專利名稱：剪切力測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于細線間距和超細線間距半導(dǎo)體器件及其導(dǎo)線或?qū)w焊接牢固性剪切力測試裝置。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體科技的不斷發(fā)展，越來越多的功能被集成到尺寸很小的晶元基板上， 晶元基板上的布線越來越密集。目前，65nm線寬器件已經(jīng)開發(fā)成功，而45nm線寬技術(shù)終將實現(xiàn)量產(chǎn)。細線間距(Fine Pitch)或超細線間距(Ultra Fine Pitch)引線鍵合技術(shù)逐步推廣應(yīng)用，使得焊接于晶元上的導(dǎo)線或?qū)w間的間距越來越小，達到了 60-40um。未來的幾年甚至可能達到35-30um的極細線間距。同樣大小的芯片，具有了更為強大的功能。而焊接在晶元上的導(dǎo)線直徑通常為25. 4um/20um或更細的直徑如18um.焊接金球的直徑則相應(yīng)為32um-50um。這些連接導(dǎo)線和金球必須牢固可靠地焊接在晶元基板上的焊盤上。因為被測試焊接目標(biāo)物很小，測試裝置必須能精準地對準要測試的焊接金球，并在對準后測試結(jié)束前不產(chǎn)生對位偏移，以保證測試結(jié)果的準確性。已知的測試裝置都是具有水平擺放或豎直擺放的測力傳感器和用來與被測試焊接目標(biāo)物附著平面進行接觸定位和進行剪切力測試的工具推刀的基本結(jié)構(gòu)。通過工具推刀與被測試焊接目標(biāo)物附著平面進行接觸，從而感知被測試焊接目標(biāo)物附著平面在Z軸向的位置，以此位置為基準，確定被測試焊接目標(biāo)物的底部，并相對該被測試焊接目標(biāo)物的底部位置上升一個預(yù)定的高度h，如3um，再進行剪切力測試相對運動。從而得到具有可重復(fù)性的焊接強度測試值。據(jù)公開的專利US6078387，揭示了一種實現(xiàn)感知接觸的機構(gòu)這種機構(gòu)的主體是由具有水平雙臂懸臂梁結(jié)構(gòu)，該雙臂懸臂梁的一端固定在固定塊上，另一端(自由端)連接著移動塊和探針(即本文所說的工具推刀)。在空氣軸承的作用下，該雙臂懸臂梁的自由端可以上下自由移動。再利用光電傳感器感知固定在該雙臂懸臂梁的自由端的移動塊上的探針在接觸到被測試焊接目標(biāo)物附著平面而產(chǎn)生的位移。然后，關(guān)閉壓縮空氣的供給，停止空氣軸承的作用，利用該雙臂懸臂梁的彈性把移動塊固定在固定塊上，實現(xiàn)定位的目的。根據(jù)物理常識和幾何學(xué)知識，懸臂梁自由端相對固定端發(fā)生上下位移形變時，自由端不可避免地會同時發(fā)生水平方向上的位移。也就是說，采用懸臂梁結(jié)構(gòu)實現(xiàn)接觸感知的方法實際上存在接觸前和接觸后定位位置水平偏移的問題。如圖4所示的偏移量P1。假設(shè)懸臂梁的長度為L;為了接觸，自由端在接觸目標(biāo)平面后，旋轉(zhuǎn)一個角度al ； 懸臂梁自由端端點從Dl移動到D2。懸臂梁自由端不可避免地發(fā)生了一個位置偏移P1。由三角關(guān)系，很容易得出位置偏移Pl與旋轉(zhuǎn)角度a 1和兩次位移連線與垂直線的夾角a2及懸臂梁長度L的對應(yīng)關(guān)系如下B = 2XLXSin(al/2)Pl = BXSina2 = 2XLXSin(al/2) XSin(a2)在此，我們不討論具體懸臂梁結(jié)構(gòu)帶來的具體偏移量的問題，但可以肯定的判斷由懸臂梁結(jié)構(gòu)構(gòu)成的接觸定位方式會導(dǎo)致接觸定位位置偏移，而這種接觸定位位置水平偏移Pl (圖4)，有可能導(dǎo)致工具推刀與被測試焊接目標(biāo)物發(fā)生錯位。且不同大小接觸力度會造成接觸定位位置水平偏移量Pl的非線性變化，不利于控制不同大小接觸力度。圖5從剪切力測試相對運動方向形象地展示了細線間距或極細線間距半導(dǎo)體產(chǎn)品金球焊接剪切力測試中，工具推刀和焊接金球的相對應(yīng)尺寸關(guān)系和測試時相對位置關(guān)系。如圖5，在密集排列的焊接金球陣列中，因為排列的焊接金球很密集，焊接金球之間的間距很小，工具推刀在進行剪切力測試前對準的位置不能發(fā)生沿著定位位置水平偏移Pl (圖 5)方向上的位置偏移。這種定位位置偏移，有可能導(dǎo)致工具推刀和被測試焊接金球發(fā)生錯位的剪切，即焊接金球可能沒有被完整地剪切和部分地剪切到了兩個焊接金球，從而招致失敗的測試結(jié)果。這種定位位置水平偏移的問題在細線間距或超細線間距半導(dǎo)體剪切力測試時，是應(yīng)該盡量避免的。當(dāng)然，在使用懸臂梁結(jié)構(gòu)的情況下，可以想辦法把旋轉(zhuǎn)角度控制在很小的范圍，以減小定位位置水平偏移量P1。但并不能避免用這種方式進行感知接觸時定位位置偏移的產(chǎn)生。且當(dāng)需要較大的接觸力來確認接觸時，勢必需要較大的旋轉(zhuǎn)角度al，而這樣一來，定位位置偏移Pl就會相應(yīng)大幅度加大。為了解決上述問題，中國專利文獻CN201382828公開了一種剪切力測試裝置，包括一個可上下移動的基板，在所述基板上設(shè)有彈性體，所述彈性體具有一個可朝向或遠離所述基板移動的自由端，測試頭連接在所述自由端上，所述彈性體是一個水平對稱結(jié)構(gòu)彈性體，所述自由端位于所述水平對稱結(jié)構(gòu)彈性體的對稱線上，在所述測試頭上方設(shè)有一個用于固定所述測試頭的壓緊機構(gòu)；所述自由端和基板之間設(shè)有便于自由端和連接于其上的測試頭一起上下移動的間隙，當(dāng)所述測試頭定位準確后，在所述壓緊機構(gòu)的作用下，所述自由端緊靠在所述基板上，固定所述測試頭。這種剪切力測試裝置，較好地解決了在剪切力測試過程中，接觸定位位置時會發(fā)生水平方向的偏移的問題，但是，這種裝置還存在前后微小幌動的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述缺陷，向社會提供一種不僅可完全消除定位位置水平偏移的問題，而且還可以保證測試具有更高的可靠性和精確性的剪切力測試裝置。本發(fā)明的基本想法是，本發(fā)明所采用的傳感器結(jié)構(gòu)導(dǎo)入了一種主動自然的反向水平位移的偏移量補償，從原理上最大限度的減少這種測試過程中偏移的發(fā)生。本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計一種剪切力測試裝置，包括一個基板，在所述基板上設(shè)有在感知接觸時可通過主動自然的反向水平位置偏移補償來消除接觸定位位置偏移的彈性體，所述彈性體具有可朝向或遠離所述基板移動的自由端，測試頭連接在所述自由端上， 所述彈性體包括100、100’、200、200’四個彈性臂，其中，彈性臂100、100’首尾相連構(gòu)成第一 U形彈性臂，彈性臂200、200’首尾相連構(gòu)成第二 U形彈性臂。參見圖2。所述彈性體的彈性臂100、100’構(gòu)成的第一 U形彈性臂，以及彈性臂200、200’構(gòu)成的第二U形彈性臂上下擺放相隔一定距離。所述第一U形彈性臂和第二U形彈性臂的固定端分別與設(shè)置在第一 U形彈性臂和第二 U形彈性臂之間的固定塊400相連接，并且固定塊400固定安裝在基板4上。所述第一 U形彈性臂和第二 U形彈性臂的自由端連接起來，測試頭固定在所述自由端5上。作為對本發(fā)明的改進，在所述自由端和基板之間設(shè)有用于在所述測試頭感知微小的接觸力的過程中，使自由端和連接于其上的測試頭保持遠離基板一定間隙的微動機構(gòu)。作為對本發(fā)明的進一步改進，所述微動機構(gòu)包括滑塊和空氣軸承，所述滑塊與所述自由端活動連接，并平整地壓在所述基板上，在所述滑塊后側(cè)設(shè)有空氣軸承，空氣軸承的出氣口對著所述滑塊的后側(cè)面。當(dāng)壓縮空氣導(dǎo)入時，空氣軸承啟動作用，將所述滑塊與所述自由端和連接于其上的所述測試頭推開并保持與所述基板一定間隙。當(dāng)接觸定位位置準確地找到后，撤除壓縮空氣，空氣軸承停止作用，所述滑塊與所述自由端和連接于其上的所述測試頭被所述彈性體壓回到基板上，并通過接觸摩擦力固定到基板上。作為對本發(fā)明的進一步改進，所述微動機構(gòu)是平面滾動軸承或直線軸承。作為對本發(fā)明的進一步改進，所述微動機構(gòu)是在所述自由端設(shè)有磁性體，在相對于自由端的位置的基板上設(shè)有線圈，線圈通電后，所述線圈產(chǎn)生的磁性與所述自由端上的磁性相同，對所述自由端產(chǎn)生排斥作用，將所述自由端和連接于其上的所述測試頭推開并保持與所述基板一定間隙。當(dāng)接觸定位位置準確地找到后，所述線圈通入反向電流，所述線圈產(chǎn)生與所述自由端上的磁體磁性相吸的磁性，所述滑塊與所述自由端和連接于其上的所述測試頭被所述彈性體和磁性力共同作用壓回到基板上，以通過更大的接觸摩擦力固定到基板上。作為對本發(fā)明的進一步改進，彈性體應(yīng)變集中的地方貼有用于感應(yīng)彈性體的形變，控制接觸力大小，以適應(yīng)不同軟硬表面接觸的敏感元件。作為對本發(fā)明的進一步改進，所述敏感元件是應(yīng)變計或光電傳感器。作為對本發(fā)明的進一步改進，所述彈性體的彈性臂可以水平擺放。本發(fā)明在剪切力測試過程中，由于采用了具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w，接觸定位時，接觸點不會發(fā)生水平方向上的位置偏移，此外，在所述微動機構(gòu)的作用下，所述自由端及連接在自由端上的所述測試頭，在感知微小的接觸力的過程中，基本上處于上下無摩擦、在重力和所述彈性臂作用下自然下垂的狀態(tài)，并且在感知接觸力的過程中始終保持在同一垂直直線上，保證了在細線間距或極細線間距半導(dǎo)體剪切力測試中極端精密定位的更高要求，更加提高了測試的可靠性和精準性。


圖1是本發(fā)明一種實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的主視平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1的側(cè)視平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是現(xiàn)有測試裝置存在問題原理結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是現(xiàn)有測試裝置存在問題原理結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式請參見圖1、圖2和圖3，圖1、圖2和圖3揭示的是一種剪切力測試裝置，包括一個可上下移動的基板4，在所述基板4上設(shè)有具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1，所述具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1具有可朝向或遠離所述基板4移動的自由端5，測試頭12連接在所述自由端5上，在所述測試頭12上方設(shè)有一個用于固定所述測試頭12的壓緊機構(gòu) (未畫出)；當(dāng)所述測試頭12定位準確后，在所述壓緊機構(gòu)的作用下，所述自由端5緊靠在所述基板4上，固定所述測試頭12 ；在所述自由端5和基板4之間設(shè)有用于在所述測試頭 12感知微小的接觸力的過程中，使自由端5和連接于其上的測試頭12保持遠離基板4 一定間隙的微動機構(gòu)16。本實例中，所述測試頭12包括測力傳感器6和工具推刀7。本實例中的微動機構(gòu)16包括滑塊13和空氣軸承14(見圖幻，所述滑塊13與所述基板4活動連接 (具體一點講，是滑塊13懸掛在基板4上)，所述空氣軸承14的出氣口對著所述滑塊13的后側(cè)面，在不使用時，停止壓縮空氣的供應(yīng)，在壓緊機構(gòu)的作用下，所述空氣軸承14的出氣口完全被所述滑塊13密封。使用時，松開壓緊機構(gòu)，當(dāng)空氣軸承14通入壓縮空氣后，滑塊 13和具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1的自由端5和與自由端5相連接的測試頭12被頂起，形成與基板4間一個很小的間隙，在壓縮空氣持續(xù)供應(yīng)下，該間隙持續(xù)保持，滑塊13和測試頭12進入了上下無摩擦運動狀態(tài)。通過光電傳感器15或應(yīng)變計11，就可以感知微小的接觸力。一旦檢測到接觸，關(guān)閉壓縮空氣，壓緊機構(gòu)將測試頭12和滑塊13壓回到基板4 上，通過基板4和滑塊13間較大的摩擦力將測試頭12和滑塊13固定在基板4上。從而實現(xiàn)了接觸定位的動作。本發(fā)明中，所述微動機構(gòu)16也可以是平面滾動軸承或直線軸承。利用平面滾動軸承或直線軸承來代替滑塊與空氣軸承結(jié)構(gòu)，也是可以的。本發(fā)明中，所述微動機構(gòu)16還可以是在所述自由端5設(shè)有磁性體，在相對于自由端5的位置的基板4上設(shè)有線圈，線圈通電后，所述線圈產(chǎn)生的磁性與所述自由端5上的磁性相同，對所述自由端5產(chǎn)生排斥作用，達到讓自由端5及連接在其上的測試頭12遠離基板4的目的。當(dāng)接觸定位位置找到后，所述線圈通入反向電流，所述線圈的磁場改變方向， 所述自由端5及連接在其上的測試頭12被所述具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1壓回到基板上，并且通過磁性吸引力進一步增強施加于自由端5并將自由端5及連接在其上的測試頭12固定在基板上的壓力，從而增加接觸摩擦力。參見圖2，本發(fā)明所示實施例中，所述具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1包括可以相互抵消水平位置偏移的彈性臂100、彈性臂100’以及彈性臂200、彈性臂200’，其中，所述彈性臂100和彈性臂100’首尾相接構(gòu)成第一 U形彈性臂，所述彈性臂200和彈性臂200’ 首尾相接構(gòu)成另第二 U形彈性臂，兩個U形彈性臂上下擺放相隔一定距離。所述第一 U形彈性臂和第二 U形彈性臂的自由端5連接起來并與測試頭12連接，所述所述第一 U形彈性臂和第二 U形彈性臂的固定端500分別與固定塊400相互連接，并且固定塊400固定安裝在基板4上。所述第一 U形彈性臂和第二 U形彈性臂的外端通過豎直的連接梁300固定連接。所述測試傳感器15和測試工具12安裝在所述具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1的自由端5上。在具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1應(yīng)變集中的地方貼有用于感應(yīng)具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1的形變，控制接觸力大小，以適應(yīng)不同軟硬表面接觸的敏感元件。本實施例中的敏感元件是應(yīng)變計11或光電傳感器15，也可以同時使用以達到更好的效果。使用時，本裝置具有XY軸和Z軸移動平臺。具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1，通過固定塊400用鏍栓固定在安裝于基板4上，所述基板4安裝于Z軸上，并可隨Z軸上下移動。自由端5牢固地連接著測試頭12。通過微動機構(gòu)16使自由端5和基板4之間保持很小的一個間隙，使得自由端5和連接于其上的測力傳感器6和工具推刀7 —起可自由上下移動，并在具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1的彈性力和測力傳感器6及工具推刀7的重量作用下自然下垂，達到平衡。具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1的應(yīng)變集中的位置貼有感知彈性變形的敏感元件，如應(yīng)變計11。基板4在Z軸的帶動下，朝向被測試焊接目標(biāo)物附著平面運動，當(dāng)工具推刀7接觸到被測試焊接目標(biāo)物附著平面時，具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1，由于是兩個平行布置的彈性臂首尾相連構(gòu)成的U形彈性臂，因此，兩個臂之間產(chǎn)生對稱形變，形變量隨接觸力度大小不同而不同。由于具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1的自由端發(fā)生上下位移時，所述彈性臂100、100’發(fā)生形變時相互抵消水平位置偏移， 所述彈性臂200、200’發(fā)生形變時也相互抵消水平位置偏移，所以接觸點的位置不會發(fā)生偏移，在具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1的彈性形變范圍內(nèi)，不會產(chǎn)生定位位置水平偏移量P1。貼在具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1應(yīng)變集中位置的應(yīng)變計11在具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1的不同大小形變作用下，發(fā)送不同大小的電信號給信號采集系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)軟件設(shè)定參數(shù)，在不同大小電信號指示作用下，停止Z軸的運動，消除微動機構(gòu)16對自由端5的推力，并同時驅(qū)動壓緊機構(gòu)將具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1的自由端5用機械力的方式壓緊，完成感知接觸，并實現(xiàn)定位。也就是說，徹底消除了接觸定位位置水平偏移的問題，從而嚴格地保證了精密定位的需要。并且，對應(yīng)變計11發(fā)送的電信號進行處理即可方便地實現(xiàn)軟件調(diào)整不同大小的接觸力度，并且接觸力度大小的調(diào)整不造成定位位置偏移。當(dāng)完成接觸定位后，系統(tǒng)控制基板4上升一個預(yù)定的高度如幾個um后，XY軸帶動被測試焊接目標(biāo)物10和被測試焊接目標(biāo)物附著平面產(chǎn)生朝向工具推刀7的運動，進行剪切力測試。信號采集系統(tǒng)開始采集測力傳感器6在整個測試過程的信號變化。當(dāng)完成剪切測試運動后，基板4在Z軸的帶動下，上升一個安全的高度。所述具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w1可以設(shè)計成多種形狀。以得到不同彈性系數(shù)的具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w。如相互抵消水平位置偏移的彈性臂可以上下擺放也可以前后水平擺放，但關(guān)鍵是其必須設(shè)計成相當(dāng)進行接觸感知而形變時，水平位置偏移呈相反的方向，從而相互抵消水平位置偏移。以保證接觸點位置不發(fā)生水平偏移。壓緊機構(gòu)可以是多種結(jié)構(gòu)方式如電磁體壓緊、氣缸壓緊等，在這不作詳細說明。 XYZ移動平臺、伺服控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和軟件在這里不作詳細說明。以上所述之實例，只是本發(fā)明的較佳實例而已，并非來限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明申請專利范圍所述的特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明申請專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種剪切力測試裝置，包括一個基板，在所述基板上設(shè)有彈性體，所述彈性體具有可朝向或遠離所述基板移動的自由端，測試頭連接在所述自由端上，其特征在于所述彈性體具有兩個間隔一定距離設(shè)置的可相互抵消水平位置偏移的U形彈性臂，所述兩個U形彈性臂的自由端連接在一起，測試頭固定安裝在所述自由端上。在兩個U形彈性臂之間設(shè)有彈性體的固定端，兩個U形彈性臂的固定端連為一體，并與所述基板固定連接；兩個U形彈性臂的遠離自由端的一端通過連接梁固定連接。
2.如權(quán)利要求1所述的剪切力測試裝置，其特征在于在所述自由端和基板之間設(shè)有用于在所述測試頭感知微小的接觸力的過程中，使自由端和連接于其上的測試頭保持遠離基板一定間隙的微動機構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的剪切力測試裝置，其特征在于所述微動機構(gòu)包括滑塊和空氣軸承，所述滑塊與所述自由端活動連接，并平整地壓在所述基板上，在所述滑塊后側(cè)設(shè)有空氣軸承，空氣軸承的出氣口對著所述滑塊的后側(cè)面。
4.如權(quán)利要求2所述的剪切力測試裝置，其特征在于所述微動機構(gòu)是平面滾動軸承或直線軸承。
5.如權(quán)利要求2所述的剪切力測試裝置，其特征在于所述微動機構(gòu)是在所述自由端設(shè)有磁性體，在相對于自由端的位置的基板上設(shè)有線圈，線圈通電后，所述線圈產(chǎn)生的磁性與所述自由端上的磁性相同，對所述自由端產(chǎn)生排斥作用。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項權(quán)利要求所述的剪切力測試裝置，其特征在于在所述具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w應(yīng)變集中的地方貼有用于感應(yīng)具有水平位置偏移補償?shù)膹椥泽w的形變，控制接觸力大小，以適應(yīng)不同軟硬表面接觸的敏感元件。
7.如權(quán)利要求6所述的剪切力測試裝置，其特征在于所述敏感元件是應(yīng)變計或光電傳感器。
全文摘要
一種剪切力測試裝置，包括一個基板，在所述基板上設(shè)有彈性體，所述彈性體具有可朝向或遠離所述基板移動的自由端，測試頭連接在所述自由端上，所述彈性體具有兩個間隔一定距離設(shè)置的可相互抵消水平位置偏移的U形彈性臂，所述兩個U形彈性臂的自由端連接在一起，測試頭固定安裝在所述自由端上。在兩個U形彈性臂之間設(shè)有彈性體的固定端，兩個U形彈性臂的固定端連為一體，并與所述基板固定連接；兩個U形彈性臂的遠離自由端的一端通過連接板固定連接。本發(fā)明具有在剪切力測試過程中，接觸定位位置不會發(fā)生水平方向的偏移，保證在細線間距或極細線間距半導(dǎo)體剪切力測試中極端精密定位的要求，具有測試可靠性和精準性高的優(yōu)點。
文檔編號G01L1/00GK102252786SQ201110157669
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者賓偉雄 申請人:賓偉雄