CN102156069B - 一种双相材料界面混合断裂测试用夹具 - Google Patents
一种双相材料界面混合断裂测试用夹具 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102156069B CN102156069B CN2011100786059A CN201110078605A CN102156069B CN 102156069 B CN102156069 B CN 102156069B CN 2011100786059 A CN2011100786059 A CN 2011100786059A CN 201110078605 A CN201110078605 A CN 201110078605A CN 102156069 B CN102156069 B CN 102156069B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- semicircular plate
- clamp
- sample
- holes
- pull bar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明属于材料检测技术领域，具体为一种双相材料界面混合断裂测试用夹具。该夹具分为上下对称的两部分，各部分分别由拉杆、半圆形板和样品台构成，样品台通过螺栓与半圆形板连接；半圆形板通过插销和与拉杆连接；半圆形板的边缘处对称地开有若干圆孔；上、下拉杆分别与拉力机的上、下施力系统连接固定。本发明的夹具与万能力学拉力试验机配套使用，将有预裂纹的样品固定到夹具上，转动夹具，对样品施加不同角度的拉力；通过力—位移曲线，计算界面裂纹的临界断裂强度。本发明可方便地测定不同拉伸加载角度下，I、II型混合断裂模式的情况，也适用于测定双相材料界面I型断裂的情况。
Description
技术领域
本发明属于材料检测技术领域，具体涉及一种夹具，用于电子封装中不同材料界面不同模式断裂强度的测试。
背景技术
在集成电路封装的生产、测试工艺的过程中，或封装器件在恶劣环境中工作时，不同材料界面的分层现象经常发生，对于热膨胀系数（CTE）相差较大的两种材料之间的界面，分层现象尤其严重。例如，在塑封器件中，PCB、Si、塑封料、树脂等材料之间热膨胀系数不匹配的情况非常显著，当封装体在湿、热等载荷作用下，在这些材料之间的界面上很容易发生分层断裂，并且分层断裂通常是I、II型混合断裂模式。材料界面间断裂参数可以通过实验进行测定。常用的实验方法有四点弯曲、三点弯曲、楔形插入法、悬臂梁弯曲或Brazil-nut压缩法。上述方法中，界面预裂纹位于样品中部或边缘，测试结果通过理论分析或有限元法计算，以获得断裂参数。然而，对于前述电子封装器件中的界面，材料厚度很薄，并涉及到Si等脆性材料，不适于进行弯曲方式的实验，也不易于制备Brazil-nut压缩法所需的半圆形样品；另一方面，弯曲法、楔形插入法断裂相位角变化范围很小，不能在较大范围内获得断裂能量随断裂相位角变化的规律。为了有效、快速地测量双相材料界面I型或I、II型混合模式断裂参数，需要样品易于制备，具备灵活、准确的加载方式，提高效率。
发明内容
本发明的目的在于针对电子封装器件中不同材料之间的界面，克服现有技术的不足，提供一种能用于定量测试双相材料界面断裂参数的夹具。
本发明提供的双相材料界面混合断裂测试用夹具，分为上下对称的两部分，各部分分别由拉杆、半圆形板和样品台构成，其结构如图1和图2所示。样品台通过螺栓、螺帽、垫圈与半圆形板连接，半圆形板通过插销和螺帽与拉杆连接。所述半圆形板上的边缘处对称地开有若干圆孔；上、下拉杆再分别与拉力机的上、下施力系统连接，并用上下并帽分别固定。
本发明中，为了使拉力方向通过夹具的重心，可在拉杆和样品台之间加入适当厚度的垫片。
本发明中，拉杆由上、下两个圆柱体构成，上部圆柱体中心穿孔，下部圆柱体下端开矩形槽并穿通，侧面穿孔。上下各有1个拉杆。见图3所示。
本发明中，半圆形板正面看来为圆弧状并有一定厚度，正面在边缘处可以对称地开有7个孔，其中，2个孔对应30°，2个孔对应45°，2个孔对应60°，1个孔对应90°，（这些角度均指对应圆孔中心和半圆形板圆心间的连线，与半圆形板的底边构成的圆心角）。半圆形板的底面处开有四个孔（即这些孔在底面均匀分布，且垂直于底面），用于固定样品台。见附图4所示。上下各有1个半圆形板。
本发明中，所述样品台可以由上、下两块长方形块叠合组成。见图5所示。
本发明的夹具与满足精度要求的万能力学拉力试验机配套使用。将含有预裂纹的样品粘接或用机械方法固定在夹具的样品台上，样品台通过螺栓与半圆形板连接并固定，拉力机通过半圆形板上的对称孔用销钉传递拉力，能够实现自对准。若采用不同位置的对称孔施力，样品将沿不同角度受到拉力。由此可对样品沿不同角度加载而无需改变样品安装角度。加载过程中，用电脑记录力—位移曲线，利用界面断裂发生时的临界值计算界面的断裂强度。
本发明具体实施步骤为：
（1）制备含有预裂纹的双相材料界面样品，两种材料均为薄片状；
（2）将样品的上、下表面分别与夹具的样品台粘接或用机械方法（适用于能进行机械加工的样品）固定到夹具的样品台上；
（3）将样品台用螺栓固定到夹具的半圆形板上，选取一个拉伸角度，用销钉穿过相应对称孔与拉力机连接；
（4）由万能力学拉力试验机提供外力，记录力—位移曲线，直至界面裂纹发生扩展导致界面完全断裂；
（5）实验结果分析。
利用断裂力学方法计算界面的断裂参数。由于不同材料间的界面断裂较为复杂，通常采用有限元法计算断裂参数。利用有限元法，按照样品尺寸建立模型，施加测到的临界载荷，计算裂尖能量释放率G，由裂尖区域应力场可计算断裂相位角以及断裂韧度K I、K II。
步骤(2) 中，所述的粘接，可以使用502快干胶或504胶；所述的机械方法，可以使用螺丝等方式固定。
步骤(3)中，所述的拉伸角度，可以是30°、45°、60°和90°等（也可在两块半圆形板的其他位置对称开孔，相应地变化拉伸角度）。
本发明设计了适当的测试夹具，所需样品形式统一，可以对样品实现不同角度的轴向拉力，并具有以下优点：样品固定平台便于更换，可同时制备多个样品，提高效率；拉力角度准确，无需转动样品。最后结合计算和测试结果，获得界面混合断裂参数。
附图说明
图1是本发明所用夹具的整体组装示意图（按照90°拉伸角度组装的左视图）。
图2是本发明所用夹具的整体组装示意图（按照90°拉伸角度组装的正视图）。
图3是本发明所用夹具的拉杆部分的三视图。其中，（a）为拉杆的正视图，（b）为拉杆的左视图，（c）为拉杆的俯视图。
图4是本发明所用夹具的半圆形板部分的三视图。其中，（a）为半圆形板的正视图，（b）为半圆形板的左视图，（c）为半圆形板的俯视图。
图5是本发明所用夹具的样品台部分的三视图。其中，（a）为样品台的正视图，（b）为样品台的左视图，（c）为样品台的俯视图。
图6是本发明所用样品的受力示意图（拉伸角度为90°）。
图中标号：1为拉杆，2 为插销，3为螺帽，4为半圆形板，5为样品台，6为螺栓，7为螺帽，8为垫圈，9为垫片，10为并帽。
注：夹具为上下对称的一套，图中只是标注了其中的一半。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明作详细说明。但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
拉杆由上、下两个圆柱体构成，上部圆柱体中心穿孔，下部圆柱体下端开矩形槽并穿通，侧面穿孔，上下各有1个拉杆；插销是直径为8毫米的螺栓，上下各有1根插销；螺帽3为插销专配，每根插销配2个螺帽；半圆形板正面看来为圆弧状并有一定厚度，例如厚度为2—4厘米，半圆形板正面边缘处共开有7个孔，2个孔对应30°，2个孔对应45°，2个孔对应60°，1个孔对应90°。半圆形板底面开四个孔，用于固定样品台，上下各有1个半圆形板；样品台由一大一小两块平台构成，垂直方向共开4个孔，上下各1个样品台；螺栓6是直径为4毫米螺钉，与螺帽7、垫圈8配套使用，用于将样品台固定在半圆形板上，每个样品台需用4个螺栓、4个螺帽和4个垫圈；垫片是为了保证拉力的方向通过夹具的重心；并帽与普通螺帽形状类似，用于将拉杆与拉力机的施力系统连接， 起固定作用，上下各1个。
由于夹具的上下部分是对称的，各个组成部件之间的位置关系由上至下依次为（以夹具的上半部分为例）：拉杆，半圆形板，样品台。
各个组成部件之间的连接关系为：将固定有样品上下样品台用螺栓6、螺帽7、垫圈8分别与上下半圆形板连接，然后用插销和螺帽3分别与上下拉杆连接（为了使拉力方向通过夹具的重心，需在拉杆和样品台之间加入适当厚度的垫片），再分别与拉力机的上下施力系统连接，用上下并帽分别固定。装配各个部件时，必须注意上下部分选取的拉伸角度必须是一一对应的。
如图1-图5所示，本实施例可按照以下步骤进行：
第一步：准备尺寸为60mm×15mm×1.5mm的铜片，在80℃碱液（1L水中加80g磷酸三钠）中搅拌40min，除去铜片表面油污和氧化物。将铜片洗净并烘干，用聚酰亚胺胶带覆盖铜片表面的部分面积以形成预裂纹。铜片放入样品槽，将环氧树脂/固化剂（按环氧树脂:固化剂=1:0.15配制）混合液搅拌均匀直至无气泡出现，然后将液体缓慢倒入样品槽中至一定厚度。将样品在70℃和120℃下分别固化30min。样品冷却后修除环氧毛边，最后用机械方法使覆盖有聚酰亚胺胶带的界面部分形成预裂纹。
第二步：将样品用504胶粘接到样品台上，80℃下固化36h~48h。
第三步：按照图1所示，将上下拉杆1分别与拉力机连接，用并帽10固定；选取对称孔，将半圆形板4通过插销2连接到上下拉杆；再将样品台通过螺栓6、螺帽7、垫圈8与半圆形板4连接。
第四步：由万能力学试验机提供拉力，记录力—位移曲线，直至界面裂纹扩展断裂。
第五步：根据实验结果计算界面断裂参数。按照发明内容步骤（5）中所述的方法计算能量释放率以及其他断裂参数。
Claims (3)
1.一种双相材料界面混合断裂测试用夹具，其特征在于：该夹具分为上下对称的两部分，各部分分别由拉杆、半圆形板和样品台构成，所述样品台通过螺栓、螺帽、垫圈与所述半圆形板连接；所述半圆形板通过插销和螺帽与所述拉杆连接；上、下拉杆分别与拉力机的上、下施力系统连接，并用并帽分别固定；其中，所述半圆形板正面看来为圆弧状并有一定厚度，正面在边缘处对称地开有7个孔，其中，2个孔对应30°，2个孔对应45°，2个孔对应60°，1个孔对应90°，这些角度均指对应圆孔中心和半圆形板圆心间的连线、与半圆形板的底边构成的圆心角；使得相对于上下两部分半圆形板的对称中心、对称地采用上下两部分半圆形板不同位置的圆孔施力时，样品将沿不同角度受到拉力；半圆形板的底面处开有用于固定所述样品台的四个孔。
2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于：在所述拉杆和所述样品台之间加入有垫片。
3.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于：所述拉杆为圆柱形体，上部圆柱体中心穿孔，下部圆柱体下端开矩形槽并穿通，侧面穿孔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011100786059A CN102156069B (zh) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | 一种双相材料界面混合断裂测试用夹具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011100786059A CN102156069B (zh) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | 一种双相材料界面混合断裂测试用夹具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102156069A CN102156069A (zh) | 2011-08-17 |
| CN102156069B true CN102156069B (zh) | 2012-11-28 |
Family
ID=44437646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2011100786059A Expired - Fee Related CN102156069B (zh) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | 一种双相材料界面混合断裂测试用夹具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102156069B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104237007B (zh) * | 2013-06-07 | 2016-09-14 | 合肥通用机械研究院 | 一种测试复合型疲劳裂纹扩展速率的装置 |
| CN105021452B (zh) * | 2015-07-30 | 2017-08-04 | 西南交通大学 | 高周疲劳试验机的多轴疲劳试验夹具 |
| CN107014682A (zh) * | 2017-04-05 | 2017-08-04 | 中国矿业大学(北京) | 一种适用于三维复合型裂纹扩展测试的加载装置及方法 |
| CN108051301A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-05-18 | 海宁市力天袜业有限公司 | 一种机械式袜子拉伸仪 |
| CN110361255A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-10-22 | 上海交通大学 | 一种用于双悬臂梁拉伸试验测试ⅰ型层间断裂韧性的夹具 |
| CN112903460B (zh) * | 2021-02-04 | 2023-03-28 | 太原理工大学 | 扰动影响下倾斜采空区多排群柱单轴承载测试装置与方法 |
| CN114034540B (zh) * | 2021-06-21 | 2024-05-17 | 重庆康佳光电科技有限公司 | 芯片性能的测试方法及装置 |
| CN114216796A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-22 | 无锡瑞来检测科技有限公司 | 3d打印点阵结构拉伸压缩剪切测试夹具及其使用方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2866119B1 (fr) * | 2004-02-05 | 2006-09-15 | Snecma Moteurs | Procede de mesure de l'adherence d'un revetement sur un substrat |
| CN1258675C (zh) * | 2004-08-10 | 2006-06-07 | 东华大学 | 一种用于柔性材料的弯曲疲劳性能测量装置 |
| US8389096B2 (en) * | 2009-03-24 | 2013-03-05 | Brigham Young University | Optical data storage media having high pressure-at-break strength |
| CN101520386B (zh) * | 2009-04-03 | 2011-05-18 | 东南大学 | 双材料界面的断裂试验装置 |
-
2011
- 2011-03-30 CN CN2011100786059A patent/CN102156069B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102156069A (zh) | 2011-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102156069B (zh) | 一种双相材料界面混合断裂测试用夹具 | |
| CN102778389B (zh) | 荷载与多因数耦合作用下混凝土试验加载装置及试验方法 | |
| CN210665251U (zh) | 一种通用的材料力学性能测试装置 | |
| CN206671063U (zh) | 一种复合材料连接破坏性能测试用夹具 | |
| CN104019968B (zh) | 一种测试螺旋桨叶疲劳性能的试验系统 | |
| CN111060390B (zh) | 高效高温拉伸夹持装置及测试方法 | |
| CN102706750A (zh) | 一种高温高压恒载荷应力腐蚀实验方法及装置 | |
| CN105136596B (zh) | 具有恒位移载荷的裂尖应力腐蚀开裂状态测试系统及方法 | |
| CN105277486A (zh) | 用于测量试样的涂层界面结合强度的测量装置和测量方法 | |
| CN107091782B (zh) | 用于复合材料iii型断裂能量释放率测试的试验装置及方法 | |
| CN102645382B (zh) | 用于测量焊点剪切强度的试验方法及其专用的试验装置 | |
| CN106124342A (zh) | 一种测试结构胶界面粘接剪切强度的装置及方法 | |
| CN208254934U (zh) | 一种带有轴向拉伸功能的三点弯曲振动疲劳装置 | |
| CN102901667B (zh) | 一种异相界面拉力测试夹具及测试方法 | |
| CN110987626A (zh) | 一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置及方法 | |
| CN202582993U (zh) | 一种用于复合材料层合厚板拉压性能测试的粘接辅助夹具 | |
| CN106168472B (zh) | 一种长方体试样侧向位移测量装置 | |
| CN112798405B (zh) | 一种小样品小冲杆测试用夹具 | |
| CN115266404A (zh) | 柔性基体-涂层界面剪切结合强度测试系统和方法 | |
| Tsai et al. | Test methods for silicon die strength | |
| CN205679521U (zh) | 用于测试钢板与玻璃粘胶强度的台座 | |
| JP5370789B2 (ja) | 引張り試験機 | |
| CN205538448U (zh) | 低温测量剪切力的试样夹持装置 | |
| CN114216799A (zh) | 低速冲击下复合材料层间断裂韧性测试夹具及其使用方法 | |
| CN207095975U (zh) | 一种测试粘接胶剪切强度的试样夹具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121128 Termination date: 20150330 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |