CN1950689B - 高速拉伸试验装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于粘附至一基片(19)的一导电球(20)的结合强度的拉伸测试的装置和方法。将一球(20)夹紧，并使之沿基本正交于粘附平面的一方向迅速移动。基片(19)由一抵靠部(14)来突然停止，以在球/基片界面施加一突加负荷。通过传统装置测量断裂力。在测试期间，轻轻向球推动基片，来消除不需要的拉伸力。

Description

高速拉伸试验装置和方法
技术领域
本发明涉及用于半导体电结合的一测试装置，尤其涉及适于高速拉伸试验的装置和方法。
背景技术
半导体电结合装置常常包括在一具有电路的基片上的一系列焊球或金球。这些球用于将单独的电线连接至通路，或在基片对准接触时连接至另外基片的通路。焊球将会再流动，而金球要进行焊接。
需要测试装置来确认球具有与基片足够的机械粘附，从而确认制造技术的耐久性。通过驱动一球侧面的一工具来进行剪切测试，并通过与基片正交地夹紧和拉伸球来进行拉伸测试，这是已知的。
单独的球通常排列成一排，且非常小。一焊球典型地直径为1000-75μm，而一金球直径为100-20μm。当这些“球”附连至一基片时，它们具有一略微半球的外观。某些焊球和金球非常小的尺寸意味着断裂力非常小，需要特殊的测量来将摩擦力减至最小，从而允许测量断裂力。
需要在一高速应力下测试球/基片结合。在剪切测试情形下，可以驱动工具从远处作用在相应的球上，从而可以产生必要的碰撞速度。然而，球的高速拉伸测试是难以进行的，因为测试工具必须首先夹紧球，从而在测试开始之前不能逐渐提高速度或动量。
发明内容
本发明提供一种高速拉伸测试难题的解决方法。
根据本发明的一个方面，提供一种测试粘附至一基片的导电球的方法，包括以下步骤：用一测试工具夹紧球，当推动基片轻轻靠在球上时沿一基本正交于基片的方向移动球，以及突然停止基片。
基片是轻轻支承的，从而在球和基片之间的结合上施加非常小的重力或惯性力。当基片停止时，测试工具的插入会引起作用在球上的一冲击负荷，并因此将之施加在球/基片界面上。在一较佳的实施例中，测试工具拉动球，轻轻的支承例如由一轻弹簧或一空气柱塞所提供。一空气柱塞可能是较佳的，因为它具有一基本不变的速率。
在一较佳的实施例中，通过一测试机器的一固定抵靠部来停止基片，该测试机器具有一框架，测试工具可相对于该框架而移动。较佳地，该方法开始于基片与该抵靠部的接触，推进测试工具靠在轻支承件上，从而推动基片远离抵靠部至测试工具的速度倒转的一位置，从而引起基片与抵靠部的突然接触。
这样的安排是有利的，因为它允许基片在夹紧期间受约束，并允许根据工具加速越过的距离，或根据越过一固定距离的加速度变化率，调整在基片约束点处的测试工具的速度。
此安排还可以用于静拉伸测试，其中在拉动球之前，基片与抵靠部接触。
根据本发明的一第二方面，提供了一种用于粘附至一基片的导电球的拉伸测试的装置，该装置包括：用于夹紧粘附至一基片的一球的一夹紧件，具有用于支承基片的一表面的一台板，用于在一基本正交于所述表面的轴线上移动夹紧件的装置，在所述轴线上向夹紧件轻轻推动台板的装置，以及用于基片的一抵靠部，在使用中，台板和夹紧件相对于抵靠部一致地移动，直到基片与抵靠部接触为止，凭借此抵靠部，夹紧件和台板趋向于移动分开。
该装置允许施加突然的力至球/基片界面。可以提供传统的装置，来允许确定断裂负荷。
基片可通过与一机器框架的一抵靠部的接触而被直接阻止，或被夹紧至例如一台板，从而阻止台板(或其连接的一部分)，以间接地阻止基片。
较佳地，提供装置来相对于一固定的抵靠部驱动夹紧件。向夹紧件轻轻推动台板的装置可以是例如一轻弹簧或一空气柱塞。所需的推动力刚刚足以消除基片上的诸如可能由重力摩擦力或惯性力所施加的阻力。
附图的简要说明
通过由仅仅在附图中的例子所示的一较佳实施例的下面描述，本发明的其它特征将是显而易见的，其中：
图1是根据本发明的一第一实施例的测试装置的一示意的侧视图，以及
图2是根据本发明的一第二实施例的测试装置的一示意的侧视图。
具体实施方式
为了清楚地理解本发明，将附图中所示的比例作了放大。尤其应该记得，所示焊球典型地直径为大约100μm。
参见附图，一刚性架11包括在每个侧面带有直立腿13的一基座12，每个腿具有在共同平面内的一向内定向的臂14，并在其中限定一开口15。
具有一柱塞17的一空气致动器16居中地位于基座上，在该柱塞17上安置了一台板18。如图所示，具有一焊球20的一基片放置在台板18上，在其边缘与臂14的内侧相接触。
典型地，一基片上会有多个球，并形成为一规则排列。在一较佳的实施例中，测试工具是可分度的，例如通过应用一传统X-Y轴驱动，来接合一所需的球，。此外，该装置可包括机器视觉装置，来允许在连续的球上方定位测试工具。
一拉伸测试装置21具有相对的爪22，这对爪22适于相对于球20打开和闭合，可与台板18正交地移动，以对球进行一拉伸测试。
在使用中，如图所示，基片19定位在台板18上，并通过柱塞17轻轻地推靠在臂14上。
将测试工具21向下驱动靠在球20上，且使爪闭合，从而夹紧球。然后将测试工具进一步向下驱动靠在柱塞17上，从而基片与臂14隔开一段距离。
致动器可以具有一永久的渗漏通道，来允许柱塞撤回而不在台板上施加大量的力。
通过将测试工具21向上加速来完成测试，使柱塞17跟随，始终保持台板与基片接触。
基片以一所需的速度与臂接触，并立即停止。然而，测试工具继续向上，且由于球的夹紧可施加一突然的猛拉至球/基片界面。通过此方式，该装置就可为测量球/基片界面的断裂力而完成一高速拉伸测试。通过已知的装置测量断裂力。
所示的装置是概略的，且在基片上显示了仅仅一个球。在实践中，可以出现一系列球，提供的装置可将测试头或框架分度，从而在测试工具下放置所需的球。例如，框架11可以放置在一传统的X-Y可移动台子上。
框架当然可以具有代替腿13的一单独的直立外壁以及圆周延伸的臂。假如需要，还可以提供相对于台板定位和支承基片的传统装置。
当柱塞向上移动时，由柱塞17施加的力必须足以消除在结合/基片界面上的任何拉伸负荷。这种力可以凭经验确定，且柱塞力可以例如通过供给它的一气压变化来调整。可以提供支承台板18的其它传统装置，例如一轻弹簧，来替代致动器16。
在图2中显示了另一实施例。在此实施例中，柱塞的向上移动被阻止在内抵靠部上。因此，没有东西突出于试样而竖立。
详细地说，一基座31支承一直立导管35，该直立导管35在其口部具有一环状导子36，一活塞杆34在该环状导子36内滑动。活塞杆具有一较大的正交底部32，该底部32放置在一压缩空气供源的一入口上方。
导管通过一夹紧管33保持在位，该夹紧管33例如通过一外法兰螺栓连接至基座31，并具有接合在导管35和导子36上的一内法兰，如图所示。
活塞杆34是圆柱形的，并紧密配合在导子36的圆柱形孔中。为了防止杆34的旋转，底部32是正方形的，并与正方形截面的夹紧管33紧动配合。
活塞头37包括用于一基片38的支承件，在基片38上形成有一焊球39。示意地显示了夹紧爪40。
在使用中，通过适当的装置将基片38夹紧至活塞头37，活塞杆允许例如通过活塞头下侧和夹紧管33之间的接触而撤回至最大程度。使爪40下降，并起动来紧紧地夹住球39。通过入口施加压缩空气，从而当爪也向上加速时轻轻向上推动活塞杆。活塞杆34由导子36下侧上的底部32的抵靠部来阻止，从而造成将一高速拉伸力施加至球39和表面40之间的界面。
可调整压缩空气的压力和流量，来保证在整个测试中将一轻轻的向上负荷施加至基片。
为了重复测试，活塞杆可撤回，例如通过关闭压缩空气供源并使室中的压力通过一孔而放出。然后，再将爪指向另一要测试的球上，并重复测试。
如上所述，此实施例在活塞头/台板37上方没有任何障碍物，并因此可以使用一长度较短的爪工具，这会是有利的。应该意识到，在图1的实施例中，台板18可以具有用于接合臂14的一外台阶，从而臂14位于台板的下表面下方。在此情形下，对基片需要用适当的夹紧装置。

Claims (2)

1.一种测试粘附至一电子基片的一半球状导电球的结合强度的方法，包括以下步骤：
a.将所述基片固定至一台板；
b.将所述基片定位成离开一静止抵靠部固定距离，以允许向所述抵靠部加速所述基片；
c.移动测试工具，与所述导电球相配合，从而所述测试工具夹紧所述导电球；
d.将所述基片和所述测试工具一起向着所述抵靠部加速，同时将所述导电球推靠在测试工具上，并且防止所述基片相对于所述测试工具的旋转；
e.使基片与抵靠部相接触，从而突然停止所述基片；
f.继续移动所述测试工具，同时仍夹紧所述导电球，从而将所述导电球从所述基片上撕下；以及
g.测量在导电球-基片的分界面处的断裂力。
2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一气动柱塞来将所述基片推靠在所述球上，以及用足以保证在球和基片之间的一轻压缩负荷的量，将加压空气供给至所述柱塞，直到所述基片突然停止。
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