[发明专利]热-电-力耦合场下剪切、蠕变、疲劳的铰接式测试系统

说明书

本发明涉及一种热‑电‑力耦合场下剪切、蠕变、疲劳的铰接式测试系统，能够原位实时获取材料在热‑电‑力耦合条件下电子封装材料剪切、剪切蠕变、剪切疲劳力学行为的测试，并能通过位移传感器实时获取材料形变信息，通过对试件同时施加温度场、电场和力场，实现对电子封装材料在真实多场极端工作环境下基本力学性能的观测和测试；本发明便于探究热‑电‑力多场耦合条件下焊点的损伤失效机制，将单物理场或双物理场的加载条件拓展到多物理场耦合条件，解决了对焊点真实工作环境拟真度不够的问题，复现了焊点工作中多物理场耦合的真实环境。

技术领域

本发明属于热-电-力耦合多场下电子封装材料力学性能测试技术，涉及零下低温-零上高温的温度条件、不同电流强度条件下电子封装材料中被广泛应用的无铅焊料、纳米银焊膏以及部分含铅焊料等电子封装材料多场耦合测试技术，具体涉及热-电-力耦合条件下焊料的剪切、剪切蠕变、剪切疲劳行为测试技术。

背景技术

电子封装结构中的互连焊点是微电子结构中传力、散热以及电气连接的关键部位。随着电子产品的发展，传统硅基元器件正逐渐被高效利用电能的高能宽禁带半导体器件所取代，这导致电子封装结构中互连焊点常处于高温、高电流等多场耦合工作环境中。因此，电子封装材料在这种极端荷载作用下，由基体与芯片热膨胀系数不同而导致的剪切、剪切蠕变以及剪切疲劳力学性能成为目前是学者们关注的焦点之一，在某种意义上，互连焊点的力学性能可靠性决定了整个电子产品的使用可靠性。

在热-电-力多场耦合下，焊点力学性能的表现更为复杂，在高电流作用下，随着焊点内部电迁移等现象的发生，焊点内部的微观结构发生变化，导致焊点力学性能的变化。而温度、电流的多场耦合效应进一步加剧了焊点力学性能的分析难度。由于新型焊料的提出以及试验条件制约，目前许多研究工作仅针对单场或者两场作用下焊点的力学性能进行研究，但互连焊点在服役时，经常受到温度、电流、荷载等多物理场的共同作用。此外，随着封装体积不断减小，封装密度持续增大，导致封装体工作温度和通过焊点的电流密度大幅升高，这对电子封装材料的力学性能提出了更为严苛的要求。因此，进行热-电-力耦合条件下焊点剪切、剪切蠕变以及剪切疲劳性能的试验研究，对探究电子产品正常使用条件下可靠性具有重要意义。然而，已有的测试方法大多局限于热-力或电-力的两场耦合作用，且在对试件进行测试时多采用固定式夹持方式，这导致试件在测试过程中受人为误差及夹具误差较大，夹持稍有偏心会对测试试件产生多余荷载约束，增加测试误差。因此，开发一种测试和观测焊料在热-电-力耦合作用下材料力学行为的测试系统对实际工况下焊料破坏分析具有至关重要的意义。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种热-电-力耦合场下剪切、蠕变、疲劳的铰接式测试系统。

技术方案

一种热-电-力耦合场下剪切、蠕变、疲劳的铰接式测试系统，其特征在于包括电源、可移动式高低温环境试验箱、耐高温通电导线、试件通电预留连接口、焊接节点、氧化铝陶瓷销栓、铰接式夹具、疲劳机/拉伸机、氧化铝陶瓷垫圈、试件剪切键和传力杆件；根据对测试材料不同力学性能的测试需要选取拉伸机/疲劳机，拉伸机/疲劳机固定于试验测试地点，两个传力杆件分别穿过可移动式高低温环境试验箱的两端，传力杆件的一端与拉伸机/疲劳机连接，另一端与位于可移动式高低温环境试验箱内的铰接式夹具连接；两个试件剪切键通过焊接节点连接，每个试件剪切键通过氧化铝陶瓷销栓与铰接式夹具形成铰接，试件剪切键与铰接式夹具接触的地方放置氧化铝陶瓷垫圈，在试件剪切键上设有试件通电预留连接口，通过耐高温通电导线与电源连接。

有益效果