Inleiding
Dankzij de voortdurende ontwikkelingen in de elektronica-industrie is de omvang van elektronische componenten de afgelopen jaren drastisch afgenomen. Een aanverwant probleem is de verbetering van de efficiëntie: Kleinere componenten betekenen minder ruimte voor warmteafvoer, terwijl de hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd toeneemt. Om dit te compenseren moeten elektronische componenten een hoge warmtegeleiding hebben voor een snelle warmteregeling.
De LFA 467 HyperFlash® maakt metingen van de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid mogelijk op de kleinste elektronische componenten. De snelle data-acquisitiesnelheid van 2 MHz maakt metingen op zeer dunne samples mogelijk, terwijl de gepatenteerde ZoomOptics de gebruiker in staat stelt zich uitsluitend te richten op de relevante samplegebieden.
Monsters en experimenteel
In totaal werden vijf halfgeleiderelementen onderzocht:
- 1 koperen loodframe zonder structuur
- 2 structureel identieke halfgeleiderelementen met structuur A
- 2 structureel identieke halfgeleiderelementen met structuur B
De halfgeleiderelementen bestaan uit een koperen loodframe waarop een Si chip werd aangebracht door middel van verbindingsmateriaal (bv. lijm of soldeer). Halfgeleiderelementen A en B verschillen alleen wat betreft het verbindingsmateriaal. Figuur 1 toont het schema van zo'n monster.
De metingen werden uitgevoerd met de LFA 467 HyperFlash® bij kamertemperatuur. Het hele monster werd verlicht; de detector werd echter gericht op een diameter van slechts 3,4 mm door middel van de ZoomOptics , zie figuur 1.
Resultaten en discussie
De basisvereiste voor zinvolle resultaten is een goede overeenkomst tussen het detectorsignaal en de wiskundige fit. Ondanks de stralingspiek aan het begin van het signaal (veroorzaakt door het feit dat de geometrie van het monster niet ideaal is), geldt dit voor alle metingen, zoals te zien is in figuur 2.
De resultaten van alle monsters bij kamertemperatuur zijn weergegeven in figuur 3.
De gemeten waarde van het koperen loodframe zonder structuur was identiek aan de literatuurwaarde voor koper (117 mm²/s [1]). De Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van de structureel identieke halfgeleiderelementen A-1 en A-2 verschillen nauwelijks van elkaar, wat getuigt van de goede reproduceerbaarheid van de meting (groen).
Halfgeleiderelementen B-1 en B-2 hebben een aanzienlijk lagere Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie (rood) vanwege een ander verbindingsmateriaal. Wanneer echter de twee componenten B-1 en B-2 met elkaar vergeleken worden, is er opnieuw reproduceerbaarheid in de meetresultaten. Het verschil van ongeveer 5% duidt op een hogere ContactweerstandVolgens de tweede wet van de thermodynamica beweegt de warmteoverdracht tussen twee systemen altijd in de richting van hogere naar lagere temperaturen. De hoeveelheid thermische energie die wordt overgedragen door warmtegeleiding, bijvoorbeeld door een muur van een gebouw, wordt beïnvloed door de thermische weerstand van de betonnen muur en de isolatielaag.contactweerstand voor B-2 en dus een zwakkere thermische verbinding tussen de Si chip en het koper.
Samenvatting
De LFA 467 HyperFlash® met ZoomOptics maakt het mogelijk om small monsters of alleen select gebieden binnen een monster te onderzoeken. Perifere gebieden of gebieden met verschillende monsterdiktes kunnen dus doelgericht worden uitgesloten, waardoor zowel de nauwkeurigheid van de meting als de betekenis van de resultaten aanzienlijk worden vergroot.