本發(fā)明屬于材料連接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種方便裝卸測試式樣的導(dǎo)電裝置及恒溫電遷移實驗裝置，應(yīng)用于微電子連接電學(xué)的可靠性研究。

背景技術(shù)：

電遷移現(xiàn)象是指在電流和溫度的作用下金屬導(dǎo)線產(chǎn)生了原子遷移，產(chǎn)生區(qū)域性金屬的溶解，可引起金屬導(dǎo)線開裂，進(jìn)而影響元器件的正常運作的現(xiàn)象。在電遷移發(fā)生時，金屬原子產(chǎn)生擴(kuò)散和遷移，原子遷移方向與電子流動方向一致。電遷移驅(qū)動某些金屬原子從陰極一直向陽極遷移，在陰極附近逐漸形成孔洞，陽極一側(cè)產(chǎn)生大量的原子堆積，造成導(dǎo)電橫截面的減小，電遷移過程加快，最終可導(dǎo)致焊點失效。

微型化和智能化是未來電子產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢，然而電子產(chǎn)品的微型化會導(dǎo)致焊點尺寸及其間距相應(yīng)的不斷縮小，焊點可靠性問題正在引起越來越多的企業(yè)和科研工作者所重視和研究。當(dāng)焊點長期承受一定的加載包括電加載、熱加載、機(jī)械加載或其綜合加載，焊點的壽命就會因此而縮短，其中電遷移可靠性問題更是近年來研究非常廣泛的領(lǐng)域。當(dāng)焊點尺寸不斷減小，使得流經(jīng)焊點的電流密度會急劇增加，根據(jù)k．n．tu教授的研究理論，電流密度很容易達(dá)到焊點發(fā)生電遷移的臨界值，即104a/cm²，但也有學(xué)者認(rèn)為電流密度的臨界值為103a/cm²或更低，從而使得電遷移現(xiàn)象發(fā)生。

當(dāng)流經(jīng)金屬中的電流密度較大時，電子從陰極向陽極運動與金屬原子發(fā)生碰撞，進(jìn)行動量交換，金屬原子受到電子劇烈的沖擊而產(chǎn)生的力，即電子風(fēng)力。當(dāng)形成的電子風(fēng)力超過靜電場力時，電子風(fēng)力就會驅(qū)使金屬原子從陰極向陽極定向擴(kuò)散，于是產(chǎn)生了電遷移效應(yīng)。電遷移可使金屬原子從陰極一側(cè)向陽極一側(cè)遷移，陰極一側(cè)附近產(chǎn)生了大量孔洞，而陽極一側(cè)產(chǎn)生了大量的原子堆積，造成了焊點內(nèi)部陰極受到拉應(yīng)力，陽極受到壓應(yīng)力。電遷移發(fā)生的過程中會導(dǎo)致孔洞、裂紋等缺陷，這些缺陷的存在又加劇了電遷移效應(yīng)，最終誘發(fā)互連焊點失效。

snagcu釬料合金熔點約為217℃，比snpb共晶釬料熔點高34℃，且合金具有良好的潤濕性能、較高的接頭可靠性和較好的熱疲勞抗性等優(yōu)點。snagcu釬料合金延展性好，強(qiáng)度高，焊點外觀明亮，廣泛應(yīng)用于再流焊和波峰焊中。從潤濕性、力學(xué)性能以及與其他金屬的兼容性等方面進(jìn)行綜合分析，snagcu系釬料是目前傳統(tǒng)snpb釬料的首選替代合金。另外，snagcu合金對于pb污染不敏感，在當(dāng)前無鉛過渡階段，可以很好的應(yīng)用于現(xiàn)在使用的的元器件、線路板以及生產(chǎn)裝配線上。在種類繁多的無鉛釬料之中，snagcu系釬料在工業(yè)生產(chǎn)中有著非常好的實用性,被認(rèn)為是錫鉛釬料最可靠的替代物。

目前相關(guān)研究和文獻(xiàn)所使用的電遷移裝置通常都是根據(jù)研究者自身需求自行設(shè)計，并沒有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行電遷移實驗時由于式樣較小，裝卡比較困難，在進(jìn)行式樣更換時容易對式樣造成損傷，從而使實驗重新進(jìn)行，浪費了大量時間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種方便裝卸測試式樣的導(dǎo)電裝置及恒溫電遷移實驗裝置，該裝置克服了電遷移實驗裝置式樣裝卡困難的問題，能夠解決對式樣進(jìn)行自由更換和拆卸的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種方便裝卸測試式樣的導(dǎo)電裝置，所述的導(dǎo)電裝置包括由絕緣材質(zhì)制成的放置臺、兩個由導(dǎo)電材料制成的導(dǎo)體臺、設(shè)置在導(dǎo)體臺上的上導(dǎo)線壓緊絲和下導(dǎo)線壓緊絲以及用于卡緊測試式樣的卡緊器，放置臺上設(shè)有卡槽，兩個導(dǎo)體臺滑動安裝在卡槽內(nèi)，導(dǎo)體臺的上方和下方分別設(shè)有對導(dǎo)線和導(dǎo)體臺進(jìn)行固定的上導(dǎo)線壓緊絲和下導(dǎo)線壓緊絲，在導(dǎo)體臺上的卡緊器內(nèi)安裝有可拆卸的式樣；導(dǎo)體臺上設(shè)有接線孔，卡緊器與接線孔通過氮化硅陶瓷片固定在導(dǎo)體臺上；導(dǎo)體臺頂部設(shè)有凹槽，凹槽處設(shè)有與接線孔相對應(yīng)的固定導(dǎo)線的卡子。

進(jìn)一步的，所述的式樣為釬料與具有搭接結(jié)構(gòu)的母材焊接而成。

進(jìn)一步的，所述的放置臺為絕緣陶瓷墊片。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)體臺上還設(shè)有墊襯片。

進(jìn)一步的，一種由上述導(dǎo)電裝置構(gòu)成的釬焊接頭恒溫電遷移實驗裝置，其特征在于：包括電源裝置、導(dǎo)電裝置和溫度控制裝置，電源裝置為恒流穩(wěn)壓電源，電源裝置上設(shè)有電源手提帶、導(dǎo)線連接頭、液晶顯示面板、電流調(diào)節(jié)旋鈕和電壓調(diào)節(jié)旋鈕，電源裝置與導(dǎo)電裝置通過導(dǎo)線連接，溫度控制裝置為恒溫油浴鍋，導(dǎo)電裝置位于恒溫油浴鍋內(nèi)，恒溫油浴鍋中設(shè)有耐高溫陶瓷墊板。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)體臺為純銅導(dǎo)體臺，卡緊器上涂有導(dǎo)電涂層。

進(jìn)一步的，所述的電源裝置的電流控制在0～100a，電壓控制在0～50v，電壓穩(wěn)定度：≤0.2%，電流穩(wěn)定度：≤0.5%，負(fù)載穩(wěn)定度：≤0.5%。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)線為耐高溫硅膠導(dǎo)線。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.兩個導(dǎo)體臺滑動安裝在放置臺的卡槽內(nèi)，根據(jù)不同長度的式樣調(diào)節(jié)兩個導(dǎo)體臺的距離，導(dǎo)體臺上設(shè)有用于卡緊測試式樣的卡緊器，可以通過調(diào)節(jié)卡緊器固定不同厚度尺寸的式樣，這種裝卡裝置克服了電遷移實驗裝置式樣裝卡困難，可以對式樣進(jìn)行自由更換和拆卸，從而滿足了不同規(guī)格式樣的實驗需求；

2.卡緊器與接線孔通過氮化硅陶瓷片固定在導(dǎo)體臺上，可以增強(qiáng)穩(wěn)定性，防止溫度控制裝置開啟時震動而導(dǎo)致式樣脫落。卡子固定在導(dǎo)體臺上方的凹槽上，可以使得導(dǎo)體臺及時散熱，避免過熱使得銅融化。卡子下方通過螺栓固定墊襯片，可以將耐高溫硅膠導(dǎo)線固定在導(dǎo)體臺中，確保導(dǎo)線完全與導(dǎo)體臺接觸導(dǎo)電，避免了電阻增大造成燒毀電路；

3.導(dǎo)體臺選取的材質(zhì)為銅，可以良好的與式樣導(dǎo)電接觸，銅導(dǎo)體臺可以有效的防止變形；

4.導(dǎo)電裝置下方通過螺栓固定有陶瓷墊片，陶瓷墊片起到隔熱以及絕緣作用。

附圖說明

圖1為方便拆卸的對接釬焊接頭恒溫電遷移實驗裝置主視圖；

圖2為方便拆卸的對接釬焊接頭恒溫電遷移實驗裝置俯視圖；

圖3為方便拆卸的對接釬焊接頭恒溫電遷移實驗裝置連接圖；

圖4為方便拆卸的對接釬焊接頭恒溫電遷移實驗裝置的式樣圖；

圖5為方便拆卸的對接釬焊接頭恒溫電遷移實驗裝置的式樣裝卡圖；

圖中標(biāo)記：1、電源裝置，2、導(dǎo)線連接頭，3、液晶顯示面板，4、電流調(diào)節(jié)旋鈕，5、電壓調(diào)節(jié)旋鈕，6、導(dǎo)體臺，601、卡子，602、接線孔，603、墊襯片，7、上導(dǎo)線壓緊絲，8、式樣，9、卡緊器，10、下導(dǎo)線壓緊絲，11、導(dǎo)線，12、電源手提帶，13、卡槽，14、放置臺，15、母材，16、釬料；17、溫度控制裝置，18、陶瓷墊板，19、導(dǎo)電裝置。

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例加以詳細(xì)說明，本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

一種方便裝卸測試式樣的導(dǎo)電裝置，所述的導(dǎo)電裝置19包括由絕緣材質(zhì)制成的放置臺14、兩個由導(dǎo)電材料制成的導(dǎo)體臺6、設(shè)置在導(dǎo)體臺6上的上導(dǎo)線壓緊絲7和下導(dǎo)線壓緊絲10以及用于卡緊測試式樣的卡緊器9，放置臺14上設(shè)有卡槽13，兩個導(dǎo)體臺6滑動安裝在卡槽13內(nèi)，導(dǎo)體臺6的上方和下方分別設(shè)有對導(dǎo)線11和導(dǎo)體臺6進(jìn)行固定的上導(dǎo)線壓緊絲7和下導(dǎo)線壓緊絲10，在導(dǎo)體臺6上的卡緊器9內(nèi)安裝有可拆卸的式樣8；導(dǎo)體臺上設(shè)有接線孔602，卡緊器9與接線孔602通過氮化硅陶瓷片固定在導(dǎo)體臺6上；導(dǎo)體臺6頂部設(shè)有凹槽，凹槽處設(shè)有與接線孔602相對應(yīng)的固定導(dǎo)線的卡子601。

進(jìn)一步的，所述的式樣8為釬料16與具有搭接結(jié)構(gòu)的母材15焊接而成。

進(jìn)一步的，所述的放置臺14為絕緣陶瓷墊片。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)體臺6上還設(shè)有墊襯片603。

進(jìn)一步的，一種由上述導(dǎo)電裝置構(gòu)成的釬焊接頭恒溫電遷移實驗裝置，其特征在于：包括電源裝置1、導(dǎo)電裝置19和溫度控制裝置17，電源裝置1為恒流穩(wěn)壓電源，電源裝置1上設(shè)有電源手提帶12、導(dǎo)線連接頭2、液晶顯示面板3、電流調(diào)節(jié)旋鈕4和電壓調(diào)節(jié)旋鈕5，電源裝置1與導(dǎo)電裝置19通過導(dǎo)線11連接，溫度控制裝置17為恒溫油浴鍋，導(dǎo)電裝置19位于恒溫油浴鍋內(nèi)，恒溫油浴鍋中設(shè)有耐高溫陶瓷墊板18。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)體臺6為純銅導(dǎo)體臺，卡緊器9上涂有導(dǎo)電涂層。

進(jìn)一步的，所述的電源裝置1的電流控制在0～100a，電壓控制在0～50v，電壓穩(wěn)定度：≤0.2%，電流穩(wěn)定度：≤0.5%，負(fù)載穩(wěn)定度：≤0.5%。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)線11為耐高溫硅膠導(dǎo)線。

下面結(jié)合實施例做進(jìn)一步說明。

實施例

一、式樣的制備

1、焊前準(zhǔn)備

1釬料的選擇及制備：釬料為sn2.5ag0.7cu0.1rexni，采用真空熔煉方法來制備釬料合金：采用99.9%以上純度sn、ag、cu、ni及富含ce和la元素的混合稀土（re）,在真空度為5×10^-3pa的非自耗電爐zhw-600a中先制備cu和re的中間合金，再取一定量的中間合金與sn、ag、cu、ni制備出sn2.5ag0.7cu0.1rexni，該釬料16為釬料合金薄片。

2）焊接設(shè)備的調(diào)試：將箱式電阻爐電源接入220v交流電，調(diào)整箱式電阻爐參數(shù)使其達(dá)到工作溫度，若正常運行，關(guān)閉箱式電阻爐，待實驗需要時開啟。

3）式樣的設(shè)計：在電遷移實驗中，由于電流密度需要達(dá)到臨界電流密度要求，所以在設(shè)計式樣8尺寸、大小時，需從5個方面進(jìn)行考量：a、便于加工，b、達(dá)到臨界電流密度，c、大小尺寸與導(dǎo)電裝置匹配，d、耐熱性滿足通電時長的要求，e、拆卸方便。

2、釬焊過程：釬焊焊接試驗前，用不同型號粗細(xì)的金相砂紙打磨并對釬料16進(jìn)行清理，并用丙酮浸泡，酒精清洗焊接面后用吹風(fēng)機(jī)吹干，將釬料制成釬料合金薄片，將制備好的釬料16置于具有階梯狀的搭接結(jié)構(gòu)的兩個母材15上、下兩部分之間，在待焊表面滴1-2滴商用cx600水洗釬劑，該釬劑能夠有效去除液態(tài)釬料16與母材15表層的氧化膜，以實現(xiàn)cu基體和液態(tài)釬料16之間良好的結(jié)合，然后放入箱式電阻爐中進(jìn)行釬焊，釬焊溫度設(shè)定為270℃，釬焊的時間為240s，得到式樣8，式樣厚度在0.2～2mm之間，為保證電流密度達(dá)到臨界電流密度以上，式樣8越薄，通電電流越小就越容易達(dá)到臨界電流密度，但小式樣不易切割，可以先加工成大加工式樣，在通過二次線切割切割成薄片式樣8，切成的式樣8規(guī)格為20mm×3mm×0.5mm。

二、導(dǎo)電系統(tǒng)的設(shè)計：導(dǎo)電系統(tǒng)是式樣8裝卡后進(jìn)行電遷移的裝置，調(diào)節(jié)著與熱循環(huán)系統(tǒng)之間的平衡，是電遷移實驗中裝卡式樣的核心裝置，導(dǎo)電系統(tǒng)中導(dǎo)電裝置19與恒流穩(wěn)壓電源的正負(fù)極通過耐高溫硅膠導(dǎo)線11連接，使恒流穩(wěn)壓電源的電流控制在0～100a，電壓控制在0～50v。

導(dǎo)電裝置19下方的放置臺14通過固定螺栓固定在實驗裝置內(nèi)部，放置臺為絕緣陶瓷墊片，起到隔熱以及絕緣作用，導(dǎo)體臺6滑動安裝在放置臺14的卡槽13內(nèi)，導(dǎo)體臺6可以良好的與式樣8導(dǎo)電接觸，導(dǎo)體臺6可以有效的防止變形?？ňo器9可以通過尺寸調(diào)節(jié)，可以安裝式樣8厚度為0.2mm～2mm之間，卡緊器9上涂有導(dǎo)電涂層?？ňo器9與接線孔602通過氮化硅陶瓷片固定在導(dǎo)體臺6上，可以增強(qiáng)穩(wěn)定性，防止熱循環(huán)設(shè)備開啟式震動導(dǎo)致式樣8脫落?？ㄗ?01固定在導(dǎo)體臺6上方的凹槽上，可以使得導(dǎo)體臺6及時散熱，避免過熱使得銅融化?？ㄗ?01下方通過螺栓固定墊襯片603，可以將耐高溫硅膠導(dǎo)線11固定在導(dǎo)體臺6中，確保導(dǎo)線11完全與導(dǎo)體臺14接觸導(dǎo)電，避免了電阻增大造成燒毀電路。

三、式樣裝卡方法：式樣裝卡首先將耐高溫硅膠導(dǎo)線11通過接線孔602固定在導(dǎo)體臺6上，通過卡子601將耐高溫硅膠導(dǎo)線11與導(dǎo)體臺6充分接觸。通過砂紙將卡緊器9出打磨平整、光滑，在卡緊器9上涂上導(dǎo)電涂層，增強(qiáng)導(dǎo)電性。由于式樣在進(jìn)行實驗前進(jìn)行線切割，因此在裝卡式樣前需要將式樣8用砂紙進(jìn)行打磨，用以去除式樣8表層油污及氧化膜，將打磨好的式樣8輕輕放在左右兩卡緊器9上，將式樣8緩慢固定在導(dǎo)體臺6上，導(dǎo)體臺6上安裝有襯墊片603，可以避免在安裝過程由于受力不均使式樣8斷裂。式樣8裝卡裝置中，為兩個純銅導(dǎo)體臺6平行放置，兩個純銅導(dǎo)體臺6位于在絕緣放置臺14的兩個卡槽中，確保兩個純銅導(dǎo)體臺6平行且穩(wěn)定，根據(jù)實驗式樣8大小調(diào)節(jié)兩個純銅導(dǎo)體臺6之間距離，使式樣接頭8置于兩個純銅導(dǎo)體臺6之間的空隙，耐高溫導(dǎo)線11從純銅導(dǎo)體臺6中穿過，上導(dǎo)線壓緊絲7與下導(dǎo)線壓緊絲10對耐高溫導(dǎo)線11及純銅導(dǎo)體臺6進(jìn)行固定，通過卡緊器9將式樣11與純銅導(dǎo)體臺6連接為一體，并通過旋轉(zhuǎn)卡緊器9對式樣11進(jìn)行固定，將耐高溫導(dǎo)線11與導(dǎo)線連接頭2連接好，將絕緣放置臺14置入恒溫油浴鍋中，在恒溫油浴鍋中放置有耐高溫陶瓷墊板18，打開直流穩(wěn)壓電源，同時調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)旋鈕4與電壓調(diào)節(jié)旋鈕5，根據(jù)液晶顯示面板3上的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)到目的電流，電源手提帶12用以方便移動電源。

在拆卸通電后的式樣8時由于環(huán)境溫度較高，為了防止在拆卸式樣時脆斷，需要將式樣在空氣中空冷半個小時，使式樣8溫度降低后旋轉(zhuǎn)卡緊器9將式樣8取下。

本發(fā)明中式樣8與純銅導(dǎo)體臺6尺寸匹配，純銅導(dǎo)體臺6及式樣8的固定是搭建電遷移實驗的關(guān)鍵點。純銅導(dǎo)體臺6起到導(dǎo)通電流及放置式樣8的作用，式樣8的長度要與純銅導(dǎo)體臺6之間空隙相匹配以便更好的完成式樣8在實驗裝置上的安裝。放置卡緊器9是本發(fā)明的關(guān)鍵，在固定式樣8時要確保同時對放置卡緊器9進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

四、電源的選擇：電遷移實驗過程中，主要應(yīng)用直流電源進(jìn)行實驗，電源型號為lw-50100kd型雙路跟蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，量程大小為0~100a，如圖2-5所示。這臺直流電源具有恒壓、恒流工作功能，且這兩種模式可隨負(fù)載變化而進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換。另外，還具有過壓保護(hù)功能，能夠防止在電源電壓過高時燒毀電源。具有多重保護(hù)，在高電壓時能夠?qū)ψ陨肀Ｗo(hù)，在低電壓時能夠穩(wěn)定工作；在動作電壓、開機(jī)延時的情況下時間顯示精準(zhǔn)，執(zhí)行響應(yīng)速度快，同時能夠顯示實時電壓；可設(shè)置為停電再來電和跳閘斷電保護(hù)后自動開啟或人工手動開啟；可設(shè)置合閘延時時間。電壓穩(wěn)定度及電流穩(wěn)定度較高，電壓穩(wěn)定度：≤0.2%，電流穩(wěn)定度：≤0.5%，負(fù)載穩(wěn)定度：≤0.5%。該電源具有使用方便有效，允許短路，短路時電流恒定的特點。面板上輸出端都有一接地接線柱，可以使本電源方便的接入用戶的系統(tǒng)地電位。

五、加熱和溫度控制系統(tǒng)：在電遷移實驗中為了隔絕焦耳熱的影響，需要將式8樣置于恒溫環(huán)境中，因此需要對電遷移實驗裝置進(jìn)行恒溫控制。

在將裝置置于恒溫油浴鍋之前，需要先進(jìn)行導(dǎo)電測試，即將裝置連接完畢后，打開直流穩(wěn)壓電源，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕5與電流調(diào)節(jié)旋鈕4，若導(dǎo)電則將裝置置于恒溫油浴鍋中進(jìn)行實驗，若不導(dǎo)電，檢查卡緊器9與導(dǎo)線連接頭2是否與耐高溫導(dǎo)線11連接好。

加熱和溫控系統(tǒng)主要由hh-s數(shù)顯恒溫油浴鍋構(gòu)成，加熱和溫控系統(tǒng)的電源采用220v動力電源，可實現(xiàn)室溫下300℃精準(zhǔn)控溫（誤差不超過±1℃），控溫儀采用高穩(wěn)定性運算放大器和雙積分高精度a/d轉(zhuǎn)換技術(shù)以及遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)設(shè)計而成，熱平衡時間短，溫度波動性小，測試數(shù)據(jù)led顯示，直觀、準(zhǔn)確。在電遷移實驗時需要將連接好式樣8的導(dǎo)電裝置19置于恒溫油浴鍋中，為了防止電遷移式樣與恒溫油浴鍋接觸，需要在恒溫油浴鍋中放置陶瓷墊片18。

以上對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。