[發(fā)明專利]熱-電-力耦合場下剪切、蠕變、疲勞的鉸接式測試系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810627041.1
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN109060558A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚堯;宮賀;張倩;湯文斌;王紹斌;王俊東
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種熱?電?力耦合場下剪切、蠕變、疲勞的鉸接式測試系統(tǒng)，能夠原位實時獲取材料在熱?電?力耦合條件下電子封裝材料剪切、剪切蠕變、剪切疲勞力學行為的測試，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溫度場、電場和力場，實現(xiàn)對電子封裝材料在真實多場極端工作環(huán)境下基本力學性能的觀測和測試；本發(fā)明便于探究熱?電?力多場耦合條件下焊點的損傷失效機制，將單物理場或雙物理場的加載條件拓展到多物理場耦合條件，解決了對焊點真實工作環(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。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱-電-力耦合多場下電子封裝材料力學性能測試技術(shù)，涉及零下低溫-零上高溫的溫度條件、不同電流強度條件下電子封裝材料中被廣泛應(yīng)用的無鉛焊料、納米銀焊膏以及部分含鉛焊料等電子封裝材料多場耦合測試技術(shù)，具體涉及熱-電-力耦合條件下焊料的剪切、剪切蠕變、剪切疲勞行為測試技術(shù)。

背景技術(shù)

電子封裝結(jié)構(gòu)中的互連焊點是微電子結(jié)構(gòu)中傳力、散熱以及電氣連接的關(guān)鍵部位。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，傳統(tǒng)硅基元器件正逐漸被高效利用電能的高能寬禁帶半導(dǎo)體器件所取代，這導(dǎo)致電子封裝結(jié)構(gòu)中互連焊點常處于高溫、高電流等多場耦合工作環(huán)境中。因此，電子封裝材料在這種極端荷載作用下，由基體與芯片熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致的剪切、剪切蠕變以及剪切疲勞力學性能成為目前是學者們關(guān)注的焦點之一，在某種意義上，互連焊點的力學性能可靠性決定了整個電子產(chǎn)品的使用可靠性。

在熱-電-力多場耦合下，焊點力學性能的表現(xiàn)更為復(fù)雜，在高電流作用下，隨著焊點內(nèi)部電遷移等現(xiàn)象的發(fā)生，焊點內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致焊點力學性能的變化。而溫度、電流的多場耦合效應(yīng)進一步加劇了焊點力學性能的分析難度。由于新型焊料的提出以及試驗條件制約，目前許多研究工作僅針對單場或者兩場作用下焊點的力學性能進行研究，但互連焊點在服役時，經(jīng)常受到溫度、電流、荷載等多物理場的共同作用。此外，隨著封裝體積不斷減小，封裝密度持續(xù)增大，導(dǎo)致封裝體工作溫度和通過焊點的電流密度大幅升高，這對電子封裝材料的力學性能提出了更為嚴苛的要求。因此，進行熱-電-力耦合條件下焊點剪切、剪切蠕變以及剪切疲勞性能的試驗研究，對探究電子產(chǎn)品正常使用條件下可靠性具有重要意義。然而，已有的測試方法大多局限于熱-力或電-力的兩場耦合作用，且在對試件進行測試時多采用固定式夾持方式，這導(dǎo)致試件在測試過程中受人為誤差及夾具誤差較大，夾持稍有偏心會對測試試件產(chǎn)生多余荷載約束，增加測試誤差。因此，開發(fā)一種測試和觀測焊料在熱-電-力耦合作用下材料力學行為的測試系統(tǒng)對實際工況下焊料破壞分析具有至關(guān)重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種熱-電-力耦合場下剪切、蠕變、疲勞的鉸接式測試系統(tǒng)。

技術(shù)方案

一種熱-電-力耦合場下剪切、蠕變、疲勞的鉸接式測試系統(tǒng)，其特征在于包括電源、可移動式高低溫環(huán)境試驗箱、耐高溫通電導(dǎo)線、試件通電預(yù)留連接口、焊接節(jié)點、氧化鋁陶瓷銷栓、鉸接式夾具、疲勞機/拉伸機、氧化鋁陶瓷墊圈、試件剪切鍵和傳力桿件；根據(jù)對測試材料不同力學性能的測試需要選取拉伸機/疲勞機，拉伸機/疲勞機固定于試驗測試地點，兩個傳力桿件分別穿過可移動式高低溫環(huán)境試驗箱的兩端，傳力桿件的一端與拉伸機/疲勞機連接，另一端與位于可移動式高低溫環(huán)境試驗箱內(nèi)的鉸接式夾具連接；兩個試件剪切鍵通過焊接節(jié)點連接，每個試件剪切鍵通過氧化鋁陶瓷銷栓與鉸接式夾具形成鉸接，試件剪切鍵與鉸接式夾具接觸的地方放置氧化鋁陶瓷墊圈，在試件剪切鍵上設(shè)有試件通電預(yù)留連接口，通過耐高溫通電導(dǎo)線與電源連接。

有益效果