一种焊点互连结构力学强度测试装置及测试方法制造方法及图纸

一种基于压痕反演理论求解算法的焊点互连结构力学强度测试装置及测试方法，通过反演算法得到电子封装结构焊点基体材料的本构参数(弹性模量、硬化指数、屈服应力)，并根据幂率函数得到电子封装结构中焊点互连结构的真实力学强度关系，为精密测量电子封装焊点互连结构的力学强度提供一种新的技术手段。本发明专利技术通过对电子封装结构中焊点互连结构进行压力作用，通过力传感器和位移传感器获取电子封装结构基体材料的荷载

【技术实现步骤摘要】
一种焊点互连结构力学强度测试装置及测试方法
(一)
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[0001]本专利技术涉及一种基于压痕反演理论求解算法的新型焊点互连结构力学强度测试装置和测试方法，主要用于精密测量电子封装结构中各种微小组件结构的力学强度。
(二)
技术介绍
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[0002]电子封装结构中，由于各组件的结构极其精密，测量难度很大。很多对电子封装焊点互连结构进行力学强度测试的仪器、检测装置本质上是测量电子封装焊点互联结构的弹性模量、硬度、塑性和应力
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应变曲线等，电子封装焊点互连结构的弹性模量、硬度和塑性可以通过压痕曲线来确定。通常，现有的基于有限元模拟的分析方法可分为正演分析和反向分析两大类。正演分析是根据材料的一系列已知力学参数，预测电子封装焊点互连结构的力学强度，因为电子封装焊点互连结构的性质是可测的，通常可以很好地验证有限元模型的计算精度。反向分析是指根据已知电子封装结构中各个微小组件的本构曲线来确定电子封装焊点互连结构的力学强度，通常采用更为复杂的方法来研究。
[0003]在工程实践中，电子封装结构中焊点互连结构的力学强度一直是未知的。根据是否采用无量纲分析理论，反向分析方法可以归纳为两类：
[0004]一是将有限元模拟结果与实验结果进行比较，调整参数，直至拟合误差可接受，最终得到电子封装结构中焊点互连结构的力学强度。电子封装结构中焊点互连结构力学强度检测装置研究的早期阶段，这种基于反向分析的方法得到了广泛的应用。但其数值误差可能无法很好地控制，预测材料参数的正确性在很大程度上取决于输入力学参数的正确性。r/>[0005]二是进行无量纲分析，将有限元结果与无量纲函数联系起来，形成一系列非线性拟合方程，通过计算这些无量纲方程，最终确定电子封装结构中焊点互连结构的力学强度。
(三)
技术实现思路
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[0006]为解决现有的电子封装结构中焊点互连结构的力学强度测试装置难以测定的技术问题，本专利技术提供了一种基于压痕反演理论求解算法的焊点互连结构力学强度测试装置及测试方法，通过反演算法得到电子封装结构焊点基体材料的本构参数(弹性模量、硬化指数、屈服应力)，并根据幂率函数得到电子封装结构中焊点互连结构的真实力学强度关系，为精密测量电子封装焊本专利技术的专利技术构思是：
[0007]本专利技术通过对电子封装结构中焊点互连结构进行压力作用，通过力传感器和位移传感器获取电子封装结构基体材料的荷载
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位移曲线，然后使用Matlab进行反演分析，将提前准备的多个范围的本构参数随机构建的多组电子封装结构表面基体材料本构参数组放入有限元软件中进行计算，获取相应组的荷载
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位移曲线，再与BP神经网络进行深度学习，建立电子封装焊点互连结构的基体材料本构参数和荷载位移曲线的映射关系，可以通过本测试装置直接获取的荷载
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位移曲线反演出相应的应力应变曲线，进而得到电子封装结构中焊点互连结构的力学强度。
[0008]本专利技术的优点是：
[0009]本专利技术可以由已知材料的荷载位移曲线，通过机器学习的方式得出该材料的力学参数组，通过幂率函数便可以画出该材料的应力应变曲线，进而反推出该种材料的本构关系。针对金属材料、薄膜材料等都可进行本构关系的确定，通过仪器内置基机器学习模型，快速得到材料所有本构参数及曲线。
(四)附图说明：
[0010]图1为本专利技术的整体结构示意图。
[0011]图2为本专利技术的剖面图。
[0012]图3为本专利技术工作时加载和卸载过程示意图。
[0013]图4为BP神经网络拓扑结构图。
[0014]附图标记：
[0015]1‑
载物台；2
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连接杆；3
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锥形压头；4
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导线；5
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导线与芯片上的连接点；6
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下位机；7
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固定装置；8
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位移传感器；9
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力传感器；10
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上位机；11
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显示屏；12
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壳体。
(五)具体实施方式：
[0016]如图1、2所示，本专利技术所提供的焊点互连结构力学强度测试装置，包括不锈钢壳体12、自下向上依次设置在壳体12内的载物台1、锥形压头3、连接杆2、下位机6、固定装置7、位移传感器8、力传感器9、上位机10，以及设置在壳体12上端面上的显示屏11。
[0017]载物台1设置在壳体12的内底面上，用于放置待测焊点互连结构。
[0018]连接杆2用于连接锥形压头3，通过屏幕输入参数设定压头压入深度，通过上位机10、下位机6控制压头进行位移操作，起到控制压入深度的作用；连接杆2上设有刻度。
[0019]锥形压头3用于下压对待测焊点互连结构，对其进行加载和卸载测试。
[0020]上位机10对位移传感器8用于控制锥形压头3的位移以及施加位移量，并反馈给下位机6，于显示器11中显示。
[0021]力传感器9为压电式压力传感器，用于测量锥形压头3向待测焊点互连结构加载的力的大小，并反馈给下位机6，于显示器11中显示。
[0022]上位机10控制力传感器9与位移传感器8，并同时下达测试命令，电信号传达到下位机6对基体材料进行测试过程，测试过程中显示屏11会对位移与时间和力与时间关系进行实时显示。
[0023]下位机6，受上位机10控制，用于根据力传感器9和位移传感器8的测试数据获取载荷
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位移曲线。
[0024]固定装置7用于将上位机10、下位机6、力传感器9、位移传感器8固定在壳体12内。
[0025]外部显示屏11，经过上位机中反演算代码的计算，用于显示试验过程中电子封装焊点结构表面基体材料应力
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应变的关系示意图以及电子封装焊点互连结构的力学强度。同时，触控显示屏也可以通过控制位移传感器与力传感器，进而控制待测基体额压入深度，压入速率和压入时间。
[0026]壳体12为不锈钢壳体，具有抗腐蚀的特点，保证其内部各构件的完整性，以达到正常使用的标准。
[0027]通过测试装置内嵌的反演算法得到力学性能的过程如下：
[0028]步骤1：在进行测试前，先确定根据材料确定弹性模量、硬化指数、屈服应力条件范围，将上述三种条件任意组合为若干材料参数组(每个条件只能出现一次)，将得到的材料参数组放入ABAQUS软件中计算出相应数目的荷载
‑
位移曲线。
[0029]图4为BP神经网络拓扑结构图，其中X1，X2，
…
，Xn是BP神经网络的输入值Y1，Y2，
…
Ym是BP神经网络的预测值，wij和wjk为BP神经网络连接权值。从图1可以看出，BP神经网络可以看成一个非线性函数，网络输入值和预测值分别为该函数的自变量和因变量。当输入节点数为n，输出节点数为m时，BP神经网络就表达了从n个自变量到m个因变量的函数映射关系。针对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压痕反演理论求解算法的焊点互连结构力学强度测试装置及测试方法，通过反演算法得到电子封装结构焊点基体材料的本构参数(弹性模量、硬化指数、屈服应力)，并根据幂率函数得到电子封装结构中焊点互连结构的真实力学强度关系，为精密测量电子封装焊点互连结构的力学强度提供一种新的技术手段。2.通过对电子封装结构中焊点互连结构进行压力作用，通过力传感器和位移传感器获取电子封装结构基体材料的荷载
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位移曲线，然后使用Matlab进行反演分析，将提前准备的多个范围的本构参数随机构建的多组电子封装结构表面基体材料本构参数组放入有限元软件中进行计算，获取相应组的荷载
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位移曲线，再与BP神经网络进行深度学习，建立电子封装焊点互连结构的基体材料本构参数和荷载位移曲线的映射关系，可以通过本测试装置直接获取的荷载
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位移曲线反演出相应的应力应变曲线，进而得到电子封装结构中焊点互连结构的力学强度。3.根据权利要求书1中所述，实施过程如下：如图1、2所示，本发明所提供的焊点互连结构力学强度测试装置，包括不锈钢壳体12、自下向上依次设置在壳体12内的载物台1、锥形压头3、连接杆2、下位机6、固定装置7、位移传感器8、力传感器9、上位机10，以及设置在壳体12上端面上的显示屏11。载物台1设置在壳体12的内底面上，用于放置待测焊点互连结构。连接杆2用于连接锥形压头3，通过屏幕输入参数设定压头压入深度，通过上位机10、下位机6控制压头进行位移操作，起到控制压入深度的作用；连接杆2上设有刻度。锥形压头3用于下压对待测焊点互连结构，对其进行加载和卸载测试。上位机10对位移传感器8用于控制锥形压头3的位移以及施加位移量，并反馈给下位机6，于显示器11中显示。力传感器9为压电式压力传感器，用于测量锥形压头3向待测焊点互连结构加载的力的大小，并反馈给下位机6，于显示器11中显示。上位机10控制力传感器9与位移传感器8，并同时下达测试命令，电信号传达到下位机6对基体材料进行测试过程，测试过程中显示屏11会对位移与时间和力与时间关系进行实时显示...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙旭，刘永超，苏昱太，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：