一種測量高速裂紋擴展的速率儀的製作方法

2023-05-29 11:23:06 1

專利名稱：一種測量高速裂紋擴展的速率儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於測量材料快速斷裂擴展速率用的機械領域，具體為一種測量高速裂紋擴展的速率儀。
背景技術：
目前，由於單晶矽做成的晶片在技術領域有非常廣泛的應用，例如應用於集成電路等，但隨著科技技術的飛速發展，人們對工作和生活的要求越來越高，有些電器的形狀、體積、重量越來越追求美觀、小巧、輕便。因此電器的元器件做得也越來越小、越輕。但對於又薄又小的單晶片，使用過程中會受到各種各樣的應力作用，容易引起疲勞和斷裂，導致器件破損。因此，表徵和測試單晶片的力學性能特性成為提高單晶片及成品的壽命和可靠性的關鍵因素。目前，人們一般通過測試單晶片的疲勞壽命及裂紋擴展速率來標定單晶片的性能指標。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種測量高速裂紋擴展的速率儀，通過該儀器測出裂紋的擴展速率來研究單晶片的力學性能。
本實用新型的技術方案是一種測量高速裂紋擴展的速率儀，包括橋式電路、與試驗機相連的單晶片、安裝於橋式電路輸出端的示波器，橋式電路由標準電阻和可變電阻構成，單晶片串聯在可變電阻所在的電橋上。
本實用新型的有益效果是由於微小單晶片脆性大，單晶片整個斷裂時間一般在10-6s～10-5s，因此不能用一般的方法測量其裂紋擴展速率，當單晶片在電路中出現裂紋並擴展時，單晶片的電阻將發生變化，因此迴路中電壓值將發生變化。本實用新型通過示波器記錄串聯於橋式電路中的單晶片電壓計算出電阻，通過計算得到裂紋長度和裂紋擴展速率，從而更好地表徵和測試單晶片的力學性能特性，以便研究提高單晶片及成品的壽命和可靠性的方法。


圖1為本實用新型結構示意圖。
圖2為示波器測得電壓與時間變化的曲線。
具體實施方式
如圖1-2所示，把待測單晶片在裝入試驗前串聯在可變電阻R1所在的電橋(R1路電橋)上，根據所測單晶片的電阻值，選擇適當電阻R2＝R3＝R4為標準電阻，在電橋輸入端(圖中「+-」極之間)輸入電壓U，調節可變電阻R1使電橋輸出端電壓為零，電橋平衡。電橋輸出端連接高速記憶示波器，即使示波器電壓顯示為零，但一般來說很難使電壓剛好為零，只能近似為零。此時把單晶片裝入試驗機上，開始試驗，當單晶片出現裂紋斷裂，單晶片的電阻將發生變化，即變大，電橋失去平衡，使輸出端電壓不為零，單晶片斷裂瞬間，R1路電橋斷路，輸出端電壓僅為R3兩端電壓，此時輸出電壓最大，通過示波器觸髮式測得電壓最大值以及電壓升高的時間t，發生斷裂後的輸出端最大電壓值為 採用本實用新型具體操作過程是(1)先根據電壓變化公式U＝RI(I已知)，計算出單晶片瞬時電阻R；(2)再通過裂紋長度W與瞬時電阻R的函數關係W＝f(R)，求出裂紋長度W，公式為W=W0-klRB]]>W為沿單晶片寬度方向的裂紋長度(m)；W0為樣品寬度(m)；K為單晶片導電係數(電阻率Ω·m)；1為樣品長度(m)；R為單晶片瞬時電阻(Ω)；B為單晶片厚度(m)；U為瞬時電壓(V)。
(3)最後根據公式V＝W/t，計算出裂紋擴展速率，其中V為擴展速率，W為裂紋長度(m)，t為時間(s)。
權利要求1.一種測量高速裂紋擴展的速率儀，其特徵在於包括橋式電路、與試驗機相連的單晶片、安裝於橋式電路輸出端的示波器，橋式電路由標準電阻(R2、R3、R4)和可變電阻(R1)構成，單晶片串聯在可變電阻(R1)所在的電橋上。
專利摘要本實用新型屬於測量材料快速斷裂擴展速率用的機械領域，具體為一種測量高速裂紋擴展的速率儀，包括橋式電路、與試驗機相連的單晶片、安裝於橋式電路輸出端的示波器，橋式電路由標準電阻(R2、R3、R4)和可變電阻(R1)構成，單晶片串聯在可變電阻(R1)所在的電橋上。本實用新型通過示波器記錄串聯於橋式電路中的單晶片電壓變化、電阻變化，通過計算得到裂紋長度和裂紋擴展速率，從而更好地表徵和測試單晶片的力學性能特性，以便研究提高單晶片及成品的壽命和可靠性的方法。
文檔編號G01N33/00GK2856998SQ20052009428
公開日2007年1月10日 申請日期2005年12月9日 優先權日2005年12月9日
發明者溫井龍, 譚軍, 姚戈 申請人:中國科學院金屬研究所