CN108444908A - 具有集成照明系统的结合部测试装置和结合部测试盒 - Google Patents

具有集成照明系统的结合部测试装置和结合部测试盒 Download PDF

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Abstract

公开了一种具有集成照明系统的结合部测试装置和结合部测试盒。该结合部测试装置包括：台，所述台用于支撑用于测试的结合部；测试工具，所述测试工具具有测试工具末端，所述测试工具末端被构造成在结合部测试期间接触所述结合部；驱动机构，所述驱动机构被连接在所述台和所述测试工具之间并且被构造成在所述结合部测试期间提供所述台和所述测试工具之间的相对移动；一个或多个光源，所述一个或多个光源相对于所述测试工具被固定；以及光导，所述光导相对于所述测试工具被固定并且被构造成将来自所述一个或多个光源的光引导到所述测试工具末端。

Description

具有集成照明系统的结合部测试装置和结合部测试盒
技术领域
本发明涉及一种用于测试半导体器件上的电结合部的强度的设备。具体地，本发明涉及一种用于在结合部测试器中照明测试部位的系统。
背景技术
半导体器件是非常小的，通常从5x 5平方毫米至50x 50平方毫米，并且通常包括用于将电导体结合到半导体基板的许多部位(site)。每一个结合部由焊球/焊料凸点或铜柱或丝组成。
有必要测试结合部的结合强度，以便确信特定的结合方法是足够的。由于结合部的非常小的尺寸，用于测试这些结合部的结合强度的工具必须能够精确地测量非常小的力和偏转。
存在用于测试结合强度的几种不同类型的结合部测试。例如，剪切测试通过将剪切力施加到结合部的侧面并且将结合部从基板剪切掉来测试结合部的剪切强度。拉伸测试通过将结合部拉伸离开基板来测试结合部的拉伸强度。在推压测试中，将力或负载在垂直平面中直接地向下施加到结合部上。
执行这些测试的机器通常包括结合部测试工具，不管是剪切测试工具、推压测试工具或拉伸测试工具，其能够在测试下相对于结合部定位并且然后结合部或工具被移动以便执行测试，该测试包括测量使结合部断裂所需的力。每一个结合部测试工具被安装到设置有力换能器和相关联的电子器件的测力传感器。
尽管存在各种不同的测试工具，但是用于在测试期间定位测试工具并且移动测试工具或结合部的机器的零件对于每一个测试工具可以是相同的。因此，测试工具已经被设计成从机器的其余部分是可移除的，使得它们能够用不同类型的测试工具或适合于不同范围的测量或不同类型的结合部或测试的测试工具更换。在测试下使用在单个基板上的几个不同的测试工具可能是期望的并且因此操作者可能需要频繁地执行测试工具的更换。
当执行结合部测试时，有必要在测试下利用足够的光来照明结合部以允许测试的精确预对准和设定、在测试发生时测试的视频记录和视觉检查以及一旦测试完成进行结合部和测试工具的随后可见检查。
结合部测试机器通常配合有光柱(light stalk)，该光柱是在自由端上具有配合的灯的柔性柱。这些被固定到结合部测试机器并且能够被操纵到位以照明测试件。然而，以此方式提供照明具有许多问题。光柱是笨重的，并且可与结合部测试机器操作的其它元件干扰。光源的位置必然地意味着存在阴影和不一致的照明。光柱可能被意外地移动并且因此可能需要频繁的重新调整。光源的远程位置意味着照明对于与微型测试件一起使用可能不是优化的，微型测试件现在正变得更普通(在该背景下微型意味着处于20μm至100μm(微米)的尺寸范围中)。
本发明的目的是解决这些问题或至少提供对结合部测试机器中的照明问题有用的替代解决方案。
发明内容
本发明在所附的独立权利要求中限定。优选的或有利的特征在从属权利要求中阐述。
在一个方面中，提供了结合部测试装置，包括：
台，该台用于支撑用于测试的结合部；
测试工具，该测试工具具有测试工具末端，该测试工具末端被构造成在结合部测试期间接触结合部；
驱动机构，该驱动机构连接在台和测试工具之间并且被构造成在结合部测试期间提供台和测试工具之间的相对移动；
一个或多个光源，所述一个或多个光源相对于测试工具固定；以及
光导，该光导相对于测试工具固定并且被构造成将来自所述一个或多个光源的光引导到测试工具末端。
光导可以通过在光导内的光的全内反射将来自一个或多个光源的光引导到测试工具末端。光可以行进穿过光导的固体半透明或透明材料。替代地或另外，光导可以是中空的并且光可以反射离开光导的内部反射表面。有利地，光导有效地将来自一个或多个远程光源的光引导到测试工具末端周围的小区域。这允许使用低功率光源并且能够提供均匀的照明而没有阴影。
光导可以被构造成在测试工具末端上聚焦光。光导可以包括透镜，透镜被构造成照明测试工具末端周围的预定区域。光导朝向测试工具末端渐缩。光导的渐缩部可以被构造成朝向测试工具末端引导光。取决于待执行的测试的类型和期望照明的区域，可以使用不同的光导来提供不同的照明图案。光导可包括相对于彼此可移动以提供光的可变聚焦的两个或更多个部分。
光导可以是管状的。特别是，光导可以围绕测试工具的至少一部分。测试工具可以配合在光导内。光导可以被成形为围绕测试工具紧密地配合，因此其占据测试工具周围最小的空间。光导可以被成形为匹配测试工具的形状。光导可以完全地围绕测试工具的周边。这允许围绕测试工具末端的均匀照明，而测试工具末端没有投射强的阴影。
结合部测试装置可以包括具有外壳的测力传感器盒，其中测试工具固定到测力传感器盒外壳并且从测力传感器盒外壳延伸，并且其中一个或多个光源被容纳在测力传感器盒外壳中。测试工具可以是测力传感器盒的一部分，但是可以从测力传感器盒是可移除的。
光导可以通过被固定到测力传感器盒而被间接地固定到测试工具。光导可以永久地固定到测力传感器盒，但是有利地可移除地固定到测力传感器盒。优选地，光导通过机械互锁固定到测力传感器盒。例如，光导可以利用卡口配合或利用螺纹连接固定到测力传感器盒。替代地，光导可以利用诸如螺钉、螺栓或铆钉的机械固定件固定到测力传感器盒。
替代地或另外，光导可以直接地固定到测试工具。光导可以永久地或可移除地固定到测试工具。光导可以通过机械互锁固定到测试工具。例如，光导可以利用卡口配合或利用螺纹连接固定到测试工具。替代地，光导可以利用诸如螺钉、螺栓或铆钉的机械固定件固定到测试工具。
有利地，光导能够在没有工具的情况下从盒或测试工具被手动地移除。在优选的实施例中，光导能够被拧到盒或测试工具上和从盒或测试工具拧下来以被手动地移除。
光导可以由模制塑料材料形成。有利地，光导由光学级塑料材料形成。例如。光导可以由丙烯酸形成。光导的一个或多个表面可以被抛光以提供高反射的表面。替代地或另外，光导的一个或多个表面可以包括高反射的涂层。这可以减小光从光导的不想要的泄漏。有利地，光导的离开表面被抛光，光穿过该离开表面朝向测试工具末端离开光导。这减少不想要的光的散射。
一个或多个光源可以直接地或间接地固定到测试工具。在优选的实施例中，一个或多个光源固定到测力传感器盒，测试工具也被固定到测力传感器盒。一个或多个光源可以包括多个不同的光源。例如，多个光源可以包括不同颜色或强度的光源。一个或多个光源可以包括多个相同的光源。
一个或多个光源可包括至少一个可变强度光源。
在优选的实施例中，一个或多个光源包括至少一个发光二极管(LED)。一个或多个光源可以包括多个LED，所述多个LED围绕测试工具的周边布置的并且被构造成将光发射到光导内。LED可以安装在盒中的电路板上。除照明测试工具末端周围的测试区域之外，一个或多个光源可以用于提供状况指示，比如故障指示或准备指示。例如，一个或多个光源可以被构造成在测试设定或工具接地感测操作期间闪光或者具有随时间变化的强度或不同的颜色。
测试工具可以是任何种类的测试工具。例如，测试工具可以是包括钩子或爪的拉伸测试工具、剪切测试工具或推压测试工具。
结合部测试装置可以包括被构造成照明测试区域的另外的灯。
在另一方面中，提供了用于结合部测试装置的盒，该盒包括：测试工具，测试工具具有测试工具末端，测试工具末端被构造成在结合部测试期间接触结合部；一个或多个光源，一个或多个光源相对于测试工具固定；以及光导，光导相对于测试工具固定并且被构造成从一个或多个光源引导到测试工具末端。
盒可以包括外壳并且测试工具可以延伸超出外壳。一个或多个光源可以是定位在外壳内的LED。LED可以安装在外壳内的电路板上。
光导可以有利地利用机械紧固固定到盒的外壳。光导可以如所描述地关于第一方面被构造。
在进一步方面中，提供了用于结合部测试装置的光导，该光导包括被构造成围绕测试工具配合的管状主体，并且被构造成利用全内反射将光从光导的近端引导到光导的远端。
光导的远端可以渐缩以朝向围绕测试工具的末端的区域引导光。光导可以包括在近端处的互锁结构，该互锁结构被构造成与结合部测试装置上的对应的结构机械地互锁。例如，联接结构可以是卡口配合或螺纹配合。光导可以由光学级材料形成。光导可以由可模制塑料材料比如丙烯酸形成。
关于一个方面描述的特征可以应用于其它方面。特别是，关于结合部测试装置方面描述的盒和光导的特征可单独地应用于盒或单独地应用于光导。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例来详细地描述本发明的实施例，在附图中：
图1A是可与本发明一起使用的结合部测试装置的简化前视图；
图1B是示出了由结合部测试装置的测试工具盒的工具安装托架支撑的测试工具的横截面视图；
图1C是示出了夹紧到工具安装托架的测试工具的透视图；
图1D是包括防反冲气缸的结合部测试装置的测试工具安装件和驱动部的透视图；
图1E是结合部测试装置的测试工具盒的透视图；
图1F是结合部测试装置的透视图；
图2A是根据本发明的盒的底侧透视图，其中光导被移除；
图2B是根据本发明的盒的底侧透视图，其中光导被附接；
图3A是图2B的光导的横截面；
图3B是图3A的光导的透视图；并且
图4是包括安装到测试工具的光导的结合部测试装置的简化前视图。
具体实施方式
现有的结合部测试装置
图1A是根据本发明的结合部测试装置的图示。该装置包括测试工具10，测试工具10安装到测试工具盒11，该测试工具盒11自身安装到结合部测试装置12的主体。在测试工具下面，结合部测试装置包括机动化台桌13，待测试的样品或基板100能够被安装在机动化台桌13上。
安装到盒11的测试工具10能够是剪切工具、推压工具或拉伸工具并且能够被切换以便执行不同的测试。例如，剪切工具用于跨过板水平地施加力以从基板剪切掉结合部，并且推压工具例如用于在基板上的部件上施加垂直压缩力。由这些工具施加的力被测量。例如，拉伸工具可以具有在工具的底部处的钩子，该钩子用于钩住附接在部件和样品电路板之间的电引线，其中垂直力被施加到工具以将引线从板拉离并且测量将引线从板拉离所需的力。在US 6,078,387中描述了合适的剪切工具的示例，US 6,078,387的内容通过引用并入本文。在US 6,310,971中描述了合适的拉伸工具的示例，US 6,310,971的内容通过引用并入本文。
如在图1B和图1E中所示，测试工具10通常通过具有悬臂72、74的工具安装托架70附接到盒11，工具安装托架70在一端通过螺钉73固定到盒11，其中臂72、74的自由端支撑夹具76。如在图1C中所示，工具10借助于夹紧螺钉78夹紧在夹具76中。然而，在根据本发明的系统中可以使用用于将测试工具附接到盒安装板的任何合适装置。
图1D示出了在盒安装板21上的保持通道71，测试工具盒11被滑动到保持通道71内并且然后使用一个或多个螺钉22固定。该设计允许具有不同的测试工具的不同测试工具盒与如对于使用者正进行的测试类型适当的结合部测试装置一起使用。盒安装板21包括数据端口23，该数据端口23与测试工具盒11上的电连接器联接以用于将来自盒11的换能器的数据传递到PC，比如代表将焊球从基板剪切掉或将引线从基板拉离所需要的力的数据。用于结合部测试装置的可互换的测试工具盒设计在现有技术中是众所周知的。例如，参见从Dage Holdings Limited,25Faraday Road,Rabans Lane Industrial Area,Aylesbury,Buckinghamshire,United Kingdom可得的Dage 4000多用途结合部测试器。
盒11在与台桌13上的基板100的表面垂直的z方向上是可移动的。这允许测试工具10在测试下相对于基板100垂直地定位使得测试工具10在测试期间能够接触特定的结合部。在与基板100的平面平行的方向上在测试工具10和桌13之间的相对x-y移动通常通过移动桌13来实现。桌13在x和y上的移动利用合适的伺服电机或步进电机来实现，该伺服电机或步进电机经由导螺杆和螺母、滚珠螺杆和螺母或合适的带传动机构(未示出)联接到桌13，如现有技术中也众所周知的，比如上面提到的Dage 4000多用途结合部测试器。
图1A和图1F中还示出了控制设备，该控制设备包括：两个操纵杆控制件14、15，所述两个操纵杆控制件14、15允许控制桌13的移动；以及键盘16。还示出了显示器17、用于照明在测试下的基板100的灯18，和辅助测试工具10的精确定位的显微镜。这些特征在现有技术中也全都是众所周知的，比如上面提到的Dage 4000多用途结合部测试器。
图1D示出了安装板21及其与主体25的连接。如已经描述的，测试工具(图1D中未示出)必须是朝向和离开在测试下的基板可移动的。这通过在朝向和离开基板的方向(此处称为z轴方向或轴向方向)上相对于设备的主体25移动附接了测试工具10的盒安装板21来实现。盒安装板21利用螺钉75刚性地联接到移动块24。移动块24经由滚珠螺杆(或导螺杆)以及螺母和螺母块(未示出)联接到主体25，其由伺服电机或步进电机26驱动。
为了去除反冲的问题，可以包括在US 9,170,189中描述的防反冲机构。该机构在图1D中示出，并且优选地包括气动活塞27和气缸28。
基于利用光导的照明的盒
在本发明的实施例中，为了改进结合部测试的照明，在盒中设置了既用于视觉检查又用于视频或摄影记录的多个发光二极管(LED)，其围绕测试工具定位。图2A示出了根据本发明的一个实施例的盒111，盒111包括拉伸测试工具110，该拉伸测试工具110以参考图1B至1E描述的方式固定到盒安装板。测试工具111具有大体上圆柱形的形状。印刷电路板(PCB)120固定到盒并且围绕测试工具111延伸，多个LED122被安装在印刷电路板(PCB)120上。盒的外壳的一部分在图2a中被移除以示出PCB 120。LED形成围绕测试工具的环。LED可以被控制以具有可变的亮度并且可以具有不同的颜色。
为了更有效地使用来自LED的光，并且为了防止测试工具在测试部位上投射阴影，光导围绕测试工具固定以捕获由LED发射的光并且将光围绕测试工具的末端聚焦在测试部位上。
图2B示出图2A的盒，其中外壳的底板124固定在PCB 120上。管状光导130安装到盒。光导130具有：近端，近端与LED 122相邻地定位；和远端，远端靠近于测试工具末端。光导130利用卡口配合固定到盒外壳的底板124，如在图3B中所示，因此光导130能够被简单地放置在测试工具上并且通过手旋转以将光导130锁定到位。光导能够通过执行反向操作而从盒移除。在所示的实施例中，光导具有设置在其侧壁中的一对狭槽132，所述一对狭槽132允许工具接合在光导内的测试工具，而不必从盒移除光导。这对于某些类型的测试工具来说可能是期望的，但是对于其它类型的测试工具来说可能是不必要的。
从LED 122发射的光进入光导130的近端并且被防止通过全内反射穿过光导的侧壁离开。光导的侧壁可以被设置有高反射涂层以确保最小的光损失。光导具有在其远端处的离开表面136，光穿过该离开表面136逸出。光导在其远端处渐缩以便在测试工具末端处引导光。
LED 122能够具有可调节的亮度。这在测试下的不同样品可能需要不同的亮度照明时是有益的。在该实施例中，利用DC电压的模拟控制来控制LED的亮度。这不同于用于控制LED的更通常的电压的数字调制，因为调制可能产生将与测试工具的正确操作干扰的噪声。LED也可包括发射可用于适合在测试下的不同样品的不同颜色的LED。
图3A和图3B更详细示出从测试工具移除的光导。图3A是光导130的横截面。光导通常是管状的并且由丙烯酸形成。可以使用其它光学级材料，比如玻璃或其它光学级塑料。光导具有在中部135中的约4mm的壁厚，但是在近端137处较宽，在近端137处，其接合盒，并且在远端139处较窄，在远端139处，光离开光导。光导在远端处渐缩以朝向测试工具末端引导光。光导具有在远端处的内镜面134，在该示例中，该内镜面134与光导的纵向轴线成13°的角度。
线144描绘了来自LED的光从穿过近侧表面146进入、穿过光导并且穿过离开表面136从光导离开、到在测试工具的末端142处的点的路径。线140示出了光导130的纵向轴线。
图3B是图3A的光导的透视图并且示出卡口配合特征150。光导的近端具有一对翼部150，所述一对翼部150从光导的主体径向地延伸。翼部150在被旋转以接合底板的后表面之前被接纳在盒外壳的底板124中的对应的狭槽中。表面152接合底板的前表面。
在光导的侧壁中还设置了一对狭槽138以允许利用工具容易地夹持光导。
图4是如在图1A中示出的结合部测试装置的示意图示，其中光导130围绕测试工具定位。该装置包括在光导130内的测试工具，该测试工具安装到图2A和图2B中示出的类型的测试工具盒111，该测试工具盒111自身安装到结合部测试装置12的主体，如参考图1A描述的。在测试工具下方，结合部测试装置包括机动化台桌13，待测试的样品或基板100能够安装在该机动化台桌13上。示出了包括允许控制桌13的移动的两个操纵杆控制件14、15及键盘16的控制元件。还示出了显示器17、另外的灯18及辅助测试工具100的精确定位的显微镜。
如所描述的光导的提供导致以有效的且可控的方式更好地照明测试部位。照明系统不与测试工具操作或结合部测试装置的任何其它方面比如显微镜观察干扰。测试工具不在测试部位上投射阴影。类似地，由靠近于测试部位的其它部件投射的阴影通过利用光导被最小化。光导能够被廉价地制造并且根据需要由使用者容易地配合和移除。光导还可以提供对测试工具的某些保护。
清楚地，光导的其它设计是可能的并且将光导固定到盒或测试工具的其它方式是可能的。LED的布置和光导的形状可以相互匹配并且被构造成围绕测试工具紧密地配合。特别是如果测试工具具有不同的尺寸并且具有在相对于LED的不同位置处的末端，盒可以允许不同的测试工具被安装到它并且因此可以提供不同的光导来适合不同的测试工具。可替代地，光导可以在制造期间固定到测试工具并且作为单个物品被提供给使用者。
还能够通过在光导内提供透镜并且允许它们利用滑动或旋转机构相对于彼此移动来提供可变焦点光导。然而，可能有益的是，在光导中不存在移动部件，因为其降低碎屑落在测试部位上的可能性。现有技术的光柱可能随着其被移动而引起细颗粒材料被排出，从而污染测试部位。固定的一件式光导消除了该问题。
所描述的光导是管状的并且完全地绕测试工具延伸。这是有利的，因为其提供均匀的照明。然而，其不是必不可少的并且可能优选的是，取决于测试工具的形状和构造以及在使用期间移动测试工具上的零件或接近测试工具的部分的需要，光导仅绕测试工具的一部分或多个部分延伸。

Claims (17)

1.一种结合部测试装置，包括：
台，所述台用于支撑用于测试的结合部；
测试工具，所述测试工具具有测试工具末端，所述测试工具末端被构造成在结合部测试期间接触所述结合部；
驱动机构，所述驱动机构被连接在所述台和所述测试工具之间并且被构造成在所述结合部测试期间提供所述台和所述测试工具之间的相对移动；
一个或多个光源，所述一个或多个光源相对于所述测试工具被固定；以及
光导，所述光导相对于所述测试工具被固定并且被构造成将来自所述一个或多个光源的光引导到所述测试工具末端。
2.根据前述权利要求中的任一项所述的结合部测试装置，其中，所述光导被构造成在所述测试工具末端上聚焦光。
3.根据权利要求1或2所述的结合部测试装置，其中，所述光导是管状的。
4.根据权利要求3所述的结合部测试装置，其中，所述光导朝向所述测试工具末端渐缩。
5.根据任一项前述权利要求所述的结合部测试装置，其中，所述光导围绕所述测试工具的至少一部分。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的结合部测试装置，包括测力传感器盒，其中所述测试工具被固定到所述测力传感器盒并且从所述测力传感器盒延伸，并且其中所述一个或多个光源被容纳在所述测力传感器盒中。
7.根据权利要求6所述的结合部测试装置，其中，所述光导被固定到所述测力传感器盒。
8.根据权利要求7所述的结合部测试装置，其中，所述光导通过机械互锁被固定到所述测力传感器盒。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的结合部测试装置，其中，所述光导由模制塑料材料形成。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的结合部测试装置，其中，所述一个或多个光源包括多个不同的光源。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的结合部测试装置，其中，所述一个或多个光源包括至少一个可变强度光源。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的结合部测试装置，其中，所述一个或多个光源包括至少一个发光二极管(LED)。
13.一种用于结合部测试装置的盒，所述盒包括：
测试工具，所述测试工具具有测试工具末端，所述测试工具末端被构造成在结合部测试期间接触所述结合部；
一个或多个光源，所述一个或多个光源被固定到所述测试工具；以及
光导，所述光导被固定到所述测试工具并且被构造成从所述一个或多个光源引导到所述测试工具末端。
14.一种用于结合部测试装置的光导，所述光导包括被构造成绕测试工具配合的管状本体，并且被构造成利用全内反射将光从所述光导的近端引导到所述光导的远端。
15.根据权利要求14所述的光导，包括在所述近端处的互锁结构，所述互锁结构被构造成与结合部测试装置上的对应结构机械地互锁。
16.根据权利要求8所述的结合部测试装置，其中，所述光导能够在没有工具的情况下被手动地移除。
17.根据权利要求16所述的结合部测试装置，其中，所述光导能够被拧在所述盒上和从所述盒拧下以被手动地移除。
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