CN111157213A - 一种微电子产品跌落损伤实时监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及X射线检测技术，具体涉及一种微电子产品跌落损伤实时监测装置及方法，该装置包括电子产品样品，包括冲击实验机和高速X射线成像系统；冲击实验机包括电磁释放器、测速装置、缓冲装置、基座、夹具、两条导轨和冲击板；X射线成像系统包括X射线发生装置、图像增强器、CCD相机、图像采集装置和数据分析装置；X射线发生装置正对电子产品样品；图像增强器与X射线发生装置处于同一直线；CCD相机依次连接图像采集装置、数据分析装置。该装置采用高速X射线技术实时监测经跌落冲击后电子产品失效点的分布，能够及时发现不合格的失效产品，也为产品零部件材料的选择，外形设计方面提供可靠的参考，从而提高产品合格率，降低生产成本。

Description

一种微电子产品跌落损伤实时监测装置及方法

技术领域

本发明属于X射线检测技术领域，尤其涉及一种微电子产品跌落损伤实时监测装置及方法。

背景技术

近些年来，伴随着数字化时代的快速发展，电子产品在现代社会的生产、生活中发挥着越来越重要的作用，已经成为各个领域中必不可少的一部分，同时电子产品又代表了现代科学技术的发展水平，就目前的消费市场而言，电子产品的消费已经占据了市场的很大一部分。电子产品未来的发展趋势有以下几个特点：发展的速度越来越快、体积越来越小、价格越来越低、功能越来越强大、更智能化等等，基于以上特点，大众对其相当青睐，在使用电子产品时，经常出现意外跌落的情况，这就需要研究电子产品在受到跌落冲击后的抗破坏的能力。据大量调研数据表明，有超过80％的产品损坏是因为跌落或碰撞直接或间接导致损坏的，确切地说，跌落冲击是损坏产品最主要的因素之一。

在电子行业中，为了保证电子产品的抗冲击性能，一般要求产品通过某种通用的标准测试。适用的标准有，美国实验与材料协会(American Soci-ety for Testing andMaterials,ASTM)提供的ANSI/ASTM D3332-93“使用冲击试验机测定产品脆值的实验方法”；美国国防部的美国军用标准MILI-STD-810F“环境考虑的测试方法标准和实验室测试”：国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)提供的IEC68-2-27，“基本环境试验规程国际标准”；电子工程设计发展联合会(Joint Electron DeviceEngineering Councial,JEDEC)提供的一系列针对手持式电子产品测试标准草案；以及其他一些机构颁布的标准，其中，美国军用标准和IEC标准得到工业界的广泛采用。根据测试方法分类，这些标准测试中最常用的方法包括跌落试验和冲击试验两种。根据《移动通讯手持机可靠性技术要求和测试方法》的相关标准可知，当手机在装有电池且一直是保持通电待机的状态下，根据国家标准以及企业标准，选取面跌落、棱跌落以及角跌落三种典型的跌落方式通过本发明设计的跌落试验样机对其样品进行意外跌落的模拟。

冲击后的微小变形传统测量工具较难测量，而且冲击试验后的微电子产品发生的内部缺陷更难以发现。因此，对电子产品的抗冲击性能的研究多借助各种测量技术，如声学技术、X射线技术、莫尔干涉测量和光学显微镜来观测样品微裂纹的扩展。高速X射线技术提供高精度、非接触、实时的全场测量，特别适用于变化梯度较大的局部变形测量。在现有的高速X射线技术，其自动化程度高、稳定性好、检测结果可靠，同时满足工业生产需要的实时检测。

1895年伦琴发现X射线标志着NDT技术开始进入工业生产的实际运用领域，1900年法国开始利用X射线检测出入境物品，1922年美国建立了第一个工业射线研究室，研究利用射线检测各类物品的质量。从此以后，射线检测逐渐被广泛运用于军事和工业等领域。早期的X射线无损检测方法是胶片照相法，即将信息以胶片的方式存储，它是一种离线检测方法，该方法技术成熟，工艺稳定所以在工业快速发展，检测需求与日俱增的时代，基于X射线成像实时检测系统自动化程度高、稳定性好、检测结果可靠。在工业检测领域已是大势所趋，发展迅速。

X射线成像技术是无损检测领域发展最早和最常使用的技术，一般的成像装置是利用物体对光的反射原理来获取图像，而X射线成像是利用物体对X射线的吸收原理，X射线在穿透物质的过程中，会和物质发生复杂的物理作用而被削弱，不同密度或厚度的物质对X射线的作用结果不同，从而导致透射的射线剂量不同，通过感光材料吸收后产生有特定灰度分布的射线图像。例如在此次经跌落冲击试验的微电子产品的失效探测过程中，有缺陷的部位相对其它正常部位而言，因厚度较小导致X射线能量衰减较小，因此在图像上表现为更亮的区域。

在工业生产中，对微电子产品的抗冲击能力的监测通常采取冲击脉冲成型法，用简单脉冲产生的冲击效果来模拟实际的冲击环境。当然在实际环境中产生的冲击是一种复杂的瞬态振动或是变化的持续时间的复杂冲击。如何有效的测试并监测微电子产品的抗冲击能力及失效点，发现不合格的失效产品，也为产品外壳、屏幕及零部件材料的选择，外形设计方面提供可靠的参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试微电子产品的抗冲击能力及实时监测失效点的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微电子产品跌落损伤实时监测装置，包括电子产品样品，包括冲击实验机和高速X射线成像系统；冲击实验机包括电磁释放器、测速装置、缓冲装置、基座、夹具、两条导轨和冲击板；两条导轨一端分别安装在基座上，两条导轨的另一端与顶部横梁垂直连接，冲击板安装于基座上面，缓冲装置分别安装于基座上方两条导轨上，测速装置设置于一条导轨中部两点之间，电磁释放器设置在顶部横梁上与夹具固联，夹具与两条导轨滑动接触；电子产品样品采用两条短柔性纤维绳和一条长度与导轨长度一致的柔性纤维绳固定，安装姿态为面跌落；高速X射线成像系统包括X射线发生装置、图像增强器、CCD相机、图像采集装置和数据分析装置；X射线发生装置正对电子产品样品；图像增强器与X射线发生装置处于同一直线；CCD相机依次连接图像采集装置、数据分析装置。

在上述的微电子产品跌落损伤实时监测装置中，阵列式CCD相机使用单个组件或使用2个及2个以上的组件。

一种微电子产品跌落损伤实时监测装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤1、计时开始，电磁释放器断电，电子产品样品从初始位置自由下落，同时速度测试装置记录速度数据；

步骤2、改变电子产品样品的高度，通过不同的坠落高度以及不同材质的基座模拟真实环境下的坠落，并记录速度数据；

步骤3、高速X射线成像系统采取一定的采样速率，X射线透过电子产品，照射在图像增强器上，图像增强器将X光转换为可视图像，为CCD相机摄取，并转换为模拟信号；

步骤4、再通过图像采集装置将模拟信号转变为数字信号，最后通过数据分析装置对图像进行分析，得出检测结果。

本发明的有益效果：本发明可无损实时观测便携式电子设备经跌落冲击试验后的内部缺陷，采用高速X射线技术实时监测经跌落冲击模块测试后电子产品失效点的分布，及时发现不合格的失效产品，为产品零部件材料的选择，外形设计方面提供可靠的参考，从而提高产品合格率，降低生产成本。

附图说明

图1(a)为本发明实施例冲击试验机结构图；

图1(b)为本发明实施例高速X射线成像系统；

其中，1-电磁释放器，2-测速装置，3-缓冲装置，4-基座，5-夹具，6-电子产品样品，7-导轨，8-冲击板，9-X射线发生装置，10-阵列式CCD相机，11-图像增强器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例用于实现在智能手机、便携式电子产品等产品检测过程中抗冲击能力的检验以及实时监测跌落测试后电子产品失效点的分布。本实施例能为便携式电子设备的抗冲击能力进行重复测试。采用高速X射线成像技术可监测多次重复跌落测试后电子产品失效点的分布，及时发现不合格的失效产品，也为产品外壳、屏幕及零部件材料的选择，外形设计方面提供可靠的参考，从而提高产品合格率，降低生产成本。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种微电子产品跌落损伤实时监测装置，包括冲击试验机以及高速X射线成像系统。冲击试验机包括电磁释放器、测速装置、缓冲装置、基座、夹具、两条导轨和冲击板。X射线成像系统包括X射线发生装置、图像增强器、阵列式CCD相机、图像采集装置、数据分析装置。

夹具及电磁释放器可根据需要的测试冲击速度的不同而安装在不同的高度，冲击板材料不限，可根据实际测试需要的场景选择合适材料的冲击板的厚度，形状不限。高速X射线成像测量技术根据国家射线防护最新标准采用不限厚度的铅板或钢板。阵列式CCD相机可使用单个组件也可使用2个及两个以上的组件进行图像采集。高速X射线成像装置的相关组件可以安装在冲击试验机的侧面也可以安装在冲击试验机的前面或者后面。图像增强器也可以是具有类似功能的线阵探测器。

利用本实施例微电子产品跌落损伤实时监测装置测试微电子产品的抗冲击能力及监测失效点分布包括四类，但不局限于此四类，第一类为单独使用冲击试验机进行测试微产品的抗冲击能力；第二类为采用高速X射线成像系统监测微电子产品失效点的分布；第三类为同时采用冲击试验机和高速X射线成像系统监测；第四类为先后交替采用或是以某种特定先后顺序采用高速X射线成像系统和冲击试验机进行测试微电子产品的抗冲击能力及监测形变场分布。

一种微电子产品跌落损伤实时监测装置的监测方法如下：计时开始，电磁释放器断电，电子产品样品从初始位置自由下落，同时速度测试装置记录速度数据，采取不同的坠落高度以及不同材质的基座可以模拟真实环境下的坠落；高速X射线成像监测模块中，在样品受冲击的区域附近：X射线透过样品，照射在图像增强器上，图像增强器把不可见的X光转换为可视图像，并被CCD探测器摄取，转换为电信号，而后通过图像采集卡将模拟信号转变为数字信号，最后通过图像处理软件呈现出来，再对图像进行分析，得出检测结果。

具体实施时，以智能手机为例，测试微电子产品的抗冲击能力及实时监测产品失效点的装置同时包括冲击试验机以及高速X射线成像系统。冲击试验机如图1(a)所示，包括电磁释放器1、测速装置2、缓冲装置3、基座4、夹具5、电子产品样品6、两条导轨7、冲击板8。两条导轨7一端分别安装在基座4上，两条导轨7的另一端与顶部横梁垂直连接，冲击板8安装于基座4上面，缓冲装置3分别安装于基座4上方两条导轨上，测速装置2设置于一条导轨中部两点之间，电磁释放器1设置在顶部横梁上与夹具5固联，夹具5与两条导轨7滑动接触；电子产品样品6采用两条短柔性纤维绳和一条长度与导轨长度一致的柔性纤维绳固定，安装姿态为面跌落。高速X射线成像系统如图1(b)所示，包括X射线发生装置9、图像增强器11、阵列式CCD相机10、图像采集装置和数据分析装置；X射线发生装置正对电子产品样品；图像增强器与X射线发生装置处于同一直线；CCD相机依次连接图像采集装置、数据分析装置。

其中电子产品样品6采用两条短柔性纤维绳以及一条长度与装置高度一致的柔性纤维绳固定并由激光水平仪调整其安装姿态使其最终为面跌落。电磁释放器1吸板部分与夹具5固联；夹具5可沿导轨7滑动；测速装置2之间有一定距离；缓冲装置3可对沿导轨7滑落的夹具5及电子产品样品6进行缓冲；X射线发生装置9正对电子产品样品6与冲击板8冲击位置；图像增强器11与X射线发生装置9在同一直线上。

具体监测方法如下：计时开始，电磁释放器断电，电子产品样品从图示位置自由下落，同时速度测试装置记录速度数据，采取不同的坠落高度以及不同材质的基座可以模拟真实环境下的坠落，高速X射线成像系统采取一定的采样速率，X射线透过电子产品，照射在图像增强器上，图像增强器把不可见的X光转换为可视图像，并被CCD探测器摄取，转换为电信号，而后通过图像采集卡将模拟信号转变为数字信号，最后通过图像处理软件呈现出来，再对图像进行分析，得出检测结果。通过整套冲击试验机及高速X射线成像系统可以完成对智能手机抗冲击能力及在线实时监测其失效点。

本实施例中的冲击试验机以及高速X射线成像系统中自由下落高度为90cm，基座材质为大理石，X射线管阳极提供0-50KV连续可调的电压、0-1mA连续可调电流，为X射线管阴极灯丝提供2V电压。图像增强器的技术参数：

1)输出图像尺寸：Φ50mm

2)图像分辨率：≥50lp/cm

3)输出屏亮度：≥50cd/m2

4)灰度等级：≥8级

5)输入电源：DC12V

图象采集速率为15fps。CCD相机的分辨率为1280×1024。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (3)

1.一种微电子产品跌落损伤实时监测装置，包括电子产品样品，其特征是，包括冲击实验机和高速X射线成像系统；冲击实验机包括电磁释放器、测速装置、缓冲装置、基座、夹具、两条导轨和冲击板；两条导轨一端分别安装在基座上，两条导轨的另一端与顶部横梁垂直连接，冲击板安装于基座上面，缓冲装置分别安装于基座上方两条导轨上，测速装置设置于一条导轨中部两点之间，电磁释放器设置在顶部横梁上与夹具固联，夹具与两条导轨滑动接触；电子产品样品采用两条短柔性纤维绳和一条长度与导轨长度一致的柔性纤维绳固定，安装姿态为面跌落；X射线成像系统包括X射线发生装置、图像增强器、CCD相机、图像采集装置和数据分析装置；X射线发生装置正对电子产品样品；图像增强器与X射线发生装置处于同一直线；CCD相机依次连接图像采集装置、数据分析装置。

2.如权利要求1所述的微电子产品跌落损伤实时监测装置，其特征是，阵列式CCD相机使用单个组件或使用2个及2个以上的组件。

3.利用权利要求1所述的微电子产品跌落损伤实时监测装置的测试方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、计时开始，电磁释放器断电，电子产品样品从初始位置自由下落，同时速度测试装置记录速度数据；

步骤2、改变电子产品样品的高度，通过不同的坠落高度以及不同材质的基座模拟真实环境下的坠落，并记录速度数据；

步骤3、高速X射线成像系统采取一定的采样速率，X射线透过电子产品，照射在图像增强器上，图像增强器将X光转换为可视图像，为CCD相机摄取，并转换为模拟信号；

步骤4、再通过图像采集装置将模拟信号转变为数字信号，最后通过数据分析装置对图像进行分析，得出检测结果。

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