第四章-云纹干涉法

第四章：云纹干涉法一、云纹干涉法原理1.相交平行光的干涉满足干涉条件下，两相交平行光干涉形成等间距干涉条纹空间频率1位相型光栅的衍射如果：令1=0.

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

平行光的波前为平面

如果衍射光栅没有畸变或均匀畸变，平行光的各级衍射光的波前为平面

如果衍射光栅有非均匀畸变，平行光的各级衍射光的波前为曲面，并且可以看成多个不同衍射方向的平面波前的组合Fourier波前模型34、对称入射光的1级衍射光的干涉

两束光以特定角对称入射在无畸变的光栅上，使其1级衍射光沿光栅法向方向。两衍射光不产生干涉，记录不到条纹(Null场）4两衍射光发生干涉，产生均匀的、等间距平行条纹

光栅发生均匀变形5

光栅发生非均匀变形

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

两衍射光发生干涉，产生非均匀、非等间距的条纹，条纹级数与分布形式与两个翘曲的波前间距直接相关：65、1级衍射光干涉条纹的力学意义云纹干涉法的测量原理7变形前P点处的两根出射衍射光线1、2可以表示为：k是两入射光线在p点的光程差，OPL1=A1PB–A1*

P'

=CP+PB=(FB+BE)+PB=(Usin+Wcos)+W=W(1+cos)+UsinP移至P’后，光线1的光程改变量P移至P’后，光线2的光程改变量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变形后P’点处的两根出射衍射光线1、2可以表示为：两入射光线在P’点的光程差这里的f＝2sin/,是两入射光干涉形成的干涉条纹的空间频率是物理光栅空间频率的2倍！9Nx=S(x,y)/=[fU(x,y)-k]/

xz平面内双光束对称入射条件下，条纹图的含义：与离面位移信息无关,反映了试件在x方向的面内位移信息;

每一条纹代表了x方向的等位移线习惯上，这样的干涉条纹图称为U场条纹同样可以理解V场条纹图的含义在干涉条纹图上，P点所对应的条纹级数NxS(x,y)=fU(x,y)–k10测量面内变形的云纹干涉法光路云纹干涉法的技术特征：

分辨率受制于以光栅的空间频率，以1200l/mm为例，测试分辨率为417nm

分辨率与相干光的波长无关图像的信噪比较高适于测量面积较小、变形微小的试件116、试件栅的转移技术

光栅转移注意事项：光栅基底材料的选择试件表面的处理环氧胶的选择（固化条件，高温性能等）胶厚度的控制（微米级）、余胶去除等试件的固定、压制与剥离12137.云纹干涉法中的相移技术根本方法在于改变两路光的光程差，相移/2,光程差需改变/4,一般采用压电陶瓷控制，但方式有多种148、云纹干涉法的测试一般步骤和技术要点

试件固定在加载架上（方位最好六维可调）

试件加载前进行光路调节（标定），得到NULL场。真正的NULL场是优质光学系统的体现和消除系统误差的保障。

机械或热加载，记录条纹，切换U、V场6维可调架非理想Null场及其带来的测试误差

精确对试件表面成像，尽量使用大光圈（思考：为什么？）159、几何云纹法与云纹干涉法的异同

测试分辨率都决定于光栅的空间频率云纹干涉法的条纹成因可借助云纹法的条纹成因理解（交叉入射光的干涉条纹可视为参考栅，但注意其频率问题）变形的正负都可用相同方法判断（转动参考栅）条纹处理方法相同实现相移方法相同（试件栅与参考栅之间的相对移动）

条纹形成机制不同：几何光学干涉与物理光学干涉测试分辨率相差很大1610、云纹干涉法的应用

在断裂力学中的应用－裂尖位移场/应变场的测量，塑性区的确定，断裂力学理论的验证17

在电子器件热－机械可靠性评价方面的应用SiliconDieOvermoldBTCopperPadSolderBallPCBAABB–8–7–6–5–4–3–2–112345678Coffin-MansionModelforfatiguelifeprediction焊球热变形及疲劳寿命的确定18试件准备在125C环境下12小时除湿

光栅25C转移部分试件置于干燥箱三个月做对比部分试件置于室温环境下三个月试件重量和变形测试、对比塑料封装材料吸湿膨胀系数的测量19吸湿膨胀系数测量结果室温环境置放的试件变形实验开始一个月后两个月后三个月后湿应变:282.6湿应变:347.5

湿应变:382.3

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

20flipchipPBGA的结构塑料电子封装件的吸湿变形测试及湿应力分析在125C环境下12小时除湿光栅在150C时转移

、冷却试件三个月室内环境置放3维吸湿变形的测试Step1Step2Step3Step4实验设计21塑料电子封装件的吸湿变形测试结果ABt=2month;

W=1.96275g

t=3month;

W=1.96287g

22塑料电子封装件内部的湿应力与UBMOpening失效原因分析23

FlipChip由于Underfill的使用造成的残余应力分析分析方法：测试芯片的三维变形＋有限元分析，杂交法24t=0mint=10mint=20minUVW100C

25C

130C

ChemicalshrinkageinduceddeformationThermaldeformation三维变形的实验测试结果25

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