CAPITOLO VII MISURE SPERIMENTALI 7.1 Introduzione

(1)

115 CAPITOLO VII

MISURE SPERIMENTALI

7.1 Introduzione

Verranno ora riportati in forma sintetica le caratteristiche termiche di alcuni substrati

commerciali, sia in termini di diagrammi a barre sia in termini di Structure Function

utilizzando le due metodologie di allargamento dello spettro introdotte durante il corso

di dottorato.

Non si procederà ad un analisi dettagliata delle proprietà termiche dei vari substrati in

quanto esula dal nostro scopo, ma solamente a mostrare la congruenza delle due

metodologie con i risultati del metodo TRAIT.

7.2 METODO HTRAIT- Applicazione a campioni commerciali

Analisi spaziale del substrato Hybritec

#nodo

RES

(C/W) CAP (J/C) TEMP (C) #espon. AMP CdT (sec) Rth (C/W)

1,3705 1 0,25835 0,010805 1,3705 1 0,025845 5,4193 2 0,13594 0,04869 1,1121 2 0,099541 1,5967 3 0,16226 0,076042 0,97618 3 0,4612 0,38366 4 0,35158 0,17742 0,81392 4 0,35642 0,21179 5 0,33348 0,28341 0,46234 5 0,090952 0,042035 6 0,071952 5,0108 0,12886 6 0,12837 0,013716 7 0,047307 29,6821 0,056905 7 0,098875 0,0040597 8 0,0095989 512,553 0,0095989 8 0,10927 0,0020341

(2)

116

chip di silicio frame di rame strato isolante alluminio

FIG 2 Structure function del dispositivo e del sistema dispositivo+IMS Hybritec

SO10 Power

SO10 +

Hybritec

Interfaccia fra dispositivo e

substrato

alluminio

_R

Σ

dC

dR

Σ

(3)

117 Analisi spaziale del substrato Mitsuba

Tabella 2: dati riassuntivi delle caratteristiche del substrato IMS Mitsuba con dispositivo SO10 Power – chip A

#nodi

RES

(C/W) CAP (J/C) TEMP (C) #espon. AMP CdT (sec) Rth (C/W)

3,0701 1 0,23911 0,011234 3,0701 1 0,5326 3,6077 2 0,14294 0,043598 2,831 2 1,2279 1,1815 3 0,23534 0,10062 2,6881 3 0,85148 0,60075 4 1,0709 0,2064 2,4527 4 0,057696 0,14122 5 0,61376 0,13892 1,3818 5 0,020854 0,045876 6 0,36478 0,48468 0,76805 6 0,14705 0,021811 7 0,27875 3,6511 0,40327 7 0,13042 0,0051102 8 0,12451 21,1601 0,12451 8 0,10207 0,0019154

(4)

118

#nodi RES (C/W) CAP (J/C) TEMP (C) #espon. AMP CdT (sec) Rth (C/W)

3,2196 1 0,22732 0,011887 3,2196 1 0,173 7,2673 2 0,16119 0,049172 2,9922 2 0,69751 2,4607 3 0,20862 0,10583 2,8311 3 1,7312 0,87095 4 1,1276 0,17607 2,6224 4 0,2191 0,36892 5 0,89303 0,15254 1,4948 5 0,042462 0,06996 6 0,32449 1,718 0,60177 6 0,14199 0,019605 7 0,22922 8,7746 0,27728 7 0,10178 0,0058031 8 0,048059 133,6618 0,048059 8 0,11249 0,0020142

FIG 3: confronto fra istogrammi resistivi e capacitivi misurati coi dispositivi A (giallo) e B (rosa) del substrato IMS Mitsuba

chip di silici o frame di rame strato isolante alluminio

FIG 4: resistenza cumulativa ai nodi misurata col dispositivo A (giallo) e B (rosa) del substrato IMS Mitsuba

(5)

119

FIG 5: confronto fra le structure function realtive ai dispositivi A (linea rossa) e B (linea blu) del substrato IMS Mitsuba

dC

dR

Σ

R

_Σ

0,17

TH

R

C W

∆

=

°

Interfaccia

fra

dispositivo

e resto del

sistema

Strato

interfacciale

più resistivo

FIG 6: Structure function dei substrati IMS Hybritec (rosso) e Mitsuba (blu)

dC

dR

Σ

R

_Σ

1,7

TH

R

C W

∆

=

°

MITSUBA

CHIP A

MITSUBA

CHIP B

MITSUBA

HYBITEC

(6)

120

FIG 7: istogrammi Hybritec (giallo) e Mitsuba (rosa)

FIG 8: resistenza cumulativa Hybritec (giallo) e Mitsuba (rosa)

chip

di

silicio

frame

di rame

strato

isolante

alluminio (rosa) e isolante

(giallo)

TH

C

(7)

121 Analisi spaziale del substrato Bergquist

1,3426 1 0,21689 0,01247 1,3426 1 0,046261 3,5897 2 0,10093 0,042157 1,1258 2 0,12756 1,1446 3 0,14026 0,047818 1,0248 3 0,5375 0,33726 4 0,24842 0,14396 0,88456 4 0,25203 0,19703 5 0,49068 0,23128 0,63614 5 0,12764 0,029704 6 0,07835 4,2076 0,14546 6 0,10995 0,0094101 7 0,052937 18,4861 0,06711 7 0,11291 0,0026671 8 0,014172 216,728 0,014172 8 0,02879 0,0015251

1,4129 1 0,23476 0,010788 1,4129 1 0,060374 3,1785 2 0,12365 0,041407 1,1781 2 0,14284 0,9648 3 0,15712 0,063079 1,0545 3 0,63562 0,31364 4 0,33262 0,16585 0,89738 4 0,17361 0,1799 5 0,41745 0,2164 0,56476 5 0,09254 0,034396 6 0,074226 3,9124 0,14731 6 0,12789 0,011781 7 0,054469 15,0193 0,073081 7 0,10342 0,0033131 8 0,018611 140,3716 0,018611 8 0,07662 0,001711

Tabella 4 : dati riassuntivi delle caratteristiche del substrato IMS Berquist, campione #1

Tabella 5: dati riassuntivi delle caratteristiche del substrato IMS Berquist, campione #3

“scambio di istogrammi

”

chip di silicio frame di

rame _isolantestrato

alluminio

FIG 9: confronto degli istogrammi resistivi e capacitivi dei campioni #1 (giallo) e #3 (rosa) dei substrati IMS Bergquist

(8)

122 M

dC

dR

Σ

R

_Σ

FIG 10:structure function relativa ai campioni #1 (blu) e #3 (rosso) dei substrati IMS Bergquist

Il dispositivo offre una

resistenza maggiore nella

curva rossa, che viene

traslata verso destra di una

quantità esattamente pari a

TH

R

∆

BERGQUIST

CAMP 1

BERGQUIST

CAMP 2

(9)

123 Analisi spaziale del substrato Eurolam

3,9096 1 0,24259 0,012473 3,9096 1 0,87103 3,659 2 0,16254 0,052998 3,667 2 1,7454 1,2912 3 0,24234 0,10662 3,5045 3 0,87448 0,62939 4 1,6397 0,16224 3,2621 4 0,031342 0,16531 5 0,75389 0,13917 1,6224 5 0,017415 0,06274 6 0,31452 0,74165 0,86856 6 0,1418 0,022096 7 0,37916 2,2276 0,55403 7 0,10868 0,0062256 8 0,17488 14,7989 0,17488 8 0,11941 0,0022593

4,0871 1 0,19596 0,027181 4,0871 1 0,83884 4,0053 2 0,13251 0,054924 3,8912 2 1,6217 1,715 3 0,25548 0,1226 3,7586 3 1,3234 0,73729 4 0,81786 0,11928 3,5032 4 0,0089004 0,1552 5 1,7451 0,073383 2,6853 5 0,069388 0,043453 6 0,26779 1,0389 0,94017 6 0,078897 0,018086 7 0,54055 1,7245 0,67237 7 0,11164 0,0072603 8 0,13182 23,8777 0,13182 8 0,034366 0,002761

Tabella 6 dati riassuntivi delle caratteristiche del substrato IMS Eurolam, campione #1

(10)

124

FIG 11: confronto fra istogrammi resistivi e capacitivi misurati sui campioni #1 (giallo) e #2 (rosa) del substrato IMS Eurolam

chip

di

silicio

frame

di rame

strato

isolante

alluminio

“scambio di

istogrammi”

(11)

125 Minimi dovuti alla

resistenza

interfacciale

dell’isolante

situati in zone

diverse

La differenza

di resistenza

termica totale

ha origine

qui

dC

dR

Σ

R

_Σ

I due

dispositivi

offrono un

identico

contributo

FIG 13: Structure function relativa ai campioni #1 (blu) e #2 (rosso) dei substrati IMS Eurolam

EUROLAM

CAMP 1

(12)

126 Analisi spaziale del substrato Hitachi

1,5435 1 0,17534 0,017221 1,5435 1 0,082072 3,3308 2 0,093333 0,042832 1,3681 2 0,19555 1,0337 3 0,1472 0,058785 1,2748 3 0,87228 0,37708 4 0,2191 0,13202 1,1276 4 0,089626 0,14626 5 0,66824 0,16675 0,90847 5 0,12415 0,024848 6 0,13471 1,5435 0,24023 6 0,072706 0,0089592 7 0,080669 12,7515 0,10552 7 0,086213 0,0030574 8 0,024849 110,6497 0,024849 8 0,020861 0,0015319

Tabella 8: dati riassuntivi delle caratteristiche del substrato IMS Hitachi, campione #1, dispositivo A

1,6121 1 0,25215 0,011574 1,6121 1 0,11062 2,8204 2 0,079757 0,043815 1,3599 2 0,29753 0,71515 3 0,14039 0,035718 1,2802 3 0,74771 0,33046 4 0,32206 0,1639 1,1398 4 0,070915 0,12446 5 0,57229 0,17204 0,81772 5 0,086498 0,028988 6 0,13007 1,3776 0,24543 6 0,13814 0,009759 7 0,076541 8,8836 0,11536 7 0,1553 0,0025229 8 0,038821 57,1472 0,038821 8 0,005362 0,0012134

(13)

127

FIG 14: confronto degli istogrammi resistivi e capacitivi ricavati colle misure effettuate sui dispositivi A (giallo) e B (rosa) sul substrato IMS Hitachi, campione #1

FIG 15: resistenze cumulative ai nodi ricavate colle misure effettuate sui dispositivi A (giallo) e B (rosa) sul substrato IMS Hitachi, campione #1

chip

di

silicio

frame

di rame

strato

isolante

alluminio

“scambio di

istogrammi”

(14)

128

FIG 16: Structure function relativa ai dispositivi A e B montati su substrato IMS Hitachi

0,07

TH

R

C W

∆

=

°

Chip di silicio

dC

dR

Σ

R

_Σ

SUB HITACHI

DISP A

DISP B

(15)

129 7.3 METODO NES- Applicazione a campioni commerciali

Verranno ora riportate le Structure Function, relative agli esempi già analizzati

precedentemente con metodo HTRAIT, utilizzando il metodo di allargamento dello

spettro con il rumore.

Tutte le analisi sono state effettuate sommando esternamente alla funzione esponenziale

una percentuale di rumore pari al 30% della resistenza termica totale del substrato sotto

analisi.

Analisi spaziale del substrato Hybritec

SO10

Interf.

Disp-SO10+HYBRITEC

Al

FIG 17 Structure function del dispositivo e del sistema dispositivo+IMS Hybritec

FIG 18: Spettro delle costanti di tempo ottenuto con il metodo NES per il substrato Hybritech

(16)

130 Confronto Mitsuba-Hybritec

Confronto Mitsuba-Eurolam

1,7

TH

R

C W

∆

=

°

Mitsuba

Hybritech

FIG 19: Confronto fra le SF dei substrati Mitsuba e Hybritech: Il campione Mitsuba, presentando una resistenza termica globale più che doppia

rispetto a quello Hybritec a parità di spessori e di materiali,

è senz’altro il risultato di un processo di fabbricazione difettoso in una delle sue fasi.

Di

3,0701

TH

R

=

°

C W

3,9096

TH

R

=

°

C W

l’Eurolam presenta uno strato di isolante più resistivo

Mitsuba

FIG 20: Confronto fra le SF dei substrati Mitsuba e ed Eurolam: si nota come il campione Eurolam presenti uno strato isolante più resistivo

(17)

131 7.4 Confronto tra i metodi HTRAIT e NES

Verranno ora confrontate le structure function relative ai substrati mitsuba ed Eurolam

ottenute applicando le due diverse metodologie proposte in questa seconda parte. Dalle

figure 21 A e B si nota come i due metodi si comportano analogamente dal punto di

vista delle resistenze termiche. La differenza sulle capacità termiche è dovuta alla

differente funzione ottenuta per allargare lo spettro

A

B

FIG 22 A e B: Confronto fra le SF , per i substrati Hybritech e Mitsuba, ottenuti applicando i due metodi di allargamento dello spettro HTRAIT e NES.