Úvod
Díky neustálému vývoji v elektronickém průmyslu se velikost elektronických součástek v posledních letech výrazně zmenšila. S tím souvisí i zvyšování účinnosti: Zmenšování velikosti součástek se projevuje zmenšováním prostoru pro odvod tepla - zatímco množství produkovaného tepla roste. Aby se to vyrovnalo, musí mít elektronické součástky vysokou tepelnou vodivost pro rychlou regulaci tepla.
Přístroj LFA 467 HyperFlash® umožňuje měření tepelné vodivosti i u těch nejmenších elektronických součástek. Jeho rychlá frekvence sběru dat 2 MHz umožňuje měření na velmi tenkých vzorcích, zatímco patentovaný ZoomOptics umožňuje uživateli zaměřit se výhradně na příslušné oblasti vzorku.
Vzorky a experimenty
Bylo zkoumáno celkem pět polovodičových zařízení:
- 1 měděný olověný rámeček bez struktury
- 2 strukturně identické polovodičové součástky se strukturou A
- 2 strukturně identická polovodičová zařízení se strukturou B
Polovodičová zařízení se skládají z měděného olověného rámečku, na který byl pomocí spojovacího materiálu (např. lepidla nebo pájky) nanesen Si čip. Polovodičová zařízení A a B se liší pouze spojovacím materiálem. Obrázek 1 ukazuje schéma takového vzorku.
Měření byla provedena pomocí přístroje LFA 467 HyperFlash® při pokojové teplotě. Osvětlen byl celý vzorek; detektor byl však zaměřen na průměr pouze 3,4 mm pomocí ZoomOptics , viz obrázek 1.
Výsledky a diskuse
Základním předpokladem smysluplných výsledků je dobrá shoda mezi signálem z detektoru a matematickým fitem. Navzdory radiačnímu píku na začátku signálu (způsobenému tím, že geometrie vzorku není ideální) to platí pro všechna měření, jak ukazuje obrázek 2.
Výsledky všech vzorků při pokojové teplotě jsou znázorněny na obrázku 3.
Naměřená hodnota měděného olověného rámečku bez struktury byla shodná s literární hodnotou pro měď (117 mm²/s [1]). Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita strukturně shodných polovodičových zařízení A-1 a A-2 se od sebe téměř neliší, což svědčí o dobré reprodukovatelnosti měření (zelená barva).
Polovodičová zařízení B-1 a B-2 vykazují výrazně nižší tepelnou difuzivitu (červená), což je způsobeno odlišným spojovacím materiálem. Při porovnání obou součástek B-1 a B-2 však opět zjistíme reprodukovatelnost výsledků měření. Rozdíl přibližně 5 % naznačuje vyšší Kontaktní odporPodle druhého termodynamického zákona se přenos tepla mezi dvěma systémy vždy pohybuje ve směru od vyšších teplot k nižším. Množství tepelné energie přenášené vedením tepla, např. stěnou budovy, je ovlivněno tepelnými odpory betonové stěny a izolační vrstvy.kontaktní odpor u B-2, a tedy slabší tepelné spojení mezi Si čipem a mědí.
Souhrn
LFA 467 HyperFlash® s ZoomOptics umožňuje vyšetřovat vzorky small nebo pouze oblasti select v rámci vzorku. Okrajové oblasti nebo oblasti s různou tloušťkou vzorku tak lze cíleně vyloučit, což výrazně zvyšuje přesnost měření i vypovídací schopnost jeho výsledků.