CN109342176A - 一种烧结纳米银受压试件制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烧结纳米银受压试件制备装置，包括底座、盖板、固定卡条和移动卡条；底座内部为空腔体，并与盖板固连；固定卡条和移动卡条位于底座空腔体内，两者相互接触并形成一个封闭空间；移动卡条两端通过调节螺栓调节移动卡条和固定卡条之间的距离，使得密闭空间大小变化；盖板上设有浇注口；将纳米银浆由浇注口灌入至密闭空间内，待加热冷却后打开盖板，取出试件。本装置可通过沿试件高度方向移动卡槽大小，可以适用于较广尺寸范围的试件试验，从而在试验中可达到减少试验模具从而达到降低试验人员的时间成本和物资成本的效果。

Description

一种烧结纳米银受压试件制备装置
技术领域
本发明属于下一代电子封装材料烧结纳米银纯材料压缩试验试件制备辅助装置，特别涉及一种烧结纳米银受压试件制备装置。
背景技术
由于含铅焊料会导致环境污染，逐渐被淘汰。目前广泛应用的无铅焊料在高温和高电流工作环境下存在层间断裂、焦耳热熔融等诸多缺点，限制了其在下一代航天器件中的应用。同时由于高能宽禁带半导体如SiC、GaN电子元器件有逐步取代传统的硅基器件的趋势。其中SiC半导体由于能在无冷却系统条件下甚至超250℃条件服役而成为最具代表性的宽禁带半导体材料。如此高的服役温度对封装中的连接材料是极大的考验。然而，烧结纳米银焊点具有良好的机械性能、可焊性、导电及导热性能，可满足大功率半导体器件的高温、高密度封装要求。
烧结纳米银以其优异的导电导热性和高温服役性能正引起行业内越来越多的关注，作为芯片互连材料，在封装结构受热不均匀时，烧结纳米银层会因局部受压而产生破坏。因此，研究烧结纳米银材料承压力学性能对于电子封装中结构破坏分析具有重要意义。烧结纳米银在未烧结成型前以纳米银浆的形式存在，且大量的研究和实际工况表明，烧结纳米银封装器件可以运行在高电流密度、极端温度和高频振动等环境中，可以更好地满足航空航天飞行器用微电子器件的要求，故此烧结纳米银作为一种新型绿色焊料有望取代传统焊料成为新一代电子封装材料。
然而，目前国内外学者对烧结纳米银的大量研究主要集中在烧结工艺以及剪切破坏分析上，主要目的是开发低成本易焊接的纳米银焊膏，尤其是降低纳米银的烧结温度和烧结预压力。
但对于烧结纳米银焊点由于不同温度、不同压力导致节点的损伤力学性能研究目前还不充分。焊接节点在基本受力状态的研究是电子封装技术中的一项重要研究指标。现阶段纳米银试件制造方法比较陈旧，各个实验室在制造不同尺寸纳米银试件时需要重新制造模具，从而导致模具不可重复利用，造成了模具的浪费和实验人员时间的浪费。因此，如何快速且精准地制备烧结纳米银承压试验试件对纳米银受压试验研究及对其推广应用显得尤为必要。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了克服现有技术存在的缺陷，为研究新一代电子封装材料承压破坏，制备符合规格的烧结纳米银材料试件并综合考虑试验人员安全时间以及物资成本，本发明提出一种烧结纳米银受压试件制备装置，且该装置也可用于其他焊接材料(如无铅焊料等)承压试验的试件制备。本发明设计一种烧结纳米银受压试件制备装置。
本发明的技术方案是：一种烧结纳米银受压试件制备装置，包括底座、盖板、固定卡条和移动卡条；所述底座内部为空腔体，并与盖板固连；固定卡条和移动卡条位于底座空腔体内，两者相互接触并形成一个封闭空间；移动卡条两端通过调节螺栓调节移动卡条和固定卡条之间的距离，使得密闭空间大小变化；盖板上设有浇注口；将纳米银浆由浇注口灌入至密闭空间内，待加热冷却后打开盖板，取出试件。
本发明的进一步技术方案是：所述底座为一端开口的方形体，开口端和盖板固定连接定义底座四个侧边分别为第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边，其中第一侧边平面和第三侧边平面相互平行，第二侧边平面和第四侧边平面相互平行。
本发明的进一步技术方案是：所述固定卡条为L型，定义两条边分别为A边和B边，其中B边靠近第一侧边且二者相互平行。
本发明的进一步技术方案是：所述移动卡条为L型，定义两条边分别为C边和D边，C边靠近第三侧边且二者相互平行。
本发明的进一步技术方案是：所述C边端部轴线设有调节螺栓，D边在与D边轴线相互垂直的方向上设有调节螺栓，通过两个调节螺栓同向转动，能够使得移动卡条沿C边轴线上下移动。
本发明的进一步技术方案是：所述固定卡条的A边和移动卡条的D边相互平行，固定卡条的B边和移动卡条的C边相互平行；A边端部与C边相互接触，D边端部与固定卡条的B边相互接触，形成封闭的空间。
本发明的进一步技术方案是：所述第三侧边上标有刻度，便于移动卡条按照所需空间大小参照刻度进行移动调节。
本发明的进一步技术方案是：所述盖板上的浇注口位于移动卡条和固定卡条形成的空间上方。
本发明的进一步技术方案是：所述盖板上还设有排气孔，用于调整浇筑槽内部气压，位置位于固定卡条后方。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明具有以下优点：
(1)为减小纳米银焊膏在烧结过程中装置发生粘接，装置材料采用不锈钢材料；
(2)不锈钢材料传热较快，保证烧结过程加热均匀，且热变形较小，保证有模具变形导致的误差；
(3)采用可调控卡条，且在卡条侧面的底座上标有刻度，用于准确调节烧结试件高度，满足不同高度试件的烧结；
(4)上下底面模拟密封，便于模拟实际封装过程；
(5)本发明可重复利用且可制备不同高度的烧结试件，节约模具制作成本和制作工时，满足绿色环保要求。
本发明外轮廓所采用的材料均为不锈钢材料，可减小装置与纳米银浆体在烧结过程中出现的粘接，使纳米银试件更加平整。此外，本装置在底板上放置一个可移动卡条和一个固定卡条，其中，可移动卡条沿着试件的高度方向可移动，以实现制备不同高度的压缩试件，达到提高装置的利用效率的效果。在底座侧边装有刻度尺，采用高精度螺栓，通过转动螺栓调整高度，即可保证试件制备的精度。由于本发明可通过沿试件高度方向移动卡条大小，可以适用于较广尺寸范围的试件试验，从而在试验中可达到减少试验模具从而达到降低试验人员的时间成本和物资成本的效果。
附图说明
图1一种烧结纳米银受压试件制备装置的整体示意图；
图2一种烧结纳米银受压试件制备装置俯视图(去掉盖板)图；
图3一种烧结纳米银受压试件制备装置固定槽与可移动槽图；
图4一种烧结纳米银受压试件制备装置盖板图；
图5一种烧结纳米银受压试件制备装置侧视图；
图6一种烧结纳米银受压试件制备装置底座图。
图7一种烧结纳米银受压试件制备装置底座四条侧边示意图
附图标记说明：1-盖板；2-盖板固定螺栓孔；3-底座；4-固定卡条；5-固定槽螺栓；6-可移动卡条；7-调节螺栓；8-刻度尺；9-盖板排气孔；10-浇筑口；11-固定槽排气孔；12-第一侧边；13-第二侧边；14-第三侧边；15-第四侧边
具体实施方式
参见图1—图7，本发明提出的一种烧结纳米银受压试件制备装置包括：底座、试件卡条(可移动卡条一块，固定卡条一块)、盖板、螺栓、刻度尺，原材料可选为不锈钢，纳米银浆的烧结一般控制在150℃-350℃之间，由不锈钢制备的装置可减小由于热变形导致的烧结试件的误差，保证试件受热均匀。两个L型卡条组成试件的浇筑槽，固定卡条一端预留圆形孔洞，用于浇筑时排走浇筑槽内的空气，防止试件因气体无法排出形成气压造成浇筑缺陷。固定卡条与固定卡条形成的浇筑槽长度即为浇筑试件的高度，可移动卡条通过两端调节螺栓实现烧结试件的高度的精确控制，烧结制成底面积相同、高度不同的受压试件。在盖板上开设出气孔和浇筑孔，出气孔保证内外气压平衡，浇筑孔则用于输入纳米银浆。其中，在安装装置时，浇筑孔要保证在形成的浇筑槽上方，盖板的排气孔保证在固定卡条的外侧，防止烧结银浆从该孔溢出。
使用本发明的一种烧结纳米银受压试件制备装置浇筑试件时，具体步骤如下：
步骤一：根据试验方案设计的烧结纳米银受压试件高度，同方向转动两端7-调节螺栓调整可移动卡条与固定卡条形成的浇筑槽的长度，其中浇筑槽的长度方向即为烧结试件的高度，在调节过程中可根据侧面刻度尺准确读取浇筑槽的长度刻度；
步骤二：通过1-盖板将3-底座覆盖，通过2-盖板固定螺栓孔固定1-盖板。此时，1-盖板、3-底座、4-固定卡条、6-可移动卡条形成闭合立方体浇筑空间。注意检查，浇筑孔位于浇筑空间上方，并于浇筑孔连接，盖板排气孔位于浇筑空间外侧，便于排气，保证浇筑空间内部气压平衡；
步骤三：将纳米银浆由10-浇筑口缓慢浇入，避免浇筑过快形成缺陷，并轻微震荡保证内部纳米银浆均匀；
步骤四：根据烧结温度需要，通过加热台、温度箱设定烧结温度和设定的时间，对整个装置进行加热烧结处理；
步骤五：烧结结束后，通过温度箱设定试件的冷却条件，待试件冷却至室温后，先打开2-盖板固定螺栓孔取下1-盖板，然后同方向拧松两端7-调节螺栓，取出试件，同时清洁11-固定槽排气孔，方便下次使用。

Claims (9)

1.一种烧结纳米银受压试件制备装置，其特征在于，包括底座(3)、盖板(1)、固定卡条(4)和移动卡条(6)；所述底座(3)内部为空腔体，并与盖板(1)固连；固定卡条(4)和移动卡条(6)位于底座(3)空腔体内，两者相互接触并形成一个封闭空间；移动卡条(6)两端通过调节螺栓调节移动卡条(6)和固定卡条(4)之间的距离，使得密闭空间大小变化；盖板(1)上设有浇注口；将纳米银浆由浇注口灌入至密闭空间内，待加热冷却后打开盖板(1)，取出试件。
2.如权利要求1所述的一种烧结纳米银受压试件制备装置，其特征在于，所述底座(3)为一端开口的方形体，开口端和盖板(1)固定连接定义底座(3)四个侧边分别为第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边，其中第一侧边平面和第三侧边平面相互平行，第二侧边平面和第四侧边平面相互平行。
3.如权利要求1所述的一种烧结纳米银受压试件制备装置，其特征在于，所述固定卡条(4)为L型，定义两条边分别为A边和B边，其中B边靠近第一侧边且二者相互平行。
4.如权利要求1所述的一种烧结纳米银受压试件制备装置，其特征在于，所述移动卡条(6)为L型，定义两条边分别为C边和D边，C边靠近第三侧边且二者相互平行。
5.如权利要求4所述的一种烧结纳米银受压试件制备装置，其特征在于，所述C边端部轴线设有调节螺栓，D边在与D边轴线相互垂直的方向上设有调节螺栓，通过两个调节螺栓同向转动，能够使得移动卡条(6)沿C边轴线上下移动。
6.如权利要求4或者5所述的一种烧结纳米银受压试件制备装置，其特征在于，所述固定卡条(4)的A边和移动卡条(6)的D边相互平行，固定卡条(4)的B边和移动卡条(6)的C边相互平行；A边端部与C边相互接触，D边端部与固定卡条(4)的B边相互接触，形成封闭的空间。
7.如权利要求1所述的一种烧结纳米银受压试件制备装置，其特征在于，所述第三侧边上标有刻度，便于移动卡条(6)按照所需空间大小参照刻度进行移动调节。
8.如权利要求1所述的一种烧结纳米银受压试件制备装置，其特征在于，所述盖板(1)上的浇注口位于移动卡条和固定卡条形成的空间上方。
9.如权利要求1所述的一种烧结纳米银受压试件制备装置，其特征在于，所述盖板(1)上还设有排气孔，用于调整浇筑槽内部气压，位置位于固定卡条后方。
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