一种基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的微电子封装疲劳试验机及其方法


[0001]本专利技术涉及机械控制领域，具体涉及一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机及其方法
。

技术介绍

[0002]随着微电子技术的迅猛发展，微电子封装技术在各个新兴产业中扮演着关键角色
。
焊点作为芯片封装中最关键
、
最脆弱的部分，其可靠性对整个元器件的性能至关重要
。
焊点的失效可能导致整个电子产品的故障，因此对焊点的可靠性进行有效测试具有重要意义
。
[0003]传统的疲劳试验机主要用于标准试样的测试实验，但不适合焊点尺度的力学性能表征，而为了能够深入了解焊点的疲劳特性，对相关疲劳性能指标和力学参数进行表征
。
本专利技术专门设计了一款高精度微电子封装焊点疲劳试验机
。
这种试验机能够在微观层面上研究焊点的疲劳损伤和失效行为
。
由于微观焊点的材料损伤行为会在极短的时间尺度内发生变化，因此需要试验机具备精确和快速的控制响应能力，以便捕捉这些变化
。
[0004]在疲劳试验中，幅值
(
如载荷
、
位移或力
)
的精确控制通常是通过
PID
等算法在计算机控制系统中实现
。
然而，由于计算机控制系统的特性，存在一定的延迟
。
这种延迟可能源自数据采集
、
信号处理
、
算法计算等环节
。
这会影响试验机的控制响应和试验数据的实时性
。
此外，因为芯片焊点材料具有较强的粘塑性，这就导致了滞后效应的出现
。
滞后效应是指当加载条件发生变化时，材料的响应速度较慢，不能立即跟随加载条件的变化
。
而滞后效应会导致试验结果的偏差和误差，加之计算机控制系统的延迟误差，最终使得试验结果的偏差和误差在高精度试验中变得不可忽视
。
[0005]同时，目前的焊点疲劳试验机大多都是通过直接对电机进行控制来进行疲劳实验操作
。
尽管许多试验机配备了高精度的组件，但在焊点疲劳试验中，由于整个试验机系统的构件之间存在微小间隙，会导致实验结果产生一定的偏差和误差，特别是在需要在微观层面上研究焊点的实验中，这种误差是非常致命的
。
此外，若使用传统的控制方法进行操作，实际得到的实验数据与理论模拟结果之间会存在较大的差距
。
因此，本专利技术需要对试验机及其控制方法进行改进和升级，以获得更为准确和可靠的结果
。
[0006]为了克服以上两个关键问题，本专利技术引入了
FPGA
技术作为一种方案
。
相较于传统的计算机控制系统，
FPGA
具备高度可定制性和并行处理能力，能够定制硬件逻辑，优化控制系统的性能，并同时处理多个任务和信号，提高试验机的实时性和响应速度
。
采用
FPGA
技术，本专利技术能够有效克服计算机控制系统的延迟问题，实现更快速
、
精确的控制响应
。
然而，仅仅依靠
FPGA
技术还无法解决所有问题
。
为了进一步优化疲劳试验的控制和数据分析，本专利技术将机器学习算法与
FPGA
相结合
。
通过训练机器学习模型，试验机能够根据实时采集的数据进行自动调整和预测，以最大程度地接近目标疲劳寿命
。
这种创新方法将进一步提升试验机的性能和精度，推动焊点疲劳试验的发展，并为微电子封装领域的可靠性测试带来新的突破，实现更准确
、
高效的疲劳实验操作
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机及其方法
。
[0008]在硬件方面，本专利技术采用压电致动器替代传统电机进行位移驱动，实现毫秒级的位移响应时间和精确控制
。
同时，利用两个高精度位移传感器进行交叉测量，实时监测间距，并通过控制系统进行实时调整
。
在软件方面，本专利技术通过预先处理来消除试验机系统中的位移误差，再结合机器学习算法与
FPGA
技术，设计的控制系统能够高速处理数据并实现实时控制
。
这确保试验系统具备快速响应和高精度的实时控制能力，并实时消除除芯片外的位移误差，保持焊点的应变率恒定，实现位移的补偿
。
相较传统方法，本专利技术系统具有更低的延迟和更高的精度
。
同时，该系统的核心方法还能解决传统电机精度低等问题
。
因此，该系统不仅能保证试验的精确性，而且具有普适性，适用于各种微电子封装焊点疲劳试验机的开发
。
[0009]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机，包括设置于立式支撑架上的下支撑件和上支撑件，下支撑件和上支撑件之间固定有竖向平行的第一导轨
、
第二导轨和光杆，光杆上设有位移台；所述位移台的端部分别与第一导轨和第二导轨滑动连接，顶部螺栓连接有能施加竖向力的压电促动器，通过压电促动器能使位移台在光杆的限位下沿第一导轨和第二导轨竖向滑动；位于所述第一导轨上方的上支撑件上固定有用于测量位移台位移数据的第一高精度位移传感器，位于所述第二导轨下方的下支撑件上固定有用于测量位移台位移数据的第二高精度位移传感器；所述下支撑件上固定有能沿
Y
轴方向水平移动的移动台，移动台上通过力传感器连接有下夹具；所述位移台底部固定有上夹具，上夹具底部和下夹具顶部之间具有用于粘合芯片的
Y
轴方向重叠段
。
[0011]作为优选，所述光杆贯穿位移台，且两者之间滑动连接
。
[0012]作为优选，所述光杆位于上夹具和下夹具之间
。
[0013]作为优选，所述芯片包括两个铜片，两个铜片之间通过若干焊点相连为整体
。
[0014]作为优选，所述芯片的两面通过胶水与上夹具和下夹具连接
。
[0015]作为优选，所述上夹具和下夹具沿竖直方向同轴设置
。
[0016]作为优选，所述第一高精度位移传感器
、
第二高精度位移传感器和力传感器均与
FPGA
相连，用于将所测得的数据实时传输至
FPGA。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种利用第一方面任一所述基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机的控制方法，步骤依次如下：
[0018]S1、
拆除移动台和力传感器，将位移台下移直至下夹具底部能够支撑于下支撑件上，不安装芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机，其特征在于，包括设置于立式支撑架上的下支撑件
(2
‑
11)
和上支撑件
(2
‑
12)
，下支撑件
(2
‑
11)
和上支撑件
(2
‑
12)
之间固定有竖向平行的第一导轨
(2
‑
41)、
第二导轨
(2
‑
42)
和光杆
(2
‑
10)
，光杆
(2
‑
10)
上设有位移台
(2
‑
8)
；所述位移台
(2
‑
8)
的端部分别与第一导轨
(2
‑
41)
和第二导轨
(2
‑
42)
滑动连接，顶部螺栓连接有能施加竖向力的压电促动器
(2
‑
7)
，通过压电促动器
(2
‑
7)
能使位移台
(2
‑
8)
在光杆
(2
‑
10)
的限位下沿第一导轨
(2
‑
41)
和第二导轨
(2
‑
42)
竖向滑动；位于所述第一导轨
(2
‑
41)
上方的上支撑件
(2
‑
12)
上固定有用于测量位移台
(2
‑
8)
位移数据的第一高精度位移传感器
(2
‑
6)
，位于所述第二导轨
(2
‑
42)
下方的下支撑件
(2
‑
11)
上固定有用于测量位移台
(2
‑
8)
位移数据的第二高精度位移传感器
(2
‑
9)
；所述下支撑件
(2
‑
11)
上固定有能沿
Y
轴方向水平移动的移动台
(2
‑
1)
，移动台
(2
‑
1)
上通过力传感器
(2
‑
2)
连接有下夹具
(2
‑
3)
；所述位移台
(2
‑
8)
底部固定有上夹具
(2
‑
5)
，上夹具
(2
‑
5)
底部和下夹具
(2
‑
3)
顶部之间具有用于粘合芯片
(4
‑
2)
的
Y
轴方向重叠段
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机，其特征在于，所述光杆
(2
‑
10)
贯穿位移台
(2
‑
8)
，且两者之间滑动连接
。3.
根据权利要求1所述的一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机，其特征在于，所述光杆
(2
‑
10)
位于上夹具
(2
‑
5)
和下夹具
(2
‑
3)
之间
。4.
根据权利要求1所述的一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机，其特征在于，所述芯片
(4
‑
2)
包括两个铜片
(3
‑
1)
，两个铜片
(3
‑
1)
之间通过若干焊点
(3
‑
2)
相连为整体
。5.
根据权利要求1所述的一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机，其特征在于，所述芯片
(4
‑
2)
的两面通过胶水
(4
‑
3)
与上夹具
(2
‑
5)
和下夹具
(2
‑
3)
连接
。6.
根据权利要求1所述的一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机，其特征在于，所述上夹具
(2
‑
5)
和下夹具
(2
‑
3)
沿竖直方向同轴设置
。7.
根据权利要求1所述的一种基于
FPGA
的微电子封装疲劳试验机，其特征在于，所述第一高精度位移传感器
(2
‑
6)、
第二高精度位移传感器
(2
‑
9)
和力传感器
(2
‑
2)
均与
FPGA
相连，用于将所测得的数据实时传输至
FPGA。8.
一种利用权利要求1～7任一所述基于
FPGA
...

【专利技术属性】
技术研发人员：许杨剑，沈成凯，王仁源，胡志伟，阮洪势，鞠晓喆，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：