[发明专利]机械往复式快速热疲劳实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种机械往复式快速热疲劳实验装置及方法，它包括加热系统，冷却系统、试样位移系统和计数系统；所述加热系统包括能够绕其中心顺时针或逆时针旋转的第一旋转铜盘，在第一旋转铜盘的正面和背面分别设有一第一温度传感器、加热片和第一温度控制器，在第一旋转铜盘上还连接有能够控制其旋转角度和静止时间的第一转速控制器；所述冷却系统包括能够绕其中心旋转的第二旋转铜盘和第二温度控制器，在第二旋转铜盘的正面和背面分别设有一第二温度传感器和制冷片，在第二旋转铜盘上连接有能够控制其转速的第二转速控制器；所述式样位移系统包括一试样移动板，所述试样移动板能够带动试样沿第一旋转铜盘和第二旋转铜盘中心位置作水平往复移动。

技术领域

本发明涉及一种热疲劳实验装置，具体涉及一种机械往复式快速热疲劳实验装置及方法。

背景技术

随着IGBT和LED等大功率器件的逐步推广和应用，封装体密度越来越高，焊点尺寸越来越小，焊点数量越来越多，其元器件内部芯片所承受的功率越来越大，封装体内部的热流密度也越来越高，为了更好的发挥其性能必须进行冷却降温。因此元器件内部焊点在服役过程中必将承受着高频率、急剧的温度变化，必将导致元器件内部各种材料的热膨胀系数失配，以及起连接作用的焊点承受着应力应变的循环变化，进而引起焊点的热疲劳破坏，导致整个封装器件的失效。

基于上述问题，在封装体生产前，需对封装体内各个焊点进行热疲劳实验，以生产出合格的封装体，使封装体的使用寿命更长。目前，常规的含热冲击和热循环实验温度变化慢，循环周期特别长。例如文献[Yan Qi,Rex Lam,et al.Temperature profile effectsin accelerated thermal cycling of SnPb and Pb-free solder joints.Microelectronics Reliability,2006,46 (2-4):574-588]采用两种升温速率（14℃/min和95℃/min）对晶体管2512和PBGA256电子元件的SnPb和无铅焊料进行试验。研究发现，在相同的失效模式下，高升温速率大大缩短了测试时间，但升温速率依然达不到大功率器件内部焊点在服役过程中温度变化速率。又如某公司的D/GDWJB-800L高低温冲击试验箱，其设备升温速率低（0~25℃/min），单个循环周期大。又如文献[李聪，电子封装快速热疲劳可靠性的研究，华中科技大学硕士论文，2012]和[陈继兵, 快速热疲劳对无铅微焊点性能和微观组织的影响, 华中科技大学博士论文, 2013]采用三种升温速率（7℃/S、12.5℃/S和14℃/S）和三种热循环温度（55～125℃、55～180℃、60～200℃）对无铅焊点进行快速热疲劳试验。其试验装置的升温速率较常规热疲劳有较大提升，但升温速率还有优化的空间，且低温段温度过高还需要大幅度降低。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种升温速率快，且低温段温度较低的机械往复式快速热疲劳实验装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：