焊点电迁移电压的数据采集系统技术方案

本实用新型专利技术为焊点电迁移电压的数据采集系统，属于材料测试领域。本实用新型专利技术包括计算机，计算机连接数据采集卡，至少一个电迁移试样，每个试样都阻值相同，然后通过各个试样的接线端子将多个试样分别、同时接入上述数据采集卡的各个采集通道；当有两个以上试样，试样选用串联模式；试样由恒流源供电。然后将待测试样置于真空恒温干燥箱中，模拟高温、真空等实际应用环境。本实用新型专利技术可实时监测电迁移过程电压值的变化，建立了焊点电迁移过程电压值变化与显微组织演化的关系，数据采集采样速率可调，可灵活掌握实验试样的数量，试样的环境条件可控，数据记录格式灵活。克服了原位观察法不能实时观察与价格昂贵的缺点，且数据采集法工业适用性更强。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种焊点电迁移电压的数据采集系统，属于材料电学性能的测试 领域，适用于实时监测焊点在电迁移过程中电学性能的变化。系统建立了电迁移过程中显 微组织的演化与电压值变化的关系，可实时、同时监测多个试样在不同环境条件下的电迁 移过程，并存储数据采集数据。这种新的针对电迁移电压值变化的研究的方法，摈弃了原有 方法的不能连续观察、价格昂贵等缺点，为电迁移可靠性的研究提供了可信的定量研究，更 为工业界研究钎料在通电过程中的失效过程提供有力保障。
技术介绍
微电子封装领域中，倒装芯片正朝着以下三个方向快速发展高频率，减小封装尺 寸，高密度I/O (输入/输出)接点。封装尺寸的减少意味着一个50 μ m焊点在通过0. 2A 的电流时所承受的电流密度可达到104A/cm2，然而这个电流密度比芯片内部Al和Cu连线 所承受的电流密度低两个数量级，但这足以引发焊点电迁移现象的发生。电迁移是指在大电流密度条件下，导体中的金属原子或离子沿电子流方向发生扩 散的一种现象。电迁移发生时，在阳极处发生原子堆积形成“小丘”，阴极处因原子缺失形成 一些裂纹和空洞，随着原子的不断迁移，裂纹和空洞不断衍生与扩展，最终焊点短路导致元 件失效。因此，电迁移引发电子元器件的可靠性问题越来越得到工业界的广泛关注。研究电迁移问题的传统方法是原位观察法，即采用扫描电子显微镜或光学显微 镜，记录焊点内部特征区域在通电前后显微组织形貌，对比特征区域在通电前后显微组织 的变化来推测电迁移的发生机理。这种方法的不便之处在于电迁移是一个周期较长的 (室温条件下大于133天)，演化的过程，而以扫描电子显微镜为基础的原位观察法不仅价 格昂贵，而且不能对显微组织的演化过程进行连续的、实时的观察，对于电迁移过程中，焊 点物理性能的变化也无法得出。因此，这种研究方法用于电迁移研究存在很大缺陷。本技术的设计原理是研究表明，焊点在电迁移过程中，显微组织会发生相聚 集，相分离，形成金属间化合物，负极出现空洞，接头失效等现象。这些现象在发生，焊点会 由均勻的合金相向单一的金属相转变，或者形成其他金属成分的合金相，或者出现缺陷，从 而引发焊点的电阻值的变化。在通电条件为恒流源的条件下，可根据电压值的变化，推断出 电迁移过程中，焊点内部显微组织的实时演化情况。本技术的特点在于设计了一种 新的针对研究电迁移问题的方法，这种方法不仅能够实时监测电迁移过程中，焊点物理量 的变化及平均失效时间，并且为各种组分合金的电迁移过程中显微组织的演化提供研究依 据。
技术实现思路
本技术的目的在于避免传统研究方法的弊端，提供一种更深入的，定量的研 究通电实验中焊点失效的过程的系统，使之能够实时、连续的采集电压信号，并可结合原位 观察法，有效建立焊点内部显微组织变化与焊点物理量变化的关系。焊点电迁移电压的数据采集系统，其特征在于包括计算机，计算机连接数据采集 卡，至少一个电迁移试样，每个试样都阻值相同，然后通过各个试样的接线端子将多个试样 分别、同时接入数据采集卡的各个采集通道；当有两个以上试样，试样应选用串联模式，试 样由恒流源供电。焊点电迁移电压的数据采集系统，其特征在于每个试样阻值相同，多个试样串联 连接，还可以将一个或者多个试样放入真空恒温干燥箱中模拟工业应用环境。本实验新型的优点在于，可实时监测电迁移过程电压值的变化，建立了焊点电迁 移过程电压值变化与显微组织演化的关系，数据采集采样速率可调，可灵活掌握实验试样 的数量，试样的环境条件可控，数据记录格式灵活。克服了原位观察法不能实时观察与价格 昂贵的缺点，而且数据采集法，应用更为广泛，工业适用性更强。附图说明图1 电迁移电压的数据采集系统结构示意图图2 定间距的试样平台俯视图图3 定间距的试样平台主视图图4 对接接头试样示意图图5 冷镶后电迁移试样俯视图图6 电迁移试样焊接导线示意图图1中1_计算机，2-数据采集控制程序，3-兼容接口，4-数据采集卡，5-真空 恒温干燥箱，6-定间距试样平台，7-导线，8-恒流源，9-定间距接线端子，10-电迁移试样， Il-PCB板，12-铜线，13-钎料，14-环氧树脂，15-湿棉球。具体实施方式下面结合图1-图6对本技术的具体实例进行描述。为了达到上述目的，本技术采用了如下技术方案，如图1所示，按从硬件到软 件的关系主要包括四个部分(1)计算机1、控制程序2，兼容端口 3和数据采集卡4 ； (2)定 间距的试样平台6和恒温干燥箱5 ； (3)高温连接导线7和恒流源8。第一部分中，计算机1为数据采集卡提供虚拟仪器平台，用于从外部控制数据采 集卡工作，同时为控制程序2提供运行环境。计算机1需要有能与数据采集卡连接的端口， 例如针对数据采集卡PCI-6220的PCI端口 ；程序2用于控制采集过程，例如，针对PCI-6220 的编程的软件LabVIEW 语言，要求程序需要具备控制电压采集过程，监测及收集数据的程 序等功能。第二部分中，定间距试样平台6用于保证同时测试的多个试样处于同样的起始阻 值，真空恒温干燥箱5用于提供试样实际应用是的模拟测试环境。采用定间距测试平台6 的模式是因为根据公式R = P 1/S，在材料固定的条件下，只有固定连入数据采集卡的两 个接线端9间的电阻长度，才能得知同样阻值的试样在同样的电流密度下，不同的环境温 度，不同的通电时间，对电迁移的影响。当需要多个试样同时测试时，多个试样应选用串联 模式，这是因为为测试电迁移试样处于同样的电流密度条件下，随着环境温度的不同，产 生的不同电压值变化趋势，因此，在恒流源的条件下，多个试样应选用串联模式。权利要求一种焊点电迁移电压的数据采集系统，其特征在于包括计算机，计算机连接数据采集卡，至少一个电迁移试样，每个试样都阻值相同，然后通过各个试样的接线端子将多个试样分别、同时接入上述数据采集卡的各个采集通道；当有两个以上试样，试样选用串联模式；试样由恒流源供电。2.根据权利要求1所述的焊点电迁移电压的数据采集系统，其特征在于将一个或者 多个试样放入真空恒温干燥箱中模拟工业应用环境。专利摘要本技术为焊点电迁移电压的数据采集系统，属于材料测试领域。本技术包括计算机，计算机连接数据采集卡，至少一个电迁移试样，每个试样都阻值相同，然后通过各个试样的接线端子将多个试样分别、同时接入上述数据采集卡的各个采集通道；当有两个以上试样，试样选用串联模式；试样由恒流源供电。然后将待测试样置于真空恒温干燥箱中，模拟高温、真空等实际应用环境。本技术可实时监测电迁移过程电压值的变化，建立了焊点电迁移过程电压值变化与显微组织演化的关系，数据采集采样速率可调，可灵活掌握实验试样的数量，试样的环境条件可控，数据记录格式灵活。克服了原位观察法不能实时观察与价格昂贵的缺点，且数据采集法工业适用性更强。文档编号G01R31/26GK201681119SQ201020146158公开日2010年12月22日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日专利技术者史耀武, 夏志冬, 孙嘉, 徐广臣, 郭福, 雷永平 申请人:北京工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊点电迁移电压的数据采集系统，其特征在于：包括计算机，计算机连接数据采集卡，至少一个电迁移试样，每个试样都阻值相同，然后通过各个试样的接线端子将多个试样分别、同时接入上述数据采集卡的各个采集通道；当有两个以上试样，试样选用串联模式；试样由恒流源供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭福，孙嘉，徐广臣，史耀武，夏志冬，雷永平，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]