微电子产品冲击试验机

　　1　引　　言

　　伴随着人民生活质量的提高,便携式电子产品在人们的日常生活中使用越来越广泛,使用过程与运输途中电子产品受到碰撞和摔打是不可避免的,其抗冲击能力成为电子产品可靠性的一个检验指标,同时也成为设计过程中的重要考虑因素。为了检验电子产品抗撞冲击能力,需要进行多次连续冲击破坏试验。现阶段,国内、外研制较多的是大负载,样品自身结构尺寸较大的冲击试验机[1～2]。电子产品具有体积小、质量轻的特点。针对这一特点,华中科技大学机械学院微系统中心自行开发研制了电子产品冲击试验机,这一装置能将移动电话、便携式电脑等电子产品以任意姿态,从不同高度进行撞击试验,测试产品的抗冲击能力。

　　2　冲击试验机的基本理论

　　冲击试验机的冲击原理示意如图1所示。

　　装置模拟的是电子产品在使用或运输过程中最常见的撞击方式——跌落式。跌落式冲击试验机的原理就是将电子产品位置上升到指定的高度H,然后自由释放,试件便沿着轨道或者自由下落,与底部的测试台相碰撞,由于测试台与试件的反作用作用,受到一个瞬间撞击力,并使试件产生方向朝上的冲击加速度。其运动方程为:

　　即冲击加速度与试件的跌落高度、测试台的刚度及试件的重量有关。但当跌落的高度较大时,g(重力加速度)与冲击加速度相比可以忽略不计,因此式(4)可以简化为:

　　由于试件完成了首次冲击后仍有较大的反弹速度,故它在重力的作用下还能进行数次幅值递减的冲击过程。按照先后次序分别称为2次、3次…n次冲击,第2次以后的各次冲击称为次冲击。次冲击的次数、各次冲击的加速度幅值及相邻两脉冲的时间间隔长短取决于试件设定的下落高度H和测试台的恢复系数。试件的各次反弹高度可分别记为:

　　以上各式可以得知,只要在试验前设定好落下的高度、测试台材料类型和试件的质量,就可以对加速度、冲击力、时间间隔长短进行预控制。

　　3　微电子冲击试验机设计

　　3.1　冲击试验机的硬件设备

　　微电子冲击试验机可分为硬件设备和软件处理部分,硬件设备结构如图2所示。

　　冲击试验机硬件部分主要由冲击测试部分和信号处理部分组成。冲击测试部分有基座、框架、导轨、缓冲挡块、夹具、电磁释放器、冲击台、测速器组成。信号处理部分由传感器、控制器、放大器、模数转换卡、计算机组成。

　　3.2　硬件功能

　　基座是刚性结构,由钢板和大理石构成,对外界的震动有很好的隔离作用。基座质量占整个试验机质量的95%以上,因此使整个装置具有很好的稳定性。冲击台可以是不同质地的材料,一般选择花岗岩钢板、木板和纺织材料等,模拟实际中的撞击环境。冲击台下面安装有力传感器,可以捕捉瞬态的力信号,用来测量撞击时力的大小。