[发明专利]电子封装微焊点的热迁移实验装置

说明书

本发明公开了一种电子封装微焊点的热迁移实验装置，该装置自上而下依次包括加热机构、夹具和冷却机构，所述夹具设于加热机构和冷却机构之间的空间内，用于固定试样，所述冷却机构包括外壳体、内壳体和制冷机，该内壳体内部设有容纳冷却液的腔体，外部套设有外壳体，所述外壳体与内壳体紧密贴合，所述制冷机通过连接管路贯穿外壳体和内壳体与腔体连通；所述外壳体由保温材料制得，在与夹具对应的位置处设有避让缺口，使得夹具内的试样直接与内壳体表面贴合。其能够有效模拟电子封装微焊点在实际工况或在极端条件下达到的温度梯度，进而能够研究微焊点在特定温度梯度下的变化，进行可靠性评估。

技术领域

本发明涉及一种极端温度梯度实验装置，具体涉及一种电子封装微焊点的热迁移实验装置。

背景技术

随着大数据时代的到来，移动设备变得无处不在；物联网的发展使得人与设备、设备与设备的交流变得越来越频繁；人工智能也不断发展起来。随着这些提升，我们需要越来越高性能的电子产品。然而，基于摩尔定律的超大规模集成晶体管的小型化势头已经放缓。目前，扩展摩尔定律最有前途的方法是从电路的二维集成到电路的三维集成。以焊点为例，尺寸从最大的760μm的BGA，到100μm的C4倒装芯片焊接接头，再到最小尺寸10μm的微凸点。微焊点尺寸的持续减少及器件集成密度的持续增加，使得基板发热问题越来越严重，在散热不变或散热改良的条件下，微焊点的两端将形成巨大的温度梯度，当导电材料中存在较高的温度梯度时，原子将沿着温度梯度的反方向发生定向迁移即热迁移。

当金属两端有温度梯度存在时，金属热端的电子的热振动能量高于冷端电子的热振动能量，由此在金属两端形成温度梯度，导致电子拥有能量梯度，该能量梯度将驱使电子由热端向冷端定向迁移。在大量自由电子向冷端迁移的过程中，运动的电子将会与焊点内部的原子或离子发生非弹性碰撞，并将一部分动量转移给原子或离子，使其发生从热端向冷端的定向迁移。而上述条件下微小焊点两端的温度梯度将会更高，甚至达到10000℃/cm以上，这将显著影响微小焊点的可靠性。

针对电子封装中微小焊点在极端温度梯度下的可靠性问题，亟需一套稳定可靠的实验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子封装微焊点的热迁移实验装置，其能够有效模拟电子封装微焊点在实际工况或在极端条件下达到的温度梯度，进而能够研究微焊点在特定温度梯度下的变化，进行可靠性评估。

本发明所述的电子封装微焊点的热迁移实验装置，该装置自上而下依次包括加热机构、夹具和冷却机构，所述夹具设于加热机构和冷却机构之间的空间内，用于固定试样，所述冷却机构包括外壳体、内壳体和制冷机，该内壳体内部设有容纳冷却液的腔体，外部套设有外壳体，所述外壳体与内壳体紧密贴合，所述制冷机通过连接管路贯穿外壳体和内壳体与腔体连通；所述外壳体由保温材料制得，在与夹具对应的位置处设有避让缺口，使得夹具内的试样直接与内壳体表面贴合。

进一步，所述内壳体顶面与夹具对应的位置处设有凸台，该凸台顶面形状与夹具形状相对应。

进一步，所述内壳体和外壳体顶面一边沿设有沉台，所述夹具置于该沉台表面。

进一步，所述外壳体的材质为玻璃纤维、发泡水泥、气凝胶毡、玻璃棉、硅酸铝、聚氨酯泡沫、聚苯板和酚醛泡沫中的一种；所述内壳体的材质为铜、不锈钢和铝合金中的一种。

进一步，所述冷却液为母液与去离子水混合制得，所述母液为氯化钙、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇和润滑油中的一种，冰点为0~-114℃。

进一步，所述冷却液为液氮。

进一步，所述夹具包括基板，在基板上设有多个与试样形状和尺寸相适配的安装孔。

进一步，所述基板的材质为石棉板、玻璃纤维、发泡水泥、气凝胶毡、玻璃棉和硅酸铝中的一种。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：