用于检测气密封装结构形变量的碳针及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够精确测量复杂环境应力影响下气密封装结构形变量的碳针及其检测方法。
【背景技术】
[0002]当一种气密封装结构在受到比较复杂的环境应力影响(例如承受压力，温度冲击应力，机械冲击应力，加速度应力等等)时，会向内产生一定的形变。这种形变可能导致封装结构与封装体内部或外部器件相接触，这种表面接触可能导致电子元器件短路或挤压受损。而封装结构在经历环境应力的进行过程中无法通过常规的测试方法对结构形变量进行精确测试。例如:如图1所示的某款气密封装金属外壳在承受200kPa相对压力条件下，较薄的盖板结构会产生向内凹陷的弹性形变，背压过程中往往无法进行测试，背压结束后盖板结构恢复至常压状态，导致形变量无法追溯。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种能够精确测量复杂环境应力影响下气密封装结构形变量的碳针及其检测方法。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案:
一种用于检测气密封装结构形变量的碳针，所述碳针由塑性变形材料制成，所述碳针为圆锥状结构，所述碳针的高度大于待测气密封装结构的腔体厚度；
所述碳针由硬度低于或等于B6硬度的绘图铅笔芯或高纯碳的美工铅笔芯制成。
[0005]—种利用上述碳针检测气密封装结构形变量的方法，包括以下步骤:
a.在气密封结构完全封装前，将所述碳针放置在气密封装结构形变量较小的一侧内壁上，针尖朝向形变较大一侧内壁上期望测量的位置点，且碳针中心轴与最大形变部位位移方向一致；
b.当气密封装结构经历环境应力条件后，进行开盖操作，将形变量较大的一侧内壁拆除，拆除时应当保留出一圈原始封口面；
c.用精密测量显微镜以碳针植入点为原点，分别测量原始封口面对应植入点位置的高度，以及气密封结构经历环境应力后碳针顶面的高度；
d.根据原始封口面对应植入点位置的高度，计算出气密封装结构完全封装后碳针的顶面高度，具体为:过碳针放置点，且沿封装体长、短边的方向绘制x-y坐标轴，X轴与y轴与封装体原始封口面相交于四点，用上述精密测量显微镜分别测量这四点的高度值，之后取平均值即为气密封装结构完全封装后碳针的顶面高度；
e.计算碳针变量，即用气密封装结构完全封装后碳针的顶面高度减去气密封结构经历环境应力后碳针顶面的高度，该变量即为气密封装结构与该碳针对应点位置的形变量。
[0006]本发明的技术效果在于:本发明使用高碳芯探针作为位移传感器，利用其优异的塑性形变特性表征测量测量气密封装结构经历复杂环境应力过程中的形变量，结合高精度的测量显微镜进行形变测量，测量结果精度高，工艺实施难度低，实施成本低廉，与有限元分析方法相结合能够高效、准确地对复杂环境应力条件过程中的气密封装结构形变量进行测量，对需要了解气密封装产品结构可靠性的用户有非常重要的实用意义。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的气密封结构完全封装前的立体结构示意图；
图2是本发明的气密封装结构完全封装后的爆炸视图；
图3是本发明的气密封装结构开盖后的结构示意图。
【具体实施方式】
[0008]如图1所示，一种用于检测气密封装结构形变量的碳针，所述碳针1由塑性变形材料制成，所述碳针1为圆锥状结构，所述碳针1的高度大于待测气密封装结构的腔体厚度。考虑到碳针1在感知形变的过程中对盖板的反作用力应尽量低或可以做到忽略不计，因此，碳针1设计为圆锥状状。
[0009]优选的，所述碳针1由硬度低于或等于B6硬度的绘图铅笔芯或高纯碳的美工铅笔芯制成。考虑到位碳针1在感知盖板位移的过程中应该几乎只产生塑性形变，同时几乎不产生弹性形变。高碳芯是作为位移传感器非常合适的材料。高碳芯可以选择B6硬度或低于B6硬度的绘图铅笔芯或高纯碳的美工铅笔芯。
[0010]碳针1的制作过程为:用手持旋转式削铅笔器即可做出外形比较规范的圆锥形，之后用手术刀旋转切割下来即制成碳针1。碳针1的顶尖和底部后期可以用细砂纸进行修整，使达到满意的外观效果。碳针1高度需要用砂纸调整至略高于内腔高度(即目视封口平面，可以看到碳针头露出)。
[0011]—种利用上述碳针检测气密封装结构形变量的方法，包括以下步骤:
a.在气密封结构完全封装前，将所述碳针1放置在气密封装结构形变量较小的一侧内壁3上，针尖朝向形变较大一侧内壁2上期望测量的位置点，且碳针1中心轴与最大形变部位位移方向一致；
b.当气密封装结构经历环境应力条件后，进行开盖操作，将形变量较大的一侧内壁2拆除，拆除时应当保留出一圈原始封口面4;
c.用精密测量显微镜以碳针植入点为原点，分别测量原始封口面4对应碳针1植入点位置A的高度，以及气密封结构经历环境应力后碳针顶面B的高度；
d.根据原始封口面对应植入点位置的高度，计算出气密封装结构完全封装后碳针1的顶面G高度，具体为:过碳针1的植入点A，且沿气密封装结构长、短边的方向绘制x-y坐标轴，X轴与y轴与封装体原始封口面4相交于四点C、D、E、F，用上述精密测量显微镜分别测量这四点的高度值，之后取平均值即为气密封装结构完全封装后碳针1的顶面G高度；
e.计算碳针1变量，用气密封装结构完全封装后碳针1的顶面G高度减去气密封结构经历环境应力后碳针1的顶面B的高度，该变量即为气密封装结构与该碳针1对应点位置的形变量。
[0012]具体的:
将碳针1固定在想要测量盖板2形变的位置，然后将盖板2和封装壳体完成密封。封盖过程中要注意:因为碳针1针尖部分比较柔软，封口前不能有物体触碰内部碳针。植入一根碳针1后的封装体结构示意图如图1所示。在盖板2向内侧有台阶的情况下，需在后续计算中减掉盖板台阶高度。
[0013]较薄的盖板2结构在环境应力条件过程中产生下陷后会导致碳针1顶端被向下压出形变。由于盖板2的下陷过程属于弹性形变，试验结束后盖板2会回复试验前的形貌。碳针1在被压后产生的是塑性形变，试验结束后这种塑性形变仍会保持。试验后用铣加工方式去除封盖(需要保留部分原始封口面4)的碳针1顶部形貌如图3所示。
[0014]环境应力条件结束后经过用测量显微镜依次测量并记录图3结构中的A—B—C—D—E点的垂直坐标，分别为HA、HB、HC、HD、HE、HF。其中A点位于靠近碳针植入点位置根部，其垂直坐标可通过测量显微镜归零，B点为碳针压平后的顶端平面。过碳针1放置点A，且沿封装体长、短边的方向绘制x-y坐标轴，X轴与y轴与封装体的原始封盖面相交于四点，设为C、D、E、F点。
[0015]为降低封装体底面不平带来的测量误差，取HC、HD、HE、HF的平均值近似等于为封口面的距离A点的高度HG。即:HG=(HC+HD+HE+HF)/4。因此，我们希望获得的碳芯形变量Δ Η为Β点距离G点的距离，即为AH=HG- HB。由于测量显微镜导轨双向移动时也会产生微小的测量误差。若期望获得最为精确的测量结果，可以分别单项移动显微镜导轨，分别测量A—B，A—C，A—D，A—E，A—F的距离，每次将A点垂直高度清零。
[0016]可以不对所有位置放置碳针1以获取更多数据，仅需要建立有限元分析模型，用一点(建议为封装体中点)测得的A Η值修订仿真模型的材料属性和边界条件等参数，然后用修正过的模型计算任意位置的形变量即可。该方法可做到结算效率最高且结果比较准确。
[0017]该方法使用高碳芯探针作为位移传感器，利用其优异的塑性形变特性表征测量测量气密封装结构经历复杂环境应力过程中的形变量，结合高精度的测量显微镜进行形变测量。测量结果精度高，工艺实施难度低，实施成本低廉，与有限元分析方法相结合能够高效、准确地对复杂环境应力条件过程中的气密封装结构形变量进行测量。对需要了解气密封装产品结构可靠性的用户有非常重要的实用意义。
【主权项】
1.一种用于检测气密封装结构形变量的碳针，其特征在于:所述碳针(1)由塑性变形材料制成，所述碳针(1)为圆锥状结构，所述碳针(1)的高度大于待测气密封装结构的腔体厚度。2.根据权利要求1所述的用于检测气密封装结构形变量的碳针，其特征在于:所述碳针(1)由硬度低于或等于B6硬度的绘图铅笔芯或高纯碳的美工铅笔芯制成。3.—种利用权利要求1所述碳针检测气密封装结构形变量的方法，其特征在于包括以下步骤: a.在气密封结构完全封装前，将所述碳针(1)放置在气密封装结构形变量较小的一侧内壁(3)上，针尖朝向形变较大一侧内壁(2)上期望测量的位置点，且碳针(1)中心轴与最大形变部位位移方向一致； b.当气密封装结构经历环境应力条件后，进行开盖操作，将形变量较大的一侧内壁(2)拆除，拆除时应当保留出一圈原始封口面(4); c.用精密测量显微镜以碳针植入点为原点，分别测量原始封口面(4)对应碳针(1)植入点位置(A)的高度，以及气密封结构经历环境应力后碳针顶面(B)的高度； d.根据原始封口面对应植入点位置的高度，计算出气密封装结构完全封装后碳针(1)的顶面(G)高度，具体为:过碳针(1)的植入点(A)，且沿气密封装结构长、短边的方向绘制X-y坐标轴，X轴与y轴与封装体原始封口面(4)相交于四点(C、D、E、F)，用上述精密测量显微镜分别测量这四点的高度值，之后取平均值即为气密封装结构完全封装后碳针(1)的顶面(G)高度； e.计算碳针(1)变量，用气密封装结构完全封装后碳针(1)的顶面(G)高度减去气密封结构经历环境应力后碳针(1)的顶面(B)的高度，该变量即为气密封装结构与该碳针(1)对应点位置的形变量。
【专利摘要】本发明涉及一种能够精确测量复杂环境应力影响下气密封装结构形变量的碳针及其检测方法，本发明使用高碳芯探针作为位移传感器，利用其优异的塑性形变特性表征测量气密封装结构经历复杂环境应力过程中的形变量，结合高精度的测量显微镜进行形变测量，测量结果精度高，工艺实施难度低，实施成本低廉，与有限元分析方法相结合能够高效、准确地对复杂环境应力条件过程中的气密封装结构形变量进行测量，对需要了解气密封装产品结构可靠性的用户有非常重要的实用意义。
【IPC分类】G01B5/30, G01B11/16
【公开号】CN105423937
【申请号】CN201510952206
【发明人】刘俊夫
【申请人】中国电子科技集团公司第四十三研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月16日