CN220105576U - 研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，包括底座、电源、温度控制单元和试样固定单元，所述温度控制单元和所述试样固定单元设置于所述底座上，所述温度控制单元包括微电子控制器、升温部件和降温部件，所述升温部件和降温部件均与所述微电子控制器相互传递信号，所述试样固定单元包括导轨、升降机构、伸缩机构，所述升降机构设置于导轨上，所述伸缩机构固定在所述升降机构上。本实用新型能够使所述锡基钎料两端保持稳定的温度梯度，散热性能好，确保了研究温度对电迁移影响过程中数据的可靠性，所述升降机构与所述伸缩机构相互配合，可以适配不同尺寸的待测钎料，所述冷却铜管采用方形结构，确保了锡基钎料散热的速度。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体制造领域，具体涉及一种研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置。
背景技术
近年来，电子产品作为信息化时代的重要载体而被广泛应用于各个领域。微型化、轻量化、多功能化的电子产品由于其高效便捷的特点，成为时代发展的标志，随着微处理器、图形处理器、蜂窝通信等高精端技术设备的快速发展，电子产品的尺寸逐步减小，集成密度逐步提高，同时焊点尺寸逐步减小至微米甚至纳米级别，但尺寸的减小并没有减轻焊点载荷，因而焊点要分担更大的电流密度、温度载荷以及机械应力载荷。
电迁移是金属线在电流和温度作用下产生的金属迁移现象，运动中的电子和主体金属晶格之间相互交换动量，金属原子沿着电子流方向迁移时，随着电流密度增大到临界值以上，接头阴极区界面IMC在电迁移作用下发生分解而逐渐出现裂纹、空洞，最终引发接头的断裂使得电路断路失效，阳极区出现物质堆积增厚，严重时可引发电路短路。目前，各国科研人员针对钎焊接头电迁移的研究主要集中在对电迁移现象的描述和电迁移机理的分析，对电迁移发生条件的研究并未深入，而焊点在通电过程中收到的外界因素错综复杂，本设备针对直流稳压条件下不同温度、不同温差焊点电迁移条件进行研究。
如CN106158830A所公开的自加热电迁移测试结构以及晶圆及自加热电迁移测试方法，晶圆级自加热电迁移测试结构包括，目标金属线、分别与目标金属线两端连接的第一焊盘和第二焊盘、分别布置在第一焊盘和第二焊盘正下方的第三焊盘和第四焊盘、以及将第三焊盘和第四焊盘连接起来的与目标金属线最接近的冗余金属线，在加速电迁移评估测试的测试结果基础上，利用与目标金属线最接近的冗余金属线的温度与阻值的关系，从而推算出目标金属线的实际温度。但此方法仍不能精确测量出目标金属线的精确温度，同时也不能控制目标金属线两端形成设定温度差。
而CN105810664B中公开了一种测试金属线的电迁移结构，包括测试金属线以及位于所述测试金属线同层、且均匀间隔分布设置在所述测试金属线周边的突起监测线，还包括围绕所述测试金属线不接触设置的吸热结构，以用于吸收所述测试金属线的热量，提高所述测试金属线的散热效率，所述吸热结构采用多晶硅。但此散热机构性价比低，铜管散热效率高且成本低廉。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是研究温度高低对电迁移产生的影响，针对现有技术的不足，提供一种研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，包括底座、电源、温度控制单元和试样固定单元，所述温度控制单元和所述试样固定单元设置于所述底座上，所述温度控制单元包括微电子控制器、升温部件和降温部件，所述升温部件和降温部件均与所述微电子控制器相互传递信号，所述试样固定单元包括导轨、升降机构、伸缩机构，所述升降机构设置于所述导轨上，所述伸缩机构固定在所述升降机构上。
进一步的，所述电源向微电子控制器、出水电磁阀和电热片供电。
进一步的，所述微电子控制器包括控制板、显示屏、控制按钮和继电器，所述显示屏、控制按钮和继电器连接在所述控制板上，所述控制按钮包括温度设置按钮、温度升高按钮、温度降低按钮，所述继电器包括电热片继电器和出水电磁阀继电器。
进一步的，所述升降机构由滑动平台、升降支架和连杆构成，所述导轨由齿轮齿条构成，所述滑动平台与所述导轨齿轮通过轴承连接，所述升降支架设置在滑动平台上方，所述升降机构与对应位置所述升降机构之间通过所述连杆连接。
进一步的，所述伸缩机构由交叉连杆和紧固螺母构成，所述伸缩机构固定在所述连杆中央。
进一步的，所述伸缩机构由电机、传动齿轮组、曲柄连杆和伸缩杆构成，所述电机带动所述传动齿轮组运动，所述传动齿轮组和所述曲柄连杆带动所述伸缩杆前后运动。
进一步的，所述升温部件包括电热片、热电偶和压力模块，所述压力模块固定在所述伸缩机构端部，所述压力模块包括绝缘外壳、伸缩弹簧、电热片接线柱和热电偶接线柱，所述电热片接线柱和所述热电偶接线柱通过导线与所述微电子控制器及所述电源连接。
进一步的，所述伸缩弹簧设置在所述电热片上方，所述热电偶固定在所述伸缩弹簧上，所述电热片底部与所述热电偶底部位于同一水平面上。
进一步的，所述降温部件包括水冷铜管、陶瓷试样平台和出水电磁阀，所述陶瓷试样平台固定在所述水冷铜管上，所述水冷铜管前后设有铜制进水管和铜制出水管，所述铜制出水管口设有所述出水电磁阀。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
本实用新型能够精确控制所述锡基钎料两端温度情况，不仅可以使所述锡基钎料两端保持稳定的温度差，还可以在较高精确度下控制所述锡基钎料两端散热速率，散热和加热性能好，确保了研究温度对电迁移影响过程中数据的可靠性，所述升降机构与所述伸缩机构相互配合，针对不同尺寸、不同厚度的待测钎料，本实用新型均能够紧贴钎料两端，确保了研究温度对电迁移的影响过程中钎料的适用性，所述冷却铜管采用方形结构蛇形排列，确保了研究温度对电迁移实验过程中钎料散热的速度，所述压力模块内部设置的伸缩弹簧，将电热片和热电偶紧密贴合在一起，使热电偶反馈到微电子控制板上的信号更加精确，进一步提高了研究温度对电迁移影响过程中数据的精确性，所述陶瓷试样平台及所述压力模块表面绝缘外壳避免了研究温度对电迁移影响实验过程中其他金属件对实验结果造成的影响，同时陶瓷试样平台导热性能好，进一步提升了所述温度控制装置的散热速率。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
图1：本实用新型实施例一的正视图；
图2：本实用新型实施例一的俯视图；
图3：本实用新型实施例一的侧视图；
图4：本实用新型实施例一中压力模块的结构示意图；
图5：本实用新型实施例二中伸缩单元结构的左视图；
图6：本实用新型实施例二中伸缩单元结构的俯视图。
其中，1-铜制出水管，2-水冷铜管层，3-出水电磁阀，4-陶瓷试样平台，5-齿轮，6-滑动平台，7-导轨，8-升降支架，9-连杆，10-伸缩杆固定片，11-微电子控制器，12-铜制进水管，13-温度降低按钮，14-温度升高按钮，15-温度设定按钮，16-伸缩杆，17-压力模块，18-锡基钎料，19-电热片，20-热电偶导线，21-热电偶，22-电热片导线，23-电热片接线柱，24-热电偶接线柱，25-伸缩弹簧，26-绝缘外壳，27-伸缩杆，28-曲柄连杆，29-传动齿轮组，30-电机。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步清楚阐述本实用新型的内容，但本实用新型的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例1
参阅图1-4，一种研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，包括底座、电源、温度控制单元和试样固定单元，所述温度控制单元和所述试样固定单元设置于所述底座上，所述温度控制单元包括微电子控制器11、升温部件和降温部件，所述升温部件和降温部件均与所述微电子控制器相互传递信号，所述试样固定单元包括导轨7、升降机构、伸缩机构，所述升降机构设置于所述导轨7上，所述伸缩机构固定在所述升降机构上。
所述电源向微电子控制器11、出水电磁阀3和电热片19供电。
所述微电子控制器包括控制板、显示屏、控制按钮和继电器，所述显示屏、控制按钮和继电器连接在所述控制板上，所述控制按钮包括温度设置按钮15、温度升高按钮14、温度降低按钮13，所述继电器包括电热片继电器和出水电磁阀继电器。在本实施例中，所述微电子控制器采用AT89C51单片机，所述显示屏采用LCD1602液晶显示模块，所述热电偶21经运算放大器接于单片机的AD端进行采样转换。
所述升降机构由滑动平台6、升降支架8和连杆9构成，所述导轨7由齿轮齿条构成，所述滑动平台6与所述导轨7齿轮通过轴承连接，所述升降支架8设置在滑动平台6上方，所述升降机构与对应位置所述升降机构之间通过所述连杆9连接。
所述伸缩机构由交叉连杆和紧固螺母构成，所述伸缩机构固定在所述连杆9中央。
所述升温部件包括电热片19、热电偶21和压力模块17，所述压力模块17固定在所述伸缩机构端部，所述两压力模块17将锡基钎料18两端紧压在所述陶瓷试样平台4上，所述压力模块17包括绝缘外壳26、伸缩弹簧25、电热片接线柱23和热电偶接线柱24，接线柱通过导线与所述微电子控制器11及所述电源连接。
所述伸缩弹簧25设置在所述电热片19上方，所述热电偶21固定在所述伸缩弹簧25上，所述电热片19底部与所述热电偶21底部位于同一水平面上。
所述降温部件包括水冷铜管2、陶瓷试样平台4和出水电磁阀3，所述陶瓷试样平台固定在所述水冷铜管上，所述水冷铜管层2前后设有铜制进水管12和铜制出水管1，所述铜制出水管1设有所述出水电磁阀3。
实验过程中，实验人员首先将所述锡基钎料18通电，绘制出所述锡基钎料18的伏安特性曲线，然后调整所述升降机构和所述伸缩机构交叉连杆上的紧固螺母，将所述锡基钎料18置于所述陶瓷试样平台4上，所述压力模块17分别固定在被测试样两端，所述锡基钎料18两端连接通电导线，置于所述压力模块17和所述陶瓷试样平台4之间，打开所述铜制进水管12，将所述微电子控制器11通电，分别设定所述锡基钎料18两端温度为一定的温度梯度，所述电热片19加热一段时间后，所述热电偶21分别测量钎缝两端的温度，并将温度信号转换为电信号反馈给所述微电子控制器11，所述微电子控制器11控制所述电热片继电器和所述出水电磁阀继电器吸合，可以改变所述加热装置的加热功率和所述冷却装置的冷却速率，使冷、热两端达到预定的温度梯度，此时可以测量所述锡基钎料18的电阻值，绘制所述锡基钎料18的伏安特性曲线。
所述陶瓷试样平台3采用碳化硅陶瓷，导热、抗氧化性能好。
所述温度控制装置可以调节所述电热片19的温度高低，在所述锡基钎料18两端形成不同的散热速率，从而在所述锡基钎料18两端形成稳定温差，并通过改变散热速率的大小，改变所述锡基钎料18两端温差，进而控制温度梯度的大小，测绘不同温度梯度下所述锡基钎料18的伏安特性曲线，进一步体现所述温度对所述锡基钎料18电迁移速率的影响。
所述显示屏可以直观地读出所述锡基钎料18两端的温度实时值，便于记录实验数据，所述出水电磁阀3及所述电热片19端部继电器可以有效控制加热、散热速率，更加精准的控制实验条件。
通过所述热电偶21与所述温度控制单元相配合，实现了对所述锡基钎料18两端温度的精确测量、梯度控制，通过测量所述锡基钎料18的伏安特性曲线，可以直观的看到在所述锡基钎料18两端温度同时改变或所述锡基钎料18两端分别位于不同温度梯度下所述锡基钎料18的电阻值变化情况，从而体现温度改变对电迁移程度的影响，通过记录不同温度梯度下的平均失效时间，即可得出温度改变对所述锡基钎料18电迁移程度的影响。
为了将外界因素干扰降至最低，所述钎料采用灌锡处理，防止氧化对实验过程中造成的影响，由于单股线比多股线通电能力强、电阻小，因此所述锡基钎料18采用单股线代替多股线，同时将所述锡基钎料18两端加入垫片，增大了所述电热片19和所述热电偶21与所述锡基钎料18的接触面积，减小了所述压力模块17对所述锡基钎料18的压力。
通过对所述升降机构与所述伸缩机构高度、长度的分别调整，针对不同厚度、不同尺寸的待测钎料，本温度控制装置均能够保证所述电热片19、所述热电偶21紧贴待测钎料端部，确保了实验数据的精确性。
所述温度控制装置散热冷却采用方形铜管蛇形排列的方式，充分利用了散热面积，同时铜管散热性能好，在出水口加所述出水电磁阀3可以有效控制设备冷却速率，实现对温度的精确控制。
所述压力模块17内部的所述伸缩弹簧25对电热片及热电偶的压力，使所述电热片19和所述热电偶21充分接触的同时，将所述电热片19及所述热电偶21导线分开，既提高了所述温度控制装置的精确度，又避免了导线之间相互影响。
所述陶瓷试样平台4不仅起到绝缘作用，同时有较高的热导率，使所述温度控制装置实验过程稳定的同时，具有较高的散热速率。
所述压力模块17表面的所述绝缘外壳26，为所述伸缩弹簧25和导线接触点提供了保护功能，同时将所述伸缩弹簧25与所测锡基钎料18隔离开，避免了研究温度对电迁移影响实验过程中其他金属件对实验结果造成的影响。
实施例2
参阅图5-6，其与实施例一的区别在于：所述伸缩机构由电机30、传动齿轮组29、曲柄连杆28和伸缩杆27构成。
所述伸缩机构工作时，所述电机30启动，所述传动齿轮组29将所述电机30转速进行改变，配合所述曲柄连杆28，将所述电机30转动变为所述伸缩杆27前后移动。
实验过程中，实验人员首先将所述锡基钎料18通电，绘制出所述锡基钎料18的伏安特性曲线，然后调整所述升降机构交叉连杆上的紧固螺母，使用按钮调节所所述伸缩机构前后位置，将所述锡基钎料18置于所述陶瓷试样平台4上，所述压力模块17分别固定在被测试样两端，所述锡基钎料18两端连接通电导线，置于所述压力模块17和所述陶瓷试样平台3之间，打开所述铜制进水管12，将所述微电子控制器11通电，分别设定所述锡基钎料18两端温度为一定的温度梯度，所述电热片19加热一段时间后，所述热电偶21分别测量钎缝两端的温度，并将温度信号转换为电信号反馈给所述微电子控制器11，微电子控制器控制所述电热片继电器和出水口电磁阀继电器吸合，可以改变所述加热装置的加热功率和所述冷却装置的冷却速率，使冷、热两端达到预定的温度梯度，此时可以测量所述锡基钎料18的电阻值，绘制所述锡基钎料18的伏安特性曲线。
本实用新型能够通过微电子控制器控制所述锡基钎料两端形成可变的稳定温度梯度，同时最大程度的避免了外界因素对锡基钎料造成的影响，使研究结果更加精确，所述冷却铜管采用方形结构蛇形排列，确保了研究温度对电迁移实验过程中锡基钎料散热的速度，所述伸缩机构同时由微电子控制器控制，可以更加精确的调整所述压力模块与所述锡基钎料的相对位置，所述压力模块内部设置的伸缩弹簧，将电热片和热电偶紧密贴合在一起，使热电偶反馈到微电子控制板上的信号更加精确，进一步提高了研究温度对电迁移影响过程中数据的精确性，所述陶瓷试样平台及所述压力模块表面绝缘外壳避免了研究温度对电迁移影响实验过程中其他金属件对实验结果造成的影响，同时陶瓷试样平台导热性能好，进一步提升了所述温度控制装置的散热速率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，其特征在于：包括底座、电源、温度控制单元和试样固定单元，所述温度控制单元和所述试样固定单元设置于所述底座上，所述温度控制单元包括微电子控制器、升温部件和降温部件，所述升温部件和降温部件均与所述微电子控制器相互传递信号，所述试样固定单元包括导轨、升降机构、伸缩机构，所述升降机构设置于所述导轨上，所述伸缩机构固定在所述升降机构上。
2.如权利要求1所述的研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，其特征在于：所述电源向微电子控制器、出水电磁阀和电热片供电。
3.如权利要求1所述的研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，其特征在于：所述微电子控制器包括控制板、显示屏、控制按钮和继电器，所述显示屏、控制按钮和继电器连接在所述控制板上，所述控制按钮包括温度设置按钮、温度升高按钮、温度降低按钮，所述继电器包括电热片继电器和出水电磁阀继电器。
4.如权利要求1所述的研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，其特征在于：所述升降机构由滑动平台、升降支架和连杆构成，所述导轨由齿轮齿条构成，所述滑动平台与所述导轨齿轮通过轴承连接，所述升降支架设置在滑动平台上方，所述升降机构与对应位置所述升降机构之间通过所述连杆连接。
5.如权利要求4所述的研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，其特征在于：所述伸缩机构由交叉连杆和紧固螺母构成，所述伸缩机构固定在所述连杆中央。
6.如权利要求1所述的研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，其特征在于：所述伸缩机构由电机、传动齿轮组、曲柄连杆和伸缩杆构成，所述电机带动所述传动齿轮组运动，所述传动齿轮组和所述曲柄连杆带动所述伸缩杆前后运动。
7.如权利要求1所述的研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，其特征在于：所述升温部件包括电热片、热电偶和压力模块，所述压力模块固定在所述伸缩机构端部，所述压力模块包括绝缘外壳、伸缩弹簧、电热片接线柱和热电偶接线柱，所述电热片接线柱和所述热电偶接线柱通过导线与所述微电子控制器及所述电源连接。
8.如权利要求7所述的研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，其特征在于：所述伸缩弹簧设置在所述电热片上方，所述热电偶固定在所述伸缩弹簧上，所述电热片底部与所述热电偶底部位于同一水平面上。
9.如权利要求1所述的研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置，其特征在于：所述降温部件包括水冷铜管、陶瓷试样平台和出水电磁阀，所述陶瓷试样平台固定在所述水冷铜管上，所述水冷铜管前后设有铜制进水管和铜制出水管，所述铜制出水管口设有所述出水电磁阀。
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| CN202320545601.5U CN220105576U (zh) | 2023-03-20 | 2023-03-20 | 研究焊点发生电迁移条件的温度控制装置 |
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