CN113607043A - 一种用于芯片应力测试用应变计 - Google Patents

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雷宇哲
刘忙贤
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Abstract

本发明公开了一种用于芯片应力测试用应变计，包括设置在同一应变计基底上的4～20组测量栅，每行设置四组测量栅，每组测量栅包括至少三个不同方向的单轴测量栅。通过在应变计基底上的4～20组测量栅，将测量栅进行排布，每组测量栅包括至少三个不同方向的单轴测量栅，从而在应变计有限的面积中，增加应变计的测试点，可实现对待测物不同梯度、各个方向上受力状况的测量，提高测试结果的准确性。

Description

一种用于芯片应力测试用应变计
技术领域
本发明属于应变计领域，涉及一种用于芯片应力测试用应变计。
背景技术
为预防芯片可能出现的各种失效问题(如BGA芯片安装、电路板安装应力、机械振动等)，定量的评估和识别芯片在元件装配、测试、机械安装、运输等过程中可能存在的应力过大的有害流程，需对芯片在各种受力状态下的应力分布情况进行测试。
普通电阻应变计可实现对待测件应力分布的测量，测试用应变计主要有三种：一是多片排列单轴应变计，二是使用重叠花式应变计，三是使用3～8组测量栅的应变花。
在芯片测试的过程中，使用现有应变计，主要存在如下问题：芯片表面积较小，应变计布置面积有限，无法排布更多测试点，测试结果不能反映应力应变分布情况，与应力分布云图差异较大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于芯片应力测试用应变计，增加应变计的测试点，提高测试结果的准确性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种用于芯片应力测试用应变计，包括设置在同一应变计基底上的4～20组测量栅，每行设置偶数组测量栅，每组测量栅包括至少三个不同方向的单轴测量栅。
优选的，每个单轴测量栅均设置有焊点，焊点设置在应变计两个相对边或四个边。
优选的，单轴测量栅间的夹角为0℃～180℃。
优选的，每个单轴测量栅的电阻范围为120Ω～1000Ω。
优选的，每组测量栅的间距为4～10mm。
优选的，应变计包括2～4块相同的应变计基底，所有应变计基底将4～20组测量栅均分，所有应变计基底之间粘合成应变计。
优选的，应变计顶部设置有散热器，应变计的焊点在芯片封装或加盖散热器区域之外。
优选的，应变计包括基底膜和盖层膜，基底膜和盖层膜采用厚度为10μm～50μm的酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚醚醚酮或聚酰亚胺薄膜。
优选的，应变计采用三线制的方式连接有测试仪器。
优选的，应变计的焊点连接有连接导线一端，连接导线另一端连接有测试导线，连接导线直径和硬度均小于测试导线。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在应变计基底上的4～20组测量栅，将测量栅进行排布，每组测量栅包括至少三个不同方向的单轴测量栅，从而在应变计有限的面积中，增加应变计的测试点，可实现对待测物不同梯度、各个方向上受力状况的测量，提高测试结果的准确性。
进一步，应变计的焊点既可两边引出进行排布。而当焊点较多时，也可以四边引出的方式进行排布。
进一步，通过将应变计拆分，使每个测量栅基底上的测量栅数量都不会太多，降低了制备难度。
进一步，通过将焊点位置设计在芯片封装或加盖散热器区域之外，可避免焊点影响散热器芯片表面贴合。
进一步，厚度更薄的基底膜和盖层膜，可使应变计与带有曲率的芯片表面贴合更好。
进一步，采用三线制的方式连接应变计和测试仪器，能够降低应变计与测试仪器之间连接导线电阻对测试结果的影响。
进一步，通过先从焊点引出较细较软的连接导线，再转接测试导线，从而保证了在跌落测试中，导线的连接可靠性。
附图说明
图1是本专利的应变计测量栅示意图。
图2是本专利的应变计分割为四块示意图。
图3是本专利的焊点两边引出排布示意图。
图4是本专利的焊点四边引出排布示意图。
图5是本专利的应变计第一种三线制接法示意图。
图6是本专利的应变计第二种三线制接法示意图。
图7为本发明的应变计第一应用状态示意图。
图8为本发明的应变计第二应用状态示意图。
其中：1-散热器，2-芯片本体，3-芯片基底，4-PCB板，5-应变计，6-贴片胶层，7-焊点，8-应变计导线，9-连接导线，10-测试导线；11-应变计基底；12-测量栅。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的芯片应力测试用应变计5，包括设置在同一应变计基底11上的4～20组测量栅12，每组测量栅12间距为：4～10mm。每行设置多组测量栅12，每组测量栅12含3个及以上不同方向的单轴测量栅，单轴测量栅间的夹角为0℃～180℃。每个单轴测量栅的电阻范围为120Ω～1000Ω，而每个栅引出的焊点7，可布局在整片应变计5的四边范围内。
如图1所示，该实施例应变计5在27*26mm的区域内，按照一定间距设计16组测量栅12，其中每组含3个不同方向的单轴测量栅，3个不同方向为0°方向、90°方向、135°方向，共计48个单轴测量栅。
应变计5设置的测量栅12过多时，可能为应变计5生产制造带来困难。此时，可将整片应变计5按照测量栅12的重复性，将应变计基底11分割为2～4块，每块单独制造好后，再通过盖层将上述块按照分割前的图形粘合在一起，形成图形完整的应变计5。
如图2所示，先将图1中的图形分割为4块，每块单独制作，再通过盖层将上述块按照分割前的图形贴合在一起，形成图形完整的应变计5。该应变计5可达图1中应变计5的测试效果，且生产制造更容易。
单轴测量栅均设置有焊点7，焊点7设置在应变计5两个相对边或四个边。
图3和图4为本发明中存在的两种焊点7排布方式。应变计5的焊点7既可两边引出进行排布。而当焊点7较多时，也可以四边引出的方式进行排布。
焊点7影响散热器1与芯片表面贴合。通过将焊点7位置设计在芯片封装或加盖散热器1区域之外，可避免焊点7带来影响。
应变计5厚度影响其自身与芯片表面贴合。在选材时，通过选用厚度更薄的基底膜，可使应变计5与带有曲率的芯片表面贴合更好。需要选择合适厚度的基底膜和盖层膜，采用10μm～50μm的酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚醚醚酮或聚酰亚胺薄膜。
为降低应变计5与采集数据的应变仪之间连接导线9电阻对测试结果的影响，采用三线制的方式连接。一种方案是：每个单轴测量栅设计有两个焊点7，其中一个引出一条导线，另一个引出两条导线。另一种方案是：每个单轴测量栅设计有三个焊点7，每个焊点7引出一条导线。
图4所示，当每个单轴敏感栅仅设计两个焊点7时，三线制接法为：其中一个焊点7引出两根导线，另一个焊点7引出一根导线。
图5所示，可在应变计5图形设计时给每个单轴敏感栅设计三个焊点7，三线制接法为：每个焊点7引出一根导线即可。
焊点7连接有应变计导线8，为保证跌落中导线连接可靠，应变计导线8包括连接导线9和测试导线10，可通过焊点7先引出连接导线9再转接测试导线10，连接导线9直径和硬度均小于测试导线10，同时将部分导线固定在PCB板4上，保证测试过程中导线连接的可靠性。
应变计5接导线时，从焊点7引出的部分先接较短(200mm～500mm)的一段连接导线9，避免导线较硬造成焊点7处的应力集中。连接导线9推荐直径Φ0.3mm及以下的镀银丝线、漆包线、聚四氟乙烯线、PVC线。连接导线9后转接较长(1000mm～5000mm)的一段测试导线10，测试导线10推荐使用直径Φ0.3mm～Φ1.5mm的三芯PVC、TPE、聚四氟乙烯排线。
图7、图8所示为本发明的应变计5在芯片应力测试装置中的应用，芯片应力测试装置包括自上而下依次设置的散热器1、应变计5、贴片胶层6、芯片本体2、芯片基底3和PCB板4，应变计5使用贴片胶固定在表面有不同曲率的凹面或凸面芯片上，上方加盖有散热器1，芯片通过其基底固定于PCB板4上。焊点7位于散热器1与芯片接触的区域之外，焊点7上再引出应变计导线8，导线末端连接测试仪器。
上述一种用于芯片应力测试的应变计5设计技术，结合应变计5制造技术及应力测试技术，可实现对芯片应力分布的精确调测量。经测试，本实施例应变计5的测试重复性(3次测试平均值/标准偏差)在-2％～+2％以内，可实时反应不同跌落状态下芯片的应力分布状况。
表1加载重复性数据记录表
Figure BDA0003189331350000061
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，包括设置在同一应变计基底(11)上的4～20组测量栅(12)，每行设置多组测量栅(12)，每组测量栅(12)包括至少三个不同方向的单轴测量栅。
2.根据权利要求1所述的用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，每个单轴测量栅均设置有焊点(7)，焊点(7)设置在应变计(5)两个相对边或四个边。
3.根据权利要求1所述的用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，单轴测量栅间的夹角为0℃～180℃。
4.根据权利要求1所述的用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，每个单轴测量栅的电阻范围为120Ω～1000Ω。
5.根据权利要求1所述的用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，每组测量栅(12)的间距为4～10mm。
6.根据权利要求1所述的用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，应变计(5)包括2～4块相同的应变计基底(11)，所有应变计基底(11)将4～20组测量栅(12)均分，所有应变计基底(11)之间粘合成应变计(5)。
7.根据权利要求1所述的用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，应变计(5)顶部设置有散热器(1)，应变计(5)的焊点(7)在芯片封装或加盖散热器(1)区域之外。
8.根据权利要求1所述的用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，应变计(5)包括基底膜和盖层膜，基底膜和盖层膜采用厚度为10μm～50μm的酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚醚醚酮或聚酰亚胺薄膜。
9.根据权利要求1所述的用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，应变计(5)采用三线制的方式连接有测试仪器。
10.根据权利要求1所述的用于芯片应力测试用应变计，其特征在于，应变计(5)的焊点(7)连接有连接导线(9)一端，连接导线(9)另一端连接有测试导线(10)，连接导线(9)直径和硬度均小于测试导线(10)。
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