[發明專利]一種基于珀爾帖效應的微焊點熱遷移裝置及其測試方法

在審

• 申請號: 202011369727.9
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112540100A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 秦紅波;雷楚宜;岳武;丁超;秦薇;李望云;黃家強;蔡苗;張國旗
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;H01L35/32;F25B21/02
• 代理公司: 桂林文必達專利代理事務所(特殊普通合伙) 45134
• 代理人: 張學平

本發明公開了一種基于珀爾帖效應的微焊點熱遷移裝置及其測試方法，通過使用所述致熱結構和致冷結構抵持所述試樣，裝置通電后進行熱遷移測試，記錄相應溫度后使用有限元電熱耦合分析，可獲取試樣焊點的溫度梯度，從而獲得可靠穩定的微焊點熱遷移數據；根據珀爾帖效應改變加載電流控制焊點冷熱端的溫度差，得到較大的溫度梯度；還可以通過控制焊點的高度得到不同的溫度梯度；同時外部使用所述加固板組件夾持固定，結構簡潔，解決了現有技術中的熱遷移裝置結構復雜、溫度梯度不易控制的技術問題。

技術領域

本發明涉及電子封裝技術領域，尤其涉及一種基于珀爾帖效應的微焊點熱遷移裝置及其測試方法。

背景技術

在電子封裝系統持續向微型化、高性能和高可靠性的趨勢發展，晶體管數量的增加和焊點尺寸持續減小使得熱遷移問題對焊點可靠性的影響日益突出。熱遷移是指存在溫度差值的情況下，原子在溫度梯度的驅動下發生定向遷移的現象。在電子封裝系統中，焊點兩端形成溫度梯度的主要原因包括：1)電子產品在工作時，芯片側晶體管產生的焦耳熱大于基板產生的焦耳熱，從而在焊點兩端形成溫度梯度；2)由于各部分材料的電阻率和尺寸不相同，導致芯片在工作時產生的焦耳熱分布不均勻，在焊點兩端形成溫度梯度；3)當電流密度通過焊點時，由于結構因素等影響將造成電流密度分布不均勻，從而導致焦耳熱的分布不均勻，引起焊點兩邊形成大的溫度梯度。研究證實，熱遷移會使焊點的熱端產生空洞，從而導致焊點失效。

在焊點熱遷移失效問題的相關研究中，如何獲得較高且穩定的溫度梯度并進行熱遷移測試一直是研究者較為關注的。目前，有研究者采用在焊點的一端進行水冷，另一端不進行任何處理的方法，從而形成一定的溫度梯度。然而水冷的結構制作復雜，體積較大，并且形成的溫度梯度不易控制。還有研究者通過采用陶瓷加熱片進行加熱，用熱電偶監測陶瓷加熱片的溫度并反饋給溫度控制器，溫度控制器根據反饋溫度控制陶瓷加熱片的溫度形成溫度差。但是，這種方法產生的焊點兩端的溫度差值小，形成的溫度梯度較小。另外，現有的熱遷移裝置通常包括：加熱結構、下導熱板、試樣、上導熱板和冷卻結構，這些熱遷移裝置經常存在一定的弊端：1)加熱機構和冷卻機構的體積較大，且結構較為復雜，增大了熱遷移裝置的體積；2)加熱結構和冷卻結構之間用來放置試樣的位置不好調節，安裝好裝置后將不再適應其他焊點高度；3)不便對熱遷移裝置進行固定安裝，裝置不固定容易造成定位不準確和使用不方便等影響。

珀爾帖效應(Peltier Effect)是指當有電流通過不同的導體組成的回路時，除產生不可逆的焦耳熱外，在不同導體的接頭處，隨著電流方向的不同會分別出現吸熱和放熱現象。根據珀爾帖效應，對導體加載電流，導體兩端會產生溫差，從而在焊點兩端形成溫度梯度。利用珀爾帖效應獲得焊點兩端的溫度梯度，可以避免使用體積較大的加熱或冷卻結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于珀爾帖效應的微焊點熱遷移裝置及其測試方法，旨在解決現有技術中的熱遷移裝置結構復雜、溫度梯度不易控制的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用的一種基于珀爾帖效應的微焊點熱遷移裝置，包括致熱結構、致冷結構、試樣和加固板組件，所述致熱結構和所述致冷結構上下設置，所述致熱結構位于所述致冷結構的下方，所述試樣設置在所述致熱結構和所述致冷結構之間，所述加固板組件分別從上下兩側夾持所述致熱結構和所述致冷結構；

所述加固板組件包括第一金屬板、第二金屬板和四組連接螺栓，所述第一金屬板和所述第二金屬板相對設置，所述第一金屬板與所述致熱結構抵持，所述第二金屬板與所述致冷結構抵持，四組所述連接螺栓分別貫穿所述第一金屬板和所述第二金屬板活動連接，每組所述連接螺栓上均設置有適配的螺母。