一种用于电子元件的快速冷热冲击实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于电子元件的快速冷热冲击实验装置及方法，包括往复运动组件以及上下布置的制热组件和制冷组件，制热组件包括防护罩，防护罩内壁设有用于安装线圈的容置槽，轴向设有容往复运动组件穿过的通孔；制冷组件包括箱体，箱体上表面与通孔对应的位置上设有能够开合的隔热板，箱体内装有冷却液；往复运动组件包括升降杆、载物台和加热盘，载物台固定于升降杆的下端且载物台中部设有容纳腔，加热盘固定于容纳腔中，上表面用于放置试样，试样在升降杆的带动下在制热组件和制冷组件之间进行往复移动。其能够实现对电子元件的封装焊点的快速冷热冲击，有效模拟电子元件实际服役过程中受到的冷热冲击，结构简单，成本低廉。

A Rapid Cold and Heat Shock Test Device and Method for Electronic Components

【技术实现步骤摘要】
一种用于电子元件的快速冷热冲击实验装置及方法
本专利技术涉及电子元件的可靠性检测，具体涉及一种用于电子元件的快速冷热冲击实验装置及方法。
技术介绍
随着GTO、GTR和IGBT等功率器件的全面盛行和人们对微小化产品的需求，高密度的三维封装早已经成为硬性的需求。越来越密集的三维封装密度，使得更多的微小焊点被运用，而人们对功率器件的功率也日益剧增，其内部集成电路IC所承受的功率也越来越大，三维封装微小焊点所承受的电流密度成倍剧增。为了让三维封装微小焊点在服役过程能够更好地发挥其功能，必须对其进行冷却降温，因此，三维封装微小焊点在实际工作过程中，会受到高频率的冷热冲击。研究表明，在GTO、GTR和IGBT等功率器件服役过程中，多孔焊点的机械性能和导热系数在冷热冲击的次数增加的情况下会发生剧大的变化。在空隙的边界处存在大量的应力集中，在冷热冲击的次数增加的情况下空隙也会进一步扩大和集聚。不同的电子器件存在不同的热膨胀系数，其产生的热机械应力导致了多样化的失效模式。根据现有文献可知，GTO、GTR和IGBT等功率器件退化的根本原因是电子系统中的冷热冲击，而其中电力电子系统中的焊点的机械退化尤为严重。因此，急需一种快速冷热冲击系统来对微电子产品的可靠性进行检测和评估。根据IPC9701A-2006标准可知，常规含有冷热冲击和热循环实验温度变化较慢，循环周期比较长，完全无法模拟GTO、GTR和IGBT等功率器件在实际服役过程中受到往复通断和快速脉冲，更无法准确有效的检测和评估微电子产品的可靠性。现有的冷热冲击实验装置主要是通过对整体环境加热或冷却，或通过金属平台进行加热或冷却，间接实现对电子元件微小焊点的加热或冷却，仅仅是表面上达到想要的温度变化速率，由于焊点与电子元件板材的热导系数不相同，即焊点处的实际温度很难达到预期的数值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于电子元件的快速冷热冲击实验装置及方法，其能够实现对电子元件的封装焊点的快速冷热冲击，有效模拟电子元件实际服役过程中受到的冷热冲击，结构简单，成本低廉。本专利技术所述的用于电子元件的快速冷热冲击实验装置，包括往复运动组件以及上下布置的制热组件和制冷组件，所述制热组件包括线圈和防护罩，所述防护罩内壁设有用于安装线圈的容置槽，轴向设有容往复运动组件穿过的通孔；所述制冷组件包括箱体和冷却液，所述箱体上表面与通孔对应的位置上设有能够开合的隔热板，箱体内装有冷却液；所述往复运动组件包括升降杆、载物台和加热盘，所述升降杆与制热组件的通孔间隙配合，载物台固定于升降杆的下端且载物台中部设有容纳腔，加热盘固定于容纳腔中，所述加热盘上表面用于放置试样，当线圈通入电流，加热盘位于防护罩内时，由于电磁效应加热盘发热对试样进行加热；试样在升降杆的带动下在制热组件和制冷组件之间进行往复移动。进一步，所述加热盘中心设有第一温度采集组件，线圈和第一温度采集组件均与控制系统连接，所述控制系统获取由第一温度采集组件得到的温度信号，根据该温度信号调节线圈的通入电流。进一步，所述制冷组件还包括制冷压缩机和泵体，所述制冷压缩机的进液口与箱体内的冷却液管路连接，出液口与泵体的进液口管路连接，泵体的出液口与箱体内的冷却液管路连接；所述冷却液中设有第二温度采集组件，制冷压缩机和第二温度采集组件均与控制系统连接，所述控制系统获取由第二温度采集组件得到的温度信号，根据该温度信号调节制冷压缩机的制冷功率，使得冷却液温度保持恒定。进一步，所述冷却液为去离子水和乙二醇的混合溶液，冰点为-69℃，去离子水和乙二醇的体积比为1：2。进一步，所述升降杆与载物台通过销钉固定连接。进一步，所述防护罩为陶瓷罩，所述升降杆外侧壁的材质为钢，载物台的材质为水泥石棉，加热盘的材质为铜。一种快速冷热冲击实验方法，采用上述的用于电子元件的快速冷热冲击实验装置，包括如下步骤：步骤一，将试样固定于加热盘上表面；步骤二，根据工艺要求设定试样的加热温度、加热时间和保温时间、试样的制冷温度和制冷时间以及循环次数；步骤三，闭合隔热板，启动制热组件，线圈通入电流，升降杆位于初始位置，加热盘位于防护罩内，加热盘由于电磁效应发热并对试样进行加热、保温；步骤四，打开隔热板，升降杆向下运动，带动载物台及加热盘和试样浸没入冷却液中，达到设定的制冷时间后，升降杆向上运动至初始位置，单次循环结束；步骤五，重复步骤三和步骤四，直至循环次数达到设定值。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果。1、本专利技术由于具有上述结构，使得电子元件能够在高温和低温环境之间快速更换，缩短了冷热冲击循环实验时间，进而能够更快地检测电子产品的可靠性，提高了试样的检测效率。2、本专利技术通过加热盘的电磁效应对试样焊点的直接加热，通过冷却液的浸没对试样焊点的直接制冷，实现了对电子元件的关键位置即封装焊点的快速冷热冲击，相较于现有的通过整体环境加热或冷却，或通过金属平台加热或冷却，更加有效地模拟了电子元件在实际服役过程焊点机械性能和导热系数受冷热冲击的影响，提高了测试结果的准确性。3、本专利技术通过设置第一温度采集组件和第二温度采集组件，结合控制系统形成实时反馈调节，实现了试样温度能够在较大程度上达到预设的数值，保证了冷热冲击实验精度。4、本专利技术结构简单，成本低廉，同时由于防护罩为陶瓷罩，载物台的材质为水泥石棉，避免了线圈产生的电磁场带来其他不可知的影响。5、本专利技术所述的快速冷热冲击实验方法操作简单快捷，对实验人员的操作要求较低，减少了人工操作带来的误差影响。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的往复运动组件的结构示意图；图3为本专利技术的制冷组件的结构示意图；图4为本专利技术的工作流程示意图。图中，1—线圈，2—防护罩，21—容置槽，22—通孔，3—箱体，31—冷却液，32—第二温度采集组件，4—隔热板，5—升降杆，6—载物台，61—容纳腔，7—加热盘，8—第一温度采集组件，9—第二温度采集组件，10—试样，11—销钉，12—驱动电机，13—制冷压缩机，14—泵体。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细说明。参见图1至图3，所示的用于电子元件的快速冷热冲击实验装置，包括往复运动组件以及上下布置的制热组件和制冷组件。所述制热组件包括线圈1和防护罩2，所述防护罩2内壁设有用于安装线圈1的容置槽21，轴向设有容往复运动组件穿过的通孔22。所述制冷组件包括箱3体和冷却液31，所述箱体3上表面与通孔22对应的位置上设有能够开合的隔热板4，箱体3内装有冷却液31。所述往复运动组件包括升降杆5、载物台6和加热盘7，所述升降杆5与制热组件的通孔22间隙配合，载物台6固定于升降杆5的下端且载物台6中部设有容纳腔61，加热盘7固定于容纳腔61中，所述加热盘7上表面用于放置试样10，当线圈1通入电流，加热盘7位于防护罩2内时，由于电磁效应加热盘7发热对试样10进行加热；升降杆5由驱动电机12驱动作往复运动，试样10在升降杆5的带动下在制热组件和制冷组件之间进行往复移动。通过线圈1通入高频大电流，形成强烈的偶电流，利用电磁效应实现对加热盘7的加热，进而对加热盘7上表面的试样10上的关键位置直接加热，即直接对电子元件的封装焊点进行加热，无需再借助环境气氛进行加热，提高了升温效率。通过升降杆5的往复运动实现了试样10在制热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电子元件的快速冷热冲击实验装置，包括往复运动组件以及上下布置的制热组件和制冷组件，其特征在于：所述制热组件包括线圈（1）和防护罩（2），所述防护罩（2）内壁设有用于安装线圈（1）的容置槽（21），轴向设有容往复运动组件穿过的通孔（22）；所述制冷组件包括箱体（3）和冷却液（31），所述箱体（3）上表面与通孔（22）对应的位置上设有能够开合的隔热板（4），箱体（3）内装有冷却液（31）；所述往复运动组件包括升降杆（5）、载物台（6）和加热盘（7），所述升降杆（5）与制热组件的通孔（22）间隙配合，载物台（6）固定于升降杆（5）的下端且载物台（6）中部设有容纳腔（6），加热盘（7）固定于容纳腔（61）中，所述加热盘（7）上表面用于放置试样（10），当线圈（1）通入电流，加热盘（7）位于防护罩（2）内时，由于电磁效应加热盘（7）发热对试样（10）进行加热；试样（10）在升降杆（5）的带动下在制热组件和制冷组件之间进行往复移动。

【技术特征摘要】
1.一种用于电子元件的快速冷热冲击实验装置，包括往复运动组件以及上下布置的制热组件和制冷组件，其特征在于：所述制热组件包括线圈（1）和防护罩（2），所述防护罩（2）内壁设有用于安装线圈（1）的容置槽（21），轴向设有容往复运动组件穿过的通孔（22）；所述制冷组件包括箱体（3）和冷却液（31），所述箱体（3）上表面与通孔（22）对应的位置上设有能够开合的隔热板（4），箱体（3）内装有冷却液（31）；所述往复运动组件包括升降杆（5）、载物台（6）和加热盘（7），所述升降杆（5）与制热组件的通孔（22）间隙配合，载物台（6）固定于升降杆（5）的下端且载物台（6）中部设有容纳腔（6），加热盘（7）固定于容纳腔（61）中，所述加热盘（7）上表面用于放置试样（10），当线圈（1）通入电流，加热盘（7）位于防护罩（2）内时，由于电磁效应加热盘（7）发热对试样（10）进行加热；试样（10）在升降杆（5）的带动下在制热组件和制冷组件之间进行往复移动。2.根据权利要求1所述的用于电子元件的快速冷热冲击实验装置，其特征在于：所述加热盘（7）中心设有第一温度采集组件（8），线圈（1）和第一温度采集组件（8）均与控制系统连接，所述控制系统获取由第一温度采集组件（8）得到的温度信号，根据该温度信号调节线圈（1）的通入电流。3.根据权利要求2所述的用于电子元件的快速冷热冲击实验装置，其特征在于：所述制冷组件还包括制冷压缩机（13）和泵体（14），所述制冷压缩机（13）的进液口与箱体（3）内的冷却液（31）管路连接，出液口与泵体（14）的进液口管路连接，泵体（14）的出液口与箱体（3）内的冷却液（31）管路连接；所述冷却液（31...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨栋华，杜飞，田将，谭乾坤，黄宏，陈新年，甘贵生，夏大权，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50