CN102628768B - 一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置，它是由三维组合平移台、晶片支座、数显测力计、测试支架、立体显微镜、计算机和显示器组成；三维组合平移台和晶片支座分别用螺栓和螺母结构固定在测试支架互相垂直的两个支撑平面上，数显测力计固定在三维组合平移台左侧、晶体支座的正下方位置，并通过三维组合平移台的横向位置调整旋钮将数显测力计的测力头从下方正对晶体支座孔的中心；立体显微镜放置在晶体支座孔中心的正上方位置，以便实时记录整个碎裂的过程；计算机、显示器与立体显微镜串口信号线缆连接，并位于该测量装置旁，便于观察和操作。本发明能够记录晶片发生碎裂时的力的大小，并能实时观察碎裂的过程和存储图像。它具有实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置，该装置可用于测量造成一批石英晶体振荡器中的晶片产生脆性断裂的冲击力大小，并通过数据处理获得碎裂力的分散性，从而评价晶片材料性能与生产工艺的一致性。属于电子元器件失效分析领域。
背景技术
石英晶体振荡器是由品质因数极高的石英晶体振子和振荡电路组成的压电器件。由于石英晶体的物理化学性能稳定，弹性振动损耗小，频率稳定度高、Q值高且价格便宜，因而被广泛用于电路中进行频率稳定和频率选择，成为目前电子元器件领域应用最广泛的基础元件之一。晶体振荡器的稳定性直接影响电子设备可靠性。由于晶体振荡器可靠性不高造成了许多事故和灾难，给工作造成严重的损失。
晶体振荡器的主要结构包括石英晶片(包括镀银层)、振荡电路、金属封装等。据统计，石英晶片的失效占振荡器失效比例的50％以上。由于晶片的失效，可能造成晶体振荡器无输出(停振)、频率漂移等；晶体振荡器的频率主要由晶片的厚度、材料均匀程度及镀银层的厚度和质量决定。工艺的缺陷或污染在对使用过程中的振荡器产生潜在的影响。例如，晶片本身的质量不稳定，例如表面过于粗糙，存在微小裂纹等，在外界振动应力下，这些缺陷成为应力集中的位置，很容易造成晶片的碎裂。
如果加工一致性高，晶片将会在大小相近的外力作用下碎裂，如果加工一致性差，则碎裂力差别较大。通过对现有技术文献的检索发现，还没有基于以上原理的测试装置来测量造成不同晶片产生碎裂的外力的大小，以评定晶片加工质量的一致性。
发明内容
1、目的：本发明的目的是提供一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置，它克服了现有技术的不足，能够记录晶片在受到集中作用的推力发生碎裂时的力的大小，并通过立体显微镜和计算机，实时观察碎裂的过程并存储图像。
2、技术方案：本发明一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置，是由三维组合平移台、晶片支座、数显测力计、测试支架、立体显微镜、计算机和显示器组成。其位置连接关系是：三维组合平移台和晶片支座分别用螺栓和螺母结构固定在测试支架互相垂直的两个支撑平面上，数显测力计固定在三维组合平移台左侧、晶体支座的正下方位置，并通过三维组合平移台的横向位置调整旋钮将数显测力计的测力头从下方正对晶体支座孔的中心。立体显微镜放置在晶体支座孔中心的正上方位置，以便实时记录整个碎裂的过程。计算机、显示器与立体显微镜串口信号线缆连接，并位于该测量装置旁，便于观察和操作。
所述三维组合平移台，是由金属制作的三个精密平移台和一个直角固定块组成，可实现三个方向的平移。其中三个精密平移台结构相同，由线性滚珠导轨、分厘卡、复位弹簧、台面、底座组成。旋转分厘卡驱动线性滚珠导轨，可实现一个方向的平移，采用复位弹簧进行复位，消除轴向间隙，台面和底座分布标准孔距的安装孔，可用于与其他的平移台组合或者根据测试要求安装被测物。平移台的行程要求20mm以上，精度0.005mm，台面尺寸大于数显测力计的宽度、负载1kg以上。直角固定块由三个相互垂直的面，利用螺栓固定而成，面上分布标准孔距的安装孔，用于在三个维度上安装三个平移台。
所述晶片支座，是由45号钢经机加工制成，呈长方体状。在高度方向上，设置有一条通透凹槽，凹槽的中部设有圆通孔，其通孔外径与晶片直径相同，晶片放置其中，可保持整个挤压过程中位置基本不变。为了对不同晶片直径进行测量，设计了带有不同直径凹槽的晶片支座，可以根据需要更换使用。
所述数显测力计，是由测力杆、操作键盘、液晶显示屏，内部处理电路板、传感器及外壳组成，操作键盘上设置了开始、停止、记录数据等按钮，液晶显示屏用于显示力的量值，外壳背部有螺孔，可用于与平移台固定。最大测量力为5N，精度0.001N。
所述测试支架，是由一块45号钢板和一块透明树脂板组成的直角结构，钢板水平放置在试验台上，透明树脂板垂直于试验台，两者之间用胶粘接，利用透明树脂板作为纵向支架的原因在于可以方便的通过透明的树脂板，实时观察数显测力计上液晶显示屏的数字；
所述立体显微镜，放大倍数7倍以上，用于观察晶片的状态，并将影像传输到电脑中。
所述计算机，可以与立体显微镜通过串口连接，存储图像。
所述显示器，可以与计算机主机相连，显示立体显微镜的图像，并实时显示测力计上的数据。
其中，该晶片支座的外形尺寸为5cm×3cm×3cm；
其中，该测试支架平放钢板的外形尺寸为10cm×10cm×1.5cm；纵向放置的透明树脂板的外形尺寸为10cm×10cm×1.5cm：
其中，该数显测力计的型号为SH-5N；
其中，该三维组合平移台的型号是ASM25-XYZ-1(1A)；
其中，该立体显微镜的型号是XTL-3200；
其中，该计算机的型号是OPTIPLEX740；
其中，该显示器的型号是Round Rock Texas 78682。
该装置的工作原理流程如下：首先将晶片放置在晶片支座的圆形凹槽内，通过三维组合平移台的分厘卡调整数显测力计的测力杆头部，使其位于晶片中心位置的正下方1cm位置处，调整光学显微镜的镜头，使其位于晶片正上方，并能够清晰的观察到整个晶片。以一定速度缓慢旋转三维组合平移台中纵向位移平台的分厘卡，带动数显测力计向上运动，直至数显测力计头部触碰到晶片并使之碎裂，该过程可以从光学显微镜中进行观察，并将影像传输到计算机中，同时记录数显测力计的数字显示屏上显示造成晶片碎裂力的大小。对不同晶片重复进行上述测量，并记录碎裂力大小。
3、优点及功效：本发明一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置，与现有技术相比的优点在于：
1)能够实时测量晶片在外部集中推力作用下产生碎裂的力的大小；
2)能够实时观察晶片碎裂的全过程，并加以记录；
3)通过记录并处理测力计显示的碎裂力数值，对比不同厂家、不同批次的晶片碎裂力的差异。
附图说明
图1为碎裂力分散性测量装置整体结构示意图。
图2为碎裂力分散性测量装置工作流程图。
图中符号说明如下：
1为立体显微镜，2为晶片支座，3为数显测力计，4为三维组合平移台，5为测试支架，6为计算机，7为显示器
具体实施方式
见图1，本发明一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置，是由三维组合平移台、晶片支座、数显测力计、测试支架、立体显微镜、计算机、和显示器组成。其位置连接关系是：三维组合平移台和晶片支座分别用螺栓和螺母结构固定在支架互相垂直的两个支撑平面上，数显测力计固定在三位组合平移台左侧、晶体支座的正下方位置，并通过三维组合平移台的横向位置调整旋钮将数显测力计的测力头从下方正对晶体支座孔的中心。立体显微镜放置在晶体支座孔中心的正上方位置，以便实时观察整个碎裂的过程。计算机、显示器与立体显微镜串口信号线缆连接，并位于该测量装置旁，便于观察和操作。
其中，该晶片支座的外形尺寸为5cm×3cm×3cm；
其中，该测试支架平放钢板的外形尺寸为10cm×10cm×1.5cm；纵向放置的透明树脂板的外形尺寸为10cm×10cm×1.5cm：
其中，该数显测力计的型号为SH-5N；
其中，该三维组合平移台的型号是ASM25-XYZ-1(1A)；
其中，该立体显微镜的型号是XTL-3200；
其中，该计算机的型号是OPTIPLEX740；
其中，该显示器的型号是Round Rock Texas 78682。
图2所示为本发明的总体工作流程图。首先将晶片放置在晶片支座的圆形凹槽内，通过三维组合平移台的分厘卡调整数显测力计的测力杆头部，使其位于晶片中心位置的正下方1cm位置处，调整光学显微镜的镜头，使其位于晶片正上方，并能够清晰的观察到整个晶片，以一定速度缓慢旋转三维组合平移台中纵向位移平台的分厘卡，带动数显测力计向上运动，直至数显测力计头部触碰到晶片并使之碎裂，该过程可以从立体显微镜中进行观察，并将影像传输到计算机中，同时记录数显测力计的数字，显示屏上显示造成晶片碎裂力的大小。移开立体显微镜，更换晶片，重复进行上述流程。
Claims (3)
1.一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置，其特征在于：它是由三维组合平移台、晶片支座、数显测力计、测试支架、立体显微镜、计算机和显示器组成；三维组合平移台和晶片支座分别用螺栓和螺母结构固定在测试支架互相垂直的两个支撑平面上，数显测力计固定在三维组合平移台左侧、晶片支座的正下方位置，并通过三维组合平移台的横向位置调整旋钮将数显测力计的测力头从下方正对晶片支座孔的中心；立体显微镜放置在晶片支座孔中心的正上方位置，以便实时记录整个碎裂的过程；计算机、显示器与立体显微镜串口信号线缆连接，并位于该测试支架旁，便于观察和操作；
所述三维组合平移台，是由金属制作的三个精密平移台和一个直角固定块组成，实现三个方向的平移；其中三个精密平移台结构相同，由线性滚珠导轨、分厘卡、复位弹簧、台面、底座组成；旋转分厘卡驱动线性滚珠导轨，实现一个方向的平移，采用复位弹簧进行复位，消除轴向间隙,台面和底座分布标准孔距的安装孔，用于与其他的精密平移台组合或者根据测试要求安装被测物；精密平移台的行程要求20mm以上，精度0.005mm，台面尺寸大于数显测力计的宽度、负载1kg以上；直角固定块由三个相互垂直的面，利用螺栓固定而成，面上分布标准孔距的安装孔，用于在三个维度上安装三个精密平移台；
所述晶片支座，是由45号钢经机加工制成，呈长方体状；在高度方向上，设置有一条通透凹槽，凹槽的中部设有圆通孔，其通孔外径与晶片直径相同，晶片放置其中，保持整个挤压过程中位置不变；为了对不同晶片直径进行测量，设计了带有不同直径凹槽的晶片支座，根据需要更换使用；
所述数显测力计，是由测力杆、操作键盘、液晶显示屏，内部处理电路板、传感器及外壳组成，操作键盘上设置了开始、停止、记录数据的按钮，液晶显示屏用于显示力的量值，外壳背部有螺孔，用于与精密平移台固定，最大测量力为5N，精度0.001N；
所述测试支架，是由一块45号钢板和一块透明树脂板组成的直角结构，钢板水平放置在试验台上，透明树脂板垂直于试验台，两者之间用胶粘接，利用透明树脂板作为纵向支架的原因在于方便的通过透明的树脂板，实时观察数显测力计上液晶显示屏的数字；
所述立体显微镜，放大倍数7倍以上，用于观察晶片的状态，并将影像传输到计算机中；
所述计算机，与立体显微镜通过串口连接，存储图像；
所述显示器，与计算机主机相连，显示立体显微镜的图像，并实时显示数显测力计上的数据。
2.根据权利要求1所述的一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置，其特征在于：该晶片支座的外形尺寸为5cm×3cm×3cm。
3.根据权利要求1所述的一种石英晶体振荡器晶片碎裂力分散性测量装置，其特征在于：该测试支架平放钢板的外形尺寸为10cm×10cm×1.5cm；纵向放置的透明树脂板的外形尺寸为10cm×10cm×1.5cm。
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