JP2007530936A - 高速引張り試験装置及び方法 - Google Patents

Abstract

基板（１９）に接着されている導電性ボール（２０）の接合強度の引張り試験のための装置及び方法。ボール（２０）を把持し、接着面に対してほぼ直交方向に高速で移動させる。基板（１９）を当接部（１４）によって急停止させて、ボール／基板のインタフェースに急激な荷重をかける。破断力は従来の手段によって測定される。試験の際、基板は、不要な引張り力を排除するためにボールの方へ軽く推進される。

Description

本発明は、半導体の電気的接合のための試験装置に関し、特に、高速引張り試験に適した装置及び方法に関する。

半導体装置の電気的接合は多くの場合、電気経路を有する基板上にはんだボール又は金ボールのアレイを備える。これらのボールを用いて、基板をアラインコンタクトさせたまま個々の配線を電気経路に接続するか又は別の基板の経路に接続する。はんだボールはリフローされ、金ボールは溶接される。

試験装置は、製造技術の実行可能性を確かめるために、これらのボールが基板に対して十分に機械的接着を有することを確認する必要がある。ボールの側に治具を駆動することによりせん断を試験し、また、基板に対して直交方向にボールを把持して引張ることにより引張りを試験することは既知である。

個々のボールは一般にアレイ状で配列されており、非常に小さい。はんだボールは典型的には直径が１，０００〜７５μｍの範囲内にあり、金ボールは直径が１００〜２０μｍの範囲内にある。これらの「ボール」は、基板に取り付けられると幾分半球の外観となる。一部のはんだボール及び金ボールのサイズが非常に小さいことは破断力が非常に小さいことを意味し、破断力の測定を可能にするために摩擦を最小限に下げる特定の措置が必要となる。

高速応力でボール／基板の接合を試験することが望ましい。せん断試験の場合では、治具を個々のボールに対して或る距離から駆動することができ、したがって、必要な衝撃速度を生じさせることができる。しかしながら、ボールの高速引張り試験は、試験治具が最初にボールを把持しなければならず、よって、試験を始める前に速度又はモーメントを増大させることができないために問題がある。

本発明は、高速引張り試験の問題に対する１つの解決策を提供する。

本発明の一態様によれば、基板に接着されている導電性ボールを試験する方法であって、試験治具を用いて上記ボールを把持するステップと、上記基板をボールに軽く押し当てつつ、基板に対してほぼ直交方向にボールを移動させるステップと、該基板を急停止させるステップとを含む、導電性ボールを試験する方法が提供される。

基板は、ボールとの間の接合部に重力又は慣性力をごくわずかしかかけないように軽く支持される。基板が停止しているときに、試験治具を挿入することで、ボールに、したがってボール／基板のインタフェースに衝撃荷重を加える。好適な実施の形態では、試験治具がボールを引張り、例えば軽量ばね又はエアラムによって軽く支持が行われる。エアラムは、ほぼ一定の速度を有するため好適であり得る。

好適な実施の形態では、基板はフレームを有する試験装置の固定された当接部によって停止し、試験治具がそのフレームに対して移動可能である。好ましくは、方法は、基板が当接部と接触している状態で開始し、試験治具は軽い支持に抗して前進して、或る位置まで当接部から離して基板を押し進め、そこで試験治具を高速で逆進させることで、当接部と急激に接触させるようにする。

この構成は、把持の際に基板を拘束させ、また、試験治具が加速する距離に応じて又は
一定距離にわたる加速の変化率に応じて、基板の拘束地点での試験治具の速度を調整することを可能にするために有利である。

この構成は静的引張り試験に用いることもでき、その場合では、基板を当接部と接触した状態にしてからボール側に引張る。

本発明の第２の態様によれば、基板に接着されている導電性ボールの引張り試験のための装置であって、基板に接着されているボールを把持するグリッパと、基板を支持する表面を有するプラテンと、該表面に対してほぼ直交する軸上でグリッパを移動させる手段と、上記軸上で上記グリッパの方にプラテンを軽く推進する手段と、基板のための当接部とを備え、それにより、使用の際、基板が当接部に接触することでグリッパ及びプラテンが離れることになるまでプラテン及びグリッパが当接部に対して同時に移動する、装置を提供する。

この装置により、ボール／基板のインタフェースに急激に力を加えることができる。破断荷重を測定することを可能にする従来の手段を設けてもよい。

基板は、機械フレームの接合部との接触によって直接固定してもよく、又は例えばプラテンに締付け固定されてプラテン（又はその接続部分）が基板に間接的に係止するように固定してもよい。

好ましくは、固定当接部に対してグリッパを駆動する手段が設けられる。グリッパの方にプラテンを軽く推進する手段は、例えば軽量ばね又はエアラムとすることができる。必要とされる推進力は、重力による摩擦力又は慣性力によって加えられ得るほどの、基板上の抵抗を回避するのに十分なものであればよい。

本発明の他の特徴は、添付の図面に例示としてのみ示されている好適な実施の形態の以下の説明から明らかとなるであろう。

図面に示されている比率は、本発明を明確に理解するために誇張されている。特に、図示のはんだボールは直径が典型的には約１００μｍであることを留意しておかねばならない。

図面を参照すると、剛性フレーム１１は直立脚部１３を両端に有するベース１２を含み、脚部はそれぞれ、共通面内に内向きのアーム１４を有するとともに間に開口１５を画定している。

ベースには、プラテン１８が上に位置しているラム１７を有するエアアクチュエータ１６が中心に位置付けされている。はんだボール２０を有する基板１９がプラテン１８に載置され、その両縁が図示のようにアーム１４の内側と接触している。

典型的に、基板はその上に規則的なアレイ状に設けられた複数のボールを有する。好適な実施形態では、試験治具は、例えば従来のＸ−Ｙ軸の駆動を用いることで、所望のボールと係合するように割出し可能である。さらに、装置は、後続のボールの上に試験治具を位置付けすることを可能にするマシンビジョン手段を有していてもよい。

引張り試験治具２１は、ボール２０付近で開閉するようになっている対向する両ジョー２２を有し、このジョー２２は、ボールに引張り試験を行うためにプラテン１８に対して直交に移動可能である。

使用の際、基板１９は図示のようにプラテン１８に位置付けされ、ラム１７によってアーム１４に軽く押し当てられる。

試験治具２１は、ボール２０の上から下方に駆動され、ジョーが閉じることでボールを把持するようにする。次いで、試験治具が、ラム１７に対してさらに下方に駆動されて、基板がアーム１４から或る距離にくるようにする。

アクチュエータは、プラテンに相当な力を加えることなくラムを後退させる永久リークパス（permanent leak path）を有することができる。

試験は、試験治具２１を上方に加速させ、プラテンを基板と接触状態に保持している間中ラム１７を追従させることで行われる。

所望の速度では、基板はアームと接触すると即座に停止する。しかしながら、試験治具が上方に移動し続けると、ボールは把持されているために、ボール／基板のインタフェースに急激な引張りを加えることができる。このような手段によって、装置は、ボール／基板のインタフェースの破断力を測定するために高速引張り試験を行うことが可能となる。破断力は既知の装置によって測定される。

図示の装置は概略図であり、ボールは１つだけしか基板上に示されていない。実際には、ボールのアレイがあり、試験ヘッド又はフレームを割出しすることを可能にする手段が設けられ、所要のボールを試験治具の下側に配置するようにする。例えば、フレーム１１は、従来の移動可能なＸ−Ｙテーブル上に配置されることができる。

当然のことながら、フレームは、脚部１３の所定位置に単一の直立周壁と、周方向に延びるアームとを有することができる。必要であれば、プラテンに対して基板を位置付け及び保持する従来の手段を設けてもよい。

ラム１７によって加えられる力は、ラムが上方に移動している間、ボール／基板のインタフェースにいかなる引張り荷重もかからないようにするほどのものでなければならない。この力は経験的に決定することができ、ラム力は例えば、供給される空気圧の変動によって調整されてもよい。アクチュエータ１６の所定位置に、プラテン１８を支持する他の従来の手段、例えば軽量ばねを設けてもよい。

代替的な一実施形態が図２に示されている。この実施形態では、ラムの上方の移動は内部当接部で係止する。したがって、結果として、このサンプルの著しい上昇は何もない。

詳細には、ベース３１は、ピストンロッド３４が内部で摺動する環状ガイド３６をその口端に有する直立ガイドチューブ３５を支持する。ピストンロッドは、圧縮空気供給部３０の入口の上にある幅広の直交フット３２を有する。

ガイドチューブは、クランプチューブ３３によって所定位置に保持され、例えば外部フランジを介してベース３１にボルト締めされ、図示のように、ガイドチューブ３５及びガイド３６の上に係合する内部フランジを有する。

ピストンロッド３４は円形であり、ガイド３６の円形穴に締まり嵌めする。ロッド３４の回転を防止するために、フット３２は正方形であり、断面が正方形であるクランプチューブ３３に隙間嵌めする。

ピストンヘッド３７は、基板３８のための支持体を成し、この基板３８の上にはんだボ
ール３９が設けられる。クランプジョー４０が概略的に示されている。

使用の際、基板３８は適した手段によってピストンヘッド３７に締付け固定され、ピストンロッドは、例えばピストンヘッドの下側とクランプチューブ３３との間の接触によって、最大限まで後退することが可能となる。ジョー４０は下降して、ボール３９をしっかりと把持するように作動する。圧縮空気が入口を介して加えられて、ピストンロッドを上方に軽く推進し、その際、ジョーも上方に加速する。ピストンロッド３４はガイド３６の下側でのフット３２の当接部によって係止され、よって、高速引張り力をボール３９と基板４０とのインタフェースに加えさせる。

圧力及び圧縮空気の流量の調整は、試験全体を通して上方への軽い荷重が基板に加えられることを確実にするように調整されることができる。

試験を繰り返すために、例えば、圧縮空気の供給を止め、室内の圧力をオリフィスを介して流出させることができるようにすることで、ピストンロッドを後退させる。次いで、ジョーが、試験すべき別のボールの上で割出しされ、試験が繰り返される。

上述のように、この実施形態は、ピストンヘッド／プラテン３７の上方に妨げとなるものはなく、したがって、より短い長さのジョー工具を用いることができ、これは、有益となり得る。図１の実施形態では、プラテン１８はアーム１４と係合する外向き段部を有することができ、それにより、アーム１４がプラテンの上面よりも下にあるようにすることが理解されるだろう。この場合では、基板に適したクランプ手段が必要とされる。

本発明の第１の実施形態による試験装置の概略側部立面図である。 本発明の第２の実施形態による試験装置の概略側部立面図である。

Claims (10)

1. 基板に接着されている導電性ボールの接合強度を試験する方法であって、
   試験治具を用いて前記ボールを把持するステップと、
   前記基板を前記ボールに軽く押し当てつつ、前記ボールの接着面に対してほぼ直交方向に前記ボールを移動させるステップと、
   前記基板を急停止させるステップと
   を含む、導電性ボールの接合強度を試験する方法。
2. 前記基板をプラテンに固定し、それにより該プラテンを急停止させることで前記基板を間接的に停止させるようにする、予備ステップを含む、請求項１に記載の導電性ボールの接合強度を試験する方法。
3. 前記基板に前記ボールを押し当てるためのエアラムを設け、該基板が急停止する時点まで前記ボールと該基板との間に軽い圧縮荷重を確保するのに十分な量の圧縮空気を前記ラムに加えるステップを含む、請求項１又は２に記載の導電性ボールの接合強度を試験する方法。
4. 基板に接着されている導電性ボールの接合の引張り試験用の装置であって、
   フレーム（１１）と、
   基板（１９）に接着されているボール（２０）を把持するグリッパ（２２）と、
   接着面に対してほぼ直交する軸上で前記グリッパ（２２）を移動させる装置と、
   前記基板を前記軸上で前記グリッパの方に軽く推進する、前記フレームの推進装置（１６、１７）と、
   前記基板のための前記フレームの当接部（１４）と
   を備え、
   それによって、使用の際に、前記基板が前記当接部（１４）によって制止されるまで該基板及び前記ボールが前記軸上で同時に移動するようになっている、導電性ボールの接合の引張り試験用の装置。
5. 前記推進装置はエアラム（１６、１７）を備える、請求項４に記載の導電性ボールの接合の引張り試験用の装置。
6. 前記推進装置（１６、１７）は、前記基板のためのプラテン（１８）を含む、請求項４又は５に記載の導電性ボールの接合の引張り試験用の装置。
7. 前記プラテン（１８）上に基板を取り外し可能に固定するクランプ装置をさらに有する、請求項６に記載の導電性ボールの接合の引張り試験用の装置。
8. 前記フレーム（３３）と前記ラム（３４）との前記直接接触によって前記当接を与えるようになっている、請求項４〜７のいずれか一項に記載の導電性ボールの接合の引張り試験用の装置。
9. 前記フレーム（１４）と前記基板（１９）との直接接触によって前記当接を与えるようになっている、請求項４〜７のいずれか一項に記載の導電性ボールの接合の引張り試験用の装置。
10. 前記フレームと前記プラテンとの間の直接接触によって前記当接を与えるようになっている、請求項６又は７に記載の導電性ボールの接合の引張り試験用の装置。

Images