鄧傳錦，唐莎

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

電子元器件恒定加速度試驗(yàn)及夾具使用的研究

鄧傳錦，唐莎

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

根據(jù)恒定加速度試驗(yàn)的特點(diǎn)，分析了影響恒定加速度試驗(yàn)的因素，并介紹了常用的轉(zhuǎn)盤式恒定加速度試驗(yàn)夾具，總結(jié)了各種夾具的使用方法及使用這些夾具時需要注意的事項(xiàng)。

恒定加速度；夾具；使用方法

0 引言

GJB 548B-2005中規(guī)定，恒定加速度試驗(yàn)是為了確定恒定加速度對微電子器件的影響而開展的試驗(yàn)，可以顯示出沖擊試驗(yàn)和振動試驗(yàn)不一定能檢測出的結(jié)構(gòu)和機(jī)械類缺陷。同時，它也可以用作高應(yīng)力試驗(yàn)來測定微電子器件封裝、內(nèi)部金屬化和引線系統(tǒng)、芯片或基板的焊接，以及器件其他部件的機(jī)械強(qiáng)度的極限值。

1 影響恒定加速度試驗(yàn)的因素

1.1 器件的取向

器件的取向?qū)υ囼?yàn)結(jié)果可以產(chǎn)生重大的影響，尤其是對于一些只要求進(jìn)行Y1方向的恒定加速度試驗(yàn)的集成電路芯片而言。GJB 548B-2005中規(guī)定，Y1方向是指施加的力使芯片脫離基板或內(nèi)引線脫離芯片的方向。器件的取向和施力方向應(yīng)符合圖1-2的規(guī)定。

圖1 非圓柱形微電子器件對施力方向的取向

圖2 圓柱形微電子器件對施力方向的取向

1.2 切線加速度

在離心機(jī)啟動的過程中，離心機(jī)上的試驗(yàn)樣品除了要承受法向加速度an外，還要承受切向加速度aτ。離心機(jī)減速時也同樣如此，試驗(yàn)機(jī)上的試驗(yàn)樣品除了要承受法向加速度an外，還要承受與轉(zhuǎn)速增加時的切向加速度的方向相反的切向加速度aτ，如圖3-4所示。

圖3 加速過程

圖4 減速過程

在離心機(jī)加速或減速的過程中，如果切向加速度較大，則會產(chǎn)生對試驗(yàn)的再現(xiàn)性不利的因素。例如：1）合成加速度的方向嚴(yán)重偏離要考核的方向。2）合成加速度的值可能大于規(guī)定的試驗(yàn)加速度的值。試驗(yàn)設(shè)備本身的作用機(jī)理導(dǎo)致了試驗(yàn)過程中必須有轉(zhuǎn)速的增加和減少兩個階段，這樣試驗(yàn)中就不可避免地會出現(xiàn)aτ。但是，由于aτ是試驗(yàn)中不需要的加速度，因而，為了減少aτ的影響，希望aτ愈小愈好。但考慮到試驗(yàn)的時間不能過長，因此有些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定增減速的時間不得小于15 s，也有此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

2.3 旋轉(zhuǎn)半徑

用離心機(jī)作恒加速度試驗(yàn)時，由于產(chǎn)生的恒加速度與試驗(yàn)樣品上各部分到旋轉(zhuǎn)軸中心的距離成正比，所以有：

式 （3）中：an——恒加速度，單位：m/s2；

R——安裝計算半徑，單位：m；

W——主軸回轉(zhuǎn)速度，單位：r/min。

由于試驗(yàn)樣品不是單純的一個點(diǎn)，而是具有一定幾何尺寸的物件，因此，實(shí)際試驗(yàn)時試驗(yàn)樣品上各點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)軸中心間的距離是不同的，所以試驗(yàn)時試驗(yàn)樣品上各點(diǎn)所承受的加速度的大小也不同。

如果讓試驗(yàn)樣品上距旋轉(zhuǎn)軸中心最遠(yuǎn)的點(diǎn)所承受的加速度的大小正好等于標(biāo)稱加速度值，則其余部分所承受的加速度均會小于標(biāo)稱加速度；如果以試驗(yàn)樣品上距旋轉(zhuǎn)軸中心最近的點(diǎn)為基準(zhǔn)，則其余部分所承受的加速度的大小均會大于標(biāo)稱加速度。

因此，試驗(yàn)過程中通常以試驗(yàn)樣品的重心、幾何中心或最敏感的部位作為基準(zhǔn)點(diǎn)。以試驗(yàn)樣品的重心可以方便地計算出離心機(jī)的載荷，因此當(dāng)試驗(yàn)樣品的質(zhì)量及其所承受的加速度均較大時，通常以試驗(yàn)樣品的重點(diǎn)作為安裝基準(zhǔn)點(diǎn)；以幾何中心作為安裝基準(zhǔn)點(diǎn)可以使試驗(yàn)樣品上欠試驗(yàn)部分與過試驗(yàn)部分基本均等，以及過試驗(yàn)、欠試驗(yàn)的加速度量值也基本均等；以試驗(yàn)樣品上對恒加速度敏感的部分作為安裝基準(zhǔn)點(diǎn)時，由于基準(zhǔn)是控制轉(zhuǎn)速、保證其恒加速度數(shù)值的點(diǎn)，因而此時試驗(yàn)的環(huán)境條件的誤差較小，所以，試驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)性會較好[2]。

3 恒定加速度試驗(yàn)夾具

恒定加速度試驗(yàn)夾具的作用是將電子元器件固定在離心機(jī)的轉(zhuǎn)盤上。不同的試驗(yàn)夾具對應(yīng)不同的試驗(yàn)樣品。正確使用試驗(yàn)夾具對保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

目前，恒定加速度試驗(yàn)的設(shè)備主要有兩種常見的類型，即：1）轉(zhuǎn)盤式；2）轉(zhuǎn)臂式。適用于電子元件及微電子器件恒定加速度試驗(yàn)的是轉(zhuǎn)盤式夾具。常用的轉(zhuǎn)盤式恒定加速度試驗(yàn)夾具有專用夾具、磁性夾具和埋砂盒3種。

3.1 專用夾具

專用夾具就是指夾具上的每個固定器件的槽孔都是按指定的封裝規(guī)格設(shè)計加工的夾具，這類夾具的特點(diǎn)是使用方便、可靠性高，但通用性差。專用夾具有2種式樣：1）夾具就是一個轉(zhuǎn)盤，幾十個固定器件的槽孔均勻地分布在這個轉(zhuǎn)盤上；2）夾具由母夾具 （轉(zhuǎn)碗）和子夾具 （子盒子）2部分組成，子夾具固定在轉(zhuǎn)碗上，試驗(yàn)器件固定在子夾具上，一個轉(zhuǎn)碗配8個子夾具。

用專用夾具做恒定加速度試驗(yàn)時要特別注意試驗(yàn)器件受力面的封裝材料的類型。如果器件受力面是陶瓷蓋板，則器件受力面與金屬夾具之間要有皮質(zhì)或膠質(zhì)的軟性護(hù)墊，以防止試驗(yàn)時陶瓷因與金屬夾具 “硬碰硬”而碎裂；如果器件受力面是金屬蓋板，則其受力面上不能有軟性護(hù)墊，否則受力面上的軟性護(hù)墊會在向心力的牽引下擠壓金屬蓋板，使金屬蓋板向內(nèi)凹陷，使器件的可靠性降低，如果軟性護(hù)墊是粘合在金屬夾具上的，則可以在試驗(yàn)器件與軟性護(hù)墊之間加上強(qiáng)度相應(yīng)的金屬擋板補(bǔ)墊；如果受力面是金屬與陶瓷兩種材質(zhì)組成的蓋板，這類蓋板往往突出于陶瓷蓋板0.3 mm左右，所以必須先在陶瓷面上襯上厚度相應(yīng)的銅箔，使兩個蓋板在同一個平面上，然后再襯墊金屬擋板，否則試驗(yàn)應(yīng)力會折斷懸空的陶瓷部分。

試驗(yàn)器件要以軸對稱的方式放在試驗(yàn)夾具上，對稱位上的試驗(yàn)器件的品種和數(shù)量要相同。若試驗(yàn)樣品的數(shù)量為單數(shù)，則要補(bǔ)上大小和重量均相同的陪試樣品。如果對稱位上 “不對稱”，則試驗(yàn)設(shè)備就會因?yàn)檗D(zhuǎn)子擺動過大而報警停機(jī)，嚴(yán)重時設(shè)備的轉(zhuǎn)軸會被折彎或被折斷。

試驗(yàn)器件應(yīng)該均勻地分布在夾具的圓周上。如果是母子式的夾具，若試驗(yàn)器件的數(shù)量少于子夾具的數(shù)量，為了防止轉(zhuǎn)盤上受力不均勻，則沒有器件的小盒子也要被放入轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上不能有空位。

3.2 磁性夾具

在恒定加速度試驗(yàn)中，磁性夾具也是一種應(yīng)用地非常廣泛的轉(zhuǎn)盤式夾具。磁性夾具一般用于 受力面為金屬蓋板的集成電路、DC/DC模塊和濾波器等一些金屬封裝的混合集成電路的恒定加速度試驗(yàn)中。

由于制作專用夾具費(fèi)時費(fèi)力，為每一款產(chǎn)品都制作相應(yīng)的專用夾具也不太現(xiàn)實(shí)。為了解決這一問題，我們在磁性夾具上增加了一些輔助手段，從而使得其也能用于一部分受力面有水平含鐵的金屬面的器件的恒定加速度試驗(yàn)。但是，如果試驗(yàn)器件管腳與磁性面間有空隙，則應(yīng)該應(yīng)用厚度相應(yīng)的軟性磁條來襯墊，當(dāng)樣品的管腳很短時，可以先用幾個陪試樣品進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)后若陪試樣品管腳無異常，則再對陪試樣品進(jìn)行密封檢漏，以確認(rèn)磁性面是否會對樣品的外殼造成損傷，若一切正常，則可直接將樣品貼在磁性面上進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)樣品的受力面是金屬與陶瓷兩種材質(zhì)組成的蓋板時，這類蓋板往往突出于陶瓷蓋板0.3 mm左右，所以必須先在陶瓷面上襯上厚度相應(yīng)的銅箔，使兩個蓋板在同一個平面上，否則試驗(yàn)應(yīng)力會折斷懸空的陶瓷部分。

一個磁性夾具上有 8個磁性面，試驗(yàn)器件要以軸對稱的方式均勻地分布在這 8個磁性面上。如果單個磁性面上的試驗(yàn)器件的數(shù)量在2個或2個以上，則器件應(yīng)由下至上排列，試驗(yàn)器件要放在離夾具上端口2 cm以下，為了防止樣品移動，模塊兩邊應(yīng)用厚度為2mm左右的軟性磁條擋住。如試驗(yàn)樣品的數(shù)量為單數(shù)，則要用份量相等的陪試樣品補(bǔ)上空位。

3.3 埋砂盒

埋砂盒的正確使用方法如下所述。

a）打開埋砂盒盒蓋，灌入石英砂至埋砂盆腔體的2/3處，將試驗(yàn)器件放入盒內(nèi)，器件的下端不能觸碰到砂盒底面，上端至少要距離砂盒口1 cm左右，受力面對著埋砂盒上有數(shù)字編號的一面。

b）用石英砂填埋器件，同時用小木槌輕敲埋砂盒四周敦實(shí)盒內(nèi)的石英砂，填砂至盒口 0.5 cm左右。

c）蓋上盒蓋 （盒蓋與砂盒上的數(shù)字要相同，數(shù)字面方向要一致），擰緊盒蓋四角上的螺栓。

d）打開盒蓋中間的螺栓。

e）用漏斗向螺孔中慢慢灌入石英砂，同時用小木槌輕敲埋砂盒四周，直至石英砂溢至盒蓋底部。

f）擰上并擰緊盒蓋中間的螺栓。通常1個0.36 cm轉(zhuǎn)碗中配置6個0.09 cm埋砂盒，以1個埋砂盒為基準(zhǔn)，稱量其他5個埋砂盒，使6個埋砂盒的重量相等 （誤差＜0.1 g）。

使用埋砂盒做恒定加速度試驗(yàn)需要注意以下幾點(diǎn)。

a）由于這些夾具在生產(chǎn)制作過程中都進(jìn)行了動平衡的配平試驗(yàn)，且每個埋砂盒的盒子和盒蓋上都有一一對應(yīng)的編號，因此，試驗(yàn)時盒子與盒蓋應(yīng)該要一一對應(yīng)。

b）如果試驗(yàn)器件的數(shù)量少于6個，則沒有器件的砂盒也一定要與其他有器件的砂盒一樣稱平放入轉(zhuǎn)碗中，轉(zhuǎn)碗上不能有空位。

c）當(dāng)試驗(yàn)器件的數(shù)量較多時，一個埋砂盒里可以放2個 （并列擺放）或3個 （品字型擺放）雙列直插20 pin以下的器件，但器件與器件之間、器件與埋砂盒內(nèi)壁之間至少要有 1 cm左右的間距。

d）埋砂盒在用于金屬封裝 （F1和F2除外）、特別是平行縫焊或受力面是金屬蓋板的器件時，其受力面要加蓋金屬擋板，并用膠紙將其與器件的受力面間的縫隙封住，以防止石英砂在向心力的作用下擠壓器件的金屬蓋板，使其向內(nèi)凹陷。

e）當(dāng)埋砂盒被用于體積非常小的微波二極管、三極管和放大器等微型器件的恒定加速試驗(yàn)中時，要先把試驗(yàn)器件固定在一個較大的平面上 （可選用厚度為1 mm左右的鋁合金板），然后將這些試驗(yàn)器件一起埋入砂盒中。這樣，試驗(yàn)器件就不會在埋砂的過程中移位，從而保證了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

f）試驗(yàn)器件要埋放在砂盒的中心位置，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定恒定加速度試驗(yàn)應(yīng)力的允許誤差是±10%，因此，我們指定埋砂盒的中心位置為放置試驗(yàn)器件的位置，根據(jù)已知的半徑和半徑誤差來控制轉(zhuǎn)速的允許誤差。

g）為了避免影響下一個 “顆粒噪聲”試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)結(jié)束后一定要將黏附在器件上的石英砂用防靜電刷清理干凈。

4 結(jié)束語

首先，筆者根據(jù)恒定加速度試驗(yàn)的特點(diǎn)，對影響恒定加速試驗(yàn)的因素進(jìn)行了總結(jié)；然后，介紹了常用的幾種轉(zhuǎn)盤式恒定加速度試驗(yàn)夾具，并對幾種夾具的使用方法以及使用這些夾具時需要注意的問題進(jìn)行了總結(jié)，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供一定的指導(dǎo)。

[1]GJB 548B-2005，微電子器件試驗(yàn)方法和程序 [S].

[2] 《計量測試技術(shù)手冊》編輯委員會.計量測試技術(shù)手冊第五卷力學(xué) [M].北京：中國計量出版社，1997.

[3]GB-T 2423.15-1995，電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第二部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Ga和導(dǎo)則：穩(wěn)太加速度 [S].

[4] 《力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)》編著委員會.力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[5]郁南，馬貴賢.離心式恒加速度試驗(yàn)系統(tǒng)基本參數(shù)研究[J].飛機(jī)設(shè)計，2009，29（1）：64-67.

[6]於蘋，徐導(dǎo)進(jìn).正確使用恒定加速度試驗(yàn)夾具提高試驗(yàn)的可靠性 [J].現(xiàn)代企業(yè)教育，2010（5）：130-131.

歐粒子加速器創(chuàng)紀(jì)錄 能量破13萬億電子伏特

最近，世界最大的粒子加速器在升級后的一次測試運(yùn)行中打破了紀(jì)錄。歐洲核子研究中心（CERN）在不久前發(fā)布的一份聲明中宣稱： “昨天夜里，大型強(qiáng)子對撞機(jī) （LHC）內(nèi)的粒子碰撞能量創(chuàng)下新紀(jì)錄，第一次達(dá)到了13 TeV（萬億電子伏特）?！?/p>

此前LHC的最高撞擊能量紀(jì)錄是2012年創(chuàng)下的8 TeV。2015年4月，LHC在經(jīng)歷了兩年多的翻修設(shè)計和升級改造后重新啟動，歐核中心稱它有潛力達(dá)到14 TeV。

此次碰撞發(fā)生在瑞士和法國邊境下一段周長為27 km的環(huán)形隧道內(nèi)的巨大實(shí)驗(yàn)室中，是即將啟動的、更加雄心勃勃的實(shí)驗(yàn)的一部分。歐核中心稱：“這些測試碰撞是要建立起對撞機(jī)各機(jī)器部件及探測器的保護(hù)系統(tǒng)，避免它們受到偏離光束粒子的非正常轟擊?！?/p>

LHC能讓包含數(shù)十億質(zhì)子的質(zhì)子束以99.9%光速的速度與相反方向的質(zhì)子束對撞。強(qiáng)大的磁場能夠彎曲質(zhì)子束，安裝在隧道中的4個探測器會對碰撞過程進(jìn)行監(jiān)測并收集數(shù)據(jù)。為了探索新型粒子以及維系它們的力，對撞出的亞原子碎片會接受一系列檢測。

歐核中心在其官方網(wǎng)站上的科普文章稱，1 TeV大概相當(dāng)于一只飛蚊的動能，但是在LHC內(nèi)部，能量被擠壓到非常小的空間中——小到大概只有蚊子的百萬分之一，只有這樣的強(qiáng)度才能讓粒子彼此分開。

對撞實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，是通過研究構(gòu)成所有物質(zhì)的基本粒子以及控制它們的力，來尋找 “宇宙從何而來”的答案。2012年LHC發(fā)現(xiàn)了賦予物質(zhì)質(zhì)量的希格斯玻色子，預(yù)言這個粒子存在的兩位科學(xué)家因此被授予諾貝爾物理學(xué)獎。

（摘自騰訊科技）

Constant Acceleration Test and the Usage of its Fixture for Electronic Com ponents

DENG Chuan-jin，TANG Sha
（CEPREI，Guangzhou 510610，China）

According to the characteristics of constant acceleration test，the influence factors of the test are analyzed.And then， some rotating disc fixtures commonly used in the test are introduced.At last，the usage of those fixtures aswell as some items need to be paid attention towhile using them are summarized.

constantacceleration test；fixture；usage

TG 75；TB 114.35

：A

：1672-5468（2015）05-0051-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2015.05.012

2015-05-08

鄧佳錦 （1986-），男，廣西貴港人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所元器件檢測中心助理工程師，碩士，主要從事元器件可靠性壽命及環(huán)境試驗(yàn)方法的研究工作。