[發(fā)明專利]熱?電?力耦合場粘塑性材料蠕變測試系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107655764A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚堯;龍旭;湯文斌
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子封裝材料力學(xué)性能測試技術(shù)，涉及-50℃～300℃溫度條件下電子封裝材料中將被廣泛應(yīng)用的無鉛焊料熱-電-力多場耦合測試技術(shù)，具體涉及熱-電-力耦合條件下粘塑性無鉛焊料的蠕變行為測試技術(shù)。

背景技術(shù)

電子封裝技術(shù)在電子產(chǎn)品中起著至關(guān)重要的作用。電子封裝結(jié)構(gòu)中的互連焊點是微電子芯片的關(guān)鍵部位，不僅為芯片和基板提供了機(jī)械支持，更是電氣連接和散熱的重要途徑。高性能電子產(chǎn)品一般含有成千上萬個焊點，關(guān)鍵位置的單個焊點失效，有可能導(dǎo)致整個電子芯片的功能喪失。在某種意義上，互連焊點力學(xué)性能可靠性決定了整個電子產(chǎn)品的使用可靠性。

焊點的蠕變是無鉛焊點可靠性問題的主要來源之一，而溫度、電流、和應(yīng)力是造成這些可靠性問題的直接原因，由于受到實驗條件制約，目前許多研究工作僅針對單場或者兩場作用下無鉛焊點的蠕變性能進(jìn)行研究，但互連焊點在服役時蠕變變形過程中經(jīng)常受到溫度、電流、磁場等多物理場的共同作用。隨著人們對集成電路芯片超細(xì)間距的不斷追求，無鉛焊點所承受的熱學(xué)、電學(xué)及力學(xué)載荷越來越高，這對無鉛焊點力學(xué)性能提出了更為嚴(yán)苛的要求。熱-電-力耦合條件下無鉛焊點抗蠕變性能是無鉛焊料基本力學(xué)性能指標(biāo)之一，對滿足電子產(chǎn)品使用條件下可靠性要求具有重要意義。而已有測試方法大多局限于熱-力或電-力的兩場耦合作用，尚未實現(xiàn)多場耦合測試系統(tǒng)，所以現(xiàn)在缺乏一種測試和觀測粘塑性材料在熱-電-力耦合作用下蠕變行為的測試系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述測試技術(shù)所存問題，本發(fā)明提出一種針對-50℃～300℃環(huán)境下無鉛焊料的熱-電-力多場耦合測試系統(tǒng)，復(fù)現(xiàn)無鉛焊料真實工作環(huán)境，對未來綠色電子封裝材料在極端工作環(huán)境下蠕變性能進(jìn)行有效評估，以實現(xiàn)測試精度高，測試環(huán)境靈活可調(diào)，適用范圍廣，測試成本低等優(yōu)點。

本發(fā)明的目的在于提供一種熱-電-力耦合場粘塑性材料蠕變測試系統(tǒng)，包括拉伸機(jī)，所述拉伸機(jī)由兩橫梁及兩縱梁圍合形成的框架結(jié)構(gòu)，在其框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中心位置，連接上橫梁的為上傳力桿件，連接下橫梁的為下傳力桿件，在所述上傳力桿件和下傳力桿件之間設(shè)有高低溫環(huán)境試驗箱，所述上傳力桿件和下傳力桿件貫通所述高低溫環(huán)境試驗箱；上傳力桿件和下傳力桿件在所述箱體內(nèi)的末端均相對設(shè)置有絕緣夾持端，兩所述絕緣夾持端用于夾持測試件，并在所述測試件上臨近兩絕緣夾持端的位置均設(shè)有導(dǎo)電環(huán)，所述導(dǎo)電環(huán)通過電流引線連接電流源，所述高低溫環(huán)境試驗箱的兩側(cè)面均設(shè)有溫控管，所述上傳力桿件上臨近絕緣夾持端設(shè)有力傳感器。

優(yōu)選的，兩所述絕緣夾持端與上傳力桿件和下傳力桿件通過階梯狀細(xì)齒咬合。

優(yōu)選的，所述絕緣夾持端由加成型室溫硫化硅橡膠或雙酚A型環(huán)氧樹脂材料制成。

優(yōu)選的，上傳力桿件上臨近高低溫環(huán)境試驗箱的外側(cè)設(shè)有第一橡膠密封圈，下傳力桿件上臨近高低溫環(huán)境試驗箱的內(nèi)側(cè)設(shè)有第二橡膠密封圈，所述第一橡膠密封圈和第二橡膠密封圈用于密封上傳力桿件和下傳力桿件貫通高低溫環(huán)境試驗箱的開孔。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)電環(huán)由抗高溫導(dǎo)電膠均與纏繞形成。

優(yōu)選的，所述電源引線外部采用采用高硅氧玻璃纖維紗繞包和耐高溫涂覆層涂覆。

優(yōu)選的，電流源所提供的電流密度在10³A/cm²至10⁴A/cm²之間調(diào)整。

優(yōu)選的，所述高低溫環(huán)境試驗箱為耐高低溫不銹鋼制成，內(nèi)部通過添加石棉層隔熱。

與相關(guān)技術(shù)相比，本發(fā)明提供的熱-電-力耦合場粘塑性材料蠕變測試系統(tǒng)能夠原位實時獲取材料在熱-電-力耦合條件下無鉛封裝材料蠕變行為，并能通過位移傳感器實時獲取材料形變信息，通過對試件同時施加熱場、電場和力場，實現(xiàn)了對電子封裝材料在真實極端工作狀態(tài)下蠕變性能觀測。本發(fā)明便于探究多場耦合條件下焊點的損傷蠕變機(jī)制，克服了單場或雙物理場的加載條件對焊點真實工作環(huán)境擬真度不夠的問題，復(fù)現(xiàn)了焊點工作中多物理場耦合的真實環(huán)境。高低溫環(huán)境試驗箱的觀測孔實現(xiàn)了對試樣的實時觀測；力傳感器能確保在0.001N精度下準(zhǔn)確測量獲得施加在試件的荷載值；位移加載機(jī)能確保在1μm精確度下實現(xiàn)對試件位移值的精確測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種測試電子封裝材料熱-電-力耦合條件下蠕變性能測試系統(tǒng)的整體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種測試電子封裝材料熱-電-力耦合條件下蠕變性能測試系統(tǒng)的夾持端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種測試電子封裝材料熱-電-力耦合條件下蠕變性能測試系統(tǒng)的溫度控制箱結(jié)構(gòu)示意圖；