一种方便装卸测试式样的导电装置及恒温电迁移实验装置的制作方法

本实用新型属于材料连接技术领域，具体涉及一种方便装卸测试式样的导电装置及恒温电迁移实验装置，应用于微电子连接电学的可靠性研究。

背景技术：

电迁移现象是指在电流和温度的作用下金属导线产生了原子迁移，产生区域性金属的溶解，可引起金属导线开裂，进而影响元器件的正常运作的现象。在电迁移发生时，金属原子产生扩散和迁移，原子迁移方向与电子流动方向一致。电迁移驱动某些金属原子从阴极一直向阳极迁移，在阴极附近逐渐形成孔洞，阳极一侧产生大量的原子堆积，造成导电横截面的减小，电迁移过程加快，最终可导致焊点失效。

微型化和智能化是未来电子产品发展的必然趋势，然而电子产品的微型化会导致焊点尺寸及其间距相应的不断缩小，焊点可靠性问题正在引起越来越多的企业和科研工作者所重视和研究。当焊点长期承受一定的加载包括电加载、热加载、机械加载或其综合加载，焊点的寿命就会因此而缩短，其中电迁移可靠性问题更是近年来研究非常广泛的领域。当焊点尺寸不断减小，使得流经焊点的电流密度会急剧增加，根据K．N．Tu教授的研究理论，电流密度很容易达到焊点发生电迁移的临界值，即104A/cm²，但也有学者认为电流密度的临界值为103A/cm²或更低，从而使得电迁移现象发生。

当流经金属中的电流密度较大时，电子从阴极向阳极运动与金属原子发生碰撞，进行动量交换，金属原子受到电子剧烈的冲击而产生的力，即电子风力。当形成的电子风力超过静电场力时，电子风力就会驱使金属原子从阴极向阳极定向扩散，于是产生了电迁移效应。电迁移可使金属原子从阴极一侧向阳极一侧迁移，阴极一侧附近产生了大量孔洞，而阳极一侧产生了大量的原子堆积，造成了焊点内部阴极受到拉应力，阳极受到压应力。电迁移发生的过程中会导致孔洞、裂纹等缺陷，这些缺陷的存在又加剧了电迁移效应，最终诱发互连焊点失效。

SnAgCu钎料合金熔点约为217℃，比SnPb共晶钎料熔点高34℃，且合金具有良好的润湿性能、较高的接头可靠性和较好的热疲劳抗性等优点。SnAgCu钎料合金延展性好，强度高，焊点外观明亮，广泛应用于再流焊和波峰焊中。从润湿性、力学性能以及与其他金属的兼容性等方面进行综合分析，SnAgCu系钎料是目前传统SnPb钎料的首选替代合金。另外，SnAgCu合金对于Pb污染不敏感，在当前无铅过渡阶段，可以很好的应用于现在使用的的元器件、线路板以及生产装配线上。在种类繁多的无铅钎料之中，SnAgCu系钎料在工业生产中有着非常好的实用性,被认为是锡铅钎料最可靠的替代物。

目前相关研究和文献所使用的电迁移装置通常都是根据研究者自身需求自行设计，并没有相应的行业标准。在进行电迁移实验时由于式样较小，装卡比较困难，在进行式样更换时容易对式样造成损伤，从而使实验重新进行，浪费了大量时间。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种方便装卸测试式样的导电装置及恒温电迁移实验装置，该装置克服了电迁移实验装置式样装卡困难的问题，能够解决对式样进行自由更换和拆卸的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种方便装卸测试式样的导电装置，所述的导电装置包括由绝缘材质制成的放置台、两个由导电材料制成的导体台、设置在导体台上的上导线压紧丝和下导线压紧丝以及用于卡紧测试式样的卡紧器，放置台上设有卡槽，两个导体台滑动安装在卡槽内，导体台的上方和下方分别设有对导线和导体台进行固定的上导线压紧丝和下导线压紧丝，在导体台上的卡紧器内安装有可拆卸的式样；导体台上设有接线孔，卡紧器与接线孔通过氮化硅陶瓷片固定在导体台上；导体台顶部设有凹槽，凹槽处设有与接线孔相对应的固定导线的卡子。

进一步的，所述的式样为钎料与具有搭接结构的母材焊接而成。

进一步的，所述的放置台为绝缘陶瓷垫片。

进一步的，所述的导体台上还设有垫衬片。

进一步的，一种由上述导电装置构成的钎焊接头恒温电迁移实验装置，其特征在于：包括电源装置、导电装置和温度控制装置，电源装置为恒流稳压电源，电源装置上设有电源手提带、导线连接头、液晶显示面板、电流调节旋钮和电压调节旋钮，电源装置与导电装置通过导线连接，温度控制装置为恒温油浴锅，导电装置位于恒温油浴锅内，恒温油浴锅中设有耐高温陶瓷垫板。

进一步的，所述的导体台为纯铜导体台，卡紧器上涂有导电涂层。

进一步的，所述的电源装置的电流控制在0～100A，电压控制在0～50V，电压稳定度：≤0.2%，电流稳定度：≤0.5%，负载稳定度：≤0.5%。

进一步的，所述的导线为耐高温硅胶导线。

本实用新型的有益效果主要表现在以下几个方面：

1. 两个导体台滑动安装在放置台的卡槽内，根据不同长度的式样调节两个导体台的距离，导体台上设有用于卡紧测试式样的卡紧器，可以通过调节卡紧器固定不同厚度尺寸的式样，这种装卡装置克服了电迁移实验装置式样装卡困难，可以对式样进行自由更换和拆卸，从而满足了不同规格式样的实验需求；

2.卡紧器与接线孔通过氮化硅陶瓷片固定在导体台上，可以增强稳定性，防止温度控制装置开启时震动而导致式样脱落。卡子固定在导体台上方的凹槽上，可以使得导体台及时散热，避免过热使得铜融化。卡子下方通过螺栓固定垫衬片，可以将耐高温硅胶导线固定在导体台中，确保导线完全与导体台接触导电，避免了电阻增大造成烧毁电路；

3. 导体台选取的材质为铜，可以良好的与式样导电接触，铜导体台可以有效的防止变形；

4.导电装置下方通过螺栓固定有陶瓷垫片，陶瓷垫片起到隔热以及绝缘作用。

附图说明

图1为方便拆卸的对接钎焊接头恒温电迁移实验装置主视图；

图2为方便拆卸的对接钎焊接头恒温电迁移实验装置俯视图；

图3为方便拆卸的对接钎焊接头恒温电迁移实验装置连接图；

图4为方便拆卸的对接钎焊接头恒温电迁移实验装置的式样图；

图5为方便拆卸的对接钎焊接头恒温电迁移实验装置的式样装卡图；

图中标记：1、电源装置，2、导线连接头，3、液晶显示面板，4、电流调节旋钮，5、电压调节旋钮，6、导体台，601、卡子，602、接线孔，603、垫衬片，7、上导线压紧丝，8、式样，9、卡紧器，10、下导线压紧丝，11、导线，12、电源手提带，13、卡槽，14、放置台，15、母材，16、钎料；17、温度控制装置，18、陶瓷垫板，19、导电装置。

具体实施方式

结合附图对本实用新型实施例加以详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种方便装卸测试式样的导电装置，所述的导电装置19包括由绝缘材质制成的放置台14、两个由导电材料制成的导体台6、设置在导体台6上的上导线压紧丝7和下导线压紧丝10以及用于卡紧测试式样的卡紧器9，放置台14上设有卡槽13，两个导体台6滑动安装在卡槽13内，导体台6的上方和下方分别设有对导线11和导体台6进行固定的上导线压紧丝7和下导线压紧丝10，在导体台6上的卡紧器9内安装有可拆卸的式样8；导体台上设有接线孔602，卡紧器9与接线孔602通过氮化硅陶瓷片固定在导体台6上；导体台6顶部设有凹槽，凹槽处设有与接线孔602相对应的固定导线的卡子601。

进一步的，所述的式样8为钎料16与具有搭接结构的母材15焊接而成。

进一步的，所述的放置台14为绝缘陶瓷垫片。

进一步的，所述的导体台6上还设有垫衬片603。

进一步的，一种由上述导电装置构成的钎焊接头恒温电迁移实验装置，其特征在于：包括电源装置1、导电装置19和温度控制装置17，电源装置1为恒流稳压电源，电源装置1上设有电源手提带12、导线连接头2、液晶显示面板3、电流调节旋钮4和电压调节旋钮5，电源装置1与导电装置19通过导线11连接，温度控制装置17为恒温油浴锅，导电装置19位于恒温油浴锅内，恒温油浴锅中设有耐高温陶瓷垫板18。

进一步的，所述的导体台6为纯铜导体台，卡紧器9上涂有导电涂层。

进一步的，所述的电源装置1的电流控制在0～100A，电压控制在0～50V，电压稳定度：≤0.2%，电流稳定度：≤0.5%，负载稳定度：≤0.5%。

进一步的，所述的导线11为耐高温硅胶导线。

下面结合实施例做进一步说明。

实施例

一、式样的制备

1、焊前准备

1钎料的选择及制备：钎料为Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi，采用真空熔炼方法来制备钎料合金：采用99.9%以上纯度Sn、Ag、Cu、Ni及富含Ce和La元素的混合稀土（RE）,在真空度为5×10^-3Pa的非自耗电炉ZHW-600A中先制备Cu和RE的中间合金，再取一定量的中间合金与Sn、Ag、Cu、Ni制备出Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi，该钎料16为钎料合金薄片。

2）焊接设备的调试：将箱式电阻炉电源接入220V交流电，调整箱式电阻炉参数使其达到工作温度，若正常运行，关闭箱式电阻炉，待实验需要时开启。

3）式样的设计：在电迁移实验中，由于电流密度需要达到临界电流密度要求，所以在设计式样8尺寸、大小时，需从5个方面进行考量：a、便于加工，b、达到临界电流密度，c、大小尺寸与导电装置匹配，d、耐热性满足通电时长的要求，e、拆卸方便。

2、钎焊过程：钎焊焊接试验前，用不同型号粗细的金相砂纸打磨并对钎料16进行清理，并用丙酮浸泡，酒精清洗焊接面后用吹风机吹干，将钎料制成钎料合金薄片，将制备好的钎料16置于具有阶梯状的搭接结构的两个母材15上、下两部分之间，在待焊表面滴1-2滴商用CX600水洗钎剂，该钎剂能够有效去除液态钎料16与母材15表层的氧化膜，以实现Cu基体和液态钎料16之间良好的结合，然后放入箱式电阻炉中进行钎焊，钎焊温度设定为270℃，钎焊的时间为240s，得到式样8，式样厚度在0.2～2mm之间，为保证电流密度达到临界电流密度以上，式样8越薄，通电电流越小就越容易达到临界电流密度，但小式样不易切割，可以先加工成大加工式样，在通过二次线切割切割成薄片式样8，切成的式样8规格为20mm×3mm×0.5mm。

二、导电系统的设计：导电系统是式样8装卡后进行电迁移的装置，调节着与热循环系统之间的平衡，是电迁移实验中装卡式样的核心装置，导电系统中导电装置19与恒流稳压电源的正负极通过耐高温硅胶导线11连接，使恒流稳压电源的电流控制在0～100A，电压控制在0～50V。

导电装置19下方的放置台14通过固定螺栓固定在实验装置内部，放置台为绝缘陶瓷垫片，起到隔热以及绝缘作用，导体台6滑动安装在放置台14的卡槽13内，导体台6可以良好的与式样8导电接触，导体台6可以有效的防止变形。卡紧器9可以通过尺寸调节，可以安装式样8厚度为0.2mm～2mm之间，卡紧器9上涂有导电涂层。卡紧器9与接线孔602通过氮化硅陶瓷片固定在导体台6上，可以增强稳定性，防止热循环设备开启式震动导致式样8脱落。卡子601固定在导体台6上方的凹槽上，可以使得导体台6及时散热，避免过热使得铜融化。卡子601下方通过螺栓固定垫衬片603，可以将耐高温硅胶导线11固定在导体台6中，确保导线11完全与导体台14接触导电，避免了电阻增大造成烧毁电路。

三、式样装卡方法：式样装卡首先将耐高温硅胶导线11通过接线孔602固定在导体台6上，通过卡子601将耐高温硅胶导线11与导体台6充分接触。通过砂纸将卡紧器9出打磨平整、光滑，在卡紧器9上涂上导电涂层，增强导电性。由于式样在进行实验前进行线切割，因此在装卡式样前需要将式样8用砂纸进行打磨，用以去除式样8表层油污及氧化膜，将打磨好的式样8轻轻放在左右两卡紧器9上，将式样8缓慢固定在导体台6上，导体台6上安装有衬垫片603，可以避免在安装过程由于受力不均使式样8断裂。式样8装卡装置中，为两个纯铜导体台6平行放置，两个纯铜导体台6位于在绝缘放置台14的两个卡槽中，确保两个纯铜导体台6平行且稳定，根据实验式样8大小调节两个纯铜导体台6之间距离，使式样接头8置于两个纯铜导体台6之间的空隙，耐高温导线11从纯铜导体台6中穿过，上导线压紧丝7与下导线压紧丝10对耐高温导线11及纯铜导体台6进行固定，通过卡紧器9将式样11与纯铜导体台6连接为一体，并通过旋转卡紧器9对式样11进行固定，将耐高温导线11与导线连接头2连接好，将绝缘放置台14置入恒温油浴锅中，在恒温油浴锅中放置有耐高温陶瓷垫板18，打开直流稳压电源，同时调节电流调节旋钮4与电压调节旋钮5，根据液晶显示面板3上的数据来调节到目的电流，电源手提带12用以方便移动电源。

在拆卸通电后的式样8时由于环境温度较高，为了防止在拆卸式样时脆断，需要将式样在空气中空冷半个小时，使式样8温度降低后旋转卡紧器9将式样8取下。

本实用新型中式样8与纯铜导体台6尺寸匹配，纯铜导体台6及式样8的固定是搭建电迁移实验的关键点。纯铜导体台6起到导通电流及放置式样8的作用，式样8的长度要与纯铜导体台6之间空隙相匹配以便更好的完成式样8在实验装置上的安装。放置卡紧器9是本实用新型的关键，在固定式样8时要确保同时对放置卡紧器9进行旋转。

四、电源的选择：电迁移实验过程中，主要应用直流电源进行实验，电源型号为LW-50100KD型双路跟踪稳压稳流电源，量程大小为0~100A，如图2-5所示。这台直流电源具有恒压、恒流工作功能，且这两种模式可随负载变化而进行自动转换。另外，还具有过压保护功能，能够防止在电源电压过高时烧毁电源。具有多重保护，在高电压时能够对自身保护，在低电压时能够稳定工作；在动作电压、开机延时的情况下时间显示精准，执行响应速度快，同时能够显示实时电压；可设置为停电再来电和跳闸断电保护后自动开启或人工手动开启；可设置合闸延时时间。电压稳定度及电流稳定度较高，电压稳定度：≤0.2%，电流稳定度：≤0.5%，负载稳定度：≤0.5%。该电源具有使用方便有效，允许短路，短路时电流恒定的特点。面板上输出端都有一接地接线柱，可以使本电源方便的接入用户的系统地电位。

五、加热和温度控制系统：在电迁移实验中为了隔绝焦耳热的影响，需要将式8样置于恒温环境中，因此需要对电迁移实验装置进行恒温控制。

在将装置置于恒温油浴锅之前，需要先进行导电测试，即将装置连接完毕后，打开直流稳压电源，调节电压调节旋钮5与电流调节旋钮4，若导电则将装置置于恒温油浴锅中进行实验，若不导电，检查卡紧器9与导线连接头2是否与耐高温导线11连接好。

加热和温控系统主要由HH-S数显恒温油浴锅构成，加热和温控系统的电源采用220V动力电源，可实现室温下300℃精准控温（误差不超过±1℃），控温仪采用高稳定性运算放大器和双积分高精度A/D转换技术以及远红外加热技术设计而成，热平衡时间短，温度波动性小，测试数据LED显示，直观、准确。在电迁移实验时需要将连接好式样8的导电装置19置于恒温油浴锅中，为了防止电迁移式样与恒温油浴锅接触，需要在恒温油浴锅中放置陶瓷垫片18。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属本实用新型技术方案保护的范围内。