测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种测试绿色电子封装材料热?电?力耦合性能的原位测试系统，通过耦合加载热?电?力场以及原位观测微观损伤演化，克服了因观测尺度不同而无法明确微观缺陷所致宏观性能劣化的过程，实现了对电子封装材料在真实极端工作状态下力学性能的表征。本发明能够原位实时获取材料在热?电?力耦合条件下绿色封装材料的力学性能，并能在长焦光学显微镜记录并得到材料微观损伤演化特征，克服了因观测尺度不同而无法明确微观缺陷所致宏观性能劣化的过程，通过对试件同时施加热场、电场、力场，实现了对电子封装材料在真实极端工作状态下力学性能的表征。
【专利说明】
测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统
技术领域
[0001]本发明属于电子封装材料测试技术，涉及-55°c?150°C环境下电子封装材料中无铅焊料的热-电-力多场耦合测试技术，具体涉及一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统。
【背景技术】
[0002]电子封装是通过焊接材料将电子芯片机械固定到电路板上，并同时保证电气连通的装配方法。随着电子设备向小型化不断发展以及电子芯片制作技术的更新换代，电路板上电子芯片的尺寸和节距变得越来越小，会伴随产生更大的电流密度、更多的焦耳热以及由于热膨胀系数不匹配而导致的更严重的机械应力，这也就对电子封装中材料的热-电-力耦合性能提出了更高的可靠性要求。
[0003]在全球无铅化的绿色封装材料更新过程中，以锡银铜为代表的无铅绿色焊料面临着许多技术难点。例如，相比含铅焊料，无铅焊料在高电流密度下更容易在阴极处出现柯肯达尔孔洞并在阳极处形成金属间化合物的堆积层。通常情况下，对无铅焊料的力学性能测试仅局限于热场、电场和力场三者中的单一物理场或者双物理场的加载条件。然而，电子封装结构的真实工作环境是热、电和力三个物理场耦合作用的结果，因此极端小型化电子芯片中电子封装材料宏观力学性能会随着温度及电流密度的提升而发生更加明显的变化。另一方面，尺寸减小而导致的高电流密度和影响结构可靠性的高低温循环温度场，都会引起电子封装材料所含微观缺陷与基体材料界面处发生协调作用，例如微观孔洞的形状演化和微观夹杂所致扰动应力场分布。
[0004]综合以上因素，电子封装结构无论在宏观力学性能还是微观缺陷状态均会在高电流密度、循环温度载荷以及机械应力作用下发生显著变化。因此，现有的基于单物理场或双物理场的宏观焊料试验方法无法准确评估未来电子封装结构的可靠性。
[0005]综上所述，现有技术中至少存在功能弱、适用范围小、试验时间长、无法准确表征构件响应等缺陷。
【发明内容】
[0006]要解决的技术问题
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，，针对上述问题，提出-55°C?150°C环境下无铅焊料的热-电-力多场耦合测试系统，复现无铅焊料真实工作环境，结合宏观性质定量测试和微观性质定性观察的原位测试方法，对未来绿色电子封装材料在极端工作环境下力学性能的可靠性进行有效评估，以实现功能强大、适用范围广、节约试验时间、可靠性高等优点。
[0008]技术方案
[0009]—种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，其特征在于包括位移加载机1、高低温试验机环境试验箱3、电流源7和长焦光学显微镜8;将位移加载机I的上下两个夹持端置于密闭的高低温试验机环境试验箱3内，试件9被夹持在上下两个夹持端之间，在试件9标距的两端设有导电环，电源通过导线加载在夹持端与导电环之间，高低温试验机环境试验箱3的一个侧面，与试件9相对应的部位设有透明窗，透明窗外置放长焦光学显微镜8;所述的两个夹持端采用绝缘材料。
[0010]所述透明窗采用耐高温的玻璃。
[0011 ]绝缘材料为硫化硅橡胶或双酸A型环氧树脂材料。
[0012]所述导电环采用抗高温导电胶缠绕而形成。
[0013]所述连接电源和试件的导线外部采用高硅氧玻璃纤维纱绕包或耐高温涂覆层涂覆，使得能承受高于300°C的高温。
[0014]所述电流7所提供的电流密度为13AzWi?104A/cm2。
[0015]有益效果
[0016]本发明提出的一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，通过耦合加载热-电-力场以及原位观测微观损伤演化，克服了因观测尺度不同而无法明确微观缺陷所致宏观性能劣化的过程，实现了对电子封装材料在真实极端工作状态下力学性能的表征。本发明能够原位实时获取材料在热-电-力耦合条件下绿色封装材料的力学性能，并能在长焦光学显微镜8记录并得到材料微观损伤演化特征，克服了因观测尺度不同而无法明确微观缺陷所致宏观性能劣化的过程，通过对试件同时施加热场、电场、力场，实现了对电子封装材料在真实极端工作状态下力学性能的表征。高低温环境试验箱3的观测孔实现了对试样的实时原位测量;力传感器2能准确测量获得施加在试件的荷载值;位移加载机I能确保在Iym精确度下实现对试件位移值的精确测量。
【附图说明】
[0017]图1是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的整体示意图。
[0018]图2是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的高低温环境箱结构示意图。
[0019]图3是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的夹持端示意图。
[0020]图4是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的加电细节左视图。
[0021]图5是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的加电细节正视图。
【具体实施方式】
[0022]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0023]图1是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的整体示意图。图2是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的高低温环境箱结构示意图。图3是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的夹持端示意图。图4是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的加电细节左视图。图5是本发明一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统的加电细节正视图。在说明书附图中出现的各附图标记的含义如下:
[0024]1-位移加载机;2-力传感器;3-高低温环境试验箱;4-绝缘夹持端；
[0025]5-导电环;6-电流引线;7-电流源;8-长焦光学显微镜;9-待测试件。
[0026]如图1，图2和图3所示，本发明的测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，其中包括:
[0027]位移加载机I，上述位移加载机I固定于试验测试地点，采用动磁式位移加载方式，可借助于常见测试机，具备高保真度和试验的可重复性，同时保证测试过程中无铅焊料延性大而所需大位移的特点。以提供待测试试件两端的边界条件的形式，位移加载机精确控制试件两端所施加位移，保证位置分辨率(Ιμπι)。
[0028]在上述实施例中，力传感器2固定在位移加载机I下传力杆件102的夹持端与固定平台103之间，保证反力分辨率(IN);
[0029]在上述实施例中，高低温环境试验箱3，该环境试验箱3为耐高低温不锈钢制成，内部通过添加石棉层隔热，该环境试验箱3安置在位移加载机I的固定平台103上，位移加载机的传力杆件101和102通过环境试验箱3上下开孔处插入，环境试验箱内部空间即为待测试试件所在位置。通过在不同位置定量释放液氮和开启加热装置，实时观测环境箱内不同位置的温度变化，并在考虑箱内所有构件比热容和质量的基础上，实现环境试验箱3内部从低温-55°C至高温150°C的快速而精确的可控温环境。为了减少因接触而发生的外界空气与环境试验箱3内部空气的热量传递，在环境试验箱3开孔处与传力杆件间安放阻力可忽略不计的橡胶密封圈301和302。此外，为了方便试验中的通过长焦光学显微镜8的原位观测，在环境试验箱3上沿试件长度开槽并用耐高温且可替换的玻璃303加以封闭，利用合理的倒角以缓解箱内高温引起耐高温玻璃303在尖角处的应力集中现象。
[0030]在上述实施例中，绝缘夹持端4，绝缘夹持端4由加成型室温硫化娃橡胶或双酸A型环氧树脂材料制成，接位移加载机的传力杆件1I和1 2与待测试件9，保证电流不会流向位移加载机而引起位移加载机I电机短路。绝缘夹持端4与位移加载机的传力杆件101和102通过阶梯状细齿咬合，保证不会在连接处引入额外位移。因无铅焊料较软，绝缘夹持端4和待测试件9之间可直接采用挤压固定，但必须保证待测试件9位于位移加载机I所施加的位移方向，以免产生端部反力测量的误差。
[0031]导电环5，导电环5由抗高温导电胶均匀缠绕而形成，使其固定在待测试件9的标距段与夹持段之间的圆倒角处。测试过程中，需确保导电环完整且无明显变形，保证在试件标距段中的电流均匀性。
[0032]电流引线6，电流引线6连通待测试件9和电流源7，电流引线外部采用高硅氧玻璃纤维纱绕包和耐高温涂覆层涂覆，其外部护套需能承受高于300 V的高温，确保高温情况下试件中电流通路。电流引线首先从环境试验箱3开孔处引出，然后安放橡胶密封圈301和302，最后再将位移加载机I上下传力杆件插入。
[0033]电流源7，电流源7放置在环境试验箱3之外，通过引线6与导电环5连通，并与待测试件9形成通路，为了更好的观测较为明显的无铅焊料电、热迀移所引起微观缺陷所致微观形貌的改变，电流源7所提供的电流密度需能够在103A/cm2至104A/cm2之间调整。
[0034]长焦光学显微镜8，长焦光学显微镜8的视场暂固定于待测试件9的中心部位，在测试过程中可上下移动至标距范围内任一点，对经过抛光、刻蚀处理后的无铅焊料试件进行自动对焦和拍照，方便后期对热电力耦合场作用下的微观孔洞的形状演化和微观夹杂所致扰动进行定性观察。
【主权项】
1.一种测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，其特征在于包括位移加载机(I)、高低温试验机环境试验箱(3)、电流源(7)和长焦光学显微镜(8);将位移加载机(I)的上下两个夹持端置于密闭的高低温试验机环境试验箱(3)内，试件(9)被夹持在上下两个夹持端之间，在试件(9)标距的两端设有导电环，电源通过导线加载在夹持端与导电环之间，高低温试验机环境试验箱(3)的一个侧面，与试件(9)相对应的部位设有透明窗，透明窗外置放长焦光学显微镜(8);所述的两个夹持端采用绝缘材料。2.根据权利要求1所述测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，其特征在于:所述透明窗采用耐高温的玻璃。3.根据权利要求1所述测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，其特征在于:绝缘材料为硫化硅橡胶或双酸A型环氧树脂材料。4.根据权利要求1所述测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，其特征在于:所述导电环采用抗高温导电胶缠绕而形成。5.根据权利要求1所述测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，其特征在于:所述连接电源和试件的导线外部采用高硅氧玻璃纤维纱绕包或耐高温涂覆层涂覆，使得能承受高于300°C的高温。6.根据权利要求1所述测试绿色电子封装材料热-电-力耦合性能的原位测试系统，其特征在于:所述电流(7)所提供的电流密度为13A/ cm2?14A/cm2。
【文档编号】G01N3/18GK105910918SQ201610247066
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】龙旭, 李潇, 张纯, 姚尧
【申请人】西北工业大学