[发明专利]一种利用分形理论优化加热结构的环境加热炉

说明书

技术领域

本发明属于微器件可靠性测试领域，具体涉及一种基于分形理论优化加热结构的环境加热炉装置，应用于封装材料、微器件等微小试样的可靠性测试，为可靠性测试提供一个稳定的高温环境。

背景技术

微电子技术是随着集成电路，尤其是超大规模集成电路的发展而发展起来的一门新技术。它包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门技术，而且，微电子技术的发展还带动了其封装与连接材料的进步。如今，电子产品已渗透到人们日常生活的各个领域，微电子封装技术及材料市场获得高速发展。世界上微电子工业发达的国家和地区，如美国、日本、韩国和我国台湾等地，都高度重视微器件及其封装结构材料的可靠性测试。

微器件及其封装结构材料在现代社会中应用非常广泛，因此其材料性能(例如热-机械特性)和可靠性非常重要。但传统的材料测试机理和测试装置并不适用于微器件及其封装结构材料等微小试样，因此需要研究面向这些微型材料、微器件的测试技术和测试装置。在微电子器件的制造和使用过程中，封装结构材料的热-机械特性对材料性能有重大的影响。因此，对微电子器件与封装材料的热-机械特征行为进行检测有着重大的意义。

分形理论是当今世界十分风靡和活跃的新理论、新学科。分形几何认为，自然界的非规则形态，均可看成是具有无限嵌套层次的精细结构，是局部和整体按某种方式相似的结构。标准的自相似分形是数学上的抽象，迭代生成无限精细的结构，如科契(Koch)雪花曲线、谢尔宾斯基(Sierpinski)地毯曲线等。当分形曲线的维数大于或等于2时，便可由它充满平面，这些分形曲线是非自交、简单且自相似的。按照分形理论的观点，二维图形可以由两个或两个以上方向的扫描路径嵌套而成，二维图形的局部结构与二维整体结构是相似的。通常使用Lindenmayer方法(L系统)和迭代函数系统(IFS)在计算机上生成分形曲线，分形曲线的具体生成方法可以见文献：《分形扫描路径的规划》，作者宾鸿赞，武汉：华中科技大学出版社，2006。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用分形理论优化加热结构的环境加热炉，应用于封装材料、微器件等微小试样的可靠性测试。该装置与各种测试设备相结合可以实现在不同的温度条件下封装材料的热-机械特性测试。同时，在测试过程中，还可以通过加热箱的高透光性高温玻璃窗口观察，实现在热条件下，集成光学测量方法(例如云纹测试法、泰曼格林干涉法、云纹干涉仪等)进行应变测试。

实现本发明的目的所采用的具体技术方案为：

一种用于各种电子封装材料、微器件等微小试样可靠性测试的环境加热炉，其特征在于，该加热炉的壁面由外而内依次是金属外壳、绝热层、云母片、加热片、云母片和铜板。

进一步地，所述加热片为其上固定有电阻丝的云母片，所述电阻丝按分形曲线布置在云母片上。

进一步地，其中所述加热片中的云母片上设置有凹槽，所述电阻丝固定在所述凹槽中。

进一步地，所述加热片一共有六片，其中底面两片，其余四片分别在四周的四个侧壁面内。

进一步地，所述绝热层由Al₂O₃陶瓷、石棉和聚四氟乙烯三层构成，其中与云母片接触的内层采用Al₂O₃陶瓷，中间一层为石棉，与金属外壳接触的外层采用聚四氟乙烯起绝热作用。

进一步地，所述加热炉的上方设置有观察窗，该观察窗采用石英玻璃制成。

进一步地，所述加热炉其中两侧壁上开有槽，用于待测样品的放入取出。

进一步地，该加热炉还包括聚四氟乙烯堵块，用于在加热时封堵所述侧壁上的槽，避免热量流出。

加热箱外壳用不锈钢薄板制作，内部衬底用Al₂O₃陶瓷、石棉和聚四氟乙烯层作为绝缘层，加热方式采用基于分形理论优化布置路径的电阻丝加热，采用多点布置精密热电耦(ACEZ 328Type K)进行测量，反馈控制加热系统，加热温度范围为室温～500℃，温度精度可达±1℃。

将分形理论应用到加热炉中电阻丝的布置，消除了传统的“S形”绕线方式造成的温度场的取向性，并且使整个加热面温度分布更加均匀，提高了加热炉加热的均匀性，同时也提高了加热效率。

本发明与已有的加热炉装置相比较，具有以下的优点：

其一，本发明加热炉装置设计成上方为观察窗，其余五面为加热面，与现有只有底面一个面进行加热的加热炉相比较，在工作过程中可以使加热更加均匀和迅速。