JPH02298830A - 表面温度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は集積回路のような物質の表面の温度分布を測定
する装置に関するものである。

（従来の技術） 物質の表面温度分布を測定するのに従来は、第１の方法
として、物質の表面から放射される赤外線放射の強度を
温度較正して表面温度を測定していた。その際赤外線放
射強度を温度に較正するのに、その物質の放射率を知る
必要があった。

即ち、まず放射率１．０の物質（例えば黒体放射）の各
温度における赤外線放射強度を調べておき、次に測定し
たい物質（例えばその放射率がε）からの赤外線放射強
度を放射率１．０の場合に換算（例えば（電気信号）×
１／ε）して、予め調べておいた放射率１．０の物質の
赤外線放射強度の各温度との関係より実際の温度を知る
のである。

第２の方法として、せまい温度範囲では赤外線放射強度
と温度が近似的に線形であるという性質を利用して求め
ようとする試料の温度を知る。即ち、２種類の既知温度
における赤外線放射強度を求め、両既知温度差および両
光外線放射強度差との比をとり、温度差に対する赤外線
放射強度差の割合を求めておく０次に測定する温度条件
に設定した試料の赤外線放射強度を求める。そして前記
の温度差に対する赤外線放射強度差の比を利用して求め
たい温度を算出する。

（発明が解決しようとする課題〉 しかしながら従来の方法における第１の方法では、集積
回路の表面のように多くの物質が混在している試料の場
合、試料の表面の各部分の放射率がわかっていなければ
表面温度分布を知ることができない、しかし表面の各部
分の放射率を知ることは非常に困難である。そのため例
えば集積回路等の半導体素子のパターン表面の温度分布
を調べて故障解析や試験等に利用しようとしても、以上
のようにパターン表面の複雑な放射率分布を調べるのが
非常に困難であった。

また、第２の方法においては、赤外線顕微鏡で測定した
温度は２種類の既知温度の間を線形近似するものである
から、精度が良いとは言えない。

そもそも温度に対する赤外線放射強度は非線形の性質を
持っている。２種類の既知温度の幅をせまくすれば精度
は向上するが測定しようとする温度の幅は狭くなる。逆
に２種類の既知温度の幅を広くすれば、非線形特性によ
り測定温度の誤差が大きくなる。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、試料
を所定の温度に加熱して、試料表面を細分化区分したそ
の各区分毎の赤外線放射強度から各区分毎の放射率を求
め、また、試料の温度を測定しようとする状態にしたと
きの前記各区分毎の赤外線放射強度を測定し、各区分毎
の放射率と赤外線放射強度とから各区分毎の表面温度を
算出し、これを試料の表面温度分布画像として自動的に
精度よく表示できる表面温度分布測定装置を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成するために次の手段構成を
有する。即ち、本発明の表面温度分布測定装置は、試料
表面の細分化された各部分の赤外線放射強度を検知する
手段と；　試料を所定の温度に加熱したときの前記細分
化された表面各部の赤外線放射強度から各部分毎の放射
率を算出する放射車両像変換器と：　前記各部分毎の放
射率データを記憶する放射率画像記憶器と；　試料の温
度を測定しようとするときの前記細分化された各部分毎
の赤外線放射強度データを記憶する放射強度画像記憶器
と；　前記放射率画像記憶器からの放射率データと前記
放射強度画像記憶器からの放射強度データとから細分化
各部分の温度データを算出する温度画像データ形成回路
と；　温度画像データ形成回路からの温度データにより
ブラウン管上番こ試料表面の温度分布画像を表示する表
示器と；　を具備することを特徴とする表面温度分布測
定装置である。

（作　用） ・以下、上記手段構成を有する本発明の表面温度分布測
定装置の作用を説明する。

赤外線の放射に関し、放射率１．０の黒体の各温度にお
ける赤外線放射強度は知られている。

今、黒体の室温Ｔ、における赤外線放射強度をＷ　ａ（
Ｔ　、）、温度Ｔ　（＞Ｔ、　）における赤外線放射強
度をＷ、（Ｔ）とし、黒体以外のある物質の放射率をε
１、温度Ｔにおける赤外線放射強度をＷ、（Ｔ）とする
と次の式 ％式％（１） が成立する。

従って、放射率ε、が未知の物質を温度Ｔに設定（加熱
）して赤外線放射強度Ｗ、（Ｔ）を測定すると、Ｗｅ（
Ｔ）およびＷｃ（Ｔ−）は既に知れているとして求めら
れる。

こうして、放射率ε、が知れると、その物質の未知の温
度Ｔｘにおける赤外線放射強度Ｗｆｉ（Ｔｘ）を測定す
ることにより、式（１）から次の式Ｗｆｉ（Ｔｘ）＝ε
ｎ　Ｗｃ（Ｔｘ）＋　（１ｅ　ａ）Ｗｃ（ＴＪ　−一一
一（３）が成立する。この式から温度Ｔｘにおける黒体
の赤外線放射強度Ｗｃ（Ｔｘ）が、 Ｗｅ（Ｔｘ）＝　　Ｗ　”　　−Ｗ　Ｔ　＋Ｗｃ（Ｔ、
）　　−一一一一（４）εｎ として求められる。

黒体については、前述のように赤外線放射強度と温度と
の関係が既に知られているからＷｅ（Ｔｘ）が分かると
、前記関係から、未知であった温度Ｔｘを知ることがで
きることになる。

本発明装置は、試料表面を細分化した各区分毎の赤外線
放射強度を測定できるから、試料が単一の物質からだけ
ではなく集積回路のように各種の物質から構成されてい
る場合でも、細分化の程度に応じた精度で各区分毎の赤
外線放射強度を検知できる。試料を所定の温度Ｔに加熱
したときの、検知手段からの各細分化区分毎の赤外線放
射強度データは放射車両像変換器へ送られる。放射車両
像変換器では各細分化区分毎について式（２）による演
算を行い放射率を算出する。この放射率データは放射率
画像記憶器へ一時格納される。

次に、試料を、温度分布を測定したい状Ｂ（例えば通電
動作状りに置き、各細分化区分毎の赤外線放射強度を検
知し、そのデータを放射強度画像記憶器へ格納する。な
お、放射率の算出および記憶の前後の順序はいずれでも
よい。

次に、放射率画像記憶器からの放射率データと放射強度
画像記憶器からの放射強度データは温度画像データ形成
回路へ送られる。温度画像データ形成回路では各細分化
区分毎について、式（４）の演算を行い、対応する黒体
赤外線放射強度Ｗ−（Ｔｘ）を算出し、これから、予め
知られている温度−放射強度の関係から温度Ｔｘを導出
する。

この温度、データは表示器へ送られ、表面温度分布画像
として表示される。

（実　施　例） 以下、本発明装置の一実施例を図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明装置の一実施例の構成を示すブロック図
である０本装置は赤外−線検出器１、Ａ／Ｄ変換器２、
放射車両像変換器３、放射率画像記憶器４、放射強度画
像記憶器１０、演算回路５、補正画像形成回路６、モニ
タ７から構成されている。

まず、加熱装置９によって試料８を一部温度Ｔに加熱す
る。この一定温度Ｔは後述するように試料８を動作状態
にしたときに予想される温度と同じ位の温度に設定する
。即ち基音Ｔ、との関係はＴＮＴ、である。

このように設定された温度において、赤外線検出器１に
て試料８の表面温度分布を測定する。

このときの試料８のモニタ７上に映し出される大きさは
画面一杯になるように、赤外線検出器１および試料８を
調整して行う、また、赤外線検出器１は予め放射率ε＝
１．０にて校正されたものを使用する。

赤外線検出器１によって得られた放射強度信号は、Ａ／
Ｄ変換器２にてデジタル信号に変換され、放射車両像変
換器３で、前記式（２）により、前記細分化された各画
素毎に応じた放射率を算出し、放射率画像データに変換
する。この放射率画像データは放射率画像記憶器４へ記
憶される。

次に試料８を通常の使用状態つまり電気を加えて通電状
態にする。こうすると流れる電流による発熱が起る。

このような状態の試料８を測定するのであるが、前述し
たように、赤外線検出器１にて試料８の表面の赤外線放
射強度分布を測定する。測定して得られた赤外線放射強
度分布信号はＡ／Ｄ変換器２にてデジタル信号に変換さ
れて放射強度画像記憶器１０に入る。前記放射率画像記
憶器４からの信号ε、と前記放射強度画像記憶器１０か
らの信号Ｗ−（Ｔｘ）が共に演算回路５に入り、演算回
路５では式（４）の演算を行い黒体赤外線放射強度Ｗ−
（Ｔｘ）を算出する。このＷ−（Ｔｘ）は補正画像形成
回路６へ入力され、ここで予め知られている黒体の温度
−放射強度の関係から各細分化区分毎の温度Ｔｘが導出
された後アナログ信号に変換されモニタ７へ送られブラ
ウン管上に試料表面の温度分布画像が表示される。なお
、本実施例の演算回路５と補正画像形成回路６とで手段
構成にいう温度画像データ形成回路を構成している。

表示された温度画像はそれだけでは温度の違いが判るだ
けである。そのためモニタの任意の場所にスケールを設
けて温度画像に対応する表示を行い、かつ数字にて温度
を示すことにより、温度画像とスケールによってモニタ
上の知りたい場所の温度がわかる。

また、モニタには白黒、カラーのどちらか任意の画面を
選ぶこともできる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の表面温度分布測定装置は
、所定温度に設定した試料表面の細分化区分毎の赤外線
放射強度を検知することにより、各区分毎の放射率を算
出し、試料の各部分の温度を測定しようとする状態で各
細分化区分毎の赤外線放射強度を測定し、これと放射率
とから各細分化区分毎の温度を知り、これを温度分布画
像として表示しているので各穐の物質の分布による複雑
な放射率分布を予め知らなくとも、試料の正確な温度分
布を容易に知ることができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例の構成を示すブロック図で
ある。 １・・・・・・赤外線検出器、　２・・・・・・Ａ／Ｄ
ｙＲ換器、３・・・・・・放射車両像変換器、　４・・
・・・・放射率画像記憶器、　５・・・・・・演算回路
、　６・・・・・・補正画像形成回路、　７・・・・・
・モニタ、　８・・・・・・試料、　９・・・・・・加
熱装置、　１０・・・・・・放射強度画像記憶器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料表面の細分化された各部分の赤外線放射強度を検知
   する手段と；試料を所定の温度に加熱したときの前記細
   分化された表面各部の赤外線放射強度から各部分毎の放
   射率を算出する放射車両像変換器と；前記各部分毎の放
   射率データを記憶する放射率画像記憶器と；試料の前記
   細分化された各部分毎の赤外線放射強度データを記憶す
   る放射強度画像記憶器と；前記放射率画像記憶器からの
   放射率データと前記放射強度画像記憶器からの放射強度
   データとから細分化各部分の温度データを算出する温度
   画像データ形成回路と；温度画像データ形成回路からの
   温度データによりブラウン管上に試料表面の温度分布画
   像を表示する表示器と；を具備することを特徴とする表
   面温度分布測定装置。