專利名稱：一種測量高速裂紋擴(kuò)展的速率儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測量材料快速斷裂擴(kuò)展速率用的機(jī)械領(lǐng)域，具體為一種測量高速裂紋擴(kuò)展的速率儀。
背景技術(shù)：
目前，由于單晶硅做成的晶片在技術(shù)領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用，例如應(yīng)用于集成電路等，但隨著科技技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對工作和生活的要求越來越高，有些電器的形狀、體積、重量越來越追求美觀、小巧、輕便。因此電器的元器件做得也越來越小、越輕。但對于又薄又小的單晶片，使用過程中會受到各種各樣的應(yīng)力作用，容易引起疲勞和斷裂，導(dǎo)致器件破損。因此，表征和測試單晶片的力學(xué)性能特性成為提高單晶片及成品的壽命和可靠性的關(guān)鍵因素。目前，人們一般通過測試單晶片的疲勞壽命及裂紋擴(kuò)展速率來標(biāo)定單晶片的性能指標(biāo)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種測量高速裂紋擴(kuò)展的速率儀，通過該儀器測出裂紋的擴(kuò)展速率來研究單晶片的力學(xué)性能。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種測量高速裂紋擴(kuò)展的速率儀，包括橋式電路、與試驗(yàn)機(jī)相連的單晶片、安裝于橋式電路輸出端的示波器，橋式電路由標(biāo)準(zhǔn)電阻和可變電阻構(gòu)成，單晶片串聯(lián)在可變電阻所在的電橋上。
本實(shí)用新型的有益效果是由于微小單晶片脆性大，單晶片整個斷裂時間一般在10-6s～10-5s，因此不能用一般的方法測量其裂紋擴(kuò)展速率，當(dāng)單晶片在電路中出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展時，單晶片的電阻將發(fā)生變化，因此回路中電壓值將發(fā)生變化。本實(shí)用新型通過示波器記錄串聯(lián)于橋式電路中的單晶片電壓計算出電阻，通過計算得到裂紋長度和裂紋擴(kuò)展速率，從而更好地表征和測試單晶片的力學(xué)性能特性，以便研究提高單晶片及成品的壽命和可靠性的方法。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為示波器測得電壓與時間變化的曲線。
具體實(shí)施方式
如圖1-2所示，把待測單晶片在裝入試驗(yàn)前串聯(lián)在可變電阻R1所在的電橋(R1路電橋)上，根據(jù)所測單晶片的電阻值，選擇適當(dāng)電阻R2＝R3＝R4為標(biāo)準(zhǔn)電阻，在電橋輸入端(圖中“+-”極之間)輸入電壓U，調(diào)節(jié)可變電阻R1使電橋輸出端電壓為零，電橋平衡。電橋輸出端連接高速記憶示波器，即使示波器電壓顯示為零，但一般來說很難使電壓剛好為零，只能近似為零。此時把單晶片裝入試驗(yàn)機(jī)上，開始試驗(yàn)，當(dāng)單晶片出現(xiàn)裂紋斷裂，單晶片的電阻將發(fā)生變化，即變大，電橋失去平衡，使輸出端電壓不為零，單晶片斷裂瞬間，R1路電橋斷路，輸出端電壓僅為R3兩端電壓，此時輸出電壓最大，通過示波器觸發(fā)式測得電壓最大值以及電壓升高的時間t，發(fā)生斷裂后的輸出端最大電壓值為 采用本實(shí)用新型具體操作過程是(1)先根據(jù)電壓變化公式U＝RI(I已知)，計算出單晶片瞬時電阻R；(2)再通過裂紋長度W與瞬時電阻R的函數(shù)關(guān)系W＝f(R)，求出裂紋長度W，公式為W=W0-k·lR·B]]>W為沿單晶片寬度方向的裂紋長度(m)；W0為樣品寬度(m)；K為單晶片導(dǎo)電系數(shù)(電阻率Ω·m)；1為樣品長度(m)；R為單晶片瞬時電阻(Ω)；B為單晶片厚度(m)；U為瞬時電壓(V)。
(3)最后根據(jù)公式V＝W/t，計算出裂紋擴(kuò)展速率，其中V為擴(kuò)展速率，W為裂紋長度(m)，t為時間(s)。
權(quán)利要求1.一種測量高速裂紋擴(kuò)展的速率儀，其特征在于包括橋式電路、與試驗(yàn)機(jī)相連的單晶片、安裝于橋式電路輸出端的示波器，橋式電路由標(biāo)準(zhǔn)電阻(R2、R3、R4)和可變電阻(R1)構(gòu)成，單晶片串聯(lián)在可變電阻(R1)所在的電橋上。
專利摘要本實(shí)用新型屬于測量材料快速斷裂擴(kuò)展速率用的機(jī)械領(lǐng)域，具體為一種測量高速裂紋擴(kuò)展的速率儀，包括橋式電路、與試驗(yàn)機(jī)相連的單晶片、安裝于橋式電路輸出端的示波器，橋式電路由標(biāo)準(zhǔn)電阻(R2、R3、R4)和可變電阻(R1)構(gòu)成，單晶片串聯(lián)在可變電阻(R1)所在的電橋上。本實(shí)用新型通過示波器記錄串聯(lián)于橋式電路中的單晶片電壓變化、電阻變化，通過計算得到裂紋長度和裂紋擴(kuò)展速率，從而更好地表征和測試單晶片的力學(xué)性能特性，以便研究提高單晶片及成品的壽命和可靠性的方法。
文檔編號G01N33/00GK2856998SQ20052009428
公開日2007年1月10日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者溫井龍, 譚軍, 姚戈 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所