CN107063891B - 一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法 - Google Patents
一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107063891B CN107063891B CN201710227049.4A CN201710227049A CN107063891B CN 107063891 B CN107063891 B CN 107063891B CN 201710227049 A CN201710227049 A CN 201710227049A CN 107063891 B CN107063891 B CN 107063891B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- electromigration
- control system
- sample
- conductive structure
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 26
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 26
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 26
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 20
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 14
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 7
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 claims description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 36
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 14
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract description 7
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 59
- 238000011160 research Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000000861 blow drying Methods 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0025—Shearing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法，该装置包括壳体、位于壳体底部的底座、壳体一侧的测试孔和壳体另一侧的散热孔，还包括用于热循环中进行加热的升温控制系统、用于热循环中进行低温的降温控制系统、用于电迁移的导电系统和用于湿度控制对比的湿度控制系统；本发明可以使得试样在热电复合场下进行电迁移成为了现实，克服了电迁移只能在恒温条件下进行微米量级的对接实验的局限；保证了在热电复合场进行电迁移中将焊点受到的外界干扰降低到最低，提高了焊点剪切强度，为今后研究区分焦耳热与电迁移分别对焊点的影响在装置和方法上提供了保障，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明涉及电迁移装置领域，具体涉及一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法。
背景技术
互连焊点在服役的过程中，由于外界温度不是恒定不变的，焊点不断受到高低温的冲击以及电流的影响。在长时间通电过程中，焊点处所受到的力学、电学和热学载荷不断提高，对焊点的可靠性也提出了更高的要求。在可靠性实验的研究中，焦耳热和电迁移所造成的焊点可靠性的影响深受关注。目前国外学者认为电迁移发生的门槛是电流密度达到7×103A／cm2，只有电流密度高于这个门槛值，才会发生电迁移。
但是目前，国内外现有的研究电迁移的装置及方法还有不足，具体存在以下缺陷：
1、目前对电迁移的研究大多集中在微米量级的微型对接焊点，由于焊点太小，无法研究在实际互连焊点服役过程中受到的热电复合场对剪切强度的影响，从而无法准确测试出产品的使用寿命；
2、国内外现有的研究电迁移的装置不能同时研究热循环与通电的共同影响，使用恒温电迁移这样单独研究电迁移的影响实际上远离了真实焊点服役过程中的环境，忽略了外界环境对焊点可靠性所造成的影响；
3、受制于导电结构在结构和功能上的限制，不能进行良好的接触导电，容易发生过热，导致装置的烧毁；
4、现有装置安装与拆卸不方便，容易在取样过程中将试样折断。
本发明所采用的技术方案可以同时解决上述问题，解决了焊点在热循环及通电的共同作用下发生电迁移的装置及方法问题，使得电迁移研究更加接近真实服役环境。为了研究热电复合场中对焊点剪切强度的影响，我们从材料、焊点尺寸、试样尺寸、导电程度以及拆卸难易程度等方面设计的装置可以有效搭载厚度为毫米量级的搭接焊点。本发明所提供的一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法，可以通过升温控制系统、降温控制系统、导电系统以及湿度控制系统的共同调节作用，保证在进行热电复合场实验中将焊点受到的外界干扰降低到最低，同时为今后研究区分焦耳热与电迁移分别对焊点的影响在装置和方法上提供了保障。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种用于热电复合场下电迁移的装置，本发明还提供了专用于实施该装置的一种用于热电复合场下电迁移的方法，使得焊点可以在热循环和通电的共同作用下进行电迁移，使得电迁移研究更加接近真实服役环境；保证了在热电复合场进行电迁移中将焊点受到的外界干扰降低到最低，提高了焊点的剪切强度，同时为今后研究区分焦耳热与电迁移分别对焊点的影响在装置和方法上提供了保障，应用前景广泛。
本发明通过以下技术方案来实现上述发明目的：一种用于热电复合场下电迁移的装置，包括壳体、位于壳体底部的底座、壳体一侧的测试孔和壳体另一侧的散热孔，还包括用于热循环中进行加热的升温控制系统、用于热循环中进行低温的降温控制系统、用于电迁移的导电系统和用于湿度控制对比的湿度控制系统；
所述升温控制系统包括高温报警器、测试孔和温度控制器，所述底座上方设有高温报警器，高温报警器外侧上方设有测试孔，所述测试孔通过阳极硅胶导线和阴极硅胶导线分别与恒流稳压电源上的正极接线孔和负极接线孔相连接，所述散热孔的下方设有温度控制器，温度控制器内侧设有抽湿器，抽湿器的下方设有导电结构；
所述降温控制系统包括压缩机、散热孔、冷凝泵、冷凝管、进水管和限流阀，所述高温报警器的上方设有压缩机，压缩机的上方设有操控屏，操控屏的右侧设有冷凝泵，所述冷凝泵通过硅胶管与冷凝管连接，所述冷凝管与壳体外侧进水管连接，所述进水管上设有限流阀；
所述导电系统包括导电结构和恒流稳压电源，所述的恒流稳压电源设置在壳体上部，在恒流稳压电源与壳体之间设有耐高温陶瓷片，所述导电结构通过耐高温垫片设置在壳体内，导电结构通过耐高温硅胶导线与测试孔连接；
所述湿度控制系统包括散热孔、抽湿器、冷凝泵和冷凝管，所述抽湿器通过导线与冷凝泵连接，所述抽湿器通过热电偶与散热孔连接。
进一步的，所述温度控制器通过导线和二极管与高温报警器连接。
进一步的，所述温度控制器通过耐高温电缆与测试孔连接，所述测试孔的内部填充有耐高温海绵。
进一步的，所述压缩机通过导线与冷凝泵连接。
进一步的，所述导电结构包括陶瓷垫片、铜导电接线柱、固定卡子、垫衬片、接线螺栓和导线接线孔，所述陶瓷垫片下部通过固定螺栓固定连接在壳体内部，其上部固定连接在所述铜导电接线柱下方，所述接线螺栓与导线接线孔通过氮化硅陶瓷片分别固定在铜导电接线柱上，所述固定卡子固定在铜导电接线柱上方的凹槽上，所述固定卡子下方通过螺栓与垫衬片固定连接。
本发明提供的一种用于热电复合场下电迁移的方法，包括以下步骤：
步骤一、钎焊模块：将钎焊中所用的母材在工作台上加工出阶梯状的搭接结构，通过砂纸打磨和抛光将母材和钎料的表面打磨平整、光洁，通过丙酮和酒精进行清洗，并用吹风机吹干后进行备用，将钎料置于两个母材的搭接结构前端并且上、下两表面对齐，将两块母材的搭接结构对扣搭接在一起进行钎焊并得到试样，备用；
步骤二、导电材料的选取：1）选取耐高温强度为300℃以上的耐高温硅胶导线进行通电连接；
2）使用耐高温陶瓷进行隔热电源，选取恒流稳压电源并调定所需参数；
3）选用防止导电的耐火砖放在导电结构与热循环中的升温控制系统和降温控制系统之间；
4）严格控制湿度，并进行湿度控制对比；
步骤三、电迁移模块：将步骤一所得试样装卡并放入导电结构内固定，将导电结构放入升温控制系统和降温控制系统构成的热循环仓中，通过操控屏进行湿度调节和升温速率调节，并确定最佳升温速率和所需的通电电流，然后确定需要达到的临界电流密度，同时开启装置进行热循环与电迁移模块，待作用所需时间后，电迁移完毕；然后先关闭恒流稳压电源，之后再关闭热循环仓，将装有试样的导电结构从热循环仓中取出，放入空气中空冷半小时，待试样温度降低后压紧接线螺栓，将试样缓慢从导电结构上取下，放入真空罐中保存。
本发明的有益效果是：
综上所述，本发明的一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法，可以使得试样在热电复合场下进行电迁移成为了现实，克服了电迁移只能在恒温条件下进行微米量级的对接实验的局限；保证了在热电复合场进行电迁移中将焊点受到的外界干扰降低到最低，提高了焊点剪切强度，为今后研究区分焦耳热与电迁移分别对焊点的影响在装置和方法上提供了保障，应用前景广泛。具体有以下优点：
1、导电结构可以使得微米量级的搭接的试样进行简单便捷地安装固定，导电结构通过耐火砖与热循环仓绝缘；
2、在热循环过程中由于升温控制系统和降温控制系统的温度监控，使得热循环仓内部温度控制在0-100℃；
3、恒流稳压电源通过耐高温硅胶导线经测试孔与导电结构上的试样的阴极、阳极连接；
4、通过湿度控制系统使得热循环仓空间干燥，避免了水蒸气导电；
5、热电复合场下电迁移的全过程都在密闭环境内进行，避免了外部环境对实验本身的干扰作用，可用于今后对焦耳热及电迁移对焊点作用的区别性的研究。
附图说明
图1是本发明一种用于热电复合场下电迁移的装置的主视图；
图2是图1中导电结构的结构示意图；
图3是本发明中试样的结构示意图；
图4是导电结构装入试样后的状态示意图；
图中标记：1、底座；2、高温报警器；3、压缩机；4、操控屏；5、测试孔；6、阴极硅胶导线；7、阳极硅胶导线；8、正极接线孔；9、恒流稳压电源；10、负极接线孔；11、耐高温陶瓷片；12、散热孔；13、抽湿器；14、温度控制器；15、导电结构；16、耐高温垫片；17、冷凝泵；18、冷凝管；19、进水管；20、限流阀；21、陶瓷垫片；22、铜导电接线柱；23、固定卡子；24、垫衬片；25、接线螺栓；26、导线接线孔；27、母材；28、钎料。
具体实施方式
下面结合附图给出具体实施例，对本发明的技术方案做进一步详细说明，以下实施例为本发明的最佳实施例，具体情况要根据本领域技术人员的实际操作而定。
如图1-4所示，一种用于热电复合场下电迁移的装置，包括壳体、位于壳体底部的底座1、壳体一侧的测试孔5和壳体另一侧的散热孔12，还包括用于热循环中进行加热的升温控制系统、用于热循环中进行低温的降温控制系统、用于电迁移的导电系统和用于湿度控制对比的湿度控制系统；
如图1所示，所述升温控制系统包括高温报警器2、测试孔5和温度控制器14，所述底座1上方设有高温报警器2，高温报警器2外侧上方设有测试孔5，所述测试孔5通过阳极硅胶导线7和阴极硅胶导线6分别与恒流稳压电源9上的正极接线孔8和负极接线孔10相连接，所述散热孔12的下方设有温度控制器14，温度控制器14内侧设有抽湿器13，抽湿器13的下方设有导电结构15；进一步的，升温控制系统中温度控制器14通过内部的灵敏温度计随着装置内部温度场变化，实时监控温度变化，我们将初始热循环设定为0-100℃,在高温与低温时段保持10min，将温度数据信号传输至温度控制器14，温度控制器通过在操控屏4之前设定的程序数据进行温度调节，避免温度过高造成过热而对试样造成性能损坏；
如图1所示，所述降温控制系统包括压缩机3、散热孔12、冷凝泵17、冷凝管18、进水管19和限流阀20，所述高温报警器2的上方设有压缩机3，压缩机3的上方设有操控屏4，操控屏4的右侧设有冷凝泵17，所述冷凝泵17通过硅胶管与冷凝管18连接，所述冷凝管18与壳体外侧进水管19连接，所述进水管19上设有限流阀20；进一步的，降温控制系统操控着装置运行的稳定性，通常降温速率可调范围是3-15℃/min；在降温过程中压缩机3将低压气体提升为高压气体，通过电机转动活塞使得内部循环气体迅速降温，排出高压制冷气体，通过冷凝泵17利用低温表面冷凝作用，可以快速将升温控制系统所产生的高温气体迅速降温；由于快速制冷中装置产出热量非常大，冷凝泵17所连接的冷凝管18将装置外部所连接的进水管19中的水进行冷凝，使得温度达到装置所设定的降温变化速率；所述限流阀20通过螺母固定在进水管19上，可以随时控制流速，保证压缩机温度不至于太高；
如图1所示，所述导电系统包括导电结构15和恒流稳压电源9，进一步的，导电系统是试样装卡后进行电迁移的系统，调节着与升温控制系统和降温控制系统构成的热循环仓之间的平衡，导电系统中导电结构15通过耐高温硅胶导线经测试孔5与恒流稳压电源9的正负极连接，使恒流稳压电源9的电流控制在0-100A，电压控制在0-30V；所述的恒流稳压电源9设置在壳体上部，在恒流稳压电源9与壳体之间设有耐高温陶瓷片11；如图2所示，所述导电结构15通过耐高温垫片16设置在壳体内，导电结构15通过耐高温硅胶导线与测试孔5连接；进一步的，导电结构15可以安装的试样厚度在0.3-2mm之间，为保证电流密度达到临界电流密度以上，试样越薄，通电电流越小就越容易达到临界电流密度，但小试样不易切割，可以先加工成大加工试样，再通过二次线切割切割成薄片试样；
如图1所示，所述湿度控制系统包括散热孔12、抽湿器13、冷凝泵17和冷凝管18，所述抽湿器13通过导线与冷凝泵17连接，所述抽湿器13通过热电偶与散热孔12连接；进一步的，湿度控制系统中抽湿器13可以通过事先设定的湿度在装置内部进行湿度抽取，为了保证顺利进行，湿度为0；为了确保完全抽湿，抽湿器13通过导线与冷凝泵17连接，冷凝泵17将冷凝管18中自来水转化为冷凝水，通过冷凝作用使得降温控制系统中被排出的热气将内部水分汽化为水蒸气，通过散热孔12将水蒸气排出装置外部，避免了水导电对装置电路造成影响，同时也可以使得电迁移现象更加真实，避免了水蒸气对试样造成的氧化。
进一步的，所述温度控制器14通过导线和二极管与高温报警器2连接，当温度升高过快或者温度超过设定值100℃时，温度控制器14将故障信号发出传递至高温报警器2，高温报警器2通过预警灯发出信号，同时操控屏4显示出故障信号，短时间内装置将自动关闭。
进一步的，所述温度控制器14通过耐高温电缆与测试孔5连接，可以有效增强电流的传导能力；所述测试孔5的内部填充有耐高温海绵，从而保证内部保温的作用，同时可以有效提高升温控制系统的升温速率，达到更加精确的数值。
进一步的，所述压缩机3通过导线与冷凝泵17连接。
进一步的，所述导电结构15包括陶瓷垫片21、铜导电接线柱22、固定卡子23、垫衬片24、接线螺栓25和导线接线孔26，所述陶瓷垫片21下部通过固定螺栓固定连接在壳体内部，其上部固定连接在所述铜导电接线柱22下方，陶瓷垫片21起到隔热以及绝缘作用，铜导电接线柱22可以有效防止变形；所述接线螺栓25与导线接线孔26通过氮化硅陶瓷片分别固定在铜导电接线柱22上，接线螺栓25可以通过尺寸调节，可以安装试样厚度为0.2-2mm之间，接线螺栓25上涂有导电涂层；接线螺栓25与导线接线孔26通过氮化硅陶瓷片固定在铜导电接线柱22上，可以增强稳定性，防止热循环仓开启时震动导致试样脱落；所述固定卡子23固定在铜导电接线柱22上方的凹槽上，可以使得铜导电接线柱22及时散热，避免过热使得铜融化；所述固定卡子23下方通过螺栓与垫衬片24固定连接，可以将耐高温硅胶导线固定在铜导电接线柱22中，确保导线完全与铜基体接触导电，避免了电阻增大造成烧毁电路。
进一步的，本发明中的试样装卡和拆卸过程如下：首先将耐高温硅胶导线通过导线接线孔26固定在铜导电接线柱22上，通过固定卡子23将耐高温硅胶导线与铜导电接线柱22充分接触。通过砂纸将接线螺栓25出打磨平整、光滑，在接线螺栓25上涂上导电涂层，增强导电性。将切割好的试样轻轻放在左右两接线螺栓25上，将试样缓慢固定在铜导线接线柱22上，铜导线接线柱22上安装有垫衬片24，可以避免在安装过程由于受力不均使试样断裂。拆卸时需要将试样在空气中空冷半个小时，待试样温度降低后压紧接线螺栓25，将试样缓慢从导电结构15上取下，放入真空罐中保存。
另外，本发明的一种用于热电复合场下电迁移的装置的其他实施例中，还可以包括同时进行的用于热电复合场下电迁移的装置使用与外界其他环境进行电迁移的对照实验，这样可以区分出热循环场中进行通电对试样可靠性的影响和外界其他环境对通电试样可靠性影响的差别。例如：在热循环仓中串联一组同样环境下的导电结构进行通电，对照误差所造成的影响；在热循环仓中放入一组同样环境下的导电结构，不进行通电，对照通电条件下与不通电条件下在热循环作用下对试样可靠性的影响；在热循环仓外部串联一组导电结构，在常温环境下进行通电，对照常温环境与热循环作用下对钎焊焊点发生电迁移的影响；在热循环仓外部串联一组导电结构，放入恒温100℃油浴环境下进行恒温通电，对照恒温环境电迁移与热循环条件下电迁移对钎焊焊点可靠性的影响。
本发明还提供了一种用于热电复合场下电迁移的方法，具体提供了该方法的如下两个实施例。
实施例1：
本发明一种用于热电复合场下电迁移的方法，包括以下步骤：
步骤一、钎焊模块：将钎焊中所用的母材27在工作台上加工出阶梯状的搭接结构，通过砂纸打磨和抛光将母材27和钎料28的表面打磨平整、光洁，通过丙酮和酒精进行清洗，并用吹风机吹干后进行备用，将钎料28置于两个母材27的搭接结构前端并且上、下两表面对齐，将两块母材27的搭接结构对扣搭接在一起进行钎焊并得到试样，备用；
步骤二、导电材料的选取：1）选取耐高温强度为300℃以上的耐高温硅胶导线进行通电连接；
2）使用耐高温陶瓷进行隔热电源，选取恒流稳压电源9并调定所需参数；
3）选用防止导电的耐火砖放在导电结构15与热循环中的升温控制系统和降温控制系统之间；
4）严格控制湿度，并进行湿度控制对比；
步骤三、电迁移模块：将步骤一所得试样装卡并放入导电结构15内固定，将导电结构15放入升温控制系统和降温控制系统构成的热循环仓中，通过操控屏4进行湿度调节和升、降温速率调节，并确定最佳升温速率和所需的通电电流，然后确定需要达到的临界电流密度，同时开启装置进行热循环与电迁移模块，待作用所需时间后，电迁移完毕；然后先关闭恒流稳压电源9，之后再关闭热循环仓，将装有试样的导电结构15从热循环仓中取出，放入空气中空冷半小时，待试样温度降低后压紧接线螺栓25，将试样缓慢从导电结构15上取下，放入真空罐中保存。
实施例2：
本发明一种用于热电复合场下电迁移的方法，包括以下步骤：
步骤一、钎焊模块：选取纯度为99.9%、宽度为10mm的紫铜板作为母材27，将钎焊中所用的母材27在工作台上加工出阶梯状的搭接结构，通过砂纸打磨和抛光将母材27和制成的1mm×0.5mm×0.5mm的薄片状的钎料28的表面打磨平整、光洁，通过丙酮和酒精进行清洗，并用吹风机吹干后进行备用，将钎料28置于两个母材27的搭接结构前端并且上、下两表面对齐，将两块母材27的搭接结构对扣搭接在一起，在待焊面滴1-2滴商用CX600水洗钎剂，放入箱式电阻炉中进行钎焊，钎焊温度设定为270℃，钎焊时间为240s，钎焊完成后通过线切割将试样切成20mm×3mm×0.5mm的试样薄片，如图3所示，备用；
步骤二、导电材料的选取：1）选取6平方耐高温强度为300℃以上的耐高温硅胶导线进行通电连接；
2）使用耐高温陶瓷进行隔热电源，选取恒流稳压电源9并调定所需参数：取电流为35A，电压为3V，额定功率为1500W；
3）选用防止导电的耐火砖放在导电结构15与热循环中的升温控制系统和降温控制系统之间；
4）严格控制湿度，并进行湿度控制对比；
步骤三、电迁移模块：将步骤一所得试样装卡并放入导电结构15内固定，如图4所示；将导电结构15放入升温控制系统和降温控制系统构成的热循环仓中，通过操控屏4进行参数调节：湿度为0，升、降温速率为9℃/min，并确定最佳升温速率为9℃/min和所需的通电电流为35A，然后确定需要达到的临界电流密度为7×103A／cm2，同时开启装置进行热循环与电迁移模块，待作用所需时间，周期为15周期，0℃与100℃保温10min后，电迁移完毕；
步骤四、对照组：1）将导电结构15串联另外一个导电结构15′，通过测试孔5将导线引出装置外，进行空气中的对照组；
2）开启恒流稳压电源9，通过操控屏4实时监控电迁移热力学曲线，通过观察电流电压情况，判断焊点是否出现融化或者短路、断路等情况；
3）通过操控屏4确定装置内部湿度为0；
4）电迁移过程中要时刻观察装置内部的导电结构15和外部对照组导电结构15′的焊点处是否发生融化、变黑的情况，并做到及时更换；
5）高温报警器2预警亮灯时，装置会及时停止工作，此时需要根据温度控制器14调节的温度变化适时调节限流阀20，增加进水管19的输水量；
6）对照组的电迁移与步骤三的电迁移同时进行，待作用相同时间，周期为15周期，0℃与100℃保温10min后，对照组电迁移完毕；
步骤五、后期处理：电迁移完毕后，先关闭恒流稳压电源9，之后再关闭热循环仓，将装有试样的导电结构15从热循环仓中取出，放入空气中空冷半小时，待试样温度降低后压紧接线螺栓25，将试样缓慢从导电结构15上取下，同时将试样和对照组试样分别放入真空罐中保存；
步骤六、检测焊点剪切强度：待试样冷却结束后，用拉伸机测量试样和对照组试样的焊点剪切强度，得出对照结果：试样的剪切强度为19.6MPa，对照组中对照试样的剪切强度为16.3MPa。
综上所述，本发明一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法，保证焊点剪切强度明显高于现有技术；可以使得试样在热电复合场下进行电迁移成为了现实，克服了电迁移只能在恒温条件下进行微米量级的对接实验的局限；保证了在热电复合场进行电迁移中将焊点受到的外界干扰降低到最低，明显提高了焊点剪切强度，为今后研究区分焦耳热与电迁移分别对焊点的影响在装置和方法上提供了保障，应用前景广泛。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于热电复合场下电迁移的装置，包括壳体、位于壳体底部的底座（1）、壳体一侧的测试孔（5）和壳体另一侧的散热孔（12），其特征在于：还包括用于热循环中进行加热的升温控制系统、用于热循环中进行低温的降温控制系统、用于电迁移的导电系统和用于湿度控制对比的湿度控制系统；
所述升温控制系统包括高温报警器（2）、测试孔（5）和温度控制器（14），所述底座（1）上方设有高温报警器（2），高温报警器（2）外侧上方设有测试孔（5），所述测试孔（5）通过阳极硅胶导线（7）和阴极硅胶导线（6）分别与恒流稳压电源（9）上的正极接线孔（8）和负极接线孔（10）相连接，所述散热孔（12）的下方设有温度控制器（14），温度控制器（14）内侧设有抽湿器（13），抽湿器（13）的下方设有导电结构（15）；
所述降温控制系统包括压缩机（3）、散热孔（12）、冷凝泵（17）、冷凝管（18）、进水管（19）和限流阀（20），所述高温报警器（2）的上方设有压缩机（3），压缩机（3）的上方设有操控屏（4），操控屏（4）的右侧设有冷凝泵（17），所述冷凝泵（17）通过硅胶管与冷凝管（18）连接，所述冷凝管（18）与壳体外侧进水管（19）连接，所述进水管（19）上设有限流阀（20）；
所述导电系统包括导电结构（15）和恒流稳压电源（9），所述的恒流稳压电源（9）设置在壳体上部，在恒流稳压电源（9）与壳体之间设有耐高温陶瓷片（11），所述导电结构（15）通过耐高温垫片（16）设置在壳体内，导电结构（15）通过耐高温硅胶导线与测试孔（5）连接；
所述湿度控制系统包括散热孔（12）、抽湿器（13）、冷凝泵（17）和冷凝管（18），所述抽湿器（13）通过导线与冷凝泵（17）连接，所述抽湿器（13）通过热电偶与散热孔（12）连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于热电复合场下电迁移的装置，其特征在于：所述温度控制器（14）通过导线和二极管与高温报警器（2）连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于热电复合场下电迁移的装置，其特征在于：所述温度控制器（14）通过耐高温电缆与测试孔（5）连接，所述测试孔（5）的内部填充有耐高温海绵。
4.根据权利要求1所述的一种用于热电复合场下电迁移的装置，其特征在于：所述压缩机（3）通过导线与冷凝泵（17）连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于热电复合场下电迁移的装置，其特征在于：所述导电结构（15）包括陶瓷垫片（21）、铜导电接线柱（22）、固定卡子（23）、垫衬片（24）、接线螺栓（25）和导线接线孔（26），所述陶瓷垫片（21）下部通过固定螺栓固定连接在壳体内部，其上部固定连接在所述铜导电接线柱（22）下方，所述接线螺栓（25）与导线接线孔（26）通过氮化硅陶瓷片分别固定在铜导电接线柱（22）上，所述固定卡子（23）固定在铜导电接线柱（22）上方的凹槽上，所述固定卡子（23）下方通过螺栓与垫衬片（24）固定连接。
6.一种用于热电复合场下电迁移的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、钎焊模块：将钎焊中所用的母材（27）在工作台上加工出阶梯状的搭接结构，通过砂纸打磨和抛光将母材（27）和钎料（28）的表面打磨平整、光洁，通过丙酮和酒精进行清洗，并用吹风机吹干后进行备用，将钎料（28）置于两个母材（27）的搭接结构前端并且上、下两表面对齐，将两块母材（27）的搭接结构对扣搭接在一起进行钎焊并得到试样，备用；
步骤二、导电材料的选取：1）选取耐高温强度为300℃以上的耐高温硅胶导线进行通电连接；
2）使用耐高温陶瓷进行隔热电源，选取恒流稳压电源（9）并调定所需参数；
3）选用防止导电的耐火砖放在导电结构（15）与热循环中的升温控制系统和降温控制系统之间；
4）严格控制湿度，并进行湿度控制对比；
步骤三、电迁移模块：将步骤一所得试样装卡并放入导电结构（15）内固定，将导电结构（15）放入升温控制系统和降温控制系统构成的热循环仓中，通过操控屏（4）进行湿度调节和升、降温速率调节，并确定最佳升温速率和所需的通电电流，然后确定需要达到的临界电流密度，同时开启装置进行热循环与电迁移模块，待作用所需时间后，电迁移完毕；然后先关闭恒流稳压电源（9），之后再关闭热循环仓，将装有试样的导电结构（15）从热循环仓中取出，放入空气中空冷半小时，待试样温度降低后压紧接线螺栓（25），将试样缓慢从导电结构（15）上取下，放入真空罐中保存。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710227049.4A CN107063891B (zh) | 2017-04-10 | 2017-04-10 | 一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710227049.4A CN107063891B (zh) | 2017-04-10 | 2017-04-10 | 一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107063891A CN107063891A (zh) | 2017-08-18 |
| CN107063891B true CN107063891B (zh) | 2023-04-11 |
Family
ID=59601622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710227049.4A Active CN107063891B (zh) | 2017-04-10 | 2017-04-10 | 一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107063891B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109342229B (zh) * | 2018-08-27 | 2020-10-09 | 青岛理工大学 | 干湿循环作用下电化学改良土体力学特性测试装置及方法 |
| CN115406751B (zh) * | 2022-10-31 | 2023-02-03 | 核工业西南物理研究院 | 一种用于高温超导电缆的焊接式导电实验夹具及其方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004001432A1 (de) * | 2002-06-25 | 2003-12-31 | Infineon Technologies Ag | Elektromigrations-testvorrichtung und elektromigrations-testverfahren |
| CN102323451A (zh) * | 2011-05-30 | 2012-01-18 | 华南理工大学 | 一种检测互连焊点电迁移性能的方法及装置 |
| CN206696103U (zh) * | 2017-04-10 | 2017-12-01 | 河南科技大学 | 一种用于热电复合场下电迁移的装置 |
-
2017
- 2017-04-10 CN CN201710227049.4A patent/CN107063891B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004001432A1 (de) * | 2002-06-25 | 2003-12-31 | Infineon Technologies Ag | Elektromigrations-testvorrichtung und elektromigrations-testverfahren |
| CN102323451A (zh) * | 2011-05-30 | 2012-01-18 | 华南理工大学 | 一种检测互连焊点电迁移性能的方法及装置 |
| CN206696103U (zh) * | 2017-04-10 | 2017-12-01 | 河南科技大学 | 一种用于热电复合场下电迁移的装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孙嘉 ; 徐广臣 ; 郭福 ; 史耀武 ; 雷永平 ; 夏志东 ; 李晓延 ; .电导率测量法在共晶SnBi钎料的电迁移试验中的应用.焊接.2009,(11),全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107063891A (zh) | 2017-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101600328B (zh) | 电子部件的温度控制装置、检查装置以及处理装置 | |
| US20020145439A1 (en) | Temperature control device for an electronic component | |
| WO2024000284A1 (zh) | 温度补偿系统、半导体设备和温度补偿方法 | |
| CN102122169B (zh) | 一种温控器耐久性测试仪 | |
| TW201348635A (zh) | 發光二極體檢測量具 | |
| CN107063891B (zh) | 一种用于热电复合场下电迁移的装置及方法 | |
| CN105783501B (zh) | 真空热压烧结炉 | |
| CN104904007A (zh) | 一种测试中装置所用的热头以及一种用于测试中装置温度的控制方法 | |
| CN207602525U (zh) | 一种用于功率器件老炼的温控装置 | |
| WO2014206166A1 (zh) | 一种大功率led灯降温器件及其制作方法 | |
| CN103353564A (zh) | 间歇寿命试验装置 | |
| CN105974230A (zh) | 基于半导体制冷装置的lm-80老化测试系统及控制方法 | |
| CN102176377A (zh) | 一种控制电解电容温度的方法及使用该方法可控温的电解电容 | |
| JP2009063380A (ja) | 電子部品の温度制御装置、電子部品の温度制御方法及びｉｃハンドラ | |
| CN103252548B (zh) | 一种功率半导体模块一次性焊接法 | |
| CN202003224U (zh) | 一种温控器耐久性测试仪 | |
| CN107525988A (zh) | 一种通用微波组件老炼试验设备 | |
| CN209095134U (zh) | 一种基于plc自动控制冷却液温度的机床冷却系统 | |
| CN206696103U (zh) | 一种用于热电复合场下电迁移的装置 | |
| CN202282763U (zh) | 一种射频大功率放大器的降温控制装置 | |
| CN116183662A (zh) | 一种散热性能测试装置及导热硅脂散热性能测试方法 | |
| TW202401195A (zh) | 溫度補償系統、半導體設備和溫度補償方法 | |
| CN111551462B (zh) | 一种微焊点热疲劳的测试设备和方法 | |
| JP2008311492A (ja) | プローバおよびプローバのウエハチャックの温度制御方法 | |
| CN206948639U (zh) | 一种压头装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20170818 Assignee: Luoyang Lei Jia Electronic Technology Co.,Ltd. Assignor: HENAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980053476 Denomination of invention: A device and method for electromigration in thermoelectric composite fields Granted publication date: 20230411 License type: Common License Record date: 20231226 |