CN116698245A - 包含在电子元件处理设备中的力测量装置 - Google Patents

包含在电子元件处理设备中的力测量装置 Download PDF

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Abstract

一种用于测量在将元件键合到元件载体时或在将元件封装时施加到元件上的力的装置，包括可变形部和连接到可变形部的接触杆。可变形部被配置成包含用于检测由于力的施加引起的可变形部的变形程度，以便测量力的传感器。在使用时，接触杆可定位成接触元件或元件载体，使得可变形部在力施加到元件时变形。一个或多个这样的装置可以包括在用于测量所述力的烧结或封装设备中。

Description

包含在电子元件处理设备中的力测量装置
技术领域
本发明一般涉及例如在将元件键合到载体的过程中或在将元件封装的过程中对施加到元件上的按压力的测量，并且更具体地涉及对这种力的实时原位测量。
背景技术
在半导体组装和封装过程中，银烧结已被广泛用于将电子元件键合到衬底或载体上。需要准确地测量施加到电子元件上的烧结压力，以评估电子元件是否已经在施加正确的烧结压力的情况下成功地键合到衬底上，并提高它们之间形成的键合的质量。
已经尝试在烧结设备中用测压元件测量施加在被键合到衬底上的电子元件上的烧结压力。然而，这种测压元件只能用于测量施加在衬底上的力，而无法测量施加到在衬底上的每个管芯或电子元件上的压力或力。此外，由于测压元件无法在高温环境下工作(烧结温度通常在300℃以上)，因此需要冷却装置以将测压元件保持在可接受的工作温度下，同时还需要额外的热扩散元件来加快衬底支撑件的加热，以便有效地进行烧结工艺。因此，烧结设备的结构就非常复杂，这将延长烧结设备组装和安装所需的时间，并增加制造成本。
在标题为“元件处理设备，例如压力烧结设备或元件封装设备”的PCT国际公开号2021/075966A1中描述的另一种用于烧结压力测量的现有方法中，使用光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器来测量当元件被键合到元件载体上时施加在元件上的力。FBG应变传感器安装在形成于压模中的通孔中，用于向元件施加烧结压力。因此，位于压模的通孔下方的元件的一部分将不会受到烧结压力。此外，当FBG应变传感器的电缆从压模的顶表面露出时，它可能会干扰均匀分布的烧结压力在压模上的施加。
类似地，准确测量在模制过程中施加到电子元件的表面的至少一部分上的按压力也很重要，以避免模塑料覆盖电子元件的被施加力的所述表面的至少一部分。因此，无论是在烧结过程中还是在封装过程中，提供一种用于准确测量这种力的解决方案都是有益的，这可以至少避免在烧结或封装过程中用于力测量的常规方法所面临的一些上述缺点。
发明内容
因此，本发明的目的是寻求提供一种改进的机构，用于测量烧结设备中的烧结压力或测量施加在封装设备中的元件上的按压力。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量在元件被键合到元件载体上时或者在元件被封装时施加到元件上的力的装置。该装置包括可变形部，该可变形部被配置成包含用于检测由于力的施加引起的可变形部的变形程度以便测量该力的传感器，以及连接到可变形部的接触杆，该接触杆可定位成接触元件或元件载体，使得当力被施加到元件时，可变形部变形。在本发明的实施例中，该力可以是当元件被键合到元件载体时施加到元件的烧结压力，或当元件被封装时施加到元件的按压力。
利用所提出的力测量装置，当力被施加到元件以将元件键合到元件载体或封装元件时，可变形部由于力的施加而变形，使得包含到可变形部中的传感器可检测可变形部的变形程度。因此，可以基于传感器的检测结果来确定施加到元件的力。因此，所提出的装置使得在烧结或封装设备中进行元件或管芯级的力测量。
在一些实施例中，用于测量力的装置还可以包括包含到可变形部中的传感器。如果传感器是有线传感器，则装置中还可以包括感应电缆。
在一些实施例中，可变形部可以限定容器，该容器被配置为用于保持/安装/容纳传感器并且传感器附接到容器的内表面，以检测由于力的施加引起的内表面的变形程度。在一个实施例中，可变形部包括被配置成用于安装传感器的切口或沟槽。
在一些实施例中，可变形部还可以包括至少一个开口，每个开口被配置成允许连接到传感器的感应电缆穿过。应当注意，如果传感器是无线装置，则是不需要该至少一个开口的。
在一些实施例中，该装置可以具有T形结构。具体地，可变形部沿基本垂直于力的施加方向的方向的横截面宽度大于接触杆的对应的横截面宽度，以形成T形结构。在一个实施例中，传感器和连接到传感器的感应电缆沿平行于可变形部的该横截面宽度的方向放置或设置在可变形部中。
当该装置用于测量施加到元件的力时，为了避免由于力的施加引起的该装置的磨损和撕裂以及为了减轻应力，该装置还可以包括收窄连接部，该收窄连接部位于可变形部和接触杆之间，从而使当力施加到元件时，可变形部可围绕连接部相对于接触杆移动。
为了提供适用于测量施加到具有不同形状和/或尺寸的元件的力的装置，接触杆可以包括可拆卸端部，该端部的形状和/或尺寸被设计成用于接触元件，以测量施加到该元件的力。在一个实施例中，该装置可以包括多个可拆卸端部。因此，当该装置用于在烧结设备或封装设备中进行力测量时，选择合适的端部并将其联接至接触杆的固定部。
在一些实施例中，传感器包括高温应变计，该高温应变计被配置成在150℃和500℃之间的工作温度下起作用。
在一些实施例中，可变形部可以与部分或整个接触杆一体成型。如果该装置还包括收窄连接部，则可变形部可以与接触杆的至少一部分和收窄连接部一体成型。
在一些实施例中，装置的可变形部可由杨氏模量(Young’s modulus)小于制成接触杆的至少一部分的材料的杨氏模量的材料制成。换句话说，与接触杆的至少一部分(例如接触杆的端部)相比，可变形部可以由更易于变形的材料制成。连接部可以由与可变形部或接触杆相同的材料制成。
在本发明的一些实施例中，该装置被布置在要被键合到元件载体或要被封装的元件之上并且用于力的施加和用于管芯级的力追踪。也就是说，力测量的特征被包含到用于向烧结或封装设备中的元件施加力的压模中。在这些实施例中，装置的接触杆可定位成当装置在使用时接触元件，并且装置还包括按压部，该按压部可拆卸地安装到可变形部，以通过可变形部和接触杆向元件施加力。
本发明实施例中的“可拆卸地安装到”可以指，但不限于，“直接放置于”或“可拆卸地固定到”。对于可拆卸地安装到可变形部上的按压部，在一实施例中，按压部可以直接放置在可变形部上，以通过可变形部和接触杆对元件施加力。在另一实施例中，为了防止施加力时按压部和可变形部之间的相对运动，该装置还可以包括用于将按压部固定到可变形部的联接件。在一个示例中，该联接件包括位于按压部上的第一联接结构和位于可变形部上的第二联接结构，并且第一联接结构和第二联接结构被配置成彼此可拆卸地接合。
在一些实施例中，该装置可以布置在元件载体下方，使得施加到元件的力经由元件载体传递到该装置。在这些实施例中，当装置在使用时，可变形部和接触杆位于元件载体的与施加力的一侧相对的一侧，并且接触杆定位成与元件载体接触，以便通过元件载体将力接收到接触杆，从而使可变形部变形。
根据本发明的第二方面，提供了一种烧结或封装设备，该烧结或封装设备包括用于测量当元件被键合到元件载体上时或当元件被封装时施加到元件上的力的装置，其中该装置包括可变形部，该可变形部被配置成包含用于检测由于力的施加引起的可变形部的变形程度，以便测量该力的传感器，以及连接到可变形部的接触杆，该接触杆可定位成接触元件或元件载体，使得当将力施加到元件时，可变形部变形。烧结或封装设备可以包括一个或一个以上所提出的力测量装置，每个装置可以被配置为测量施加到一个或多个元件的力。
在一些实施例中，当装置在使用时，接触杆可定位成接触元件，并且装置还包括按压部，该按压部可拆卸地安装到可变形部，以通过可变形部和接触杆向元件施加力。在该实施例中，力的施加和测量的功能结合在该装置中。换句话说，该装置既用作向元件施加力的压模，又用作管芯级或元件级的力测量装置。为了在元件被键合到元件载体或被封装时确保装置相对于元件的位置，可变形部和按压部可以布置在设备的上压模保持器中并且接触杆布置在设备的下压模保持器中。此外，设置在上压模保持器中的可变形部可以在平行于力的施加方向的方向上与下压模保持器间隔预定距离，使得可变形部在使用时不接触下压模保持器，从而准确测量施加到元件上的力。
可替换地，该装置可以布置在元件载体的与施加力的一侧相对的一侧上，以测量在将元件键合到元件载体时或当将元件封装时施加到元件上的力。在这些实施例中，可变形部和接触杆位于元件载体的与施加力的一侧相对的一侧，并且接触杆定位成与元件载体接触，以便经由元件载体将力接收到接触杆，从而使可变形部变形。为了当力被施加到元件时固定装置相对于元件载体的位置，该设备还可以包括被配置为保持装置的至少一部分的装置保持器。装置保持器可以形成在设备的现有支撑块中。装置保持器可具有引导件/容器，该引导件/容器的形状和/或尺寸设计成可滑动地接收用于测量力的装置，以固定装置相对于元件载体的位置。为了便于安装，特别是当感应电缆连接到安装在装置的可变形部中的传感器时，装置保持器可以包括上部和下部，上部可拆卸地安装到下部上。此外，为了确保施加在元件上的力不会传递到设备的装置保持器，接触杆的一部分可以向上延伸远离装置保持器，以避免元件载体和装置保持器之间的接触，使得施加到元件上的力只传递到相应的装置上。
在本发明的一些实施例中，该设备可以包括烧结设备，该烧结设备被配置为当该元件被键合到该元件载体时将该力施加到该元件，或者该封装设备用于当正施加按压力以至少部分地覆盖元件的表面时封装元件。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于测量当元件被烧结设备键合到元件载体时或当元件被封装设备封装时施加到元件的力的方法。该方法包括以下步骤：在烧结或封装设备中提供力测量装置，该装置包括可变形部和连接到可变形部的接触杆；将装置的接触杆定位成与元件或元件载体接触并向元件施加力；并且利用包含在在可变形部中的传感器，通过检测由力引起的可变形部的变形程度来测量施加到元件上的力。
关于描述部分、所附权利要求和附图，将更好地理解这些和其他特征、方面和优点。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1A和图1B分别示出了根据本发明第一实施例的用于烧结压力测量的装置的透视图与前视图。图1C和图1D分别示出了根据本发明第一实施例的将传感器和连接到传感器的感应电缆安装于其中的用于烧结压力测量的装置的透视图及前视图。
图2为根据本发明第一实施例的用于烧结压力测量的装置的烧结设备的横截面视图。
图3A至图3B分别示出了根据本发明第二实施例的用于烧结压力测量的装置的透视图和前视图。
图4A示出了根据本发明第三实施例的当接触杆的端部与接触杆的固定部分离时用于烧结压力测量的装置的透视图；图4B和图4C分别示出了根据本发明第三实施例的当接触杆的端部联接到接触杆的固定部时用于烧结压力测量的装置的透视图和前视图。
图5为根据本发明第三实施例的包括两个用于烧结压力测量的装置的烧结设备的横截面视图。
图6A至图6C分别示出了根据本发明第四实施例的用于烧结压力测量的装置的透视图、侧视图及前视图。
图7为根据本发明第四实施例的包括两个用于烧结压力测量的装置的烧结设备的横截面视图。
图8A和图8B分别示出了根据本发明第五实施例的用于在封装过程中进行力测量的装置的透视图和前视图。图8C为根据本发明第五实施例的包括用于力测量的装置的封装设备的横截面视图。
图9是示出适用于本文描述的本发明的各种实施例的力测量方法的流程图。
在附图中，相似的部分由相似的附图标记表示。
具体实施方式
概括地说，本发明提出了一种用于测量当元件被烧结设备键合到元件载体时或当元件被封装设备封装时施加到元件的力的机构。在该机构中，将传感器(例如高温应变计)包含到用于力测量装置的适当的顺应部或可变形部中，以检测由于力的施加引起的可变形部的变形程度。
在本发明的实施例中，当在烧结过程中施加力，以将元件键合到元件载体上时，待键合到元件载体上的元件可以包括，但不限于，以下中的任何一种或多种：
·芯片，其通过烧结而键合到衬底上；
·铜箔，其通过烧结而键合到芯片上；
·夹具，其通过烧结而键合到衬底上；
·柔性印刷电路(FPC)，其通过烧结而键合到芯片或衬底上；
·间隔件/柱，其通过烧结而键合到衬底或芯片上；
·端子/引线框/汇流条，其通过烧结而键合到衬底上；
·衬底或金属板，其通过烧结而键合到底板或散热片上；
·一个结构，其通过烧结被烧结至另一个可烧结结构；
·模制封装件，其通过烧结而键合到底板或散热片上。
图1A和图1B分别示出了根据本发明第一实施例的用于测量当元件被键合到元件载体时施加到元件的力或烧结压力的装置100的透视图和前视图。根据本发明的第一实施例，用于测量烧结压力的装置100还可以包括传感器和连接到传感器的感应电缆。图1C和图1D分别示出了当传感器151和连接到传感器151的感应电缆152安装在装置100中时装置100的透视图和前视图。
参考图1A至图1D，装置100包括按压部110、可变形部120以及连接到可变形部120的接触杆130。按压部110可拆卸地安装到可变形部120。可变形部120包括或限定被配置成用于保持或安装传感器151和感应电缆152的切口或沟槽121。具体地，传感器151附接到沟槽121的内表面122，且可变形部120还包括至少一开口123，该开口123被配置为允许连接到传感器151的感应电缆152穿过。需要说明的是，如果该实施例中采用无线传感器，则可以不需要感应电缆152，相应地，可变形部120可以不包括这样的开口123。在该实施例中，装置100还包括位于可变形部120和接触杆130之间的收窄连接部140。该收窄连接部140为圆弧状的缺口。
在使用时，装置100安装在烧结设备中，用于测量当元件被烧结设备键合到元件载体时施加到元件的烧结压力。每个烧结设备可以包括一个或多个装置100，并且每个装置100用于测量施加到正被接触杆130施加烧结压力的元件的烧结压力。装置100还可以包括处理器或计算系统，其被配置为基于可变形部120经受的应变自动计算施加到元件的烧结压力，该应变由传感器151基于传感器151的读数和施加的相关的烧结力之间的已知关系检测到。在将装置100用于烧结压力测量之前，可以预先进行校准过程，以确定在可变形部120中检测到的应变与施加的烧结压力之间的关系。
图2为根据本发明第一实施例的包括用于测量烧结压力的装置100的烧结设备10的横截面视图。烧结设备10用于将元件11键合到元件载体12。如图2所示，烧结设备10还包括形状和尺寸适合保持装置100的装置保持器。在该实施例中，装置保持器包括上压模保持器13和下压模保持器14，上压模保持器13可拆卸地安装到下压模保持器14上。装置100安装在上压模保持器13和下压模保持器14中。具体地，按压部110和安装有按压部110的可变形部120均布置在上压模保持器13中，接触杆130布置在下压模保持器14中。至于收窄连接部140，其部分布置在上压模保持器13中，部分布置在下压模保持器14中，使得可变形部120与下压模保持器14间隔预定距离，以避免可变形部120与下压模保持器14之间的接触，以便准确地测量施加到元件11的烧结压力。可变形部120距下压模保持器14的预定距离可基于可变形部120的变形程度和机械性能来确定。另外，为了便于安装，上压模保持器13还可以包括第一部分和第二部分，第一部分可拆卸地安装到第二部分上。第一部分的形状和尺寸设计成保持按压部110，第二部分的形状和尺寸设计成保持可变形部120和从可变形部120伸出的感应电缆152。
传感器151和感应电缆152包含到装置100的可变形部120中。上压模保持器13还包括通道13a，该通道13a被配置为允许感应电缆152穿过该通道13a。因此，在烧结设备10中，装置100既用于向元件11施加烧结压力又用于测量所施加的烧结压力。
当通过烧结设备10将元件11键合到元件载体12时，装置100连同上下压模保持器13、14一起朝元件11向下移动，直到接触杆130接触元件11。然后按压部110接收烧结压力并将其接收的烧结压力施加到可变形部120，使得烧结压力通过可变形部120和接触杆130传递到元件11。当将烧结压力施加到元件11时，元件11对接触杆130施加反作用力，可变形部120开始变形。附接到可变形部120的内表面的传感器151检测由于向元件11施加烧结压力而引起的可变形部120的变形程度，从而测量烧结压力。
如图2所示，装置100在Y-Z平面内具有大致T形的横截面，以便于施加烧结压力和检测可变形部120的变形。具体地，按压部110和可变形部120在Y-Z平面中沿Y轴的横截面宽度W1大于接触杆130在Y-Z平面中沿Y轴的横截面宽度W2。传感器151和感应电缆152沿Y轴放置或布置，即，平行于可变形部120的横截面宽度W1的方向。
为了确保准确检测由于施加烧结压力引起的内表面122的变形，本实施例中的可变形部120的形状和尺寸被设计成保持传感器151和感应电缆152，使得当烧结压力施加到元件11时，传感器151仅检测由于烧结压力引起的可变形部120的内表面122的变形程度。因此，可变形部120沿Z轴的高度应足以避免在对元件11施加烧结压力时传感器151和感应电缆152与按压部110的底面111接触。
在该实施例中，位于可变形部120与接触杆130之间的收窄连接部140呈圆弧状的缺口。可替换地，收窄连接部140可以是其他形式，例如任何形状的缺口或凹口，只要连接部140不与烧结设备10的下压模保持器14接触即可。此外，设置收窄连接部140，使得可变形部120可围绕收窄连接部140相对于接触杆130移动，这有助于可变形部120的变形。
在装置100中，可变形部120容纳传感器151和感应电缆152。可替换地，可变形部120可以是平板的形式，传感器151附接到其上，而按压部110可以是可拆卸地安装到可变形部120上的倒U形盖的形式。按压部110的形状和尺寸应设计成可拆卸地安装到可变形部120上，并且避免传感器152和按压部110之间的接触，使得当烧结压力由按压部110经由可变形部120和接触杆130施加到元件11时，传感器152检测可变形部120的变形程度(不受按压部110和下压模保持器14的阻碍)。
在该实施例中，装置100的不同部分可由相同材料制成，例如相同类型的不锈钢。然而，为了进一步提高可变形部120的可变形性，装置100可以由两种不同的材料制成，例如，可变形部120和连接部140可以由杨氏模量小于制成接触杆130的材料的杨氏模量的材料制成。
在该实施例中，可变形部120可以与接触杆130及收窄连接部140一体成型。可替换地，装置100可由分开的部分形成，这些部分在有或没有联接机构或结构的情况下彼此联接。例如，可变形部120可以与连接部140一体成型，但是接触杆130可以是单独的部分，该部分通过分别形成在连接部140和接触杆130上的联接机构或结构联接到连接部140。
需注意的是，在其他实施例中，装置100可以不包括收窄连接部140。换句话说，接触杆130可以直接连接到可变形部120。
在如图1A至图1D所示的装置100中，按压部110直接安装在可变形部120上而无需任何联接装置或联接结构。然而，在其他实施例中，为了进一步防止当将烧结压力施加到元件11时按压部110和可变形部120之间的相对运动，装置100还可以包括用于将按压部110固定到可变形部120的联接机构。联接机构可包括分别形成在按压部110和可变形部120上的联接结构。图3A至图3B分别示出了根据本发明第二实施例的装置300的透视图及前视图。参考图3A和图3B，相较于装置100，装置300还包括形成于按压部310上的第一联接结构313以及形成于可变形部320上的第二联接结构323。第一联接结构313和第二联接结构323被配置为相互接合，以将按压部310固定至可变形部320，而可变形部320还连接到接触杆330以接触元件11。
图4A至图4C示出了根据本发明第三实施例的用于测量烧结压力的装置400的不同视图。参考图4A至图4C，装置100与装置400之间的主要区别在于接触杆430包括可拆卸端部434。图4A示出了当端部434与接触杆430的固定部433分离时装置400的透视图。图4B和图4C分别示出了当端部434联接到接触杆430的固定部433时装置400的透视图和前视图。端部434包括接触部434a和配合杆434b。接触部434a在X-Y平面内的横截面为四边形，其横截面积大于固定部433在X-Y平面内的横截面积。接触杆430的固定部433还包括联接结构(例如孔)，该联接结构的形状和尺寸设计成接收配合杆343b，使得端部434可附接到接触杆430的固定部433。第三实施例中的端部434仅用于说明目的。在其他实施例中，该端部可以具有适合于接触不同元件的不同形状和/或尺寸。这样，通过简单地更换合适的端部而不改变整个装置400，装置400可用于测量施加到具有不同尺寸和/或形状的不同类型的元件的烧结压力。
图5为根据本发明第三实施例的包括两个用于烧结压力测量的装置400的烧结设备50的横截面视图。与烧结设备10相比，该烧结设备50包括两个装置400，每个装置400被配置为当每个元件51被键合到公共元件载体52时测量施加到相应元件51的烧结压力。由于每个装置400的接触杆430具有可拆卸端部434，因此烧结设备50的下压模保持器54的形状和尺寸被设计成保持每个装置400的接触杆430。具体地，下压模保持器54包括两个引导件，该引导件被配置为可滑动地接收或保持两个装置400。烧结设备50的上压模保持器53包括两个通道53a，每个通道53a都被配置为允许连接到安装在相应装置400的可变形部中的传感器151的感应电缆152穿过该通道53a。
在两个烧结设备10、50中，装置100、400安装在元件11、51上方，使得装置100、400既用于向元件11、51施加烧结压力又用于测量施加到元件11、51上的烧结压力。可替换地，在一些其他实施例中，用于测量烧结压力的装置可以安装在元件载体下方。
图6A至图6C分别示出了根据本发明第四实施例的用于烧结压力测量的装置600的透视图、侧视图及前视图。参考图6A至图6C，装置600包括可变形部620和接触杆630。可变形部620被配置为包含传感器151，该传感器151用于检测由于施加烧结压力引起的可变形部620的变形程度，以便测量烧结压力。传感器151附接到可变形部620的沟槽621的内表面622。感应电缆152穿过可变形部620的开口623而连接到传感器151。不同于装置100，装置600不包括按压部110，并且当装置600用于测量施加到被键合到元件载体的元件的烧结压力时，装置600位于元件载体下方。因此，接触杆630被定位成与元件载体接触，以接收施加到元件的烧结压力，从而引起可变形部620变形。接触杆630具有与装置100中的接触杆130类似的结构。在其他实施例中，接触杆630可具有与装置400的接触杆430类似的结构，即，接触杆630可以包括可拆卸端部，该可拆卸端部的形状和尺寸设计成接触待键合到元件载体的元件。
图7为根据本发明第四实施例的包括两个用于烧结压力测量的装置600的烧结设备70的横截面视图。在每个装置600中，安装有传感器151和连接到传感器151的感应电缆152。参考图7，烧结设备70包括两个装置600，每个装置600被配置为当元件61被键合到单独的元件载体62时测量施加到相应元件61的烧结压力。与先前描述的烧结设备10、50不同，每个装置600布置在各自的元件载体62的下方。烧结设备70还包括装置保持器71，该装置保持器被配置成用于保持每个装置600的至少一部分，以固定每个装置600相对于相应元件载体62的位置。装置保持器71可以限定/形成在烧结设备70的现有支撑块中。如图7所示，装置保持器71包括两个倒T形的引导件或容器，并且每个引导件的形状和尺寸被设计成可滑动地接收相应的装置600，以固定装置600相对于相应的元件载体62的位置。装置保持器71还包括通道71a，该通道71a被配置为允许连接到安装在每个装置600中的传感器151的感应电缆152穿过该通道71a。为了便于安装，装置保持器71可以包括上部71A和下部71B，上部71A可拆卸地安装到下部71B上。
当通过压模66将烧结压力施加到元件61以将元件61键合到元件载体62时，施加到元件61的烧结压力被传递到位于元件载体62下方并与元件载体62的底面接触的装置600。装置600的接触杆630接收通过元件载体62传递的力，并且可变形部620因接触杆630接收的力而变形。附接到可变形部620的内表面622的传感器151检测内表面622的变形程度，以测量施加到元件61的烧结压力。
如图7所示，接触杆630的一部分向上延伸远离装置保持器71以避免元件载体62与装置保持器71之间的接触，使得施加到元件61的烧结压力仅传递到对应的装置600。
为了确保准确检测由施加烧结压力引起的内表面622的变形，在该实施例中，可变形部620的形状和尺寸被设计成保持传感器151以及感应电缆152，使得当烧结压力施加到元件61时，传感器151仅检测可变形部620的内表面622的变形程度。例如，可变形部620沿Z轴的高度应足以避免当烧结压力施加到元件61时传感器151与装置保持器71的下表面71b之间的接触以及感应电缆152与下表面71b之间的接触。
图8A和图8B分别示出了根据本发明第五实施例的力测量装置800的透视图与前视图。参考图8A和8B，装置800包括按压部810、可变形部820和连接到可变形部820的接触杆830。按压部810可拆卸地安装到可变形部820上，以通过可变形部820和接触杆830对待封装的元件施加按压力。可变形部820限定了切口、沟槽或空间821，其被配置为用于保持或安装传感器851和感应电缆852，以测量在封装过程中施加的按压力。如图8A所示，传感器851附接到可变形部820的内表面822，可变形部820还包括至少一个开口823，以供连接至传感器851的感应电缆852通过。在该实施例中，装置800还包括位于可变形部820和接触杆830之间的收窄连接部840。
在使用时，装置800安装在封装设备中，用于测量当元件被封装设备封装时施加到元件的力。每个封装设备可以包括一个或多个装置800，并且每个装置800可以用于测量施加到一个或多个元件的力。
图8C为根据本发明第五实施例的包括力测量装置800的封装设备80的横截面视图。封装设备80用于封装已经被键合到元件载体82(例如衬底)的元件81。如图8C所示，封装设备80还包括形状和尺寸适合保持装置800的装置保持器。在该实施例中，装置保持器包括上压模保持器83和下压模保持器84，上压模保持器83可拆卸地安装到下压模保持器84上。装置800安装在上下压模保持器83、84中。具体地，按压部810和其上安装有按压部810的可变形部820均布置在上压模保持器83中，接触杆830布置在下压模保持器84中。至于收窄连接部840，它部分设置在上压模保持器83中，部分设置在下压模保持器84中，使得可变形部820与下压模保持器84间隔预定距离，以避免可变形部820与下压模保持器84之间的接触，从而准确地测量施加到元件81上的力。上压模保持器83还包括通道83a，该通道83a构造为允许感应电缆852穿过该通道83a。此外，为了便于安装，上压模保持器83还可以包括第一部分和第二部分，第一部分可拆卸地安装到第二部分上。第一部分的形状和尺寸设计成保持按压部810，第二部分的形状和尺寸设计成保持可变形部820和延伸出可变形部820的感应电缆852。
当元件81被封装设备80封装时，施加到装置800的按压部810的力经由装置800的可变形部820和接触杆830传递到元件81。这是为了防止模塑料覆盖每个元件81的顶表面。当在元件81的封装过程中对元件81施加力时，元件81对接触杆830施加反作用力，装置800的可变形部820开始变形。附接到可变形部820的内表面的传感器851检测由于按压力的施加引起的可变形部820的变形程度，从而测量所述按压力。
在第五实施例中，装置800用于测量施加到一个或多个元件的按压力。然而，在其他实施例中，装置800可用于测量施加到单个元件(例如管芯)的按压力，该元件已经键合到元件载体(例如衬底)。进一步地，在本发明的其他实施例中，封装设备可以包括一个以上的力测量装置(例如装置800)，每个装置可以用于测量施加到一个或多个元件的按压力。
另外，类似于图7所示的烧结设备，至少一个力测量装置也可以位于元件载体的与施加按压力的一侧相反的一侧，以测量按压力，并且接触杆定位成与元件载体接触，以接收经由元件载件施加至接触杆的按压力，从而使可变形部变形。
本发明的实施例所公开的烧结设备10、50、70或封装设备80还可以包括：人机接口(HMI)，该人机接口与传感器151/851可操作通信，以接收并显示来自传感器151/851的测量结果；用于接收和存储来自传感器151/851的测量结果的数据库或存储器；与传感器151/851可操作通信的制造执行系统(MES)，该制造执行系统用于基于来自传感器151/851的测量结果进行力追踪；和/或自适应系统，该自适应系统被配置和操作以确定用于烧结或封装设备的补偿因子，以基于来自传感器151/851的测量结果进行后续的烧结工艺或封装工艺，从而改进工艺。力追踪可以是元件或管芯级力追踪。
图9是示出了适用于本文描述的本发明的各种实施例的用于力测量的方法900的流程图。
在步骤901中，在烧结设备或封装设备中设置力测量装置，该装置包括可变形部和连接到可变形部的接触杆。
在烧结或封装设备中设置该装置的步骤可以包括在装置中安装传感器的步骤。具体地，传感器附接到可变形部的内表面。如果传感器不是无线传感器，则设置装置的步骤还可以包括将感应电缆连接到传感器的步骤。此外，感应电缆穿过装置的可变形部的开口。
当装置100、300、400或800安装在烧结设备或封装设备中时，装置布置在烧结设备或封装设备的上压模保持器和下压模保持器中，使得当元件被烧结设备键合到元件载体时或当元件被封装设备封装时，装置的接触杆被定位成接触元件。当装置600安装在烧结设备中时，该装置被布置在元件载体下方的烧结设备的装置保持器中，以固定装置相对于元件载体的位置。
在步骤902，装置的接触杆被定位成接触元件或元件载体并且将力施加到元件。
当装置100、300或400安装在烧结设备中时，该步骤包括：装置向下朝向元件移动，使得装置的接触杆接触元件，并通过装置的可变形部和接触杆经由装置的按压部向元件施加烧结压力。
当装置600安装在烧结设备中时，装置的接触杆被定位成接触元件载体，并且操作烧结设备中的压模，以向元件施加烧结压力。
当装置800安装在封装设备中时，装置的接触杆被定位成与待封装的元件接触，并且通过装置的可变形部和接触杆经由装置的按压部向元件施加按压力。
在步骤903，通过利用包含在可变形部处的传感器检测由施加到元件的力引起的装置的可变形部的变形程度，来测量施加到元件的力。
施加到元件的力可以基于传感器测量的应变来确定。在该实施例中，力测量装置还可以包括处理器或计算系统，其被配置为基于传感器的读数和由传感器检测到的应变量和施加到元件的力之间的预定变化来自动计算施加到元件上的力。该预定变化可以通过在使用该装置测量力之前进行的校准过程来确定。
从以上描述可以理解，在本发明所描述的实施例中提供了用于烧结设备或封装设备中管芯级或元件级力测量的各种装置。在所提出的装置中，诸如高温应变计的传感器被包含到装置的可变形部中，以检测由施加到元件(例如管芯)的烧结压力或按压力引起的可变形部的变形程度。当本发明的实施例中提出的多个装置被安装在用于将多个元件键合到一个或多个元件载体上的烧结设备中时，施加到每个元件的烧结压力可以由相应的装置准确地测量。因此，本发明的实施例中提出的装置和烧结设备能够实现管芯级或元件级烧结力追踪。类似地，根据本发明实施例的装置和封装设备将实现管芯级或元件级力追踪。进一步地，由于传感器被保持在由可变形部限定的空间中并且仅与可变形部的内表面接触，因此将传感器引入到力测量装置中不会影响力施加到元件上。如果在烧结设备中存在聚酰亚胺薄膜，则用于将烧结压力均匀分布到烧结设备的压模上的聚酰亚胺薄膜的功能也不受影响。因此，所提出的用于烧结压力测量的装置可以具有简单且紧凑的结构，使得能够容易地将装置安装在烧结设备中。此外，与传统的烧结设备相比，由于将高温应变计包含到力测量装置中，因此在烧结设备中既不需要冷却系统来为传感器提供合适的操作环境，也不需要用于加速衬底支撑件的加热的额外的热扩散元件。
尽管已经参照某些实施例相当详细地描述了本发明，但是其他实施例也是可能的。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于本文所包含的实施例的描述。

Claims (20)

1.一种用于当元件被键合到元件载体时或当元件被封装时测量施加到元件的力的装置，其中，所述装置包括：
可变形部，所述可变形部被配置成包含用于检测由于所述力的施加引起的所述可变形部的变形程度以便测量所述力的传感器，以及
接触杆，所述接触杆连接到所述可变形部，所述接触杆能定位成接触所述元件或所述元件载体，使得当将所述力施加到所述元件时，所述可变形部变形。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变形部包括沟槽，所述沟槽被配置成用于安装所述传感器，所述传感器附接于所述沟槽的内表面，以检测由于所述力的施加引起的所述内表面的变形程度。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变形部还包括开口，所述开口被配置成允许连接到所述传感器的感应电缆穿过。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变形部沿基本垂直于所述力的施加方向的方向的横截面宽度大于所述接触杆的对应的横截面宽度，以形成T形结构。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括位于所述可变形部和所述接触杆之间的收窄连接部，由此当所述力施加到所述元件时，所述可变形部能相对于所述接触杆围绕所述连接部移动。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述接触杆包括可拆卸端部，该端部的形状和/或尺寸被设计成接触所述元件，以测量施加到所述元件的力。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器包括高温应变计，所述高温应变计被配置为在150℃和500℃之间的工艺温度下起作用。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变形部与所述接触杆的至少一部分一体成型。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变形部由杨氏模量小于制造所述接触杆的至少一部分的材料的杨氏模量的材料制成。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述装置在使用时，所述接触杆能定位成接触所述元件，并且所述装置还包括按压部，所述按压部可拆卸地安装到所述可变形部上，以通过所述可变形部和所述接触杆向所述元件施加力。
11.根据权利要求10所述的装置，还包括用于将所述按压部固定到所述可变形部，以防止它们之间的相对运动的联接件。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述联接件包括位于所述按压部上的第一联接结构和位于所述可变形部上的第二联接结构，并且所述第一联接结构和第二联接结构被配置成彼此可拆卸地接合。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，使用时，所述可变形部和所述接触杆位于所述元件载体的与施加力的一侧相对的一侧上，并且所述接触杆定位成与所述元件载体接触，以便接收经由元件载体施加到所述接触杆的力，从而使所述可变形部变形。
14.一种烧结或封装设备，包括：用于当元件被所述设备键合到元件载体时，或者当所述元件被所述设备封装时测量施加到所述元件的力的装置，其中所述装置包括：
可变形部，所述可变形部被配置成包含用于检测由于所述力的施加引起的所述可变形部的变形程度以便测量所述力的传感器，以及
接触杆，所述接触杆连接到所述可变形部，所述接触杆能定位成接触所述元件或所述元件载体，使得当将所述力施加到所述元件时，所述可变形部变形。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述接触杆可定位成接触所述元件，并且所述装置还包括按压部，所述按压部可拆卸地安装到所述可变形部上，以通过所述可变形部和所述接触杆向所述元件施加力，并且其中，所述可变形部和所述按压部设置在所述设备的上压模保持器中，所述接触杆设置在所述设备的下压模保持器中，并且其中，所述上压模保持器可拆卸地安装到所述下压模保持器上。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，设置在所述上压模保持器中的所述可变形部在平行于所述力的施加方向的方向上与所述下压模保持器间隔预定距离，使得所述可变形部在使用时不接触所述下压模保持器。
17.根据权利要求14所述的设备，其中，所述可变形部和所述接触杆位于所述元件载体的与施加力的一侧相对的一侧上，并且所述接触杆被定位成与所述元件载体接触，以便接收经由元件载体施加至所述接触杆的力，从而使所述可变形部变形。
18.根据权利要求17所述的设备，进一步包括具有引导件的装置保持器，所述引导件的形状和/或尺寸设计成能滑动地接收所述装置，以固定所述装置相对于所述元件载体的位置。
19.根据权利要求14所述的设备，进一步包括：人机界面(HMI)，所述人机界面与所述传感器可操作通信，以接收和显示来自所述传感器的力测量结果；数据库，所述数据库用于接收和存储来自所述传感器的力测量结果；制造执行系统(MES)，所述制造执行系统与所述传感器可操作通信，以基于来自所述传感器的力测量结果进行力追踪；和/或自适应系统，所述自适应系统被配置和操作以基于来自所述传感器的力测量结果来确定用于所述设备的补偿因子，以进行后续烧结或封装工艺。
20.一种用于当通过烧结设备将元件键合到元件载体时或当通过封装设备将所述元件封装时测量施加到所述元件的力的方法，所述方法包括：
提供用于烧结或封装设备中的力测量装置，其中，所述装置包括可变形部和连接到所述可变形部的接触杆，
将所述装置的接触杆定位成与所述元件或所述元件载体接触，并向所述元件施加力，以及
利用包含在所述装置的可变形部中的传感器，通过检测由于力引起的所述可变形部的变形程度来测量施加到所述元件的力。
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