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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 服役期無鉛焊點(diǎn)微電阻在線測量系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本套測量系統(tǒng)主要包括焊點(diǎn)測試儀，溫度控制儀，實(shí)驗(yàn)裝置及上位機(jī)應(yīng)用軟件四個部分。通過實(shí)時測量焊點(diǎn)電阻變化來反映焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋的生長情況。在溫度循環(huán)條件下，焊點(diǎn)測試儀，溫度控制儀分別采集焊點(diǎn)微電阻值、剪切應(yīng)力及溫度信號，并發(fā)送至上位機(jī)軟件，完成在線實(shí)時試驗(yàn)曲線的繪制，從而達(dá)到預(yù)測電失效，研究焊點(diǎn)可靠性的目的。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目所使用的設(shè)備均為高安全性設(shè)備。在技術(shù)特征上，都是目前市場上比較成熟的設(shè)備，具有較高的穩(wěn)定性。同時，設(shè)備的性能要求并不苛刻，便能實(shí)現(xiàn)精確的微電阻測量，進(jìn)而通過系統(tǒng)分析，得出精確的阻值—裂紋蠕變狀況曲線，根據(jù)實(shí)際的需要獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在X-ray檢查方法中，由于采用了X射線對設(shè)備進(jìn)行檢測，將不可避免的對使用者產(chǎn)生一定的健康影響。X射線發(fā)射器成本和防護(hù)設(shè)備成本已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了本項(xiàng)目中所使用的儀器設(shè)備的費(fèi)用。在設(shè)備的使用和維護(hù)方面，本項(xiàng)目所使用設(shè)備穩(wěn)定性好，維修方便并且成本較低，制作成本僅2000元左右。對于X射線發(fā)射器的使用和維修，要比本項(xiàng)目測試系統(tǒng)繁瑣和昂貴很多。對于準(zhǔn)自動焊點(diǎn)可靠性檢測技術(shù)，其所使用的設(shè)備主要包括YJLG激光系統(tǒng)、紅外探測系統(tǒng)、X-Y掃描工作平臺以及由計(jì)算機(jī)控制的驅(qū)動系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，其所使用的設(shè)備價格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，將會大大增加生產(chǎn)成本。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明的目的：隨著無鉛焊料應(yīng)用的普及，無鉛焊料焊點(diǎn)的可靠性問題備受關(guān)注。隨著微電子器件中的焊點(diǎn)越來越小，對可靠性要求日益提高。鑒于無鉛焊接材料的應(yīng)用前景和存在的不可靠性問題，對于無鉛焊接材料焊點(diǎn)性能的監(jiān)測及檢測顯得十分的重要。本項(xiàng)目中，通過系統(tǒng)對于無鉛焊接材料焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋的生長狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對焊點(diǎn)壽命以及電子產(chǎn)品壽命的預(yù)測，達(dá)到預(yù)防因焊點(diǎn)疲勞失效造成的事故的目的。 設(shè)計(jì)的基本思路：測試系統(tǒng)主要包括焊點(diǎn)測試儀，溫度控制儀，實(shí)驗(yàn)裝置及上位機(jī)應(yīng)用軟件四個部分。當(dāng)焊點(diǎn)在載荷的作用下產(chǎn)生蠕變和疲勞時，焊點(diǎn)測試儀實(shí)時測量焊點(diǎn)的電阻和拉力，溫度控制儀根據(jù)模式選擇和參數(shù)設(shè)定控制溫度，并將循環(huán)次數(shù)和溫度值發(fā)送到焊點(diǎn)測試儀。焊點(diǎn)測試儀內(nèi)部的微處理器隨后將所有測量的物理量，以特定數(shù)據(jù)幀的形式，經(jīng)由通訊接口發(fā)送到上位機(jī)應(yīng)用軟件。上位機(jī)應(yīng)用軟件提取相關(guān)數(shù)據(jù)，完成曲線繪圖、數(shù)據(jù)存取、打印等工作。 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)：1、利用等效裂紋與電阻應(yīng)變的新方法研究焊點(diǎn)的蠕變特性。2、在傳統(tǒng)四探針法測微電阻的基礎(chǔ)上，提出用五點(diǎn)差分法測量焊點(diǎn)的微電阻。3、利用測試儀、測試裝置和上位機(jī)軟件creep實(shí)時地測量無鉛焊點(diǎn)的電阻變化，分析蠕變情況。 技術(shù)關(guān)鍵：1、實(shí)時精確測量焊點(diǎn)的微電阻是本項(xiàng)目的難點(diǎn)，系統(tǒng)采用五點(diǎn)差分法測量微電阻，與傳統(tǒng)測量方法相比，可以更為精確的測量微電阻。2、焊點(diǎn)測試儀的軟/硬件實(shí)現(xiàn)是本項(xiàng)目的重點(diǎn)，系統(tǒng)采用合理穩(wěn)定的硬件設(shè)計(jì)配合精確有效的軟件程序保證了試驗(yàn)測量的準(zhǔn)確可靠。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該系統(tǒng)可以實(shí)時的監(jiān)測需要被檢測的焊點(diǎn)的蠕變情況，并且根據(jù)連續(xù)點(diǎn)情況的測量，有效地分析運(yùn)算出該焊點(diǎn)失效的時間，從而對其可靠性進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測估計(jì)。關(guān)于焊點(diǎn)蠕變的檢測，目前在科研、生產(chǎn)領(lǐng)域有一些比較成熟的檢測方法。但是，這些相對比較成熟的檢測方法，針對的都是部件檢測。比如X-ray檢測、超聲波檢測、機(jī)械性破壞檢測、顯微組織檢測、染色試驗(yàn)熒光滲透劑檢測、加載檢測及可靠性評價，這些針對的都是多個焊點(diǎn)集中的芯片、零件等，其檢測并不能夠針對到具體的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。 通過對X-ray檢查方法和準(zhǔn)自動焊點(diǎn)可靠性檢測技術(shù)的介紹，我們可以看：本項(xiàng)目所得到的服役期無鉛焊點(diǎn)微電阻在線測試系統(tǒng)在性能方面，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測的功能。通過間隔時間數(shù)據(jù)的采集，能夠得到高精度準(zhǔn)確的焊點(diǎn)裂紋蠕變的動態(tài)變化曲線，結(jié)合相應(yīng)的蠕變理論和具體焊點(diǎn)的失效裂紋標(biāo)準(zhǔn)找出對應(yīng)的焊點(diǎn)電阻阻值，能夠很好的預(yù)測焊點(diǎn)的使用安全壽命和可靠性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 在第八屆湖南省“挑戰(zhàn)杯”中獲得一等獎 該作品利用一種新的電測的方法，從一個新的角度來研究焊點(diǎn)蠕變損傷的問題，豐富了焊點(diǎn)損傷的測量研究方法，同時，通過這種新的測量手段，擴(kuò)展了蠕變問題的相系數(shù)據(jù)庫，得到了寶貴的理論研究成果，對于此領(lǐng)域影響和意義重大。 鑒定人：蔣禮教授
作品所處階段
- 中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本項(xiàng)目采用了全新的問題處理視角，將不易檢測的焊點(diǎn)蠕變現(xiàn)象和具體的電阻數(shù)值變化結(jié)合在了一起，構(gòu)建起了一套全新的焊點(diǎn)蠕變檢測模型。并且，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對微焊點(diǎn)電阻的測量，采用了新的五點(diǎn)差分法，有效避免了一些不利的影響因素，確保了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)還在該領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)了實(shí)時在線檢測，開發(fā)出了有效地?cái)?shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)，為未來焊點(diǎn)蠕變性能檢測提供了強(qiáng)有力的全新方法和理論。該理論和系統(tǒng)技術(shù)必將得到更加廣泛的應(yīng)用，開創(chuàng)出一條全新的前進(jìn)道路。 無鉛焊接材料已經(jīng)廣泛的深入到各種電子產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域。對于電子產(chǎn)品焊點(diǎn)蠕變性能的檢測，會隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的比例的增加而得到越來越多的應(yīng)用。對微電子設(shè)備中的焊點(diǎn)性能檢測也是必不可少的，并且，微電子的特點(diǎn)也必然帶來“微焊點(diǎn)”，對焊點(diǎn)檢測技術(shù)也提出了很高的要求。 在設(shè)備的使用和維護(hù)方面，本項(xiàng)目所使用設(shè)備穩(wěn)定性好，維修方便并且成本較低，制作成本僅2000元左右。對于X射線發(fā)射器的使用和維修，要比本項(xiàng)目測試系統(tǒng)繁瑣和昂貴很多。
同類課題研究水平概述
- 近幾年來有關(guān)無鉛焊料的研究工作發(fā)展很快，世界上各大著名公司、國家實(shí)驗(yàn)室和研究院所投入了相當(dāng)?shù)牧α块_展無鉛焊料的研究。其中Sn-Ag合金被認(rèn)為是很具有潛力的無鉛焊料，尤其是Sn-3.5Ag的共晶合金。隨著無鉛焊料應(yīng)用的普及，微電子器件中對焊點(diǎn)的可靠性要求越來越高，焊點(diǎn)的質(zhì)量與可靠性很大程度決定了電子產(chǎn)品的質(zhì)量。一個焊點(diǎn)的失效就有可能導(dǎo)致電路系統(tǒng)整體的失效，在熱、機(jī)械、電磁或化學(xué)載荷作用下的萌生、聚集與長大的過程，是應(yīng)力/應(yīng)變的函數(shù)，失效同時也是材料、界面和電子封裝結(jié)構(gòu)形狀的函數(shù)。對焊點(diǎn)破壞行為和破壞機(jī)理、焊點(diǎn)的可靠性評估和壽命預(yù)測的研究已有不少新的成果。 當(dāng)前關(guān)于無鉛焊料的蠕變特性研究逐漸成為熱點(diǎn)，吸引了眾多研究者。但均利用光學(xué)、在線SEM 的方法。例如，McDougall J.采用光學(xué)手段捕捉試樣表面特定劃痕的形變圖像，利用Adobe Photoshop? 對這些圖像進(jìn)行預(yù)處理，再借助圖像數(shù)據(jù)數(shù)字化軟件“Datathief”提取特定劃痕上坐標(biāo)點(diǎn)的變化，由此測量無鉛焊點(diǎn)的蠕應(yīng)變分布。K.J.LAU 利用在線SEM方法研究無鉛焊點(diǎn)的蠕變失效，其基本過程為：在剪切蠕變試驗(yàn)過程中，捕捉無鉛焊點(diǎn)的SEM 顯微結(jié)構(gòu)圖，并記錄載荷的位移；同時，根據(jù)銅基板表面的激光柵格顯微圖像及其有限元分析結(jié)果，測量焊點(diǎn)的應(yīng)變。 上述光學(xué)、在線SEM 的方法均未能實(shí)時、高效、簡捷地對焊點(diǎn)的蠕變特性進(jìn)行測試、評估。一般存在測量周期過長，設(shè)備造價昂貴，操作不便，破壞實(shí)驗(yàn)樣品，對操作人員健康不利等諸多缺陷，給測量和研究者帶來不便。并且在此類的實(shí)驗(yàn)方法中，并不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時的監(jiān)控和測量。雖然許多研究者也從微觀角度對無鉛焊點(diǎn)的蠕變特性進(jìn)行研究，但采用在線測量電阻應(yīng)變的方法尚未有過報道。 在無鉛焊點(diǎn)應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，就理論和實(shí)際而言，其機(jī)械特性與電學(xué)特性存在一定的關(guān)系。鑒于此，我們采用一種尚未有報道的無鉛焊點(diǎn)蠕變研究方法即在線微電阻測量的方法，分別從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對Sn-3.5Ag焊點(diǎn)剪切蠕變應(yīng)變電阻進(jìn)行研究和探討，從而間接研究Sn-3.5Ag焊點(diǎn)的蠕變行為特點(diǎn)。系統(tǒng)主要基于等效裂紋與電阻應(yīng)變理論，在Delphi集成開發(fā)平臺的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了無鉛焊點(diǎn)蠕變電阻測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線地、實(shí)時地測量電阻應(yīng)變與蠕變的關(guān)系。
