  • US Pat. No. 5,653,539 describes a method and a device for temperature detection of a surface on which a chemiluminescent layer is applied, which is capable of emitting temperature-dependent luminescent radiation, which is received by means of a suitable detector and is used via an evaluation unit to determine the surface temperature.
  • EP 1006346 A1 shows a measuring method for determining the surface temperature which is based on the principle of phophoresis measurement.
  • a layer containing phosphorus or phosphorus is applied to a surface to be examined, the temperature-dependent luminescent radiation of which is received by a detector system and evaluated accordingly.
  • a detector system Even with the two methods mentioned above, only a rough spatially resolved temperature measurement can be achieved.
  • the method should serve for the thermal functional diagnosis of electronic components and should have a better temperature resolution and a better macroscopic spatial resolution than the FMI method.
  • the process should not be influenced by temperature drift.
  • claim 18 The solution to the problem on which the invention is based is specified in claim 1.
  • the subject matter of claim 18 is a device designed according to the invention, with which the method can be carried out.
  • Features which advantageously further develop the inventive concept can be found in the subclaims and in the description and the figure.
  • the approach according to the invention is based on the FMI method, which is known per se, in which an electrical voltage is applied to the sample for the purpose of examining heat sources within a sample comprising electrically conductive material, for the purpose of developing heat.
  • the sample is provided on at least one of its sample surfaces with a fluorescent agent, the fluorescence property of which is temperature-dependent, and is exposed to an energy flow that energizes the fluorescent agent before, during and / or after the sample is supplied with the electrical voltage.
  • images of the fluorescence radiation emerging from the prepared sample surface are recorded and correspondingly evaluated by means of an evaluation unit.
  • a modulation frequency f P is now applied to the electrical voltage and the image recording device is phase-coupled to the modulation frequency f P by means of a lock-in principle.
  • a pulsed heat input is generated within the sample by the electrical voltage applied to the sample with a predeterminable modulation frequency f P, which is recorded in phase lock-in principle by the image recording device, which records images with a likewise predeterminable refresh rate f w becomes.
  • the energy flow which excites the fluorescent agent on the sample or component surface is preferably UV radiation, which in the simplest case is stationary, i.e. with a constant intensity over time, is irradiated onto the surface.
  • the luminescent surface is recorded in a light microscope with a sensitive camera as an image recording device, digitized and fed to a computer system as an evaluation unit.
  • the camera is operated at a fixed refresh rate f w , which, depending on the camera type, is between under a heart and about 50 Hz or above.
  • the modulation of the electrical voltage applied to the component is correlated with the image repetition frequency f w by means of a phase coupling.
  • the lock-in correlation is preferably carried out the images of the camera fed to the evaluation unit according to a method customary in lock-in IR thermography.
  • An example is the simplest 4-point correlation method (G. Busse, D. Wu, W. Karpen, "Thermal wave imaging with phase sensitive modulated thermography", J. Appl. Phys. 71 (1992) pp.
  • the lock-in method is characterized in that the measurement can be averaged or integrated over many lock-in periods, which improves the signal-to-noise ratio.
  • the lock-in integration time is equivalent to the image integration time in the conventional, stationary FMI method.
  • this integration time is distributed over many individual modulation periods.
  • the advantage of the method is therefore that the use of expensive cooled slow-scan CCD cameras is not necessary, but that cheaper CCD cameras can be used which operate at a refresh rate of 50 Hz or even higher. The reason for this is that slow signal changes are not included in the result anyway when using the lock-in method.
  • the modulation frequency f P and thus also the effective lock-in frequency can also be significantly above the refresh rate f w .
  • the amplitude and thus the intensity of the exciting UV light is not kept constant, but is modulated with a frequency f m0C ⁇ , which preferably differs somewhat from f P.
  • the UV modulation frequency can be 100 Hz and can be synchronized with the mains frequency.
  • This corresponds to the use of a conventional AC-operated mercury vapor lamp for generating the UV lighting, as is also used in conventional FMI systems, and which "flickers" in time with the current load. If voltage pulses with a frequency of f p 100 Hz - f w / 4 are then applied to the sample, then the luminescent light is also amplitude-modulated here with fw / 4, which means that again with 4 pictures the 4-point correlation can be carried out, although the pulse repetition frequency used for heat input is much higher at 100 Hz.
  • Another particularly advantageous method variant provides that the electrical voltage of the component under investigation is not pulsed to modulate the heat input into the sample, but that a nominal operating voltage is applied permanently and only certain control inputs of the component are appropriately controlled with control voltages. Depending on these control signals, certain heat sources arise and disappear in the component, which can provide information about the function of the component. Through a complex timing of different control signals and clock signals, it can be achieved that only the elements to be examined are specifically activated in such a way that they generate a periodically modulated heat which is then detected by the lock-in FMI method. This enables a detailed investigation of the function of complex structures that goes far beyond the summary mapping of internal heat sources in the component in question.
  • FIG. 1 Schematic circuit diagram of an apparatus for performing the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows the functional diagram for a typical exemplary embodiment for carrying out the lock-in FMI method according to the invention.
  • the device shown in FIG. 1 shows an electronic component 3, on the component surface of which is coated with a fluorescent agent, UV radiation from a UV lighting device is directed.
  • the UV radiation causes fluorescence radiation, which is imaged onto a CCD camera 6 via a microscope 5.
  • the images recorded by the CCD camera are then evaluated in a computer.
  • the component itself is supplied with electrical voltage by means of a frequency generator 1 and a multiplexer 2 in the context of digital frequency processing, as described below.
  • the frequency generator 1 used for the modulation has four outputs, at which the set modulation frequency appears with a phase position of 0 ° (reference), 90 °, 180 ° and 270 °.
  • the multiplexer 2 selects one of these four signals and uses it to pulse the heat generation in the sample 3 under investigation. This is irradiated by a UV lighting device 4, the intensity of which is modulated by the 0 ° (reference) signal of the signal generator 1.
  • the luminescence image generated is recorded via the microscope 5 by the CCD camera 6, which is operated at a fixed refresh rate f w .
  • the image trigger signal taken from the camera control is used to switch the multiplexer 2 cyclically, whereby the phase of the sample control is increased by 90 ° after each captured image.
  • the images of the camera transmitted to the computer system 7 are correlated with one another there according to the known 4-point method, if necessary averaged over several periods, and according to the Take at least 4 pictures as shown in lock-in thermography.

Abstract

The invention relates to a method and a device for examining heat sources within a sample that comprises an electroconductive material and that is impinged with a voltage for the purpose of heat development. The inventive method is further characterized in that the sample is impinged with a fluorescent substance on at least one sample surface, the fluorescent properties of said substance being temperature-dependent. The sample surface so prepared is subjected to an energy flow that energizes the fluorescent material, and while and/or once the sample is supplied with a voltage, images of the fluorescent radiation emitted by the prepared sample surface are recorded by means of an image recording device and are evaluated by means of an evaluation unit. The invention is specifically characterized in that the voltage is impinged with a modulation frequency fP and that the image recording device is coupled in phase to the modulation frequency fP according to a lock-in principle.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Wärmequellen innerhalb einer elektrisch leitendes Material aufweisenden Probe Method and device for examining heat sources within a sample comprising electrically conductive material
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Untersuchung von Wärmequellen innerhalb einer elektrisch leitendes Material aufweisenden Probe, die zu Zwecken einer Wärmeentwicklung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, bei dem die Probe auf wenigstens einer Probenoberfläche mit einem fluoreszierenden Mittel beaufschlagt wird, dessen Fluoreszenzeigenschaft temperaturabhängig ist, die derart präparierte Probenoberfläche einem das fluoreszierende Mittel energetisch anregenden Energiestrom ausgesetzt wird bevor, während und/oder nachdem die Probe mit der elektrischen Spannung versorgt wird und mittels einer Bildaufnahmevorπchtung Bilder von der präparierten Probenoberfläche austretende Fluoreszenzstrahlung aufgenommen und mittels einer Auswerteeinheit ausgewertet werden.The invention relates to a method and an apparatus for examining heat sources within an electrically conductive material sample which is subjected to an electrical voltage for the purpose of heat development, in which the sample is exposed to at least one sample surface with a fluorescent agent, the Fluorescence property is temperature-dependent, the sample surface prepared in this way is exposed to an energy flow that energizes the fluorescent agent before, during and / or after the sample is supplied with the electrical voltage and by means of an image recording device images of fluorescent radiation emerging from the prepared sample surface are recorded and evaluated by an evaluation unit ,
Stand der TechnikState of the art
Die Funktion elektronischer Bauelemente wie z.B. integrierter Schaltkreise (ICs), beruht auf internen Stromflüssen. Dabei kommt es stets auch zur Bildung von lokalen Wärmequellen. Diese Wärmequellen können durch verschiedene Mechanismen bedingt sein, wie z.B. Joulesche Wärme beim Fließen eines Stromes durch einen elektrischen Widerstand, Rekombinationswärme bei der Rekombination von Nichtgleichgewichts-Ladungsträgern in einem Halbleiter, Relaxationswärme beim Thermalisieren heißer Ladungsträger, oder Peltierwärme beim Übergang des Stromes am Kontakt zwischen verschiedenen Leitermaterialien. Deshalb ist es naheliegend, die thermographische Abbildung von lokalen Temperaturunterschieden in Halbleiterbauelementen zur Funktionstestung dieser Bauelemente zu verwenden.The function of electronic components such as integrated circuits (ICs) is based on internal current flows. Local heat sources are always formed. These heat sources can be caused by various mechanisms, such as Joule heat when a current flows through an electrical resistor, recombination heat when recombining non-equilibrium charge carriers in a semiconductor, relaxation heat when thermalizing hot charge carriers, or Peltier heat when the current flows at the contact between different ones conductor materials. That's why it is It is obvious to use the thermographic mapping of local temperature differences in semiconductor components for the functional test of these components.
Bisher übliche Methoden zur thermographischen Untersuchung elektronischer Bauelemente sind die Untersuchung mit einer Infrarot- (IR-) Thermokamera (siehe z.B. J. McDonald, L. Optics, G. Albright, "Microthermal imaging in the infrared", Electronics Cooling 3 (1997) pp.}, die Untersuchung mit temperaturempfindlichen Flüssigkristallen (siehe z.B. DJ. Farina, "High resolution thermal mapping of integrated circuits using nematic and thermochromic liquid crystals", Temptronic Corp. publication), und Fluorescent Microthermal Imaging (abgekürzt FMI, siehe z.B. P. Kolodner, J.A. Tyson, "Microscopic fluorescent imaging of surface temperature profiles with 0.01 °C resolution", Appl. Phys. Lett.40 (1982) pp. 782-784).Previously common methods for the thermographic examination of electronic components are the examination with an infrared (IR) thermal camera (see, for example, J. McDonald, L. Optics, G. Albright, "Microthermal imaging in the infrared", Electronics Cooling 3 (1997) pp .}, the investigation with temperature-sensitive liquid crystals (see e.g. DJ Farina, "High resolution thermal mapping of integrated circuits using nematic and thermochromic liquid crystals", Temptronic Corp. publication), and Fluorescent Microthermal Imaging (abbreviated FMI, see e.g. P. Kolodner , JA Tyson, "Microscopic fluorescent imaging of surface temperature profiles with 0.01 ° C resolution", Appl. Phys. Lett. 40 (1982) pp. 782-784).
Insbesondere das letztgenannte FMI-Verfahren hat sich in den letzten Jahren neben dem Flüssigkristallverfahren als Standardverfahren zur thermischen Funktionstestung von elektronischen Bauelementen und Schaltkreisen etabliert, da seine Empfindlichkeit etwa eine Größenordnung besser als die der anderen beiden Verfahren ist. Weiterhin weist das FMI-Verfahren eine nominelle Ortsauflösung bis in den sub-Mikrometer Bereich hinein auf.In particular, the latter FMI method has become established in the past few years in addition to the liquid crystal method as a standard method for thermal functional testing of electronic components and circuits, since its sensitivity is about an order of magnitude better than that of the other two methods. Furthermore, the FMI method has a nominal spatial resolution down to the sub-micrometer range.
Bei dem FMI-Verfahren wird eine dünne Schicht eines speziellen Farbstoffs auf die Oberfläche der Probe gebracht, dessen Lumineszenz im sichtbaren Spektralbereich bei UV-Beleuchtung stark temperaturabhängig ist. In der Fluoreszenzmikroskopie erscheinen erwärmte Bereiche daher dunkler als nicht erwärmte Bereiche.In the FMI process, a thin layer of a special dye is applied to the surface of the sample, the luminescence of which is strongly temperature-dependent in the visible spectral range when UV-illuminated. In fluorescence microscopy, heated areas therefore appear darker than unheated areas.
Da wegen der Degradation des verwendeten Farbstoffs die anregende UV-Intensität nicht beliebig hoch gewählt werden kann, muß bei der Messung der Lumineszenzintensität eine Bildintegrationszeit von üblicherweise einigen Sekunden bis hin zu Minuten gewählt werden, um ein möglichst rauschfreies Bild zu erhalten. Dies ist mit üblichen CCD-Kameras weder möglich noch wegen des Detektorrauschens sinnvoll. Deshalb wird beim FMI-Verfahren üblicherweise mit einer gekühlten hochauflösenden sogenannten Slow-Scan CCD-Kamera gearbeitet, die eine Bildintegrationszeit üblicherweise von vielen Sekunden aufweist. Um den Einfluss der Oberflächentopographie zu unterdrücken und ein möglichst rein "thermisches" Signal zu erreichen, wird üblicherweise mit Methoden der Bildspeicherung und Bildverarbeitung das Lumineszenzbild unter elektrischer Belastung des Bauteils von dem ohne Belastung subtrahiert und nur das Differenzbild dargestellt.Since the stimulating UV intensity cannot be chosen to be arbitrarily high because of the degradation of the dye used, an image integration time of usually a few seconds to minutes must be selected when measuring the luminescence intensity in order to obtain an image that is as noise-free as possible. This is neither possible with conventional CCD cameras nor is it useful because of the detector noise. For this reason, the FMI method usually uses a cooled, high-resolution slow scan CCD camera, which usually has an image integration time of many seconds. In order to suppress the influence of the surface topography and to achieve a "thermal" signal that is as pure as possible, methods of image storage and image processing are usually used to subtract the luminescent image from the component under no load and to display only the difference image.
Obwohl sich das FMI-Verfahren vielerorts etabliert hat, hat es doch noch einige Nachteile. Der Hauptnachteil betrifft die Temperaturauflösung von 0,01 °C (= 10 iτiK), die für viele Anwendungsfälle unzureichend ist. Gerade zur Untersuchung von sogenannten "low power"-Bauelementen wäre die Verbesserung der Empfindlichkeit um weitere 1 bis 2 Größenordnungen wünschenswert.Although the FMI process has become established in many places, it still has some disadvantages. The main disadvantage concerns the temperature resolution of 0.01 ° C (= 10 iτiK), which is inadequate for many applications. Especially for the investigation of so-called "low power" components, it would be desirable to improve the sensitivity by a further 1 to 2 orders of magnitude.
Weiterhin macht sich bei der Untersuchung von Silizium-Bauelementen die starke Wärmeleitfähigkeit von Silizium störend bemerkbar, durch die sich die in einem bestimmten Gebiet erzeugte Wärme relativ schnell, d.h. innerhalb von wenigen Millisekunden, lateral auszubreiten vermag, wodurch nach kurzer Zeit die lateralen Temperaturkontraste "verschmieren". Dieser Effekt tritt vor allem bei makroskopischen Anwendungen auf, wenn die Wärmequellen nicht klein gegen die Abmessungen der Probe sind. Dadurch wird die makroskopische Ortsauflösung des FMI-Verfahrens deutlich schlechter als die mikroskopische.Furthermore, in the investigation of silicon components, the strong thermal conductivity of silicon has a disturbing effect, as a result of which the heat generated in a specific area is generated relatively quickly, i.e. can spread laterally within a few milliseconds, whereby the lateral temperature contrasts "smear" after a short time. This effect occurs especially in macroscopic applications when the heat sources are not small compared to the dimensions of the sample. As a result, the macroscopic spatial resolution of the FMI method is significantly worse than the microscopic one.
Ein analoges Problem tritt auch bei der Infrarot (IR) Thermographie auf, wenn diese als stationäres Verfahren betrieben wird, d.h. wenn der Wärmeeintrag, bedingt durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an der Probe, zeitlich konstant ist. Darüber hinaus hat die IR-Thermographie noch den Nachteil, dass die Ortsauf lösung des Verfahrens wellenlängenbedingt auf einen Bereich von 3-5 μm beschränkt ist. Dadurch eignet sich die IR-Thermographie prinzipiell nicht zur Untersuchung von sub-Mikrometer Strukturen.An analogous problem also arises with infrared (IR) thermography if it is operated as a stationary process, i.e. if the heat input is constant over time due to the application of an electrical voltage to the sample. In addition, IR thermography has the disadvantage that the spatial resolution of the method is limited to a range of 3-5 μm due to the wavelength. As a result, IR thermography is in principle not suitable for examining sub-micrometer structures.
Eine bessere Ausnutzung des Potenzials der IR Thermographie lässt sich durch die sogenannte Lock-in Thermographie erreichen. Bei der Lock-in Thermographie wird der Wärmeeintrag periodisch moduliert und dazu phasengekoppelt einzelne Thermobilder aufgenommen. Durch die numerische Korrelation der aufgenommenen Thermobilder wird erreicht, dass das Ergebnis die lokale periodische Temperaturmodulation widerspiegelt. Lock-in Thermographie unter der Verwendung von Infrarotkameras ist an sich bekannt und wird z.B. für die nichtzerstörende Werkstoffprüfung eingesetzt (z.B. G. Busse, D. Wu, W. Karpen, "Thermal wave imaging with phase sensitive modulated thermography", J. Appl. Phys. 71 (1992) pp. 3962-3965).A better use of the potential of IR thermography can be achieved by the so-called lock-in thermography. With lock-in thermography the heat input is periodically modulated and phase-coupled individual thermal images are recorded. The numerical correlation of the recorded thermal images ensures that the result reflects the local periodic temperature modulation. Lock-in thermography using infrared cameras is known per se and is used, for example, for non-destructive material testing (eg G. Busse, D. Wu, W. Karpen, "Thermal wave imaging with phase sensitive modulated thermography", J. Appl. Phys. 71 (1992) pp. 3962-3965).
Es hat sich herausgestellt, daß man mit der Lock-in Thermographie sowohl die Temperaturauflösung als auch die makroskopische Ortsauflösung gegenüber der stationären IR-Thermographie entscheidend verbessern kann (O. Breitenstein, M. Langenkamp, F. Altmann, D. Katzer, A. Lindner, H. Eggers, "Microscopic lock-in thermography investigation of leakage Sites in integrated circuits", Rev. Sei. Instr. 71 (2000) pp. 4155-4160). Allerdings ist die mikroskopische Ortsauflösung dieses Verfahrens durch die verwendete Wellenlänge auf 3-5 μm begrenzt, wodurch es ebenfalls nicht zur Untersuchung von sub-Mikrometer Strukturen eingesetzt werden kann.It has been found that lock-in thermography can significantly improve both the temperature resolution and the macroscopic spatial resolution compared to stationary IR thermography (O. Breitenstein, M. Langenkamp, F. Altmann, D. Katzer, A. Lindner , H. Eggers, "Microscopic lock-in thermography investigation of leakage sites in integrated circuits", Rev. Sci. Instr. 71 (2000) pp. 4155-4160). However, the microscopic spatial resolution of this method is limited to 3-5 μm by the wavelength used, which means that it cannot be used to examine sub-micrometer structures either.
In der US 5,653,539 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Temperaturerfassung einer Oberfläche beschrieben, auf der eine Chemolumineszenzschicht aufgebracht ist, die ein temperaturabhänige Lumineszenzstrahlung zu emittieren vermag, die mittels eines geeigneten Detektors empfangen und über eine Auswerteeinheit zur Bestimmung der Oberflächentemperatur herangezogen wird.US Pat. No. 5,653,539 describes a method and a device for temperature detection of a surface on which a chemiluminescent layer is applied, which is capable of emitting temperature-dependent luminescent radiation, which is received by means of a suitable detector and is used via an evaluation unit to determine the surface temperature.
Schließlich ist aus der EP 1006346 A1 ein Messverfahren zur Bestimmung der Oberflächentemperatur zu entnehmen, das auf dem Prinzip der Phophoreszenmessung beruht. Hierbei wird auf einer zu untersuchenden Oberfläche eine Phosphor- oder Phosphor-haltige Schicht aufgebracht, deren temperaturabhängige Lumineszenzstrahlung von einem Detektorsystem empfangen und entsprechend ausgewertet wird. Auch mit den beiden vorstehend genannten Verfahren ist nur eine grobe ortsaufgelöste Temperaturmessung erzielbar.Finally, EP 1006346 A1 shows a measuring method for determining the surface temperature which is based on the principle of phophoresis measurement. In this case, a layer containing phosphorus or phosphorus is applied to a surface to be examined, the temperature-dependent luminescent radiation of which is received by a detector system and evaluated accordingly. Even with the two methods mentioned above, only a rough spatially resolved temperature measurement can be achieved.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es besteht daher die Aufgabe ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Untersuchung von Wärmequellen innerhalb einer elektrisch leitendes Material aufweisenden Probe, die zu Zwecken einer Wärmeentwicklung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, derart weiterzubilden, dass die vorstehend zum Stand der Technik genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll das Verfahren zur thermischen Funktionsdiagnostik von elektronischen Bauelementen dienen und über eine bessere Temperaturauflösung und eine bessere makroskopische Ortsauflösung als das FMI-Verfahren verfügen. Außerdem soll das Verfahren nicht durch Temperaturdrift beeinflusst werden. Schließlich soll die Durchführung des Verfahrens auch unter der Verwendung preiswerter ungekühlter CCD-Kameras möglich sein.It is therefore an object of the present invention to develop a method and a device for examining heat sources within an electrically conductive material sample which is subjected to an electrical voltage for the purpose of developing heat in such a way that the disadvantages mentioned above with respect to the prior art are avoided. In particular, the method should serve for the thermal functional diagnosis of electronic components and should have a better temperature resolution and a better macroscopic spatial resolution than the FMI method. In addition, the process should not be influenced by temperature drift. Finally, it should also be possible to carry out the method using inexpensive uncooled CCD cameras.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruchs 18 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung, mit der die Durchführung des Verfahrens möglich ist. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der Figur zu entnehmen.The solution to the problem on which the invention is based is specified in claim 1. The subject matter of claim 18 is a device designed according to the invention, with which the method can be carried out. Features which advantageously further develop the inventive concept can be found in the subclaims and in the description and the figure.
Der erfindungsgemäße Lösungsansatz geht von dem an sich bekannten FMI- Verfahren aus, bei dem zur Untersuchung von Wärmequellen innerhalb einer elektrisch leitendes Material aufweisenden Probe, die Probe zu Zwecken einer Wärmeentwicklung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird. Die Probe ist dabei auf wenigstens einer ihrer Probenoberfläche mit einem fluoreszierenden Mittel versehen, dessen Fluoreszenzeigenschaft temperaturabhängig ist, und wird einem das fluoreszierende Mittel energetisch anregenden Energiestrom ausgesetzt, bevor, während und/oder nachdem die Probe mit der elektrischen Spannung versorgt wird. Mit Hilfe, einer Bildaufnahmevorrichtung werden Bilder von der aus der präparierten Probenoberfläche austretenden Fluoreszenzstrahlung aufgenommen und mittels einer Auswerteeinheit entsprechend ausgewertet. Erfindungsgemäß wird nun die elektrische Spannung mit einer Modulationsfrequenz fP beaufschlagt und die Bildaufnahmevorrichtung mit der Modulationsfrequenz fP im Wege eines Lock-in- Prinzips phasengekoppelt.The approach according to the invention is based on the FMI method, which is known per se, in which an electrical voltage is applied to the sample for the purpose of examining heat sources within a sample comprising electrically conductive material, for the purpose of developing heat. The sample is provided on at least one of its sample surfaces with a fluorescent agent, the fluorescence property of which is temperature-dependent, and is exposed to an energy flow that energizes the fluorescent agent before, during and / or after the sample is supplied with the electrical voltage. With the help of an image recording device, images of the fluorescence radiation emerging from the prepared sample surface are recorded and correspondingly evaluated by means of an evaluation unit. According to the invention, a modulation frequency f P is now applied to the electrical voltage and the image recording device is phase-coupled to the modulation frequency f P by means of a lock-in principle.
Durch die mit einer vorgebbaren Modulationsfrequenz fP beaufschlagte, an die Probe angelegte elektrische Spannung wird innerhalb der Probe ein gepulster Wärmeeintrag erzeugt, der im Wege des Lock-in Prinzips phasengekoppelt von der Bildaufnahmevorrichtung, die Bilder mit einer ebenfalls vorgebbaren Bildwiederholfrequenz fw aufnimmt, aufgezeichnet wird. Hierdurch wird die gute mikroskopische Ortsauflösung des FMI-Verfahrens mit der Verbesserung der lokalen Temperaturempfindlichkeit und der makroskopischen Ortsauflösung des Lock-in IR- Thermographie Verfahrens kombiniert werden. Das bedeutet, dass die elektrische Spannung nicht mehr wie bisher beim IR-Thermographie Verfahren stationär an die zu untersuchende Probe, die vorzugsweise ein elektronisches Bauelement ist, gelegt wird, sondern dass das Bauelement z.B. mit einer vorzugsweise rechteckförmig gepulsten elektrischen Spannung betrieben wird.A pulsed heat input is generated within the sample by the electrical voltage applied to the sample with a predeterminable modulation frequency f P, which is recorded in phase lock-in principle by the image recording device, which records images with a likewise predeterminable refresh rate f w becomes. This will combine the good microscopic spatial resolution of the FMI method with the improvement of the local temperature sensitivity and the macroscopic spatial resolution of the lock-in IR thermography method. This means that the electrical voltage is no longer applied stationary to the sample to be examined, which is preferably an electronic component, as was previously the case with the IR thermography method, but rather that the component is operated, for example, with a preferably rectangularly pulsed electrical voltage.
Der das fluoreszierende Mittel auf der Proben-, bzw. Bauelementoberfläche anregende Energiestrom ist vorzugsweise UV Strahlung, die im einfachsten Fall stationär, d.h. mit einer zeitlich konstanten Intensität, auf die Oberfläche eingestrahlt wird. Die lumineszierende Oberfläche wird in einem Lichtmikroskop mit einer empfindlichen Kamera als Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen, digitalisiert und einem Computersystem als Auswerteeinheit zugeführt.The energy flow which excites the fluorescent agent on the sample or component surface is preferably UV radiation, which in the simplest case is stationary, i.e. with a constant intensity over time, is irradiated onto the surface. The luminescent surface is recorded in a light microscope with a sensitive camera as an image recording device, digitized and fed to a computer system as an evaluation unit.
Die Kamera wird mit einer festen Bildwiederholfrequenz fw betrieben, die je nach Kameratyp zwischen unter einem Herz und etwa 50 Hz oder darüber liegt. Mit Hilfe des Lock-in Prinzips wird die Modulation der an das Bauelement angelegten elektrischen Spannung mit der Bildwiederholfrequenz fw im Wege einer Phasenkopplung miteinander korreliert. Vorzugsweise erfolgt die Lock-in Korrelation der der Auswerteeinheit zugeführten Bilder der Kamera nach einem bei der Lock-in IR-Thermographie üblichen Verfahren. Beispielhaft sei auf das einfachste Verfahren der 4-Punkt Korrelation (G. Busse, D. Wu, W. Karpen, "Thermal wave imaging with phase sensitive modulated thermography", J. Appl. Phys. 71 (1992) pp. 3962-3965) verwiesen, bei der in jeder Lock-in Periode, d.h. während das Bauelement mit elektrischer Spannung versorgt wird, vier Bilder in zeitlich gleichmäßigen Abständen gemessen werden, und für jeden Bildpunkt aus diesen vier Werten S1, S2, S3 und S4 die Temperatur-Modulationsamplitude A und die Phasenlage Φ der Temperaturmodulation nach folgender Vorschrift berechnet werden:The camera is operated at a fixed refresh rate f w , which, depending on the camera type, is between under a heart and about 50 Hz or above. With the aid of the lock-in principle, the modulation of the electrical voltage applied to the component is correlated with the image repetition frequency f w by means of a phase coupling. The lock-in correlation is preferably carried out the images of the camera fed to the evaluation unit according to a method customary in lock-in IR thermography. An example is the simplest 4-point correlation method (G. Busse, D. Wu, W. Karpen, "Thermal wave imaging with phase sensitive modulated thermography", J. Appl. Phys. 71 (1992) pp. 3962-3965 ) referenced, in which four images are measured at equal intervals in each lock-in period, ie while the component is being supplied with electrical voltage, and the temperature modulation amplitude for each pixel from these four values S1, S2, S3 and S4 A and the phase position Φ of the temperature modulation can be calculated according to the following rule:
A = Λ/(S1-S3)2 + (S2 -S4)2
Figure imgf000008_0001
A = Λ / (S1-S3) 2 + (S2 -S4) 2
Figure imgf000008_0001
Das Lock-in Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Messung über viele Lock- in Perioden gemittelt bzw. integriert werden kann, wodurch sich das Signal-Rausch- Verhältnis verbessert. Die Lock-in Integrationszeit ist bezüglich des Rauschens äquivalent der Bildintegrationszeit bei dem konventionellen, stationären FMI-Verfahren. Bei dem erfindungsgemäßen Lock-in-FMI-Verfahren verteilt sich diese Integrationszeit jedoch auf viele einzelne Modulationsperioden. Der Vorteil des Verfahrens besteht deshalb auch darin, dass die Verwendung teurer gekühlter slow- scan CCD Kameras nicht erforderlich ist, sondern preiswertere CCD-Kameras verwendet werden können, die bei einer Bildwiederholfrequenz von 50 Hz oder sogar darüber arbeiten. Der Grund dafür ist, daß langsame Signaländerungen bei Verwendung des Lock-in Verfahrens ohnehin nicht in das Ergebnis eingehen.The lock-in method is characterized in that the measurement can be averaged or integrated over many lock-in periods, which improves the signal-to-noise ratio. In terms of noise, the lock-in integration time is equivalent to the image integration time in the conventional, stationary FMI method. In the case of the lock-in FMI method according to the invention, however, this integration time is distributed over many individual modulation periods. The advantage of the method is therefore that the use of expensive cooled slow-scan CCD cameras is not necessary, but that cheaper CCD cameras can be used which operate at a refresh rate of 50 Hz or even higher. The reason for this is that slow signal changes are not included in the result anyway when using the lock-in method.
Die maximal mögliche Lock-in Frequenz, die zunächst der Modulationsfrequenz fP entspricht, mit der das Bauelement mit elektrischer Spannung beaufschlagt wird, beträgt für diese Art der Verfahrensdurchführung f|0ck.in = fP = fw/4, liegt also noch deutlich unterhalb der Bildwiederholfrequenz fw der Kamera. Dies stellt jedoch vor allem bei der Verwendung einer slow-scan CCD Kamera eine deutliche oThe maximum possible lock-in frequency, which initially corresponds to the modulation frequency f P with which the component is supplied with electrical voltage, is f | for this type of method implementation 0ck . in = f P = f w / 4, is therefore still significantly below the refresh rate f w of the camera. However, this is a clear one, especially when using a slow-scan CCD camera O
Einschränkung dar. Demgegenüber ist aus der Lock-in IR-Thermographie bekannt, dass die makroskopische Ortsauflösung dieses Verfahrens um so besser wird, je höher die Lock-in Frequenz ist. Lock-in Thermographie mit sehr niedrigen Frequenzen von wenigen Hz oder sogar darunter ergibt daher keine Verbesserung der makroskopischen Ortsauflösung gegenüber der stationären Thermographie. Deshalb sind bei der Lock-in Thermographie Frequenzen im 100 Hz-Bereich bis in den kHz- oder sogar MHz-Bereich hinein anzustreben. Da dies bei den für das FMI Verfahren üblichen slow-scan CCD Kameras nicht möglich ist, ist die Kombination von Lock-in-Verfahren und FMI-Verfahren nicht naheliegend.In contrast, it is known from lock-in IR thermography that the higher the lock-in frequency, the better the macroscopic spatial resolution of this method. Lock-in thermography with very low frequencies of a few Hz or even below therefore does not improve the macroscopic spatial resolution compared to stationary thermography. For this reason, frequencies in the 100 Hz range up to the kHz or even MHz range should be aimed for in lock-in thermography. Since this is not possible with the slow-scan CCD cameras customary for the FMI process, the combination of lock-in process and FMI process is not obvious.
In einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens kann die Modulationsfrequenz fP und damit auch die effektive Lock-in Frequenz jedoch auch deutlich oberhalb von der Bildwiederholfrequenz fw liegen. Dazu wird die Amplitude und somit die Intensität des anregenden UV-Lichts nicht konstant gehalten, sondern mit einer Frequenz fm0Cι moduliert, die sich vorzugsweise von fP etwas unterscheidet. Eine optimale UV-Modulationsfrequenz ist fm0d = (fp + fw/4).In a special embodiment of the method according to the invention, however, the modulation frequency f P and thus also the effective lock-in frequency can also be significantly above the refresh rate f w . For this purpose, the amplitude and thus the intensity of the exciting UV light is not kept constant, but is modulated with a frequency f m0C ι, which preferably differs somewhat from f P. An optimal UV modulation frequency is f m0 d = (fp + fw / 4).
Wenn die Relaxationszeit der Lumineszenz des verwendeten Farbstoffs genügend klein ist, dann führen diese Versuchsbedingungen dazu, dass das Lumineszenzlicht mit einer Frequenz von fw/4 amplitudenmoduliert ist. Das heißt, dass hier ebenso wie vorstehend beschrieben mit jeweils vier aufeinanderfolgenden Kamera-Bildern die 4-Punkt Korrelation durchgeführt werden kann, obwohl die zum Wärmeeintrag verwendete Impulsfolgefrequenz wesentlich höher ist.If the relaxation time of the luminescence of the dye used is sufficiently short, then these test conditions lead to the luminescence light being amplitude-modulated with a frequency of f w / 4. This means that the four-point correlation can be carried out here, as described above, with four successive camera images, even though the pulse repetition frequency used for the heat input is significantly higher.
Insbesondere kann die UV-Modulationsfrequenz 100 Hz betragen und mit der Netzfrequenz synchronisiert sein. Dies entspricht der Anwendung einer konventionellen wechselstrombetriebenen Quecksilberdampf-Lampe zur Erzeugung der UV-Beleuchtung, wie sie auch in konventionellen FMI-Anlagen verwendet wird, und die im Takte der Strombelastung "flackert". Wenn dann die Probe mit Spannungsimpulsen einer Frequenz von fp = 100 Hz - fw/4 beaufschlagt wird, dann ist das Lumineszenzlicht auch hier mit fw/4 amplitudenmoduliert, wodurch wieder mit jeweils 4 Bildern die 4-Punkt Korrelation durchgeführt werden kann, obwohl die zum Wärmeeintrag verwendete Impulsfolgefrequenz mit 100 Hz wesentlich höher ist.In particular, the UV modulation frequency can be 100 Hz and can be synchronized with the mains frequency. This corresponds to the use of a conventional AC-operated mercury vapor lamp for generating the UV lighting, as is also used in conventional FMI systems, and which "flickers" in time with the current load. If voltage pulses with a frequency of f p = 100 Hz - f w / 4 are then applied to the sample, then the luminescent light is also amplitude-modulated here with fw / 4, which means that again with 4 pictures the 4-point correlation can be carried out, although the pulse repetition frequency used for heat input is much higher at 100 Hz.
Eine weitere besonders vorteilhafte Verfahrensvariante sieht vor, dass zur Modulation des Wärmeeintrags in die Probe nicht die elektrische Spannung des untersuchten Bauelements gepulst wird, sondern dass eine Nenn-Betriebsspannung permanent angelegt wird und lediglich gewisse Steuereingänge des Bauelementes mit Steuerspannungen geeignet angesteuert werden. In Abhängigkeit von diesen Steuersignalen entstehen und verschwinden im Bauelement bestimmte Wärmequellen, die Aufschluss über die Funktion des Bauelements geben können. Durch ein komplexes Timing verschiedener Steuersignale und Taktsignale kann erreicht werden, das ausschließlich die zu untersuchenden Elemente gezielt so aktiviert werden, daß sie eine periodisch modulierte Wärme erzeugen, die dann von dem Lock-in FMI-Verfahren nachgewiesen wird. Damit ist eine detaillierte Untersuchung der Funktion komplexer Strukturen möglich, die weit über die summarische Abbildung innerer Wärmequellen in dem betreffenden Bauelement hinausgeht.Another particularly advantageous method variant provides that the electrical voltage of the component under investigation is not pulsed to modulate the heat input into the sample, but that a nominal operating voltage is applied permanently and only certain control inputs of the component are appropriately controlled with control voltages. Depending on these control signals, certain heat sources arise and disappear in the component, which can provide information about the function of the component. Through a complex timing of different control signals and clock signals, it can be achieved that only the elements to be examined are specifically activated in such a way that they generate a periodically modulated heat which is then detected by the lock-in FMI method. This enables a detailed investigation of the function of complex structures that goes far beyond the summary mapping of internal heat sources in the component in question.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigt:The invention is described below by way of example without limitation of the general inventive concept using an exemplary embodiment with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 Schematisierter Schaltplan einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 1 Schematic circuit diagram of an apparatus for performing the method according to the invention.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays of carrying out the Invention, Industrial Usability
In Figur 1 ist das Funktionsdiagramm für ein typisches Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Lock-in-FMI Verfahrens dargestellt. Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zeigt ein elektronisches Bauelement 3, auf dessen Bauelementoberfläche, die von einem fluoreszierenden Mittel überzogen ist , UV-Strahlung aus einer UV-Beleuchtungseinrichtung gerichtet ist. Die UV-Strahlung verursacht Fluoreszenzstrahlung, die über ein Mikroskop 5 auf eine CCD-Kamera 6 abgebildet wird. Die von der CCD-Kamera aufgenommenen Bilder werden anschließend in einem Computer ausgewertet.FIG. 1 shows the functional diagram for a typical exemplary embodiment for carrying out the lock-in FMI method according to the invention. The device shown in FIG. 1 shows an electronic component 3, on the component surface of which is coated with a fluorescent agent, UV radiation from a UV lighting device is directed. The UV radiation causes fluorescence radiation, which is imaged onto a CCD camera 6 via a microscope 5. The images recorded by the CCD camera are then evaluated in a computer.
Das Bauelement selbst wird mittels eines Frequenzgenerators 1 und einem Multiplexer 2 im Rahmen einer digitalen Frequenzaufbereitung, wie nachstehend beschrieben mit elektrischer Spannung beaufschlagt.The component itself is supplied with electrical voltage by means of a frequency generator 1 and a multiplexer 2 in the context of digital frequency processing, as described below.
Die digitale Frequenzaufbereitung besteht darin, das die UV- Beleuchtung während der Aufnahme jedes einzelnen Bildes mit der gleichen Frequenz moduliert wird, mit der auch die Wärmeerzeugung in der Probe moduliert wird (fmod = fp)- Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildaufnahmen wird jedoch die Phase der UV-Modulation gegenüber der Probenerwärmung um jeweils 90° verschoben. Dadurch beträgt nach der Aufnahme von 4 Bildern die gesamte Phasenverschiebung 360°, was einer mittleren Frequenzdifferenz von 1/4 der Bildwiederholfrequenz entspricht.The digital frequency processing consists in modulating the UV illumination while recording each individual image with the same frequency with which the heat generation in the sample is also modulated (f m od = fp) - however, between two successive image recordings there is a phase UV modulation shifted by 90 ° compared to sample heating. As a result, the total phase shift after taking 4 pictures is 360 °, which corresponds to an average frequency difference of 1/4 of the refresh rate.
Dazu hat der für die Modulation verwendete Frequenzgenerator 1 vier Ausgänge, an denen die eingestellte Modulationsfrequenz mit einer Phasenlage von 0° (Referenz), 90°, 180° und 270° erscheint. Der Multiplexer 2 selektiert eines dieser vier Signale und verwendet es zum Pulsen der Wärmeerzeugung in der untersuchten Probe 3. Diese wird von einer UV-Beleuchtungseinrichtung 4 bestrahlt, deren Intensität von dem 0° (Referenz) Signal des Signalgenerators 1 moduliert wird. Das erzeugte Lumineszenzbild wird über das Mikroskop 5 von der CCD-Kamera 6 aufgenommen, die mit einer festen Bildwiederholfrequenz fw betrieben wird. Das der Kamerasteuerung entnommene Bild-Trigger Signal wird dazu verwendet, den Multiplexer 2 zyklisch weiterzuschalten, wodurch nach jedem aufgenommenen Bild die Phase der Probenansteuerung um 90° erhöht wird. Die dem Computersystem 7 übermittelten Bilder der Kamera werden dort nach der bekannten 4-Punkt Methode miteinander korreliert, bei Bedarf über mehrere Perioden gemittelt, und nach der Aufnahme von mindestens 4 Bildern wie in der Lock-in Thermographie üblich dargestellt. For this purpose, the frequency generator 1 used for the modulation has four outputs, at which the set modulation frequency appears with a phase position of 0 ° (reference), 90 °, 180 ° and 270 °. The multiplexer 2 selects one of these four signals and uses it to pulse the heat generation in the sample 3 under investigation. This is irradiated by a UV lighting device 4, the intensity of which is modulated by the 0 ° (reference) signal of the signal generator 1. The luminescence image generated is recorded via the microscope 5 by the CCD camera 6, which is operated at a fixed refresh rate f w . The image trigger signal taken from the camera control is used to switch the multiplexer 2 cyclically, whereby the phase of the sample control is increased by 90 ° after each captured image. The images of the camera transmitted to the computer system 7 are correlated with one another there according to the known 4-point method, if necessary averaged over several periods, and according to the Take at least 4 pictures as shown in lock-in thermography.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Frequenzgeneratorfrequency generator
Multiplexermultiplexer
Probe, BauelementSample, component
Beleuchtungsmittellighting means
Mikroskopmicroscope
Kamera Computer, Auswerteeinheit Camera computer, evaluation unit

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Untersuchung von Wärmequellen innerhalb einer elektrisch leitendes Material aufweisenden Probe (3), die zu Zwecken einer Wärmeentwicklung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, bei dem die Probe (3) auf wenigstens einer Probenoberfläche mit einem fluoreszierenden Mittel beaufschlagt wird, dessen Fluoreszenzeigenschaft temperaturabhängig ist, die derart präparierte Probenoberfläche einem das fluoreszierende Mittel energetisch anregenden Energiestrom ausgesetzt wird bevor, während und/oder nachdem die Probe mit der elektrischen Spannung versorgt wird und mittels einer Bildaufnahmevorrichtung (6) Bilder von der präparierten Probenoberfläche austretende Fluoreszenzstrahlung aufgenommen und mittels einer Auswerteeinheit (7) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spannung mit einer Modulationsfrequenz fP beaufschlagt und die Bildaufnahmevorrichtung (6) mit der Modulationsfrequenz fP im Wege eines Lock-in-Prinzips phasengekoppelt wird.1. A method for examining heat sources within a sample (3) having an electrically conductive material, which is subjected to an electrical voltage for the purpose of heat development, in which the sample (3) is exposed to at least one sample surface with a fluorescent agent whose fluorescent property is temperature-dependent, the sample surface thus prepared is exposed to an energy flow that energizes the fluorescent agent before, during and / or after the sample is supplied with the electrical voltage, and an image recording device (6) is used to record images of fluorescent radiation emerging from the prepared sample surface and by means of an evaluation unit (7) are evaluated, characterized in that the electrical voltage is subjected to a modulation frequency f P and the image recording device (6) is phase-coupled with the modulation frequency f P by means of a lock-in principle lt will.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmevorrichtung (6) Bilder mit einer Bildwiederholfrequenz fw von der präparierten Probenoberfläche, aus der Fluoreszenzstrahlung austritt, aufnimmt.2. The method according to claim 1, characterized in that the image recording device (6) records images with an image repetition frequency f w of the prepared sample surface from which fluorescent radiation emerges.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der reziproke Wert der Modulationsfrequenz fP einer sogenannten Lock-in-Periode entspricht, innerhalb der 1/ fw Bilder von der Bildaufnahmevorrichtung (6) aufgenommen werden, und dass für einen Messvorgang zur Untersuchung von Wärmequellen in der Probe (3) über eine Anzahl von Lock-in Perioden gemittelt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the reciprocal value of the modulation frequency f P corresponds to a so-called lock-in period within which 1 / f w images are recorded by the image recording device (6), and that for a measurement process for examination of heat sources in the sample (3) is averaged over a number of lock-in periods.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Modulationsfrequenz fP zeitlich modulierte elektrische Spannung eine Rechtecksspannung ist und an die Probe (3) angelegt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the time-modulated with the modulation frequency f P electrical voltage is a square wave voltage and is applied to the sample (3).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiestrom elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise UV-Licht verwendet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that electromagnetic radiation, preferably UV light, is used as the energy flow.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrom mit zeitlich konstanter Intensität auf die Probenoberfläche einwirkt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the energy flow acts on the sample surface with constant intensity over time.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das fP und fw derart gewählt werden dass gilt:7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the f P and f w are chosen such that:
fP < fw.f P <f w .
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: fP = fw/ 4. und dass die Auswerteeinheit (7) die von der Bildaufnahmevorrichtung (6) aufgenommenen Bilder im Wege einer 4-Punkt Korrelation auswertet.8. The method according to claim 7, characterized in that the following applies: f P = fw / 4. and that the evaluation unit (7) evaluates the images recorded by the image recording device (6) by means of a 4-point correlation.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des auf die Probenoberfläche einwirkenden Energiestroms mit einer Modulationsfrequenz fm0d beaufschlagt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the intensity of the energy flow acting on the sample surface is applied with a modulation frequency f m0d .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: fm0d ungleich fP. 10. The method according to claim 9, characterized in that the following applies: f m0 d not equal to f P.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: fm0d = fp + f /411. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the following applies: f m0 d = fp + f / 4
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass gilt: fm0d = 100 Hz, und dass fmo mit der Netzfrequenz synchronisiert wird.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the following applies: f m0 d = 100 Hz, and that f m o is synchronized with the network frequency.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Lock-in-Prinzip beruhende Phasenkopplung zwischen Bildaufnahmevorrichtung (6) und fP unter Zugrundelegung der Differenzfrequenz aus fP und i erfolgt.13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the phase coupling based on the lock-in principle between the image recording device (6) and f P takes place on the basis of the difference frequency from f P and i.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: fm0d gleich fP, dass fmod und fP eine Phasenbeziehung Φ zueinander aufweisen, und dass zwischen zwei von der Bildaufnahmevorrichtung (6) unmittelbar aufeinanderfolgend aufgenommenen Bilder Φ um jeweils 90° anwächst.14. The method according to claim 9, characterized in that the following applies: f m0 d equals f P , that f m od and f P have a phase relationship Φ to one another, and that between two images Φ recorded in immediate succession by the image recording device (6) Grows 90 °.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Φ folgende Werte annimmt: 0°, 90°, 180° und 360°.15. The method according to claim 14, characterized in that Φ assumes the following values: 0 °, 90 °, 180 ° and 360 °.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das fluoreszierende Mittel eine Relaxationszeit aufweist, die klein gegenüber dem reziproken Wert aus fP ist.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the fluorescent agent has a relaxation time which is small compared to the reciprocal of f P.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Probe (3) ein elektronisches Bauelement verwendet wird, dessen elektrische Leiterstrukturen und/oder Kontaktstellen, vorzugsweise Lötstellen, bezüglich ihrer elektrischen Leitfähigkeiten hinsichtlich deren Funktionsverhalten überprüft werden. 17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that an electronic component is used as a sample (3), the electrical conductor structures and / or contact points, preferably solder joints, are checked with regard to their electrical conductivities with regard to their functional behavior.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement mit den Bauelement typischen elektrischen Betriebs- und Regelspannungen beaufschlagt wird, durch die das Bauelement erwärmt wird und die durch die Erwärmung beeinflusste Fluoreszenzstrahlung aufgenommen und ausgewertet wird.18. The method according to claim 17, characterized in that the electronic component with the component typical electrical operating and control voltages is applied, by which the component is heated and the fluorescence radiation influenced by the heating is recorded and evaluated.
19. Vorrichtung zur Untersuchung von Wärmequellen innerhalb einer elektrisch leitendes Material aufweisenden Probe (3), die zu Zwecken einer Wärmeentwicklung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist und an wenigstens einer Probenoberfläche mit einem fluoreszierenden Mittel beaufschlagt ist, dessen Fluoreszenzeigenschaft temperaturabhängig ist, mit einem Beleuchtungsmittel (4), das die derart präparierte Probenoberfläche einem das fluoreszierende Mittel energetisch anregenden Energiestrom aussetzt, einer Bildaufnahmevorrichtung (6) zur Aufnahme von Bildern von der aus der präparierten Probenoberfläche austretenden Fluoreszenzstrahlung und einer Auswerteeinheit (7) zur Auswertung, der von der Bildaufnahmevorrichtung (6) aufgenommenen Bilder nach dem Lock- in Prinzip, wobei ein Frequenzgenerator (1) vorgesehen ist, der die elektrische Spannung mit einer vorgebbaren Modulationsfrequenz fP sowie in einer Anzahl vorgebbarer Phasenlagen Φ erzeugt und einem Multiplexer zur Selektion der modulierten elektrischen Spannung mit einer konkreten Phasenlage, die an der Probe (3) anliegt.19.Device for examining heat sources within an electrically conductive material-containing sample (3) which can be subjected to an electrical voltage for the purpose of heat development and which is exposed to at least one sample surface with a fluorescent agent, the fluorescence property of which is temperature-dependent, with an illuminant ( 4), which exposes the sample surface thus prepared to an energy flow energizing the fluorescent agent, an image recording device (6) for recording images of the fluorescence radiation emerging from the prepared sample surface and an evaluation unit (7) for evaluation, which is generated by the image recording device (6) Images taken according to the lock principle, whereby a frequency generator (1) is provided, which generates the electrical voltage with a predeterminable modulation frequency f P and in a number of predeterminable phase positions Φ and a multiplexer for Selection of the modulated electrical voltage with a specific phase position, which is applied to the sample (3).
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungsmittel (4) mit dem Frequenzgenerator (1) zur Modulation des Energiestromes mit der Phasenlage Φ = 0° verbunden ist.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the lighting means (4) is connected to the frequency generator (1) for modulating the energy flow with the phase position Φ = 0 °.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrom des Beleuchtungsmittels (4) mit einer festen Frequenz von vorzugsweise 100 Hz amplitudenmoduliert ist, und dass der Frequenzgenerator (1) zur Modulation des Energiestromes mit seiner Phasenlage Φ = 0° zu dieser Amplitudenmodulation synchronisiert ist. 21. The apparatus of claim 19 or 20, characterized in that the energy flow of the lighting means (4) is amplitude modulated with a fixed frequency of preferably 100 Hz, and that the frequency generator (1) for modulating the energy flow with its phase position Φ = 0 ° to this amplitude modulation is synchronized.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungsmittel (4) eine UV- Beleuchtungseinheit ist.22. Device according to one of claims 19 to 21, characterized in that the lighting means (4) is a UV lighting unit.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmevorrichtung (6) eine CCD-Kamera ist, der ein Mikroskop vorgeschaltet ist. 23. Device according to one of claims 19 to 22, characterized in that the image recording device (6) is a CCD camera, which is preceded by a microscope.
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