CN110146399B - 一种电子元件高低温实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子元件高低温实验装置，包括箱体、转动盘和电机，所述箱体中设有隔热板，隔热板将箱体分隔为上方的加热腔和下方的冷却腔，所述转动盘设于箱体内，盘面竖直穿过隔热板，一部分处于加热腔中，另一部分处于冷却腔中，所述转动盘的盘面设有用于放置试样的安装凸台，所述电机的转动杆伸入箱体内与转动盘的中心连接，试样在转动盘的带动下在加热腔和冷却腔之间切换。其能够提高加热和冷却效率，减少保温时间，并且变温响应迅速，加热和冷却均匀，提高高低温实验效率。

Description

一种电子元件高低温实验装置

技术领域

本发明涉及电子元件可靠性测试设备，具体涉及电子元件高低温实验装置。

背景技术

目前大功率器件的逐步推广和应用，封装密度也越来越高，焊点尺寸越来越小数量越来越多，元器件内部电功率越来越大，热流密度也越来越高，为了发挥其性能而进行冷却降温，元件焊点在服役中将承受着高频率、急剧的温度变化，必将导致元器件内部各种材料的热膨胀系数失配，以及起连接作用的焊点承受着应力应变的循环变化，进而引起焊点的热疲劳破坏，导致整个封装器件的失效。研究表明，在IGBT，LED中，热循环的次数对多孔焊点的机械性能和导热系数有很大的影响。孔隙边界是应变集中的关键区域，热循环次数的增加也会导致孔隙的增长和聚结。

在这些复杂的组件中，由于部件中的热膨胀系数之间的不一致性导致的热机械应力，将会导致各种不同模式的失效。电子元件中的热循环是功率半导体退化的根本原因，并且可能涉及引线键合，基板、芯片或焊料互连。根据文献，电子元件中的焊点是最容易发生机械退化的部位，所以急需要一种快速热循环装置来对微电子产品的可靠性进行评估，因其可以减少寿命测试的循环时间，可增加加热和冷却率，减少保温时间和增加应用温度的范围。但是采用加速热循环方式对于焊点热疲劳行为还研究较少，尤其是在设备的开发和利用上还需进一步的探索。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子元件高低温实验装置，其能够提高加热和冷却效率，减少保温时间，并且变温响应迅速，加热和冷却均匀，提高高低温实验效率。

本发明所述的电子元件高低温实验装置，包括箱体、转动盘和电机，所述箱体中间设有隔热板，隔热板将箱体分隔为上方的加热腔和下方的冷却腔，所述转动盘设于箱体内，盘面竖直穿过隔热板，一部分处于加热腔中，另一部分处于冷却腔中，所述转动盘的盘面设有用于放置试样的安装凸台，所述电机的转动杆伸入箱体内与转动盘的中心连接， 试样在转动盘的带动下在加热腔和冷却腔之间切换。

进一步，所述加热腔内设有多块加热片，所述冷却腔内填充有冷却液。

进一步，所述加热片与箱体外部的恒温控制器连接，所述冷却液与箱体外部的制冷组件和泵体管路连接。

进一步，所述加热腔中设有感应加热线圈和进给组件，所述进给组件驱动感应加热线圈靠近试样运动或远离试样运动；

所述转动盘在安装凸台周围设有与感应加热线圈位置相对应的避让槽。

进一步，所述进给组件包括导杆、第一连杆、第二连杆、第一支撑杆和第二支撑杆，所述导杆一端设有导轮，该导轮与转动盘外周面的滑槽滚动配合，另一端与第一连杆的一端固定，所述第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与感应加热线圈固定连接，所述第一支撑杆和第二支撑杆的一端固定于加热腔的内侧壁上，第一支撑杆的另一端与第一连杆的中部转动连接，第二支撑杆的另一端与第二连杆的中部转动连接；所述滑槽设有一处转角，该转角朝转动盘远离试样的端面凸起，当导杆运动至转角处时，感应加热线圈在导杆、第一连杆和第二连杆的带动下罩住试样。

进一步，所述加热腔和冷却液中设有测温热电偶。

进一步，所述冷却液为去离子水和乙二醇的混合溶液，冰点为-69℃，去离子水和乙二醇的体积比为1：2。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果。

1、本发明通过转动盘带动试样在加热腔和冷却腔之间快速切换，增加了试样的升温和降温速率，使得变温响应更加迅速，因此试样能够在几小时到十几小时达到传统的冷热循环上百小时才能达到的效果，节约了大量时间，提高了实验效率。

2、本发明加热腔中的加热片与箱体外部的恒温控制器连接，冷却腔中的冷却液与箱体外部的制冷组件和泵体管路连接，通过恒温控制器和制冷组件使得加热腔和冷却腔中的温度均匀、恒定，保证了电子元件高低温实验结果的准确性。

3、本发明感应加热线圈的设置起到了快速加热的作用，并且通过进给组件实现了感应加热线圈靠近试样或远离试样，即试样在转动盘的带动下运动至需要快速加热的位置时，感应加热线圈在进给组件的驱动下靠近试样，罩住试样，然后在感应加热线圈内通入高频大电流，试样在感应加热线圈的电磁效应作用下快速加热，提高了试样的升温速率。

4、本发明的进给组件采用杠杆式，仅靠机械传动实现感应加热线圈的进给，可相较于电控式其可靠性更好。

5、本发明结构简单，拆装方便，成本低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的转动盘的结构示意图；

图3是本发明的进给组件的结构示意图；

图4是本发明的滑槽上转角的结构示意图；

图5是本发明的导杆与滑槽的配合示意图；

图6是本发明的隔热板的结构示意图；

图7是本发明的部件连接示意图。

图中，1—箱体，2—隔热板，21—安装盲孔，22—避让通孔，3—加热腔，4—冷却腔，5—转动盘，51—安装凸台，52—滑槽，53—避让槽，54—转角，6—电机，61—转动杆，7—加热片，8—进给组件，81—导杆，82—导轮，83—第一连杆，84—第二连杆，85—第一支撑杆，86—第二支撑杆，9—感应加热线圈，10—试样。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

参见图1至图6，所示的电子元件高低温实验装置，包括箱体1、转动盘5和电机6，所述箱1体中间设有隔热板2，隔热板2将箱体1分隔为上方的加热腔和3下方的冷却腔4，所述转动盘5设于箱体1内且所在平面垂直于隔热板2，一部分处于加热腔3中，另一部分处于冷却腔4中，所述转动盘的盘面设有用于放置试样10的安装凸台51。所述电机6的转动杆61伸入箱体1内与转动盘5的中心连接， 试样10在转动盘5的带动下在加热腔3和冷却腔4之间切换。

所述加热腔3内设有多块加热片7，所述加热片7与箱体1外部的恒温控制器连接。所述冷却腔4内填充有冷却液，所述冷却液为去离子水和乙二醇的混合溶液，冰点为-69℃，去离子水和乙二醇的体积比为1：2。且冷却液与箱体1外部的制冷组件和泵体管路连接。

所述加热腔3中设有感应加热线圈9和进给组件8，所述进给组件8驱动感应加热线圈9靠近试10样运动或远离试样10运动。所述转动盘5在安装凸台51周围设有与感应加热线圈9位置相对应的避让槽53，避免感应加热线圈9与转动盘5直接接触。

所述进给组件8包括导杆81、第一连杆83、第二连杆84、第一支撑杆85和第二支撑杆86，所述导杆81一端设有导轮82，该导轮82与转动盘5外周面的滑槽52滚动配合，另一端与第一连杆83的一端固定，所述第一连杆83的另一端与第二连杆84的一端铰接，所述第二连杆84的另一端与感应加热线圈9固定连接，所述第一支撑杆85和第二支撑杆86的一端固定于加热腔3的内侧壁上，第一支撑杆85的另一端与第一连杆83的中部转动连接，第二支撑杆86的另一端与第二连杆84的中部转动连接。所述滑槽52上设有一处转角54，该转角54朝转动盘5远离试样10的端面凸起，当导杆81运动至转角54处时，感应加热线圈9在导杆81、第一连杆83和第二连杆84的带动下罩住试样10。

进给组件8的具体工作原理为：试样10随转动盘5转动至加热腔3的某一位置处，导杆81端部的导轮82沿转动盘5外周面的滑槽52滚动至转角54处，此时感应加热线圈9中心与试样10对齐，驱动转动盘5转动的电机6停止转动。导杆81由于转角54位置的突变，将朝靠近转动盘5的方向运动，与导杆81连接的第一连杆83的端部朝靠近转动盘5的方向运动，由于第一连杆83的中部与第一支撑杆83的端部转动连接，则第一连杆83的另一端则朝远离转动盘5的方向运动，与第一连杆83连接的第二连杆84的端部朝远离转动盘5的方向运动，第二连杆84的另一端则朝靠近转动盘5的方向运动，进而带动感应加热线圈9靠近试样并罩住试样10，向感应加热线圈9内通入高频大电流，利用电磁效应实现对试样10的快速加热。加热结束后，转动盘5继续同向转动，导轮82重新滚动至滑槽52中，带动导杆82的一端朝远离转动盘5的方向运动，进给组件8开始回收感应加热线圈9，使得感应加热线圈9朝远离试样的方向运动。

在导轮82靠近滑槽52的转角54或离开转角54时，降低电机6的旋转速度，防止速度过快时因惯性原因使试样10和感应加热线圈9发生碰撞。

所述加热腔3和冷却液中设有测温热电偶，用于实时监控加热腔3和冷却腔4中的环境温度，进而根据测温热电偶的温度信息，对恒温控制器和制冷组件的功率进行实时调节，实现对加热腔3和冷却腔4的温度调节。

参见图7，各个部件具体连接时，加热腔3中的加热片7与箱体1外的恒温控制器连接，通过恒温控制器调节加热片7的加热温度。箱体1中的转动盘5通过电机6的转动杆61驱动实现转动，所述电机6与伺服控制器连接，通过伺服控制器实现电机6的开闭和转速的调节。冷却腔4中的冷却液通过制冷组件和泵体实现循环，制冷组件为大功率冰箱，既能够对冷却液进行降温，同时起到储存冷却液的作用，其进液口与冷却腔4中的冷却液管路连通，出液口与泵体的进液口管路连通，泵体的出液口与冷却腔4中的冷却液管路连通。加热腔3和冷却腔4中的测温热电偶分别与箱体1外的温度变送器输入端数据传输连接，所述温度变送器的输出端与PC的输入端数据传输连接，所述PC作为控制***使用，安装有LABVIEW软件，恒温控制器和制冷组件均与PC数据传输连接，根据加热腔3和冷却腔4内的测温热电偶的温度信号，对恒温控制器和制冷组件实时调控，使得加热腔3和冷却腔4中的环境温度恒定。

高低温实验装置分为上下两个部分，下部分是冷却腔，冷却腔中有流动着的低温冷却液，用于完全浸没试样。上部分是加热腔，加热腔中空气气氛温度维持在实验所需求的温度，并通过感应加热线圈对试样进行快速加热。实验时，通过转动盘将固定在转动盘上的试样不断在加热腔和冷却腔之间快速切换，以达到让试样在稳定的两温度之间快速升温和降温。对电子元件进行高低温实验时，具体包括如下步骤：

S1、安装试样，取下加热腔所在部分的箱体，在非电感应加热区域将试样固定在转动盘的安装凸台上，启动电机带动转动盘转动，将试样所在部分转移到冷却腔中。

S2、启动冷却液循环，通过调节制冷组件的制冷功率调节冷却腔中冷却液的温度，通过调节泵体功率和制冷组件出液口的大小，使得冷却腔中冷却液能够完全浸没试样。

S3、启动加热腔，根据实验所需温度在恒温控制器上设置加热片温度，待箱体内温度上升到设定温度时，连通感应加热线圈电路及高频感应加热机。

S4、启动电机，由伺服控制器控制电机的开闭及转速调节，开始进行电子元件高低温循环实验。

S5、循环次数达到设定值后，调整试样使其位于冷却腔中，关闭泵体和制冷组件，然后关闭加热片和感应加热线圈电源，待温度冷却下来后转动试样到加热腔的非电感应加热区域，取下试样。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电子元件高低温实验装置，包括箱体（1），所述箱体（1）中设有隔热板（2），隔热板（2）将箱体（1）分隔为上方的加热腔（3）和下方的冷却腔（4），其特征在于：还包括转动盘（5）和电机（6），所述转动盘（5）设于箱体（1）内，盘面竖直穿过隔热板（2），一部分处于加热腔（3）中，另一部分处于冷却腔（4）中，所述转动盘（5）的盘面设有用于放置试样（10）的安装凸台（51），所述电机（6）的转动杆（61）伸入箱体（1）内与转动盘（5）的中心连接， 试样（10）在转动盘（5）的带动下在加热腔（3）和冷却腔（4）之间切换；

所述加热腔（3）中设有感应加热线圈（9）和进给组件（8），所述进给组件（8）驱动感应加热线圈（9）靠近试样（10）运动或远离试样（10）运动；

所述转动盘（5）在安装凸台（51）周围设有与感应加热线圈（9）位置相对应的避让槽（53）；

所述进给组件（8）包括导杆（81）、第一连杆（83）、第二连杆（84）、第一支撑杆（85）和第二支撑杆（86），

所述导杆（81）一端设有导轮（82），该导轮（82）与转动盘（5）外周面的滑槽（52）滚动配合，另一端与第一连杆（83）的一端固定，所述第一连杆（83）的另一端与第二连杆（84）的一端铰接，所述第二连杆（84）的另一端与感应加热线圈（9）固定连接，所述第一支撑杆（85）和第二支撑杆（86）的一端固定于加热腔（3）的内侧壁上，第一支撑杆（85）的另一端与第一连杆（83）的中部转动连接，第二支撑杆（86）的另一端与第二连杆（84）的中部转动连接；

所述滑槽（52）设有一处转角（54），该转角（54）朝转动盘（5）远离试样（10）的端面凸起，当导杆（81）运动至转角（54）处时，感应加热线圈（9）在导杆（81）、第一连杆（83）和第二连杆（84）的带动下罩住试样（10）。

2.根据权利要求1所述的电子元件高低温实验装置，其特征在于：所述加热腔（3）内设有多块加热片（7），所述冷却腔（4）内填充有冷却液。

3.根据权利要求2所述的电子元件高低温实验装置，其特征在于：所述加热片（7）与箱体（1）外部的恒温控制器连接，所述冷却液与箱体（1）外部的制冷组件和泵体管路连接。

4.根据权利要求2所述的电子元件高低温实验装置，其特征在于：所述加热腔（3）和冷却液中设有测温热电偶。

5.根据权利要求2所述的电子元件高低温实验装置，其特征在于：其特征在于：所述冷却液为去离子水和乙二醇的混合溶液，冰点为-69℃，去离子水和乙二醇的体积比为1：2。

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