[發明專利]極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201910064220.3
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109738483A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 甘貴生;夏大權;劉歆;蔣劉杰;田謐哲;曹華東;翟翔;吳懿平;楊棟華;蘇鑒
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01K7/02
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李曉兵;李玉盛

1.一種極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗裝置，其特征在于，它包括加熱系統和冷卻系統；所述加熱系統包括第一導熱板（6），在第一導熱板（6）上固定安裝有一加熱片（5）和一個用于檢測第一導熱板（6）實時溫度的溫度傳感器（3），所述溫度傳感器（3）與一溫度控制器（2）相連，所述溫度控制器（2）通過一開關電源（1）與第一導熱板（6）相接，并通過控制開關電源（1）的輸出功率控制第一導熱板（6）的溫度；所述制冷系統包括液氮罐（15）和裝在液氮罐（15）內的液氮（16），在液氮罐（15）的罐口上安裝有一個第二導熱板（9），在第二導熱板（9）下方固定安裝有一插入液氮罐（15）內并浸泡在液氮（16）內的傳溫棒（14），所述傳溫棒（14）豎向設置，在第二導熱板（9）上設有用于實時檢測第二導熱板（9）溫度的測溫裝置；所述第一導熱板（6）置于第二導熱板（9）上方，在第一導熱板（6）和第二導熱板（9）之間形成一個試樣檢測空間（12），所述第一導熱板（6）和第二導熱板（9）通過一連接裝置固定在一起，通過該連接裝置可調節第一導熱板（6）和第二導熱板（9）之間的間距。

2.根據權利要求1所述的極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗裝置，其特征在于，所述連接裝置包括多個依次貫穿第一導熱板（6）和第二導熱板（9）并與第一導熱板（6）和第二導熱板（9）通過螺紋連接的螺桿（7），在每個螺桿（7）上均設有一個與其相配合的螺母（4），通過旋轉螺母（4）可調節第一導熱板（6）和第二導熱板（9）之間的間距。

3.根據權利要求2所述的極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗裝置，其特征在于，在每個螺桿（7）上均套有一個彈簧（8），所述彈簧（8）置于第一導熱板（6）和第二導熱板（9）之間。

4.根據權利要求2或3所述的極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗裝置，其特征在于，所述測溫裝置包括固定在第二導熱板（9）上的熱電偶（11）和與熱電偶（11）相接的熱電偶測溫儀（10）。

5.根據權利要求1或2或3所述的極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗裝置，其特征在于，所述第一導熱板（6）和第二導熱板（9）采用紫銅板制成。

6.根據權利要求1或2或3所述的極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗裝置，其特征在于，在液氮罐（15）的罐口內套有一個上端與第二導熱板（9）相抵、下端插入液氮罐（15）罐口下的頸塞（13），所述傳溫棒（14）的上端套在頸塞（13）內，頂端與第二導熱板（9）下端面相接。

7.根據權利要求6所述的極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗裝置，其特征在于，所述傳溫棒（14）為一根紫銅制作而成的柱形棒材或一根周向上具有多個通孔的紫銅棒制作而成，也可以為一根下端周向上具有多個通孔的柱狀銅棒制作而成。

8.根據權利要求6所述的極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗裝置，其特征在于，所述傳溫棒（14）由多個直徑相等的紫銅管組裝而成或由多個直徑不等的紫銅管套接而成，也可以為一根上端呈柱形棒材，下端由多個直徑相等的銅管組裝而成或多個直徑不等的銅管套接而成的柱狀體。

9.一種極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗方法，其特征在于，包括如下步驟：S1，根據工藝要求制作凸點試樣或焊點試樣，并制作出如權利要求4所述的實驗裝置；S2，根據工藝要求通過溫度控制器（2）設置第一導熱板（6）的溫度，并等待第一導熱板（6）達到設定溫度，通過熱電偶（11）檢測第二導熱板（9）的實時溫度；S3，將S1中所制作的凸點試樣或焊點試樣放置在第一導熱板（6）和第二導熱板（9）之間，并旋轉螺母（4），使第一導熱板（6）和第二導熱板（9）將凸點試樣或焊點試樣夾緊，保證實驗裝置穩定性和試樣的完整性；S4，根據實驗需要，實驗相應時間后，取下凸點試樣或焊點試樣，實驗完成。

10.根據權利要求9所述的極端溫度梯度條件下焊點熱遷移實驗方法，其特征在于，S1中凸點試樣包括FR-4電路板（17），在FR-4電路板（17）上設有一焊盤（21），在焊盤（21）四周、FR-4電路板（17）上設有一層將焊盤（21）包裹在內的阻焊層（18），在焊盤（21）上設有至少一個直徑為0.3～0.6mm焊球（19），在焊盤（21）上、焊盤（21）和焊球（19）之間設有一層UBM層（20），在內實驗時，FR-4電路板（17）一側放置在第二導熱板（9）上，焊球（19）的頂端與第一導熱板（6）相抵；所述焊點試樣包括呈上下對稱設置的FR-4電路板（17），在兩FR-4電路板（17）相向的一側均固定設有一個焊盤（21），在兩焊盤（21）之間設有至少一個直徑為0.1～0.6mm的焊球（19），在焊球（19）與焊盤（21）之間、每個焊盤（21）上均設有一層UBM層（20），在每個FR-4電路板（17）均設有一層將焊盤（21）和UBM層（20）包括在內的阻焊層（18），實驗時，兩FR-4電路板（17）的外側分別與第一導熱板（6）和第二導熱板（9）相抵。