第四章-云紋干涉法

第四章：云紋干涉法一、云紋干涉法原理1.相交平行光的干涉滿足干涉條件下，兩相交平行光干涉形成等間距干涉條紋空間頻率1位相型光柵的衍射如果：令1=0.

如果=632.8nm(He-Nelaser)且f=1200l/mm則有=49.4.2.光柵衍射方程23.波前(wavefront)及波前干涉

平行光的波前為平面

如果衍射光柵沒有畸變或均勻畸變，平行光的各級衍射光的波前為平面

如果衍射光柵有非均勻畸變，平行光的各級衍射光的波前為曲面，并且可以看成多個不同衍射方向的平面波前的組合Fourier波前模型34、對稱入射光的1級衍射光的干涉

兩束光以特定角對稱入射在無畸變的光柵上，使其1級衍射光沿光柵法向方向。兩衍射光不產(chǎn)生干涉，記錄不到條紋(Null場）4兩衍射光發(fā)生干涉，產(chǎn)生均勻的、等間距平行條紋

光柵發(fā)生均勻變形5

光柵發(fā)生非均勻變形

N(x,y)=S(x,y)/

兩衍射光發(fā)生干涉，產(chǎn)生非均勻、非等間距的條紋，條紋級數(shù)與分布形式與兩個翹曲的波前間距直接相關(guān)：65、1級衍射光干涉條紋的力學(xué)意義云紋干涉法的測量原理7變形前P點處的兩根出射衍射光線1、2可以表示為：k是兩入射光線在p點的光程差，OPL1=A1PB–A1*

P'

=CP+PB=(FB+BE)+PB=(Usin+Wcos)+W=W(1+cos)+UsinP移至P’后，光線1的光程改變量P移至P’后，光線2的光程改變量OPL2=A2PB–A2*P'=A2P–A2*P'+PB=–(CP')+PB=–(EP'–BF)+PB=–(Usin–Wcos)+W=W(1+cos)–Usin8OPL1=A1PB–A1*

P'

=CP+PB=(FB+BE)+PB=(Usin+Wcos)+W=W(1+cos)+UsinOPL2=A2PB–A2*P'=A2P–A2*P'+PB=–(CP')+PB=–(EP'–BF)+PB=–(Usin–Wcos)+W=W(1+cos)–UsinS(x,y)=OPL1–OPL2–k=2U(x,y)

sin–k=fU(x,y)–k變形后P’點處的兩根出射衍射光線1、2可以表示為：兩入射光線在P’點的光程差這里的f＝2sin/,是兩入射光干涉形成的干涉條紋的空間頻率是物理光柵空間頻率的2倍！9Nx=S(x,y)/=[fU(x,y)-k]/

xz平面內(nèi)雙光束對稱入射條件下，條紋圖的含義：與離面位移信息無關(guān),反映了試件在x方向的面內(nèi)位移信息;

每一條紋代表了x方向的等位移線習(xí)慣上，這樣的干涉條紋圖稱為U場條紋同樣可以理解V場條紋圖的含義在干涉條紋圖上，P點所對應(yīng)的條紋級數(shù)NxS(x,y)=fU(x,y)–k10測量面內(nèi)變形的云紋干涉法光路云紋干涉法的技術(shù)特征：

分辨率受制于以光柵的空間頻率，以1200l/mm為例，測試分辨率為417nm

分辨率與相干光的波長無關(guān)圖像的信噪比較高適于測量面積較小、變形微小的試件116、試件柵的轉(zhuǎn)移技術(shù)

光柵轉(zhuǎn)移注意事項：光柵基底材料的選擇試件表面的處理環(huán)氧膠的選擇（固化條件，高溫性能等）膠厚度的控制（微米級）、余膠去除等試件的固定、壓制與剝離12137.云紋干涉法中的相移技術(shù)根本方法在于改變兩路光的光程差，相移/2,光程差需改變/4,一般采用壓電陶瓷控制，但方式有多種148、云紋干涉法的測試一般步驟和技術(shù)要點

試件固定在加載架上（方位最好六維可調(diào)）

試件加載前進行光路調(diào)節(jié)（標定），得到NULL場。真正的NULL場是優(yōu)質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)的體現(xiàn)和消除系統(tǒng)誤差的保障。

機械或熱加載，記錄條紋，切換U、V場6維可調(diào)架非理想Null場及其帶來的測試誤差

精確對試件表面成像，盡量使用大光圈（思考：為什么？）159、幾何云紋法與云紋干涉法的異同

測試分辨率都決定于光柵的空間頻率云紋干涉法的條紋成因可借助云紋法的條紋成因理解（交叉入射光的干涉條紋可視為參考柵，但注意其頻率問題）變形的正負都可用相同方法判斷（轉(zhuǎn)動參考柵）條紋處理方法相同實現(xiàn)相移方法相同（試件柵與參考柵之間的相對移動）

條紋形成機制不同：幾何光學(xué)干涉與物理光學(xué)干涉測試分辨率相差很大1610、云紋干涉法的應(yīng)用

在斷裂力學(xué)中的應(yīng)用－裂尖位移場/應(yīng)變場的測量，塑性區(qū)的確定，斷裂力學(xué)理論的驗證17

在電子器件熱－機械可靠性評價方面的應(yīng)用SiliconDieOvermoldBTCopperPadSolderBallPCBAABB–8–7–6–5–4–3–2–112345678Coffin-MansionModelforfatiguelifeprediction焊球熱變形及疲勞壽命的確定18試件準備在125C環(huán)境下12小時除濕

光柵25C轉(zhuǎn)移部分試件置于干燥箱三個月做對比部分試件置于室溫環(huán)境下三個月試件重量和變形測試、對比塑料封裝材料吸濕膨脹系數(shù)的測量19吸濕膨脹系數(shù)測量結(jié)果室溫環(huán)境置放的試件變形實驗開始一個月后兩個月后三個月后濕應(yīng)變:282.6濕應(yīng)變:347.5

濕應(yīng)變:382.3

WeightgainVsstoragetimeforsamplesingroupAandBIfdefineCHEasthehygro-strainupon1%weightgainundersutured&uniformmoisturecontent:CHE=1902.8(ppm/1%weightgain).

20flipchipPBGA的結(jié)構(gòu)塑料電子封裝件的吸濕變形測試及濕應(yīng)力分析在125C環(huán)境下12小時除濕光柵在150C時轉(zhuǎn)移

、冷卻試件三個月室內(nèi)環(huán)境置放3維吸濕變形的測試Step1Step2Step3Step4實驗設(shè)計21塑料電子封裝件的吸濕變形測試結(jié)果ABt=2month;

W=1.96275g

t=3month;

W=1.96287g

22塑料電子封裝件內(nèi)部的濕應(yīng)力與UBMOpening失效原因分析23

FlipChip由于Underfill的使用造成的殘余應(yīng)力分析分析方法：測試芯片的三維變形＋有限元分析，雜交法24t=0mint=10mint=20minUVW100C

25C

130C

ChemicalshrinkageinduceddeformationThermaldeformation三維變形的實驗測試結(jié)果25

UVW(Warpage)Exp.result-1.00m-1.40m-8.50