专利名称：低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置的制作方法
技术领域：
低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置，属于材料蠕变断裂性能测试实验及自动 记录断裂时间的设备领域。
背景技术：
蠕变是许多材料组织内部在高温条件下容易发生的现象之一，而蠕变断裂则是部件 在高温服役时极易发生的失效形式之一。材料的抗蠕变性能研究是研究其在高温时热疲 劳性能的重要方式和指标，其中以微电子连接用的软钎料为代表，其室温下即可发生蠕 变现象并随温度的升高而更加明显，实验过程中常常通过提高温度的方式来加速模拟该 过程，目前较为广泛使用的高温蠕变温度为15(TC，这使得蠕变断裂的速度大大提高， 因此蠕变断裂时间的长短很大程度上反映了钎料及接头的抗蠕变、抗热疲劳性能。
目前的蠕变断裂测试炉，是由电加热箱、加持固定装置2，加热保温装置4，加载 装置3，热电偶探头8组成，试样1通过加持固定装置2悬挂在电加热箱中央，下部连 接加载装置3。蠕变断裂时间记录方式主要是以钟表式人工记录为主，需要实验人员每 隔一段时间就要进行一次读取工作，对于这种需要较长时间进行的蠕变断裂测试实验来 说，以前的测量精度不高且又耗时间。同时，由于钟表式人工记录方式需要电池供电， 与电源供电相比，其可靠稳定性无法保证。
由三菱重工业株式会社申请的专利号为02148207. l的实用新型专利，其提供了 一种评价蠕变破坏的高精度方法和装置。该装置主要通过测定金属材料晶粒尺寸和晶向 来评价材料的蠕变性能，主要适用于钢铁材料，该方法不适用于微电子用材料及钎焊接 头的蠕变性能的评价。
由河南科技大学申请的专利号为200510108349. 8的实用新型专利，该装置解决 了蠕变变形测量与数据自动采集精确度的问题，但该装置主要针对蠕变变形过程开发设 计，对材料及接头的蠕变断裂未作较多涉及。同时设备每次只能采集一个试样的蠕变变 形过程，针对微电子用低温软钎焊材料及钎料接头的蠕变断裂问题需要较多试样重复实 验进行统计，方可得到较为准确的实验结果。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的问题，提供一种能够同时满 足多个通道数据的实时采集，并自动化记录蠕变断裂时间的低温软钎料及接头蠕变断裂 自动测试装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该低温软钎料及接头蠕变断裂自 动测试装置，包括固定在电加热箱内的通过加持固定装置加持固定的试样，其特征在于 设置通过导线与试样1相连的自动采集跟踪模块6，及与自动采集跟踪模块6相连的安 装在计算机内的自动记录断裂时间模块7。实现数据的实时采集跟踪过程。
自动采集跟踪模块6和自动记录断裂时间模块7，包括并口传输口P1、 RS-232接 口 Ul、单片机U2及电容C1-C7、电阻Rl，并口传输口 Pl的2脚接RS-232接口 Ul的 14脚，并口传输口 Pl的3脚接RS-232接口U1的13脚，RS-232接口 Ul的1脚通过 电容C1与3脚相连，RS-232接口U1的4脚通过电容C2与5脚相连，RS-232接口U1 的16脚通过电容C3与2脚相连，RS-232接口 Ul的6脚通过电容C4与15脚相连，晶 振X1接在单片机U2的15脚和14脚之间，单片机U2的15脚、14脚分别通过电容C5、 C6接地，单片机U2的4脚通过电容C7接VCC，并通过电阻R1接地。
与现有技术相比，本实用新型的低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置所具有的 有益效果是将试样与自动采集跟踪模块和计算机的互联，使得测量的过程及最终的结 果更为真实可靠。该设备可以实现钎焊材料及接头在不同温度和稳态加载条件下，蠕变 实验的进行和蠕变断裂时间的自动采集，并且可以同时满足8个或更多个通道数据的实 时采集，并自动化记录蠕变断裂时间。大大提高操作人员的工作效率，减轻工作人员的 重复性工作，增加了实验人员数据的准确性。同时，可以通过改变箱体内的温度和改变 静态载荷的大小，来模拟不同温度和受力状态下的微电子用钎料及接头的蠕变断裂特 性，得到不同条件下的蠕变断裂数据。这是对原有的蠕变变形位移测量方法的有力补充， 为更好的说明材料蠕变性能提供有力的依据。适用于精确地测量不同温度和载荷作用条 件下的蠕变断裂时间。
图1是本实用新型的低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置结构示意图2是试样结构示意图3是自动采集跟踪模块电路原理图。
图l、 3是本实用新型的低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置的最佳实施例。图l中l试样、2加持固定装置、3加载装置、4加热保温装置、5导线、6自动 采集跟踪模块、7安装在计算机内的自动记录断裂时间模块、8热电偶探头。
图3中Pl为并口传输口 DB9RA/M、 Ul RS-232接口 MAX232E、 U2单片机AT89C具体实施方式
以下结合附图1-3对本实用新型的低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置做进 一步说明
参照图1-2:
本低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置由电加热箱、试样1、加持固定装置2、 加载装置3、加热保温装置4、导线5、自动采集跟踪装置6、安装在计算机内的自动记 录断裂时间模块7和热电偶探头8组成。加持固定装置2跨接在电加热箱内上部，试样 l悬挂在加持固定装置2上，下部连接加载装置3，加热保温装置4在电加热箱的底部， 热电偶探头8安装电加热箱的壁上，通过导线5将试样1与自动采集跟踪模块6相连， 自动采集跟踪模块6与自动记录断裂时间模块7相连。
参照图3:
自动采集跟踪模块6和自动记录断裂时间模块，由并口传输口 Pl、 RS-232接口 Ul、 单片机U2及电容CI-C7和电阻Rl组成，并口传输口 Pl的2脚接RS-232接口 Ul的 14脚，并口传输口 Pl的3脚接RS-232接口 Ul的13脚，RS-232接口 Ul的1脚通过 电容C1与3脚相连，RS-232接口U1的4脚通过电容C2与5脚相连，RS-232接口U1 的16脚通过电容C3与2脚相连，RS-232接口 Ul的6脚通过电容C4与15脚相连，晶 振XI接在单片机U2的15脚和14脚之间，单片机U2的15脚、14脚分别通过电容C5、 C6接地，单片机U2的4脚通过电容C7接VCC，并通过电阻R1接地。
蠕变断裂的测试实验是在恒温箱中进行的，试样在夹持加载装置和加热恒温装置的 共同作用下，通过导线与外部的蠕变断裂自动采集系统相连接，从而实现了蠕变断裂数 据的自动采集。
蠕变试样1的基本尺寸如图2所示，为0. lmm厚铜片搭接接头形式，搭接钎料的尺 寸为lnimXlnimX0.1mm，该接头尺寸是目前微电子用接头较为常用的尺寸。将试样1垂 直放入电加热箱中，通过加持固定装置2夹持住试样1的一端，将夹持好后的试样固定 于电加热箱中的既定高度位置。
具体蠕变断裂自动测试设备的工作过程如下
以8个试样为例
5将试样1装卡固定在蠕变电加热箱中，这样可以实现在关紧箱门后将被测试样置于 一个相对封闭的环境中，便于形成高温条件下的蠕变环境；
将加载装置3夹持于试样1的下方并悬空，使试样1受到稳定的外载荷作用。由于 高温蠕变实验条件要求试样在极慢的速率下，处于稳定外载荷作用中，因此加载装置3 应保持静态及稳定；
通过加热保温装置4将电加热箱内的温度平稳的升高到设定的温度，并保温一段时
间；
将自动采集跟踪模块6与计算机的串口相连，并通过串口给自动采集跟踪模块6供
电；
自动跟踪采集模块6采用单片机C8051f320及其外围电路组成，单片机系统通过设 定的端口，采集试样状态、监测试样的断裂信号。如果发生断裂，单片机通过串行总线 向自动记录蠕变断裂时间模块7发送该信号，自动记录蠕变断裂时间模块7通过所编写 的程序接受由自动跟踪采集模块6发送的数据。
该测试装置设定蠕变断裂时间的采样周期为每秒一次，按程序每次采样后需要对比 是否有信号的突变，对比观察试样1是否有断裂情况出现。如果有信号传输到了自动记 录蠕变断裂时间模块7中，证明有断裂情况的发生，将试样1的断裂时间记录下来。
以此类推，重复上述釆集过程，完成各个试样的蠕变断裂时间测试，最终将所有8 个试样1的断裂时间记录下来，通过所编写的程序将蠕变断裂的总时间计算出来。
该测试装置的采样频率可以调节，可以满足周期在lms以上要求的蠕变断裂测试实 验。同时，通过对自动跟踪采集模块6中单片机通道的扩展，可以实现最多同时对64 个试样进行断裂时间的采集和记录。
权利要求1、低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置，包括固定在电加热箱内的通过加持固定装置加持固定的试样，其特征在于设置通过导线与试样(1)相连的自动采集跟踪模块(6)，及与自动采集跟踪模块(6)相连的安装在计算机内的自动记录断裂时间模块(7)。
2、根据权利要求l所述的低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置，其特征在于-自动采集跟踪模块(6)和自动记录断裂时间模块(7)包括并口传输口P1、 RS-232接 口U1、单片机U2及电容C1-C7和电阻R1，并口传输口P1的2脚接RS-232接口U1 的14脚，并口传输口 Pl的3脚接RS-232接口 Ul的13脚，RS-232接口 Ul的1脚通 过电容C1与3脚相连，RS-232接口 Ul的4脚通过电容C2与5脚相连，RS-232接口 Ul的16脚通过电容C3与2脚相连，RS-232接口 Ul的6脚通过电容C4与15脚相连， 晶振XI接在单片机U2的15脚和14脚之间，单片机U2的15脚、14脚分别通过电容 C5、 C6接地，单片机U2的4脚通过电容C7接VCC，并通过电阻R1接地。
专利摘要低温软钎料及接头蠕变断裂自动测试装置，属于材料蠕变断裂性能测试实验及自动记录断裂时间的设备领域。包括固定在电加热箱内的通过加持固定装置加持固定的试样，其特征在于设置通过导线与试样(1)相连的自动采集跟踪模块(6)，及与自动采集跟踪模块(6)相连的安装在计算机内的自动记录断裂时间模块(7)。该设备可以实现钎焊材料及接头在不同温度和稳态加载条件下，蠕变实验的进行和蠕变断裂时间的自动采集，并且可以同时满足8个或更多个通道数据的实时采集，并自动化记录蠕变断裂时间。大大提高操作人员的工作效率，减轻工作人员的重复性工作，增加了实验人员数据的准确性。
文档编号G01N3/28GK201281682SQ20082017333
公开日2009年7月29日 申请日期2008年10月17日 优先权日2008年10月17日
发明者孙伟松, 宁 张, 嵩 高 申请人:孙伟松;高 嵩;张 宁