CN112665980B - 板级封装结构机械加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了板级封装结构机械加载装置，至少包括位移加载装置和固定装置。其中，板级封装结构机械加载装置至少适用于形状为正方形的板级封装结构；位移加载装置至少由螺钉、螺母、传力杆组成；位移加载装置要求板级封装结构在施加位移的位置处根据上述螺钉大小开孔，孔径大于螺钉的螺杆直径；螺钉头和螺母与PCB接触的部位均为半球状，球径大于上述孔径；固定装置至少由螺钉、螺母、传力杆、横梁组成等；本发明在施加位移时，可以使板级封装结构机械加载的变形方式与温度循环加载类似，解决了机械加载和温度循环两种加载模式相差较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子封装可靠性测试领域，更为具体的，涉及板级封装结构机械加载装置。
背景技术
电子封装结构的温度循环测试是电子元器件可靠性检测的一个重要步骤。由于温度循环次数众多，且单个循环周期较长，需要花费大量时间，因此温度循环实验有望被更高加速效率的等效测试代替，以评估电子封装结构的可靠性，例如机械加载测试。
在温度循环的加载过程中，板级封装结构的翘曲方式为四边翘曲，经过测试，板级封装结构焊点的破坏模式由主应力和切应力共同决定，目前公开的文章或专利中已有的加速测试方法会使封装结构失效模式与温度循环的失效模式差异性较大，会导致加速测试的结果不能准确地预测温度循环的结果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供板级封装结构机械加载装置，解决机械加载和温度循环两种加载方式下，失效模式相差较大的问题。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
板级封装结构机械加载装置，包括固定装置和位移加载装置，固定装置与位移加载装置连接；
固定装置与板级封装结构连接，固定装置包括横梁、固定装置传力杆、固定装置螺钉，横梁包括横梁翼板和横梁腹板；横梁翼板包括上下两个部分，上下两个部分使用固定装置螺钉来连接固定，横梁腹板与板级封装结构连接，横梁腹板与板级封装结构的PCB接触的部位为进行切削后的结构，用于保证固定z方向位移的同时实现角度转动；
位移加载装置包括位移加载装置螺钉和位移加载装置传力杆，位移加载装置传力杆与位移加载装置螺钉连接；在板级封装结构的PCB上设置有开孔，位移加载装置螺钉穿过板级封装结构的PCB的开孔实现位移加载，且所述位移加载装置螺钉的螺钉头和螺母与板级封装结构的PCB接触的部位均为半球状，所述位移加载装置螺钉的螺杆直径小于孔径，其螺钉头和螺帽的球径则大于孔径，螺钉穿过孔洞与下方螺帽连接。
进一步地，横梁在板级封装结构的PCB上环绕一周，上下共同作用以限制板级封装结构的z方向位移。
进一步地，所述横梁翼板包括上下相同的两个部分，上下两个相同的部分使用固定装置螺钉来连接固定。
进一步地，所有的机械加载装置均为高温合金材料制造。
进一步地，所述板级封装结构包括正方形的板级封装结构。
进一步地，所述横梁为T形结构。
进一步地，所述固定装置传力杆与外部设置的机械加载设备疲劳机的下端连接。
进一步地，所述横梁翼板、位移加载装置螺钉、固定装置传力杆、位移加载装置传力杆、板级封装结构的PCB、固定装置螺钉、横梁腹板均为高温合金制作，在温度125℃条件下强度不会产生下降。
进一步地，所述板级封装结构的PCB运动过程中，在横梁翼板、横梁腹板的位置处仅产生转角，没有纵向位移。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的装置解决了机械加载和温度循环两种加载方式下，失效模式相差较大的问题。具体的，通过装置的向上拉升和向下挤压来模拟温度循环加载模式的膨胀和收缩的过程，加速板级封装结构的失效，完成温度循环的加速测试；在对装置施加位移时，可以使板级封装结构机械加载的变形方式与温度循环加载类似，可以解决机械加载和温度循环两种加载模式相差较大的问题；装置不会发生由于位移下压位移加载点发生改变的现象相对于直接使用普通螺钉来完全固定的现有技术方案，装置在位移加载的过程中不会有明显的应力集中现象，也不会对板级封装结构中心位置本身的挠度产生影响等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为板级封装结构机械加载装置的整体主视图；
图2为板级封装结构机械加载装置的整体俯视图(去掉拉伸杆件)；
图3为板级封装结构机械加载固定装置的主视图；
图4为板级封装结构机械加载固定装置的侧视图；
图5为板级封装结构机械加载位移加载装置的细节图；
图中，1-封装结构、2-横梁翼板、3-位移加载装置螺钉、4-固定装置传力杆、5-位移加载装置传力杆、6-板级封装结构的PCB、7-固定装置螺钉、
8-横梁腹板。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征(包括任何附加权利要求、摘要和附图)，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图1～5所示，板级封装结构机械加载装置，包括固定装置和位移加载装置，固定装置与位移加载装置连接；
固定装置与板级封装结构连接，固定装置包括横梁、固定装置传力杆4、固定装置螺钉7，横梁包括横梁翼板2和横梁腹板8；横梁翼板2包括上下两个部分，上下两个部分使用固定装置螺钉7来连接固定，横梁腹板8与板级封装结构连接，横梁腹板8与板级封装结构的PCB6接触的部位为进行切削后的结构，用于保证固定z方向位移的同时实现角度转动；
位移加载装置包括位移加载装置螺钉3和位移加载装置传力杆5，位移加载装置传力杆5与位移加载装置螺钉3连接；在板级封装结构的PCB6上设置有开孔，位移加载装置螺钉3穿过板级封装结构的PCB6的开孔实现位移加载，且所述位移加载装置螺钉3的螺钉头和螺母与板级封装结构的PCB6接触的部位均为半球状，所述位移加载装置螺钉3的螺杆直径小于孔径，其螺钉头和螺帽的球径则大于孔径，螺钉穿过孔洞与下方螺帽连接。
进一步地，横梁在板级封装结构的PCB6上环绕一周，上下共同作用以限制板级封装结构的z方向位移。
进一步地，所述横梁翼板2包括上下相同的两个部分，上下两个相同的部分使用固定装置螺钉7来连接固定。
进一步地，所有的机械加载装置均为高温合金材料制造。
进一步地，所述板级封装结构包括正方形的板级封装结构。
进一步地，所述横梁为T形结构。
进一步地，所述固定装置传力杆4与外部设置的机械加载设备疲劳机的下端连接。
进一步地，所述横梁翼板2、位移加载装置螺钉3、固定装置传力杆4、位移加载装置传力杆5、板级封装结构的PCB6、固定装置螺钉7、横梁腹板8均为高温合金制作，在温度125℃条件下强度不会产生下降。
进一步地，所述板级封装结构的PCB6运动过程中，在横梁翼板2、横梁腹板8的位置处仅产生转角，没有纵向位移。
本发明实施例的目的是为了使用机械加载来加速测试温度循环，机械加载的工作环境在125℃的高温下进行，为了尽可能确保夹具的变形远远小于板级封装结构自身的变形，所有的机械加载装置均采用高温合金制造，以确保在较高的温度条件下得到尽可能精确的实验数据。
在本发明的其他实施例中，板级封装结构机械加载装置包括固定装置和位移加载装置，固定装置与板级封装结构直接连接，固定装置包括横梁翼板2、固定装置螺钉7、横梁腹板8，固定装置传力杆4为固定装置的传力杆，与机械加载设备疲劳机的下端连接。如图3，4所示，横梁翼板2分为上下完全相同的两个部分，横梁在PCB上环绕一周，上下共同作用限制了板级封装结构的z方向位移。横梁为T形结构，用来连接的部位是横梁的翼板，上下两个部分使用固定装置螺钉7来连接固定，横梁与板级封装结构直接接触的部分是横梁腹板8，为了确保板级封装结构在机械加载过程中的挠度变化，横梁腹板8相对较薄，与PCB接触的部位进行切削，以保证固定z方向位移的同时实现角度转动。
位移加载装置包括位移加载装置螺钉3和位移加载装置传力杆5，通过对PCB的特定位置开孔，使用螺钉穿过孔洞来实现位移加载的过程。位移加载装置螺钉3的具体细节如图5，螺钉头和螺母与板级封装结构的PCB6接触的部位均为半球状，且螺钉的螺杆直径小于孔径，而螺钉头和螺帽的球径大于孔径，螺钉穿过孔洞与下方螺帽连接。这样设计的目的有两个，一个是在位移加载的过程中，位移通过螺钉头或螺帽传递，由于球径大于孔径，所以会有一部分球体陷入到PCB的圆孔中，这样在传递z方向位移的同时会起到x、y方向位移的约束作用，不会发生由于位移下压位移加载点发生改变的现象。第二个是螺杆直径和球径都与孔径不相同，相对于直接使用普通螺钉来完全固定的情况，半球状的螺钉在位移加载的过程中不会有明显的应力集中现象，也不会对板级封装结构中心位置本身的挠度产生影响。
机械加载装置工作状态的具体过程如下：位移加载装置传力杆5向上移动时，与之连接的位移加载装置螺钉3也同时向上移动，带动板级封装结构的PCB6产生一个向上的运动趋势，由于横梁翼板2、横梁腹板8的存在，板级封装结构的PCB 6在横梁翼板2、横梁腹板8的位置处仅产生转角，并没有纵向位移，发生了板级封装结构整体向上弯曲的现象。当位移加载装置传力杆5向下位移时，会使板级封装结构整体向下弯曲。这样循环往复，通过向上拉升和向下挤压来模拟温度循环加载模式的膨胀和收缩的过程，加速板级封装结构的失效，完成温度循环的加速测试。
在该实施例中可以看到，其至少包括位移加载装置和固定装置。其中，装置至少适用于形状为正方形的板级封装结构；位移加载装置至少由螺钉、螺母、传力杆组成；位移加载装置要求板级封装结构在施加位移的位置处根据上述螺钉大小开孔，孔径大于螺钉的螺杆直径；螺钉头和螺母与PCB接触的部位均为半球状，球径大于上述孔径；固定装置至少由螺钉、螺母、传力杆、横梁组成。上述装置施加位移时，可以使板级封装结构机械加载的变形方式与温度循环加载类似，本发明实施例可以解决机械加载和温度循环两种加载模式相差较大的问题。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.板级封装结构机械加载装置，其特征在于，包括固定装置和位移加载装置，固定装置与位移加载装置连接；
固定装置与板级封装结构连接，固定装置包括横梁、固定装置传力杆（4）、固定装置螺钉（7），横梁包括横梁翼板（2）和横梁腹板（8）；横梁翼板（2）包括上下两个部分，上下两个部分使用固定装置螺钉（7）来连接固定，横梁腹板（8）与板级封装结构连接，横梁腹板（8）与板级封装结构的PCB（6）接触的部位为进行切削后的结构，用于保证固定上下方向位移的同时实现角度转动；
位移加载装置包括位移加载装置螺钉（3）和位移加载装置传力杆（5），位移加载装置传力杆（5）与位移加载装置螺钉（3）连接；在板级封装结构的PCB（6）上设置有开孔，位移加载装置螺钉（3）穿过板级封装结构的PCB（6）的开孔实现位移加载，且所述位移加载装置螺钉（3）的螺钉头和螺母与板级封装结构的PCB（6）接触的部位均为半球状，所述位移加载装置螺钉（3）的螺杆直径小于孔径，其螺钉头和螺帽的球径则大于孔径，螺钉穿过孔洞与下方螺帽连接；
通过装置的向上拉升和向下挤压来模拟温度循环加载模式的膨胀和收缩的过程，加速板级封装结构的失效，完成温度循环的加速测试；在对装置施加位移时，使板级封装结构机械加载的变形方式与温度循环加载类似，用于解决机械加载和温度循环两种加载模式相差较大的问题；
横梁在板级封装结构的PCB（6）上环绕一周，上下共同作用以限制板级封装结构的上下方向位移。
2.根据权利要求1所述的板级封装结构机械加载装置，其特征在于，所述横梁翼板（2）包括上下相同的两个部分，上下两个相同的部分使用固定装置螺钉（7）来连接固定。
3.根据权利要求1所述的板级封装结构机械加载装置，其特征在于，所有的机械加载装置均为高温合金材料制造。
4.根据权利要求1所述的板级封装结构机械加载装置，其特征在于，所述板级封装结构包括正方形的板级封装结构。
5.根据权利要求1所述的板级封装结构机械加载装置，其特征在于，所述横梁为T形结构。
6.根据权利要求1所述的板级封装结构机械加载装置，其特征在于，所述固定装置传力杆（4）与外部设置的机械加载设备疲劳机的下端连接。
7.根据权利要求1所述的板级封装结构机械加载装置，其特征在于，所述横梁翼板（2）、位移加载装置螺钉（3、固定装置传力杆（4）、位移加载装置传力杆（5）、板级封装结构的PCB（6）、固定装置螺钉（7）、横梁腹板（8）均为高温合金制作，在温度125℃条件下强度不会产生下降。
8.根据权利要求1~7任一所述的板级封装结构机械加载装置，其特征在于，所述板级封装结构的PCB（6）运动过程中，在横梁翼板（2）、横梁腹板（8）的位置处仅产生转角，没有纵向位移。
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