CN112946390B - 一种基于温度循环的湿温循环试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于温度循环的湿温循环试验装置及方法，包括试验箱体，试验箱体上连接有调控台，试验箱体内设置有转动循环机构、温度控制机构、湿度控制机构和和温度监测机构；转动循环机构包括轨道支撑轴杆和环形轨道，轨道支撑轴杆连接在试验箱体的前后内壁之间，环形轨道套在轨道支撑轴杆外并通过多个支撑辐条与轨道支撑轴杆连接，环形轨道上连接有第一电转动组件和第二电转动组件，第一电转动组件和第二电转动组件上均连接有用于放置试验样品的移动托盘；温度控制机构包括热源电阻丝组件和冷源液氮组件，湿度控制机构包括雾化装置和除湿风机组件。该装置及方法可针对多个试样进行不同温度湿度的样本试验检测，结构新颖，创造性高。

Description

一种基于温度循环的湿温循环试验装置及方法

技术领域

本发明涉及电子设备检测领域，具体涉及一种基于温度循环的湿温循环试验装置及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，电子设备逐渐朝着小型化、集成化、方向发展，因此电子设备的可靠性越来越受到人们的重视。如何通过试验精确预测不同温度、湿度以及温度循环速率下电子封装系统的热疲劳寿命是当前面临的重要问题。不同的温度循环速率严重影响着封装模块的使用寿命，但当前试验设备控制温度循环速率的变化不够精确简易，不能同时进行不同温度循环范围的实验。导致热疲劳寿命预测结果误差较大，实验效率低下。因此急需一种能够同时进行不同温度循环范围的高精度湿温循环试验箱，提高温度循环试验中的寿命预测真实性，监控温湿度对封装模块寿命的影响。

目前人们使用的温度湿度循环试验箱多为直接改变箱体内温度场的变化或者变换不同温度的箱体来改变试件所处的环境温度，忽略了中间温度变化速率的影响以及存在着温度速率变化不准确的弊端。同时试验箱中的温度监控系统都是通过传统湿温计进行监控，不能及时准确的反应并调节试验箱中的真实温度变化。试验操作繁琐并且试验结果精确度不高，如何提高温度循环试验结果的可靠性，增加温度循环试验箱的多个温度循环范围，减少操作流程是现在温度循环试验中面临的主要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于温度循环的湿温循环试验装置，该装置可针对多个试样进行不同温度湿度的样本试验检测，结构简单新颖，创造性高。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：

一种基于温度循环的湿温循环试验装置，包括试验箱体，试验箱体上连接有调控台，所述试验箱体内设置有转动循环机构、温度控制机构、湿度控制机构和和温度监测机构；

转动循环机构包括轨道支撑轴杆和环形轨道，轨道支撑轴杆连接在试验箱体的前后内壁之间，环形轨道套在轨道支撑轴杆外并通过多个支撑辐条与轨道支撑轴杆连接，环形轨道上连接有第一电转动组件和第二电转动组件，第一电转动组件和第二电转动组件上均连接有用于放置试验样品的移动托盘；

所述温度控制机构包括设置在试验箱体上部内的热源电阻丝组件和设置在试验箱体下部内的冷源液氮组件，湿度控制机构包括设置在试验箱体内上壁中的雾化装置和设置在试验箱体内下壁中的除湿风机组件；

所述温度监测机构包括形状记忆合金温度监控器，多个形状记忆合金温度监控器分布在试验箱体的内壁上。

优选的，所述试验箱体包括主箱壳、观察门和连接在主箱壳上端的调控箱壳，调控台的主板部分设置在调控箱壳内；

主箱壳为前端开口的长方形壳，主箱壳的前端内设置带有隔热玻璃层的观察门，观察门通过转动合页以及门扣与主箱壳连接，观察门外设置有门把手，所述主箱壳的内壁上设置有隔热层。

优选的，所述支撑轴包括第一固定轴杆和第一移动轴杆，第一固定轴杆的一端与主箱壳的后内壁的中部固连，第一固定轴杆的另一端部上开设有移动轴杆定位凹槽；

所述观察门的中部横向设置有第一肋板，第一移动轴杆连接在第一肋板的内端，第一移动轴杆的端部连接有第一插接杆；观察门通过转动合页转动后，第一插接杆插接到移动轴杆定位凹槽内后，通过门扣与主箱壳连接。

优选的，所述支撑辐条呈圆杆状，多个支撑辐条呈辐射状分布在轨道支撑轴杆上；

支撑轴杆上设置有辐条连接轮套，支撑辐条一端与辐条连接轮套上的轮套孔定位连接，支撑辐条的另一端通过螺丝与环形轨道连接。

优选的，所述环形轨道呈椭圆形状，环形轨道包括内环形竖板、内环形纵板和外环形板，内环形竖板内开设有第一环形齿槽，外环形板内开设有第二环形齿槽；

第一电转动组件包括第一微型转轴电机，第一微型转轴电机的电机转轴通过第一主动齿轮与第一环形齿槽连接；

第二电转动组件包括第二微型转轴电机，第二微型转轴电机的电机转轴通过第二主动齿轮与第二环形齿槽连接。

优选的，所述第一微型转轴电机和第二微型转轴电机上均连接有定位转轴，定位转轴通过垂落杆连接移动托盘。

所述移动托盘呈圆板状，移动托盘内设置有多个用于放置样品的样品槽；所述第一微型转轴电机、第二微型转轴电机通过耐火弹簧线与调控台连接。

优选的，所述热源电阻丝组件包括电阻丝定位壳和连接在电阻丝定位壳内的多组电加热电阻丝，电阻丝定位壳通过螺丝与主箱壳的内后壁的上部连接；

所述冷源液氮组件包括多个液氮排出管，液氮排出管连接在主箱壳的内后壁的下部，液氮排出管通过液氮输送管与外置的液氮罐连接。

优选的，所述雾化装置包括雾化器和连接在雾化器上的多个雾化喷嘴，雾化器通过雾化器定位座与主箱壳的内上壁；除湿风机组件连接在主箱壳的内上壁中；雾化器和除湿风机组件均通过线路与调控台连接。

优选的，所述形状记忆合金温度监控器包括形状记忆合金基体，形状记忆合金基体连接有应变片，应变片通过连接线与外置的计算机连接。

本发明的另一目的在于提供一种一种基于温度循环试验的湿温循环试验方法。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：

一种基于温度循环试验的湿温循环试验方法，采用上述湿温循环试验装置，具体包括如下步骤：

步骤一，将试样放在移动托盘上，通过调控台启动湿温循环试验装置，连通热源电阻丝组件，冷源液氮组件，启动形状记忆合金温度监控器，调整试验箱温度达到试验预设要求；

步骤二，第一电转动组件和第二电转动组件按照一定的速率围绕椭圆形轨道运行，观察移动托盘内试样裂纹扩展情况，进行寿命预测；

步骤三，调整温度循环试验箱中预设温度值，将不同温度循环范围以及不同温度循环速率的试样放置在不同托盘上，分别启动圆环；

步骤四，温度循环范围大的试样所在的移动托盘环绕环形轨道的外环做圆形运动，温度循环范围小的试样所在的移动托盘绕环形轨道的内环做往复运动，做到同时进行不同温度循环范围，不同温度循环速率试验同时进行。

本发明的有益效果是：

上述基于温度循环的湿温循环试验装置，设置了新型的试验箱体结构，利用椭圆形的环形轨道，改变试样在温度场的空间位置达到调节温度的目的，利用形状记忆合金的双程记忆效应，精准监控试验箱中的温度，极大地提高了电子封装试验的精度。本发明还提供了一种，可以同时进行多个试样多个不同温度循环范围的试验方法。该发明具有试验过程实时可见性，操作过程简单高效等特点，可以测试不同型号电子封装器件，具有广泛运用特性。

附图说明

为了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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是基于温度循环的湿温循环试验装置整体结构示意图。

图2是转动循环机构整体结构等轴测示意图。

图3是形状记忆合金温度监控器正视示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于温度循环的湿温循环试验装置及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明进行详细说明：

实施例1

结合图1至图3，一种基于温度循环的湿温循环试验装置，包括试验箱体1，试验箱体1上连接有调控台2，所述试验箱体1内设置有转动循环机构3、温度控制机构4、湿度控制机构5和温度监测机构6。

转动循环机构3包括轨道支撑轴杆31和环形轨道32，轨道支撑轴杆31连接在试验箱体1的前后内壁之间，环形轨道32套在轨道支撑轴杆31外并通过多个支撑辐条33与轨道支撑轴杆31连接。环形轨道32上连接有第一电转动组件34和第二电转动组件35，第一电转动组件34和第二电转动组件35上均连接有用于放置试验样品的移动托盘36。

温度控制机构4包括设置在试验箱体1上部内的热源电阻丝组件41和设置在试验箱体1下部内的冷源液氮组件42。湿度控制机构5包括设置在试验箱体1内上壁中的雾化装置51和设置在试验箱体1内下壁中的除湿风机组件52。

温度监测机构6包括形状记忆合金温度监控器61，多个形状记忆合金温度监控器61分布在试验箱体1的内壁上。

试验箱体1包括主箱壳11、观察门12和连接在主箱壳11上端的调控箱壳12，调控台2的主板部分设置在调控箱壳11内。

主箱壳11为前端开口的长方形壳，主箱壳11的前端内设置带有隔热玻璃层的观察门12，观察门12通过转动合页以及门扣与主箱壳11连接，观察门12外设置有门把手15，所述主箱壳11的内壁上设置有隔热层。

支撑轴31包括第一固定轴杆311和第一移动轴杆312，第一固定轴杆311的一端与主箱壳11的后内壁的中部固连，第一固定轴杆311的另一端部上开设有移动轴杆定位凹槽314。

观察门12的中部横向设置有第一肋板121，第一移动轴杆312连接在第一肋板121的内端，第一移动轴杆312的端部连接有第一插接杆313；观察门12通过转动合页转动后，第一插接杆313插接到移动轴杆定位凹槽314内后，通过门扣与主箱壳11连接。

支撑辐条33呈圆杆状，多个支撑辐条33呈辐射状分布在轨道支撑轴杆上；

支撑轴杆33上设置有辐条连接轮套，支撑辐条一端与辐条连接轮套上的轮套孔定位连接，支撑辐条的另一端通过螺丝与环形轨道32连接，支撑辐条33的连接方式与自行车辐条的连接方式类似。

环形轨道32呈椭圆形状，环形轨道32包括内环形竖板321、内环形纵板322和外环形板323，内环形竖板321内开设有第一环形齿槽324，外环形板323内开设有第二环形齿槽325，第一环形齿槽和第二环形齿槽均为凹槽。内环形竖板321的半径值小于外环形板323的半径值。

第一电转动组件34包括第一微型转轴电机，第一微型转轴电机的电机转轴通过第一主动齿轮与第一环形齿槽324连接；

第二电转动组件35包括第二微型转轴电机，第二微型转轴电机的电机转轴通过第二主动齿轮与第二环形齿槽325连接。

第一微型转轴电机和第二微型转轴电机上均连接有定位转轴326，定位转轴326通过垂落杆327连接移动托盘36。

移动托盘36呈圆板状，移动托盘36内设置有多个用于放置样品的样品槽361；所述第一微型转轴电机、第二微型转轴电机通过耐火弹簧线37与调控台2连接。

热源电阻丝组件41包括电阻丝定位壳和连接在电阻丝定位壳内的多组电加热电阻丝，电阻丝定位壳通过螺丝与主箱壳11的内后壁的上部连接。

所述冷源液氮组件42包括多个液氮排出管，液氮排出管连接在主箱壳11的内后壁的下部，液氮排出管通过液氮输送管与外置的液氮罐连接。

雾化装置51包括雾化器和连接在雾化器上的多个雾化喷嘴，雾化器通过雾化器定位座与主箱壳11的内上壁；除湿风机组件52连接在主箱壳11的内上壁中；雾化器和除湿风机组件均通过线路与调控台连接。

形状记忆合金温度监控器61包括形状记忆合金基体，形状记忆合金基体连接有应变片，应变片通过连接线与外置的计算机连接。

实施例2

一种基于温度循环试验的湿温循环试验方法，采用上述湿温循环试验装置，包括不同试样的温度循环试验和不同温度循环范围的温度循环试验，试验过程中通过记忆合金双程记忆效应的温度监控系统进行温度的监控；

湿温循环试验方法具体包括如下步骤：

步骤一，将试样放在移动托盘上，通过调控台启动湿温循环试验装置，连通热源电阻丝组件，冷源液氮组件，启动形状记忆合金温度监控器，调整试验箱温度达到试验预设要求；

步骤二，第一电转动组件和第二电转动组件按照一定的速率围绕椭圆形轨道运行，观察移动托盘内试样裂纹扩展情况，进行寿命预测；

步骤三，调整温度循环试验箱中预设温度值，将不同温度循环范围以及不同温度循环速率的试样放置在不同托盘上，分别启动圆环；

步骤四，温度循环范围大的试样所在的移动托盘环绕环形轨道的外环做圆形运动，温度循环范围小的试样所在的移动托盘绕环形轨道的内环做往复运动，做到同时进行不同温度循环范围，不同温度循环速率试验同时进行。

实施例3

当进行试验时，试验箱体平放在试验平台或者平滑的地面之上，连通电源与液氮装置，将试验箱的观察窗打开，检查试验箱中环形轨道以及移动托盘，确保接通电源之后，试验箱正常工作。启动试验箱，将温度调整到试验预设大小，将试验样品放在样品槽上，启动电动轴承12，温度循环试验开始。

温度循环试验进行时，加热电阻丝以及液氮冷却装置持续工作，保证箱体内温度场不会随时间的改变而变化，记记忆合金湿温监控系统，实时检测调控试验箱中的。移动托盘运动过程，链接计算机系统，保证圆盘的速率与温度变化的关系，确保试验过程温度速率变化的精确性。

同时所述试验箱体可以进行不同温度循环范围试验，在进行一个温度循环范围试验时，在保证第二个温度循试验的温度循环范围小于第一个温度循环范围前提下，可以进行多个温度循环范围试验。

将不同温度循环试验样品放在不同的品托盘上，分别启动托盘，根据实验要求，两个样品托盘分别设定不同的样品速率，根据温度循环范围的不同，温度循环范围大的试验样品环绕椭圆形轨道做圆周运动，温度循环范围小的试验样品在椭圆形轨道一侧做往复运动，此时，温度循环试验箱就可完成不同温度循环范围的试验，缩短试验时间。

利用试验箱中环形轨道分布在不同温度场，可以同时进行多个温度循环范围的热循环试验，增加试验效率。同时将温度循环的温度速率的改变，转化成移动圆盘速率的变化，控制简单精确。

上述基于温度循环的湿温循环试验装置，设置了新型的试验箱体结构，利用椭圆形的环形轨道，改变试样在温度场的空间位置达到调节温度的目的，利用形状记忆合金的双程记忆效应，精准监控试验箱中的温度，极大地提高了电子封装试验的精度。本发明还提供了一种，可以同时进行多个试样多个不同温度循环范围的试验方法。该发明具有试验过程实时可见性，操作过程简单高效等特点，可以测试不同型号电子封装器件，具有广泛运用特性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于温度循环的湿温循环试验装置，包括试验箱体，试验箱体上连接有调控台，其特征在于，所述试验箱体内设置有转动循环机构、温度控制机构、湿度控制机构和和温度监测机构；

转动循环机构包括轨道支撑轴杆和环形轨道，轨道支撑轴杆连接在试验箱体的前后内壁之间，环形轨道套在轨道支撑轴杆外并通过多个支撑辐条与轨道支撑轴杆连接，环形轨道上连接有第一电转动组件和第二电转动组件，第一电转动组件和第二电转动组件上均连接有用于放置试验样品的移动托盘；

所述温度控制机构包括设置在试验箱体上部内的热源电阻丝组件和设置在试验箱体下部内的冷源液氮组件，湿度控制机构包括设置在试验箱体内上壁中的雾化装置和设置在试验箱体内下壁中的除湿风机组件；

所述温度监测机构包括形状记忆合金温度监控器，多个形状记忆合金温度监控器分布在试验箱体的内壁上；

所述环形轨道呈椭圆形状，环形轨道包括内环形竖板、内环形纵板和外环形板，内环形竖板内开设有第一环形齿槽，外环形板内开设有第二环形齿槽，第一环形齿槽和第二环形齿槽均为凹槽；

第一电转动组件包括第一微型转轴电机，第一微型转轴电机的电机转轴通过第一主动齿轮与第一环形齿槽连接；

第二电转动组件包括第二微型转轴电机，第二微型转轴电机的电机转轴通过第二主动齿轮与第二环形齿槽连接；

通过第一环形齿槽、第一电转动组件、第二环形齿槽、第二电转动组件，做到不同温度循环范围、不同温度循环速率试验同时进行。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度循环的湿温循环试验装置，其特征在于，所述试验箱体包括主箱壳、观察门和连接在主箱壳上端的调控箱壳，调控台的主板部分设置在调控箱壳内；

主箱壳为前端开口的长方形壳，主箱壳的前端内设置带有隔热玻璃层的观察门，观察门通过转动合页以及门扣与主箱壳连接，观察门外设置有门把手，所述主箱壳的内壁上设置有隔热层。

3.根据权利要求2所述的一种基于温度循环的湿温循环试验装置，其特征在于，所述支撑轴包括第一固定轴杆和第一移动轴杆，第一固定轴杆的一端与主箱壳的后内壁的中部固连，第一固定轴杆的另一端部上开设有移动轴杆定位凹槽；

所述观察门的中部横向设置有第一肋板，第一移动轴杆连接在第一肋板的内端，第一移动轴杆的端部连接有第一插接杆；观察门通过转动合页转动后，第一插接杆插接到移动轴杆定位凹槽内后，通过门扣与主箱壳连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于温度循环的湿温循环试验装置，其特征在于，所述支撑辐条呈圆杆状，多个支撑辐条呈辐射状分布在轨道支撑轴杆上；

支撑轴杆上设置有辐条连接轮套，支撑辐条一端与辐条连接轮套上的轮套孔定位连接，支撑辐条的另一端通过螺丝与环形轨道连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于温度循环的湿温循环试验装置，其特征在于，所述第一微型转轴电机和第二微型转轴电机上均连接有定位转轴，定位转轴通过垂落杆连接移动托盘；

所述移动托盘呈圆板状，移动托盘内设置有多个用于放置样品的样品槽；所述第一微型转轴电机、第二微型转轴电机通过耐火弹簧线与调控台连接。

6.根据权利要求2所述的一种基于温度循环的湿温循环试验装置，其特征在于，所述热源电阻丝组件包括电阻丝定位壳和连接在电阻丝定位壳内的多组电加热电阻丝，电阻丝定位壳通过螺丝与主箱壳的内后壁的上部连接；

所述冷源液氮组件包括多个液氮排出管，液氮排出管连接在主箱壳的内后壁的下部，液氮排出管通过液氮输送管与外置的液氮罐连接。

7.根据权利要求2所述的一种基于温度循环的湿温循环试验装置，其特征在于，所述雾化装置包括雾化器和连接在雾化器上的多个雾化喷嘴，雾化器通过雾化器定位座与主箱壳的内上壁；除湿风机组件连接在主箱壳的内上壁中；雾化器和除湿风机组件均通过线路与调控台连接。

8.根据权利要求2所述的一种基于温度循环的湿温循环试验装置，其特征在于，所述形状记忆合金温度监控器包括形状记忆合金基体，形状记忆合金基体连接有应变片，应变片通过连接线与外置的计算机连接。

9.一种基于温度循环试验的湿温循环试验方法，其特征在于，采用权利要求1至8中任意一项所述的湿温循环试验装置，具体包括如下步骤：

步骤一，将试样放在移动托盘上，通过调控台启动湿温循环试验装置，连通热源电阻丝组件，冷源液氮组件，启动形状记忆合金温度监控器，调整试验箱温度达到试验预设要求；

步骤二，第一电转动组件和第二电转动组件按照一定的速率围绕椭圆形轨道运行，观察移动托盘内试样裂纹扩展情况，进行寿命预测；

步骤三，调整温度循环试验箱中预设温度值，将不同温度循环范围以及不同温度循环速率的试样放置在不同托盘上，分别启动圆环；

步骤四，温度循环范围大的试样所在的移动托盘环绕环形轨道的外环做圆形运动，温度循环范围小的试样所在的移动托盘绕环形轨道的内环做往复运动，做到同时进行不同温度循环范围，不同温度循环速率试验同时进行。

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