(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210834161.5 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 浙江工业大 学 地址 310014 浙江省杭州市下城区潮王路 18号 (72)发明人 许杨剑　王仁源　何伟　沈成凯　 阮洪势　鞠晓喆　梁利华　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 忻明年 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 15/78(2006.01) (54)发明名称 一种基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补 偿控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于FPGA的微电子封装 拉伸试验机补偿控制方法， 包括： 构建胶水应变 与应力关系数据集， 利用数据集进行预训练获得 模型权重， 建立胶水应变与应力关系的神经网络 模型； 对芯片进行拉伸试验， 实时采集应力和总 应变， 并根据当前的应力通过神经网络模型得到 胶水应变； 获取拉伸试验预设的焊点应变率， 在 焊点的应变过程中补偿胶水应变， 建立作动器的 期望位移与时间的关系曲线， 作为前馈补偿； 使 用PID算法反馈控制作动器， 使其输出位移与期 望位移一致， 实现焊点的应变率保持恒定； 重复 拉伸试验直至拉伸试验结束。 本发 明能够消除胶 水的应变对拉伸试验的影 响， 保持焊点的应变率 固定。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115078095 A 2022.09.20 CN 115078095 A 1.一种基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补偿控制方法， 用于通过FPGA对芯片拉伸试 验中的焊点应变率进 行补偿， 所述微电子封装拉伸试验机通过作动器产生位移带动芯片进 行拉伸试验， 其特 征在于， 所述基于FPGA的微电子 封装拉伸试验机补偿控制方法， 包括： S1、 构建胶水应变与应力关系数据集， 利用数据集进行预训练获得模型权重， 建立胶水 应变与应力关系的神经网络模型； S2、 对芯片进行拉伸试验， 实时采集应力和总应变， 并根据当前的应力通过所述神经网 络模型得到胶水应 变； S3、 获取拉伸试验预设的焊点应变率， 在焊点的应变过程中补偿胶水应变， 建立作动 器 的期望位移与时间的关系曲线， 作为前馈补偿； S4、 使用PID算法反馈控制作动器， 使其输出位移与期望位移一致， 实现焊点的应变率 保持恒定； S5、 重复步骤S2 ～S4， 直至拉伸试验结束。 2.如权利要求1所述的基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补偿控制方法， 其特征在于， 所述胶水应 变与应力关系数据集的构建过程如下： 对胶水进行拉伸试验， 获得胶水的材 料参数， 所述材 料参数包括弹性模量和泊松比； 基于胶水的材 料参数， 利用有限元分析 方法构建胶水的力学模型； 向胶水的力学模型中输入不同的应力， 得到力学模型输出的胶水应变， 建立胶水应变 与应力关系数据集。 3.如权利要求1所述的基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补偿控制方法， 其特征在于， 所述神经网络模型为BP神经网络模型。 4.如权利要求1所述的基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补偿控制方法， 其特征在于， 所述获取拉伸试验预设的焊点应变率， 在焊点的应变过程中补偿胶水应变， 建立作动器的 期望位移与时间的关系曲线， 包括： S3.1、 获取 预设的焊点应 变率为v2， 则焊点的应 变u2与时间t的关系为： u2＝v2 ×t； S3.2、 取胶水应 变为u1； S3.3、 将胶 水应变u1作为补偿量， 则作动器的期望位移u与时间t的关系曲线为： u＝u1+ u2＝u1+v2 ×t。 5.如权利要求1所述的基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补偿控制方法， 其特征在于， 所述芯片由两个铜片以及多个 焊点组成， 两个铜片上 下并排布置并且通过多个 焊点相连。 6.如权利要求5所述的基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补偿控制方法， 其特征在于， 所述微电子封装拉伸试验机包括作动器、 两个芯片夹具、 力传感器和位移传感器； 两个芯片夹具中， 一个芯片夹具与 所述力传感器连接后通过力传感器 固定在安装平台 上， 另一个芯片夹具固定在作动器上跟随作动器一起移动， 所述位移传感器安装在作动器 上用于测量作动器的位移； 两个芯片夹具在高度方向上存在落差， 该落差所构成的空间用于安装所述芯片， 所述 芯片放置 于两个芯片夹具之间， 且芯片的上 下表面分别通过胶水与对应的芯片夹具粘贴。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115078095 A 2一种基于FPGA的微电子 封装拉伸试验机补偿控制方 法 技术领域 [0001]本发明属于机械控制领域， 具体涉及一种基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补偿 控制方法。 背景技术 [0002]在微电子封装过程中， 焊点的可靠性以及失效与否是微电子封装技术的关键之 一。 电子产品在使用过程中不可避免会产生热量， 焊点受到温度的变化以及通断电的影响， 往往会在焊接处产生裂纹， 长久以往， 焊点连接处将会断裂， 芯片封装也将失效， 破坏芯片 的整体功能， 降低芯片的使用寿命。 因此针对焊点的可靠性测试不可或缺。 [0003]目前焊点的可靠性测试往往采用拉伸试验机进行试验。 在试验过程中， 芯片的两 面分别使用胶水粘贴在两个夹具上， 在电机的驱动下， 两个夹具之间产生位移， 并将位移作 用在芯片间的焊点上。 但拉伸过程中胶水会产生应变， 使焊点的位移与夹具 的位移有较大 误差， 这导致试验测得的位移 不能很好的表征焊点的位移。 此外， 由于胶水的应变率可能是 非线性的， 而夹具的位移速度是固定值， 导致焊点的应变率也是非线性的， 因此需要实时控 制夹具的位移速度， 使焊点的应 变率保持稳定 。 [0004]拉伸试验系统的高精度实时控制需要较快的计算速度及数据传输速度， 如今大多 数的拉伸试验系统采用单片机作为控制系统， 由于时钟频率的限制， 对拉伸试验系统精度 和实时性 都会产生一定的影响。 FPGA是一种运行速度快、 内部 资源丰富、 可重构能力强的高 精度逻辑器件， 在现代电子技术领域， 尤其是高精度实时控制等方面都有较为广泛的应用， 能有效解决传统拉伸试验系统在可靠性、 实时性和精度等方面的不足。 为了提高拉伸试验 系统的精度， 本发明提出一种基于FPGA的高精度微电子 封装拉伸试验机补偿控制方法。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补偿控制方法， 能 够消除胶水的应 变对拉伸试验的影响， 保持焊点的应 变率固定 。 [0006]为实现上述目的， 本发明所采取的技 术方案为： [0007]一种基于FPGA的微电子封装拉伸试验机补偿控制方法， 用于通过FPGA对芯片拉伸 试验中的焊点应变率进行补偿， 所述微电子封装拉伸试验机通过作动器产生位移带动芯片 进行拉伸试验， 所述基于FPGA的微电子 封装拉伸试验机补偿控制方法， 包括： [0008]S1、 构建胶水应变与应力关系数据集， 利用数据集进行预训练获得模型权重， 建立 胶水应变与应力关系的神经网络模型； [0009]S2、 对芯片进行拉伸试验， 实时采集应力和总应变， 并根据当前的应力通过所述神 经网络模型 得到胶水应 变； [0010]S3、 获取拉伸试验预设的焊点应变率， 在焊点的应变过程中补偿胶水应变， 建立作 动器的期望位移与时间的关系曲线， 作为前馈补偿； [0011]S4、 使用PID算法反馈控制作动器， 使其输出位移与期望位移一致， 实现焊点的应说　明　书 1/5 页 3 CN 115078095 A 3