用于檢測氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的碳針及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠精確測量復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力影響下氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的碳針及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)一種氣密封裝結(jié)構(gòu)在受到比較復(fù)雜的環(huán)境應(yīng)力影響(例如承受壓力，溫度沖擊應(yīng)力，機(jī)械沖擊應(yīng)力，加速度應(yīng)力等等)時，會向內(nèi)產(chǎn)生一定的形變。這種形變可能導(dǎo)致封裝結(jié)構(gòu)與封裝體內(nèi)部或外部器件相接觸，這種表面接觸可能導(dǎo)致電子元器件短路或擠壓受損。而封裝結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力的進(jìn)行過程中無法通過常規(guī)的測試方法對結(jié)構(gòu)形變量進(jìn)行精確測試。例如:如圖1所示的某款氣密封裝金屬外殼在承受200kPa相對壓力條件下，較薄的蓋板結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生向內(nèi)凹陷的彈性形變，背壓過程中往往無法進(jìn)行測試，背壓結(jié)束后蓋板結(jié)構(gòu)恢復(fù)至常壓狀態(tài)，導(dǎo)致形變量無法追溯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能夠精確測量復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力影響下氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的碳針及其檢測方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
一種用于檢測氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的碳針，所述碳針由塑性變形材料制成，所述碳針為圓錐狀結(jié)構(gòu)，所述碳針的高度大于待測氣密封裝結(jié)構(gòu)的腔體厚度；
所述碳針由硬度低于或等于B6硬度的繪圖鉛筆芯或高純碳的美工鉛筆芯制成。
[0005]—種利用上述碳針檢測氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的方法，包括以下步驟:
a.在氣密封結(jié)構(gòu)完全封裝前，將所述碳針放置在氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量較小的一側(cè)內(nèi)壁上，針尖朝向形變較大一側(cè)內(nèi)壁上期望測量的位置點(diǎn)，且碳針中心軸與最大形變部位位移方向一致；
b.當(dāng)氣密封裝結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力條件后，進(jìn)行開蓋操作，將形變量較大的一側(cè)內(nèi)壁拆除，拆除時應(yīng)當(dāng)保留出一圈原始封口面；
c.用精密測量顯微鏡以碳針植入點(diǎn)為原點(diǎn)，分別測量原始封口面對應(yīng)植入點(diǎn)位置的高度，以及氣密封結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力后碳針頂面的高度；
d.根據(jù)原始封口面對應(yīng)植入點(diǎn)位置的高度，計(jì)算出氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后碳針的頂面高度，具體為:過碳針放置點(diǎn)，且沿封裝體長、短邊的方向繪制x-y坐標(biāo)軸，X軸與y軸與封裝體原始封口面相交于四點(diǎn)，用上述精密測量顯微鏡分別測量這四點(diǎn)的高度值，之后取平均值即為氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后碳針的頂面高度；
e.計(jì)算碳針變量，即用氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后碳針的頂面高度減去氣密封結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力后碳針頂面的高度，該變量即為氣密封裝結(jié)構(gòu)與該碳針對應(yīng)點(diǎn)位置的形變量。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:本發(fā)明使用高碳芯探針作為位移傳感器，利用其優(yōu)異的塑性形變特性表征測量測量氣密封裝結(jié)構(gòu)經(jīng)歷復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力過程中的形變量，結(jié)合高精度的測量顯微鏡進(jìn)行形變測量，測量結(jié)果精度高，工藝實(shí)施難度低，實(shí)施成本低廉，與有限元分析方法相結(jié)合能夠高效、準(zhǔn)確地對復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力條件過程中的氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量進(jìn)行測量，對需要了解氣密封裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可靠性的用戶有非常重要的實(shí)用意義。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的氣密封結(jié)構(gòu)完全封裝前的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后的爆炸視圖；
圖3是本發(fā)明的氣密封裝結(jié)構(gòu)開蓋后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]如圖1所示，一種用于檢測氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的碳針，所述碳針1由塑性變形材料制成，所述碳針1為圓錐狀結(jié)構(gòu)，所述碳針1的高度大于待測氣密封裝結(jié)構(gòu)的腔體厚度?？紤]到碳針1在感知形變的過程中對蓋板的反作用力應(yīng)盡量低或可以做到忽略不計(jì)，因此，碳針1設(shè)計(jì)為圓錐狀狀。
[0009]優(yōu)選的，所述碳針1由硬度低于或等于B6硬度的繪圖鉛筆芯或高純碳的美工鉛筆芯制成?？紤]到位碳針1在感知蓋板位移的過程中應(yīng)該幾乎只產(chǎn)生塑性形變，同時幾乎不產(chǎn)生彈性形變。高碳芯是作為位移傳感器非常合適的材料。高碳芯可以選擇B6硬度或低于B6硬度的繪圖鉛筆芯或高純碳的美工鉛筆芯。
[0010]碳針1的制作過程為:用手持旋轉(zhuǎn)式削鉛筆器即可做出外形比較規(guī)范的圓錐形，之后用手術(shù)刀旋轉(zhuǎn)切割下來即制成碳針1。碳針1的頂尖和底部后期可以用細(xì)砂紙進(jìn)行修整，使達(dá)到滿意的外觀效果。碳針1高度需要用砂紙調(diào)整至略高于內(nèi)腔高度(即目視封口平面，可以看到碳針頭露出)。
[0011]—種利用上述碳針檢測氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的方法，包括以下步驟:
a.在氣密封結(jié)構(gòu)完全封裝前，將所述碳針1放置在氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量較小的一側(cè)內(nèi)壁3上，針尖朝向形變較大一側(cè)內(nèi)壁2上期望測量的位置點(diǎn)，且碳針1中心軸與最大形變部位位移方向一致；
b.當(dāng)氣密封裝結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力條件后，進(jìn)行開蓋操作，將形變量較大的一側(cè)內(nèi)壁2拆除，拆除時應(yīng)當(dāng)保留出一圈原始封口面4;
c.用精密測量顯微鏡以碳針植入點(diǎn)為原點(diǎn)，分別測量原始封口面4對應(yīng)碳針1植入點(diǎn)位置A的高度，以及氣密封結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力后碳針頂面B的高度；
d.根據(jù)原始封口面對應(yīng)植入點(diǎn)位置的高度，計(jì)算出氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后碳針1的頂面G高度，具體為:過碳針1的植入點(diǎn)A，且沿氣密封裝結(jié)構(gòu)長、短邊的方向繪制x-y坐標(biāo)軸，X軸與y軸與封裝體原始封口面4相交于四點(diǎn)C、D、E、F，用上述精密測量顯微鏡分別測量這四點(diǎn)的高度值，之后取平均值即為氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后碳針1的頂面G高度；
e.計(jì)算碳針1變量，用氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后碳針1的頂面G高度減去氣密封結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力后碳針1的頂面B的高度，該變量即為氣密封裝結(jié)構(gòu)與該碳針1對應(yīng)點(diǎn)位置的形變量。
[0012]具體的:
將碳針1固定在想要測量蓋板2形變的位置，然后將蓋板2和封裝殼體完成密封。封蓋過程中要注意:因?yàn)樘坚?針尖部分比較柔軟，封口前不能有物體觸碰內(nèi)部碳針。植入一根碳針1后的封裝體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在蓋板2向內(nèi)側(cè)有臺階的情況下，需在后續(xù)計(jì)算中減掉蓋板臺階高度。
[0013]較薄的蓋板2結(jié)構(gòu)在環(huán)境應(yīng)力條件過程中產(chǎn)生下陷后會導(dǎo)致碳針1頂端被向下壓出形變。由于蓋板2的下陷過程屬于彈性形變，試驗(yàn)結(jié)束后蓋板2會回復(fù)試驗(yàn)前的形貌。碳針1在被壓后產(chǎn)生的是塑性形變，試驗(yàn)結(jié)束后這種塑性形變?nèi)詴３?。試?yàn)后用銑加工方式去除封蓋(需要保留部分原始封口面4)的碳針1頂部形貌如圖3所示。
[0014]環(huán)境應(yīng)力條件結(jié)束后經(jīng)過用測量顯微鏡依次測量并記錄圖3結(jié)構(gòu)中的A—B—C—D—E點(diǎn)的垂直坐標(biāo)，分別為HA、HB、HC、HD、HE、HF。其中A點(diǎn)位于靠近碳針植入點(diǎn)位置根部，其垂直坐標(biāo)可通過測量顯微鏡歸零，B點(diǎn)為碳針壓平后的頂端平面。過碳針1放置點(diǎn)A，且沿封裝體長、短邊的方向繪制x-y坐標(biāo)軸，X軸與y軸與封裝體的原始封蓋面相交于四點(diǎn)，設(shè)為C、D、E、F點(diǎn)。
[0015]為降低封裝體底面不平帶來的測量誤差，取HC、HD、HE、HF的平均值近似等于為封口面的距離A點(diǎn)的高度HG。即:HG=(HC+HD+HE+HF)/4。因此，我們希望獲得的碳芯形變量Δ Η為Β點(diǎn)距離G點(diǎn)的距離，即為AH=HG- HB。由于測量顯微鏡導(dǎo)軌雙向移動時也會產(chǎn)生微小的測量誤差。若期望獲得最為精確的測量結(jié)果，可以分別單項(xiàng)移動顯微鏡導(dǎo)軌，分別測量A—B，A—C，A—D，A—E，A—F的距離，每次將A點(diǎn)垂直高度清零。
[0016]可以不對所有位置放置碳針1以獲取更多數(shù)據(jù)，僅需要建立有限元分析模型，用一點(diǎn)(建議為封裝體中點(diǎn))測得的A Η值修訂仿真模型的材料屬性和邊界條件等參數(shù)，然后用修正過的模型計(jì)算任意位置的形變量即可。該方法可做到結(jié)算效率最高且結(jié)果比較準(zhǔn)確。
[0017]該方法使用高碳芯探針作為位移傳感器，利用其優(yōu)異的塑性形變特性表征測量測量氣密封裝結(jié)構(gòu)經(jīng)歷復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力過程中的形變量，結(jié)合高精度的測量顯微鏡進(jìn)行形變測量。測量結(jié)果精度高，工藝實(shí)施難度低，實(shí)施成本低廉，與有限元分析方法相結(jié)合能夠高效、準(zhǔn)確地對復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力條件過程中的氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量進(jìn)行測量。對需要了解氣密封裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可靠性的用戶有非常重要的實(shí)用意義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于檢測氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的碳針，其特征在于:所述碳針(1)由塑性變形材料制成，所述碳針(1)為圓錐狀結(jié)構(gòu)，所述碳針(1)的高度大于待測氣密封裝結(jié)構(gòu)的腔體厚度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的碳針，其特征在于:所述碳針(1)由硬度低于或等于B6硬度的繪圖鉛筆芯或高純碳的美工鉛筆芯制成。3.—種利用權(quán)利要求1所述碳針檢測氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的方法，其特征在于包括以下步驟: a.在氣密封結(jié)構(gòu)完全封裝前，將所述碳針(1)放置在氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量較小的一側(cè)內(nèi)壁(3)上，針尖朝向形變較大一側(cè)內(nèi)壁(2)上期望測量的位置點(diǎn)，且碳針(1)中心軸與最大形變部位位移方向一致； b.當(dāng)氣密封裝結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力條件后，進(jìn)行開蓋操作，將形變量較大的一側(cè)內(nèi)壁(2)拆除，拆除時應(yīng)當(dāng)保留出一圈原始封口面(4); c.用精密測量顯微鏡以碳針植入點(diǎn)為原點(diǎn)，分別測量原始封口面(4)對應(yīng)碳針(1)植入點(diǎn)位置(A)的高度，以及氣密封結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力后碳針頂面(B)的高度； d.根據(jù)原始封口面對應(yīng)植入點(diǎn)位置的高度，計(jì)算出氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后碳針(1)的頂面(G)高度，具體為:過碳針(1)的植入點(diǎn)(A)，且沿氣密封裝結(jié)構(gòu)長、短邊的方向繪制X-y坐標(biāo)軸，X軸與y軸與封裝體原始封口面(4)相交于四點(diǎn)(C、D、E、F)，用上述精密測量顯微鏡分別測量這四點(diǎn)的高度值，之后取平均值即為氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后碳針(1)的頂面(G)高度； e.計(jì)算碳針(1)變量，用氣密封裝結(jié)構(gòu)完全封裝后碳針(1)的頂面(G)高度減去氣密封結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境應(yīng)力后碳針(1)的頂面(B)的高度，該變量即為氣密封裝結(jié)構(gòu)與該碳針(1)對應(yīng)點(diǎn)位置的形變量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能夠精確測量復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力影響下氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量的碳針及其檢測方法，本發(fā)明使用高碳芯探針作為位移傳感器，利用其優(yōu)異的塑性形變特性表征測量氣密封裝結(jié)構(gòu)經(jīng)歷復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力過程中的形變量，結(jié)合高精度的測量顯微鏡進(jìn)行形變測量，測量結(jié)果精度高，工藝實(shí)施難度低，實(shí)施成本低廉，與有限元分析方法相結(jié)合能夠高效、準(zhǔn)確地對復(fù)雜環(huán)境應(yīng)力條件過程中的氣密封裝結(jié)構(gòu)形變量進(jìn)行測量，對需要了解氣密封裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可靠性的用戶有非常重要的實(shí)用意義。
【IPC分類】G01B5/30, G01B11/16
【公開號】CN105423937
【申請?zhí)枴緾N201510952206
【發(fā)明人】劉俊夫
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第四十三研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月16日