一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置制造方法
【專利摘要】一種用于對(duì)樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，屬于壓力加工【技術(shù)領(lǐng)域】。包括用于支撐整個(gè)裝置的底座、標(biāo)有固定刻度和可動(dòng)刻度的旋鈕、可上下移動(dòng)的高度可調(diào)平臺(tái)、反映加載力大小的壓力傳感器、實(shí)施加載力的上輥架和下輥臺(tái)、用于支撐上輥架的支架、固定作用的螺釘；其特征在于通過旋鈕調(diào)節(jié)高度可調(diào)平臺(tái)向上移動(dòng)，通過上輥架的兩個(gè)上輥和下輥臺(tái)的兩個(gè)下輥對(duì)樣品作用加載應(yīng)力，且在下輥臺(tái)的下輥之間的樣品所受的應(yīng)力均勻分布，使樣品相對(duì)不易損壞，每次試驗(yàn)上輥架和下輥臺(tái)的相對(duì)位置不變，不用重新布置，操作簡單方便，試驗(yàn)效率高。
【專利說明】-種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，尤其是對(duì)半導(dǎo)體芯 片和薄膜樣品，屬于壓力加工設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于材料在生長過程中會(huì)受到殘余應(yīng)力，器件封裝時(shí)也會(huì)受到應(yīng)力，為方便研究 應(yīng)力對(duì)樣品性能的影響，因此發(fā)明一種用于對(duì)樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置。目前，對(duì)半 導(dǎo)體芯片和薄膜樣品施加機(jī)械應(yīng)力的方法主要是三點(diǎn)法彎曲或者是直接壓住樣品。三點(diǎn)法 彎曲一般是將樣品放在有一定距離的兩個(gè)支撐點(diǎn)上，在兩個(gè)支撐點(diǎn)中點(diǎn)上方向樣品施加向 下的載荷，樣品的3個(gè)接觸點(diǎn)形成相等的兩個(gè)力矩，但是對(duì)于半導(dǎo)體芯片或薄膜材料的應(yīng) 力分布不均勻，研究樣品性能時(shí)會(huì)受到接觸點(diǎn)所處位置的影響。而直接壓住樣品則會(huì)對(duì)樣 品造成損壞，影響樣品的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有的技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng) 力的四點(diǎn)法裝置，它使樣品發(fā)生純彎曲，更容易分析樣品所受的應(yīng)力，且不易損壞樣品，實(shí) 驗(yàn)操作簡便，效率更高。
[0004] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特征在于，其包括旋鈕1、下 輥臺(tái)2、上輥架3、螺釘4、樣品5、高度可調(diào)平臺(tái)6、壓力傳感器7、支架8和底座9,其中，
[0006] 上輥架3和支架8的數(shù)量各為兩個(gè)，所述的支架8位于底座9上，上輥架3位于支 架8的上端，兩個(gè)支架8相對(duì)放置，高度可調(diào)平臺(tái)6固定在兩個(gè)支架8之間，下輥臺(tái)2安裝 在高度可調(diào)節(jié)平臺(tái)6上，下輥臺(tái)2和高度可調(diào)節(jié)平臺(tái)6之間連接有壓力傳感器7,壓力傳感 器8與外接的數(shù)字顯示器相連接；所述的上輥架3有兩個(gè)上輥，所述的下輥臺(tái)2有兩個(gè)下 輥，所述的樣品5放在下輥臺(tái)2與上輥架3之間；通過高度可調(diào)節(jié)平臺(tái)6調(diào)節(jié)下輥和上輥之 間的距離，從而調(diào)節(jié)加載在樣品5上的壓力的大小；
[0007] 所述的旋鈕1用以調(diào)節(jié)高度可調(diào)節(jié)平臺(tái)6的升降高度。
[0008] 所述的下輥臺(tái)2、上輥架3、螺釘4、高度可調(diào)平臺(tái)6、支架8和底座9的材質(zhì)全為鋼。
[0009] 所述的旋鈕1上標(biāo)有刻度,精度為0. 02mm。
[0010] 所述的壓力傳感器7精度為0.1%，供電電壓為直流電壓12V，工作溫度 為-2(TC -6(TC。
[0011] 所述的壓力傳感器7位于高度可調(diào)平臺(tái)6的中央。
[0012] 螺釘4將上輥架3固定在支架8上，螺釘4將支架8固定在底座9。
[0013] 所述的上輥架3的兩個(gè)上輥之間的距離為22mm，下輥臺(tái)2上兩個(gè)下輥之間的距離 8mm 〇
[0014] 所述的下輥臺(tái)2底部中心有一個(gè)凹槽，可以與壓力傳感器7緊密接觸，保證所測壓 力的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。
[0015] 所述的樣品5通過上輥架3和下輥臺(tái)2的作用，樣品5發(fā)生純彎曲。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：
[0017] (1)上輥架固定在支架上，支架固定在底座上，下輥臺(tái)放在壓力傳感器上，位置也 是固定的，所以上下輥之間的水平相對(duì)距離是固定的，計(jì)算應(yīng)力的時(shí)候方便簡單，不需要每 次試驗(yàn)時(shí)都要重新布置。
[0018] 因此將樣品臺(tái)放置好便可以進(jìn)行試驗(yàn)，操作方便可靠。
[0019] (2)試驗(yàn)中，通過旋鈕調(diào)節(jié)高度可調(diào)平臺(tái)的高度，使下輥臺(tái)上升，使上下輥之間的 相對(duì)高度發(fā)生變化，當(dāng)下輥的位置高于上輥時(shí)，樣品發(fā)生彎曲且兩下輥之間的樣品為純彎 曲，只受到一個(gè)彎矩的作用，使樣品所受的應(yīng)力均勻分布，計(jì)算容易，且樣品相對(duì)不容易損 壞。三點(diǎn)法對(duì)樣品施加壓力，應(yīng)力分布不均勻，試驗(yàn)結(jié)果會(huì)受到接觸點(diǎn)所處位置的影響；直 接對(duì)樣品施加壓力，樣品容易損壞，該四點(diǎn)法彎曲實(shí)驗(yàn)裝置成功的避免了以上問題，且能保 證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的主視圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的俯視圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例試驗(yàn)過程中加載應(yīng)力時(shí)樣品發(fā)生純彎曲的狀態(tài)示意圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中樣品的受力示意圖；
[0025] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中樣品所受的力矩分布示意圖；
[0026] 圖中：1旋鈕，2下輥臺(tái)，3上輥架，4螺釘，5樣品，6高度可調(diào)平臺(tái)，7壓力傳感器，8 支架，9底座。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 如圖1所示，本實(shí)施例是一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，包括 用于調(diào)節(jié)高度可調(diào)平臺(tái)6的旋鈕1、應(yīng)用四點(diǎn)法對(duì)樣品5進(jìn)行加載的下輥臺(tái)2和上輥架3、 用于將上輥架3固定在支架8上的螺釘4、用于反應(yīng)加載力大小的壓力傳感器7和用于支撐 和固定整個(gè)裝置的底座9。
[0028] 所述的下輥臺(tái)2放在壓力傳感器7上，壓力傳感器7的位置固定在高度可調(diào)平臺(tái) 6的中心，且壓力傳感器與外接的數(shù)字顯示器相連接，用于顯示加載的壓力。
[0029] 所述的上輥架3的位置通過螺釘4固定在支架8的中間，螺釘4也將支架8固定 在底座9上，底座9用于固定和支撐整個(gè)施力裝置。
[0030] 所述的旋鈕1可以調(diào)節(jié)高度可調(diào)平臺(tái)6的高度，從而可以調(diào)節(jié)與固定在高度可調(diào) 平臺(tái)6上的壓力傳感器7相連接的下輥臺(tái)2的高度。
[0031] 這樣兩個(gè)上輥架3之間的相對(duì)位置得到固定，且下輥臺(tái)2的兩個(gè)下輥與上輥架3 的兩個(gè)上輥的水平距離分別是固定的，不需要每次試驗(yàn)時(shí)重新布置，計(jì)算應(yīng)力時(shí)應(yīng)力的大 小只與樣品5的材料和加載力的大小有關(guān)，簡化了計(jì)算過程。
[0032] 下輥臺(tái)2在上輥架3的正下方，且下輥臺(tái)2的兩個(gè)下輥平行于上輥架3的兩個(gè)上 輥，兩個(gè)下輥分別到兩個(gè)上輥的水平距離相等。
[0033] 轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕1將高度可調(diào)平臺(tái)6的高度調(diào)到最低時(shí)，下輥臺(tái)2的下輥和上輥架3的 上輥在垂直方向上分離，用于將樣品放在下輥臺(tái)2上。
[0034] 試驗(yàn)時(shí)，將下輥臺(tái)2放在壓力傳感器7上，使壓力傳感器7能夠感應(yīng)加載的力。
[0035] 將樣品5放置在下輥臺(tái)2上，調(diào)整好位置，調(diào)節(jié)旋鈕1，使高度可調(diào)平臺(tái)6向上移 動(dòng)，使上輥架3的上輥與樣品5接觸并開始施加試驗(yàn)力，由于上輥架3的兩個(gè)上輥之間的距 離大于下輥臺(tái)的兩個(gè)下輥之間的距離，所以下輥的位置可以高于上輥的位置，以便加載應(yīng) 力。
[0036] 當(dāng)上輥架3的上輥接觸樣品后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕1，使高度可調(diào)平臺(tái)6繼續(xù)向上移動(dòng)， 下輥臺(tái)2的下輥的位置高于上輥架3的上輥，樣品5發(fā)生純彎曲，如圖3所示。
[0037] 樣品5發(fā)生純彎曲時(shí)，樣品5的受力情況如圖4所示，受到上輥架3的兩個(gè)上輥對(duì) 樣品向下的兩個(gè)力F和下輥臺(tái)2的兩個(gè)下輥對(duì)樣品向上的兩個(gè)力F，樣品5上的力矩分布 如圖5所示，下輥臺(tái)2的兩個(gè)下輥之間的樣品的應(yīng)力均勻分布。
[0038] 壓力傳感器的讀數(shù)為F，上輥距離其最近下輥的水平距離為a，樣品寬度為w，厚度 為t，樣品的基底彈性模量SEi，薄膜材料彈性模量為&。根據(jù)胡克定律得應(yīng)力σ=Ε 2· ε。 其中應(yīng)變?chǔ)?=t/2R，曲率半徑l/R=My (Ιζ · EJ，彎矩Mz=(F/2) · a，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Iz=wt3/12,全部 帶入胡克定律得。dFaE^wt%)。
[0039] 將力F帶入公式〇 即可算得對(duì)樣品施加應(yīng)力的大小。
[0040] 上述的通過上輥架3的兩個(gè)上輥和下輥臺(tái)2的兩個(gè)下輥的加載方式小于常規(guī)的三 點(diǎn)法因應(yīng)力集中或直接壓樣品而使樣品5損壞的概率，且能保證試驗(yàn)加載應(yīng)力的準(zhǔn)確性， 從而保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果更真實(shí)可靠。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特征在于，其包括旋鈕（1)、下 輥臺(tái)（2)、上輥架（3)、螺釘（4)、樣品（5)、高度可調(diào)平臺(tái)（6)、壓力傳感器（7)、支架（8)和底 座（9)，其中， 上輥架（3 )和支架（8 )的數(shù)量各為兩個(gè)，所述的支架（8 )位于底座（9 )上，上輥架（3 )位 于支架（8)的上端，兩個(gè)支架（8)相對(duì)放置，高度可調(diào)平臺(tái)（6)固定在兩個(gè)支架（8)之間，下 輥臺(tái)（2)安裝在高度可調(diào)節(jié)平臺(tái)（6)上，下輥臺(tái)（2)和高度可調(diào)節(jié)平臺(tái)（6)之間連接有壓力 傳感器（7)與外接的數(shù)字顯示器相連接；所述的上輥架（3)有兩個(gè)上輥，所述的下輥臺(tái)（2) 有兩個(gè)下輥，所述的樣品（5)放在下輥臺(tái)（2)與上輥架（3)之間；通過高度可調(diào)節(jié)平臺(tái)（6) 調(diào)節(jié)下輥和上輥之間的距離，從而調(diào)節(jié)加載在樣品（5)上的壓力的大??； 所述的旋鈕（1)用以調(diào)節(jié)高度可調(diào)節(jié)平臺(tái)（6)的升降高度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特征在 于，所述的下輥臺(tái)（2)、上輥架（3)、螺釘（4)、高度可調(diào)平臺(tái)（6)、支架（8)和底座（9)的材質(zhì) 全為鋼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特征在 于，所述的旋鈕（1)上標(biāo)有刻度，精度為〇. 〇2mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特征在 于，所述的壓力傳感器（7)精度為0. 1%，供電電壓為直流電壓12V，工作溫度為-20°C _60°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特征在 于，所述的壓力傳感器（7)位于高度可調(diào)平臺(tái)（6)的中央。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特征在 于，螺釘（4 )將上輥架（3 )固定在支架（8 )上，螺釘（4 )將支架（8 )固定在底座（9 )。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特征在 于，所述的上輥架（3)的兩個(gè)上輥之間的距離為22mm，下輥臺(tái)（2)上兩個(gè)下輥之間的距離 8mm 〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特征在 于，所述的下輥臺(tái)（2)底部中心有一個(gè)凹槽，可以與壓力傳感器7緊密接觸，保證所測壓力 的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于對(duì)薄膜樣品施加均勻應(yīng)力的四點(diǎn)法裝置，其特 征在于，所述的樣品（5)通過上輥架（3)和下輥臺(tái)（2)的作用，樣品（5)發(fā)生純彎曲。
【文檔編號(hào)】G01N3/02GK104089812SQ201410140579
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】朱慧, 劉琨, 馮士維, 郭春生 申請人:北京工業(yè)大學(xué)