CN111323293B - 一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明属于力学测试技术领域，公开了一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，包括底部设置有加热片的高温环境箱，高温环境箱两端分别穿接第一夹具连接件和第二夹具连接件，第一夹具连接件两端分别连接有第一夹具和基板固定块；基板固定块用于固定键合有引线的基板；第二夹具连接件两端分别连接有第二夹具和拉力钩连接头；拉力钩连接头连接拉力钩，拉力钩可绕拉力钩连接头的轴线任意角度旋转。本发明能够配合拉压力学试验机和模拟高温环境，能够实现破坏性引线键合强度试验，满足工况环境下微电子器件引线键合强度的测试。

Description

一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具
技术领域
本发明属于力学测试技术领域，具体的说，是涉及一种微电子器件引线牢固性测试装置。
背景技术
在微电子封装中，引线键合是目前常用的封装技术之一，通过细金属丝利用热、压力和超声波等把芯片和基板连接在一起。由于引线键合具有成本低、质量好、可靠性高等优点，现在有百分之九十以上的内部连接是采用引线键合完成的。而键合点的质量会直接影响到IC芯片的性能，键合点发生故障或存在缺陷会导致整个芯片失效，因此评价引线键合强度是微电子封装质量检测重要的一环。
GJB548B-2005《微电子器件试验方法和程序》中方法2011.1键合强度(破坏性键合拉力试验)部分明确规定了双键合点引线键合强度试验条件和方法，试验中夹具需带有钩形器件，保证可插入引线下方并在引线中间施加拉力，直至引线断开或键合界面失效。
但是，现有的拉力装置多数呈立式放置，难以实现试验过程中原位在线观测，无法适配于原位力学试验机或光学显微镜平台，需要设计一种夹具来完成破坏性引线键合强度试验，在施加拉力的同时可在光学平台下在线观测键合点与键合界面分离过程，从而更微观评价引线键合质量。另外，温度对键合点的质量也有一定影响，实际使用中电路板会随着使用时间延长而逐渐发热，引线与芯片或基板的焊合情况也会随着温度的变化发生相应改变，探索温度对引线键合强度的影响也是目前研究热点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，能够配合拉压力学试验机和模拟高温环境，满足工况环境下微电子器件引线键合强度的测试。
本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，包括高温环境箱，所述高温环境箱底部设置有加热片，所述高温环境箱两端分别设置有通孔，第一夹具连接件和第二夹具连接件分别穿过两个所述通孔；所述第一夹具连接件的两端分别连接第一夹具和基板固定块，所述基板固定块用于固定键合有引线的基板；所述第二夹具连接件两端分别连接第二夹具和拉力钩连接头，所述拉力钩连接头连接有拉力钩；所述基板固定块和所述拉力钩连接头设置于所述高温环境箱内部，所述第一夹具和所述第二夹具均设置于所述高温环境箱外部并且连接于力学试验机。
进一步地，所述第一夹具连接件和所述第二夹具连接件同轴线设置。
进一步地，所述高温环境箱顶部设置有石英玻璃制成的环境箱上盖。
进一步地，所述温度环境箱侧壁设置有用于安装温度传感器的U形槽。
进一步地，所述加热片通过底板固定安装于所述温度环境箱底部。
进一步地，所述加热片连接外置温控箱，并且所述加热片的引线通过所述温度环境箱侧壁设置的出线口引出。
进一步地，所述基板固定块用于固定所述基本的平面与所述第一夹具连接件的轴线垂直。
进一步地，所述拉力钩连接头由圆柱体区段和圆锥体区段组成，所述圆锥体区段内部沿轴向设置有通孔；所述拉力钩由钩形结构和回转体结构组成，所述回转体结构安装在所述拉力钩的圆锥体区段内部并与其构成转动副，使拉力钩可绕所述拉力钩连接头的轴线任意角度旋转。
本发明的有益效果是：
(一)本发明提供的温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，通过合理的卧式结构设计，在实现破坏性引线键合强度试验的同时，可结合光学平台原位在线观测键合点失效情况，区别于普通的拉力装置，可在高温环境下完成引线键合点微观力学分析，能够用于原位拉压力学试验机。
(二)本发明提供的温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，将基板固定块和拉力钩安装在温度环境箱内部，使试验过程在高温环境下发生；温度环境箱底部设置加热片，保证温度环境箱内部温度整体升高，试验环境受热均匀，更符合实际工况环境，适于完成工况环境下键合点质量的评价。
(三)本发明提供的温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，其拉力钩可360°绕轴线旋转活动，能够钩持任意角度基板上的引线，两个键合点所在直线不必完全水平，试验过程中也可受垂直方向拉力，大大降低了研究人员加工试样和夹持试样的困难程度。
附图说明
图1是实施例所提供的温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具的结构装配图；
图2是实施例所提供的夹具中温度环境箱的剖面示意图。
上述图中：1：环境箱上盖；2、上盖紧固螺钉孔；3：第一夹具；4：夹具紧固螺钉孔；5：第一夹具连接件；6：温度环境箱；7：通孔；8：基板固定块；9：基板；10：引线；11：U形槽；12：加热片导线；13：出线口；14：拉力钩；15：拉力钩连接头；16：第二夹具连接件；17：第二夹具；18：基板紧固螺钉孔；19：加热片；20：底板。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，该夹具分为温度加载单元、夹持单元和施力单元。温度加载单元包括环境箱上盖1、温度环境箱6、加热片导线12、加热片19、底板20；夹持单元包括第一夹具3、第一夹具连接件5、基板固定块8；施力单元包括拉力钩14、拉力钩连接头15、第二夹具连接件16、第二夹具17。
高温环境箱6用于模拟工况条件下的高温环境，上部开口的箱体采用6061铝合金加工制成，有较好的隔热保温作用。温度环境箱6顶面四角处分别设置有紧固螺钉孔，环境箱上盖1四角处分别设置有上盖紧固螺钉孔2，环境箱上盖1通过上盖紧固螺钉孔2由紧固螺钉固定于温度环境箱6顶面，创造密闭高温环境。环境箱上盖1采用石英玻璃材质，不仅受热变形小不易破裂，还可实时观察高温环境箱6内部试验进行情况，配合光学显微镜完成在线原位微观形貌表征。
温度环境箱6两端分别设置有同轴线的通孔，两端通孔7分别用于使第一夹具连接件 5和第二夹具连接件16穿过。温度环境箱6侧壁上部设置U形槽11，便于温度传感器插入温度环境箱6，实时监测试验环境温度。
温度环境箱6底部安装加热片19，底板20通过紧固螺钉将加热片19固定到温度环境箱6底部。加热片19为矩形陶瓷加热片，升温速度快、温度保持稳定，加热时保证温度环境箱6内部温度整体升高，试验环境受热均匀，更符合实际工况环境。温度环境箱6侧壁底部设置有出线口13，用于将加热片导线12引出，并连入外置温控箱，通过温度传感器反馈至外置温控箱的温度信号，控制加热片19的工作情况。
第一夹具连接件5为两端带有内螺纹的连接棒，自温度环境箱6一端的通孔7中穿过，一端与基板固定块8螺纹连接，另一端与第一夹具3螺纹连接。基板固定块8为T字形结构，一面光滑平整，用于固定基板9；另一面中心设有凸起圆柱且其外端为外螺纹，用于连接第一夹具连接件5。设置有引线10的基板9固定在基板固定块8上，基板9通过基板紧固螺钉孔18由紧固螺钉固定于基板固定块8；基板固定块8的结构设计保证基板9平面与拉力方向垂直。第一夹具3设置有夹具紧固螺钉孔4，通过紧固螺钉固定于力学试验机的作动机构带有载荷传感器的一端。
第二夹具连接件16为两端带有螺纹的连接棒，自温度环境箱6另一端的通孔7中穿过；一端为外螺纹，用于与拉力钩连接头15内螺纹配合，从而固定拉力钩14；另一端为内螺纹，与第二夹具17螺纹连接。拉力钩连接头15设计为圆柱体区段和圆锥体区段组成的弹头状结构，圆柱形区段具有内螺纹通孔，用于连接第二夹具连接件16；圆锥形区段内部为圆锥形通孔，用于与拉力钩14连接。拉力钩14一端为钩形结构，用于钩持引线10；另一端为球体结构，且球体直径大于拉力钩连接头15的圆锥形通孔与拉力钩14相连一端孔径，以使拉力钩14的球体结构安装在拉力钩连接头15内部并与其构成转动副，保证拉力钩14可绕拉力钩连接头15的轴线360°旋转，便于钩持基板9上由于键合点不水平而呈现不同角度的引线10。第二夹具17设置有夹具紧固螺钉孔4，通过紧固螺钉固定于力学试验机作动机构的另一端。拉力钩14作为施力单元选用钨钴类硬质合金，保证良好的耐磨性和耐高温性，避免施力过程中拉力钩14变形影响试验可靠性和准确性。拉力钩14 的球体结构还可以变形为圆台体结果或圆柱体结构等其他回转体结构，只要是能够卡装在拉力钩连接头15的圆锥体区段内部并与其构成转动副即可。
第一夹具3、第一夹具连接件5、基板固定块8、拉力钩连接头15、第二夹具连接件16、第二夹具17均采用4Cr13耐高温材质。通过第一夹具连接件5和第二夹具连接件16 连接夹具和设备的输出作动机构，该分离式设计不仅便于与温度环境箱6的装配和试样夹持，也可以防止高温损伤力学加载装置。
试验开始前，需先将基板9夹持到基板固定块8上，基板固定块8与第一夹具连接件5连接后，穿过通孔7装配到温度环境箱6内，之后第一夹具连接件5再与第一夹具3连接固定。施力单元可将部件连接固定后，由温度环境箱6上的另一通孔7将拉力钩14伸入温度环境箱6内部，驱动作动机构使拉力钩14伸至引线10中间。试验开始时，作动机构相互远离运动，拉力钩14钩持引线10直至引线10与基板9脱离。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，其特征在于，包括高温环境箱，所述高温环境箱底部设置有加热片，所述高温环境箱两端分别设置有通孔，第一夹具连接件和第二夹具连接件分别穿过两个所述通孔，所述第一夹具连接件和所述第二夹具连接件同轴线设置；所述第一夹具连接件的两端分别连接第一夹具和基板固定块，所述基板固定块用于固定所述基板的平面与所述第一夹具连接件的轴线垂直，所述基板固定块用于固定键合有引线的基板；所述第二夹具连接件两端分别连接第二夹具和拉力钩连接头，所述拉力钩连接头连接有拉力钩，所述拉力钩连接头由圆柱体区段和圆锥体区段组成，所述圆锥体区段内部沿轴向设置有通孔；所述拉力钩由钩形结构和回转体结构组成，所述钩形结构用于钩持基板上的引线，所述回转体结构安装在所述拉力钩的圆锥体区段内部并与其构成转动副，使拉力钩可绕所述拉力钩连接头的轴线任意角度旋转；所述基板固定块和所述拉力钩连接头设置于所述高温环境箱内部，所述第一夹具和所述第二夹具均设置于所述高温环境箱外部并且连接于力学试验机。
2.根据权利要求1所述的一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，其特征在于，所述高温环境箱顶部设置有石英玻璃制成的环境箱上盖。
3.根据权利要求1所述的一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，其特征在于，所述温度环境箱侧壁设置有用于安装温度传感器的U形槽。
4.根据权利要求1所述的一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，其特征在于，所述加热片通过底板固定安装于所述温度环境箱底部。
5.根据权利要求1所述的一种温度环境下微电子器件引线键合强度测试夹具，其特征在于，所述加热片连接外置温控箱，并且所述加热片的引线通过所述温度环境箱侧壁设置的出线口引出。
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