[주요 연구 내용 요약]

적외선 열화상법 (Infrared thermography)는 비접촉으로 열 분포 분석을 할 수 있는 방법이다. 하지만, 서로 다른 재료가 혼합된 칩의 표면에서 물질마다 다른 방사율로 인해 온도 측정에 오류가 발생한다. 이를 해결하기 위해, 작동 중인 반도체 소자의 표면에서 픽셀마다 다른 방사율을 보정하는 방법인 방사율 보정법을 적용한 적외선 열화상법으로 정확한 온도 분포를 측정하는 방법을 제안한다. 기존 방사율 보정법은 복잡한 측정 시스템 구축이 필요하거나 3차원 물질에 적용이 어려웠던 문제가 있는 것과 다르게 고방사율 테이프를 부착하는 것만으로 정확한 픽셀 단위 방사율 맵을 구할 수 있다. 이 방법을 적용하면 보드에 실장되어 가동중인 반도체 소자의 온도 분포도 실시간으로 정확하게 측정 가능하다. 보편적인 방법인 표면 고방사율 코팅 방법과는 0.6 °C 내의 온도 편차로 방사율 0.21-0.97 범위에 적용했을 때 우수한 정확도를 검증했다. 또한 2.4 um에도 열분포 분석이 가능함을 입증했고, 차세대 고집적 반도체 열 관리 및 패키징 설계에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다

[성과와 관련된 이미지 및 간단한 설명]

위 이미지는 다양한 재료가 혼재된 칩 표면에서 픽셀별 방사율을 보정하여 얻은 실제 온도 분포를 이미지화한 온도 맵이다. 중앙에 위치한 NPU core에서 열이 발생하며, 주변으로 갈수록 온도가 낮아지는 열 확산 경향을 보여준다. 또한 아래에 위치한 'Operando IR Thermography via emissivity correction'은 실시간 열 분석에 적용하여 hotspot의 위치와 열 발산 경로를 분석하는 것이다. 아래 오른쪽에 위치한 'quantitative pixel-level emissivity correction'은 픽셀 별 방사율을 입력해 정확한 온도로 보상한 것을 그래프로 표현한 것이며 surface coating method와 0.6 °C이내의 온도 편차로 정확성을 검증했다.

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]

Core의 workload에 따른 trasient hotspot 분석에 적용하여 30Hz에서의 정확한 trasient hotspot의 위치와 온도 분석 및 검증 완료