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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(cè)量系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本套測(cè)量系統(tǒng)主要包括焊點(diǎn)測(cè)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(gè)部分。通過實(shí)時(shí)測(cè)量焊點(diǎn)電阻變化來反映焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋的生長(zhǎng)情況。在溫度循環(huán)條件下，焊點(diǎn)測(cè)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(hào)，并發(fā)送至上位機(jī)軟件，完成在線實(shí)時(shí)試驗(yàn)曲線的繪制，從而達(dá)到預(yù)測(cè)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(chǎng)上比較成熟的設(shè)備，具有較高的穩(wěn)定性。同時(shí)，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(cè)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(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，將不可避免的對(duì)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(duì)于X射線發(fā)射器的使用和維修，要比本項(xiàng)目測(cè)試系統(tǒng)繁瑣和昂貴很多。對(duì)于準(zhǔn)自動(dòng)焊點(diǎn)可靠性檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)、X-Y掃描工作平臺(tái)以及由計(jì)算機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，其所使用的設(shè)備價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，將會(huì)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(duì)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(duì)于無鉛焊接材料焊點(diǎn)性能的監(jiān)測(cè)及檢測(cè)顯得十分的重要。本項(xiàng)目中，通過系統(tǒng)對(duì)于無鉛焊接材料焊點(diǎn)內(nèi)部裂紋的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊點(diǎn)壽命以及電子產(chǎn)品壽命的預(yù)測(cè)，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(cè)試系統(tǒng)主要包括焊點(diǎn)測(cè)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(gè)部分。當(dāng)焊點(diǎn)在載荷的作用下產(chǎn)生蠕變和疲勞時(shí)，焊點(diǎn)測(cè)試儀實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)試儀。焊點(diǎn)測(cè)試儀內(nèi)部的微處理器隨后將所有測(cè)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(cè)微電阻的基礎(chǔ)上，提出用五點(diǎn)差分法測(cè)量焊點(diǎn)的微電阻。3、利用測(cè)試儀、測(cè)試裝置和上位機(jī)軟件creep實(shí)時(shí)地測(cè)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(shí)精確測(cè)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(cè)量微電阻，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，可以更為精確的測(cè)量微電阻。2、焊點(diǎn)測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確可靠。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)需要被檢測(cè)的焊點(diǎn)的蠕變情況，并且根據(jù)連續(xù)點(diǎn)情況的測(cè)量，有效地分析運(yùn)算出該焊點(diǎn)失效的時(shí)間，從而對(duì)其可靠性進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)估計(jì)。關(guān)于焊點(diǎn)蠕變的檢測(cè)，目前在科研、生產(chǎn)領(lǐng)域有一些比較成熟的檢測(cè)方法。但是，這些相對(duì)比較成熟的檢測(cè)方法，針對(duì)的都是部件檢測(cè)。比如X-ray檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、機(jī)械性破壞檢測(cè)、顯微組織檢測(cè)、染色試驗(yàn)熒光滲透劑檢測(cè)、加載檢測(cè)及可靠性評(píng)價(jià)，這些針對(duì)的都是多個(gè)焊點(diǎn)集中的芯片、零件等，其檢測(cè)并不能夠針對(duì)到具體的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。 通過對(duì)X-ray檢查方法和準(zhǔn)自動(dòng)焊點(diǎn)可靠性檢測(cè)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(cè)試系統(tǒng)在性能方面，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。通過間隔時(shí)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(dòng)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(duì)應(yīng)的焊點(diǎn)電阻阻值，能夠很好的預(yù)測(cè)焊點(diǎn)的使用安全壽命和可靠性。
獲獎(jiǎng)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(jiǎng) 該作品利用一種新的電測(cè)的方法，從一個(gè)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(cè)量研究方法，同時(shí)，通過這種新的測(cè)量手段，擴(kuò)展了蠕變問題的相系數(shù)據(jù)庫(kù)，得到了寶貴的理論研究成果，對(duì)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(chǎng)演示、圖片。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本項(xiàng)目采用了全新的問題處理視角，將不易檢測(cè)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(cè)模型。并且，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)微焊點(diǎn)電阻的測(cè)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(shí)在線檢測(cè)，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(cè)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(duì)于電子產(chǎn)品焊點(diǎn)蠕變性能的檢測(cè)，會(huì)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(duì)微電子設(shè)備中的焊點(diǎn)性能檢測(cè)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(duì)焊點(diǎn)檢測(cè)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(duì)于X射線發(fā)射器的使用和維修，要比本項(xiàng)目測(cè)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(guó)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(duì)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(gè)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(zhǎng)大的過程，是應(yīng)力/應(yīng)變的函數(shù)，失效同時(shí)也是材料、界面和電子封裝結(jié)構(gòu)形狀的函數(shù)。對(duì)焊點(diǎn)破壞行為和破壞機(jī)理、焊點(diǎn)的可靠性評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)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(duì)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(cè)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?cè)囼?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(shí)，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(cè)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(shí)、高效、簡(jiǎn)捷地對(duì)焊點(diǎn)的蠕變特性進(jìn)行測(cè)試、評(píng)估。一般存在測(cè)量周期過長(zhǎng)，設(shè)備造價(jià)昂貴，操作不便，破壞實(shí)驗(yàn)樣品，對(duì)操作人員健康不利等諸多缺陷，給測(cè)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(shí)的監(jiān)控和測(cè)量。雖然許多研究者也從微觀角度對(duì)無鉛焊點(diǎn)的蠕變特性進(jìn)行研究，但采用在線測(cè)量電阻應(yīng)變的方法尚未有過報(bào)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(bào)道的無鉛焊點(diǎn)蠕變研究方法即在線微電阻測(cè)量的方法，分別從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)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(tái)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了無鉛焊點(diǎn)蠕變電阻測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線地、實(shí)時(shí)地測(cè)量電阻應(yīng)變與蠕變的關(guān)系。
