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Small LFA467のZoomOptics を用いた半導体デバイスの熱拡散率の測定HyperFlash®

はじめに

エレクトロニクス産業の継続的な発展により、近年、電子部品のサイズは劇的に縮小している。それに関連する問題として、効率の向上がある:部品サイズの縮小は放熱スペースの縮小につながりますが、一方で発生する熱量は増加の一途をたどっています。これを補うため、電子部品には熱を素早く制御する高い熱伝導率が求められます。

LFA 467HyperFlash は、極小の電子部品の熱伝導率測定が可能です。2MHzの高速データ収集レートにより、非常に薄い試料でも測定が可能で、特許取得済みのZoomOptics 、関連する試料エリアのみに焦点を合わせることができます。

試料と実験

合計5つの半導体デバイスが調査された:

  • 1 構造なしの銅リードフレーム
  • 構造Aと同一の半導体デバイス2個
  • 構造Bと同一の半導体デバイス2個

半導体デバイスは、Siチップを接続材料(接着剤やはんだなど)で貼り付けた銅リードフレームで構成されている。半導体装置AおよびBは、接続材料に関してのみ異なる。図1は、このような試料の概略図である。

測定はLFA467HyperFlash を用いて室温で行った。試料全体が照らされたが、検出器はZoomOptics を用いて直径3.4 mmにのみ焦点を合わせた(図1参照)。

寸法、銅リードフレーム、シリコンチップ、接続材料を示す半導体デバイスの概略図。
1) 半導体デバイスの回路図

結果と考察

意味のある結果を得るための基本的な条件は、検出器信号と数学的適合がよく一致することです。図2に示すように、信号の最初に放射ピークがあるにもかかわらず(試料の形状が理想的でないことが原因)、これはすべての測定に当てはまります。

室温での全試料の結果を図3に示します。

構造体なしの銅リードフレームの測定値は、銅の文献値(117 mm²/s [1])と同じでした。構造的に同一の半導体デバイスA-1とA-2の熱拡散率はほとんど異なっておらず、測定の再現性の高さを証明しています(緑色)。

半導体デバイスB-1とB-2では、接続材料が異なるため、熱拡散率はかなり低くなります(赤)。しかし、2つの部品B-1とB-2を比較すると、測定結果に再現性があることがわかります。約5%の差は、B-2の方が接触熱抵抗が高く、Siチップと銅の熱的接続が弱いことを示しています。

半導体デバイスの解析グラフ。青が検出器信号、赤がフィッティングカーブで、応答特性を経時的に示す。
2) 半導体デバイスの検出信号と分析適合性
19℃から25℃までの温度における半導体デバイスの熱拡散率データを銅リードフレームと比較したグラフ。
3) 室温における半導体デバイスの熱拡散率

概要

LFA 467HyperFlash withZoomOptics では、small の試料、または試料内のselect の領域のみを調査することができます。そのため、周辺部や試料の厚みが異なる部分を意図的に除外することができ、測定の精度と結果の重要性が大幅に向上します。

Literature

  1. [1]
    Y.S. Touloukian: Thermophysical Properties of Matter -第10巻:熱拡散率; New York (1973)
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