KR20030066432A - 인장시험장치 - Google Patents

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KR20030066432A
KR20030066432A KR10-2003-0006622A KR20030006622A KR20030066432A KR 20030066432 A KR20030066432 A KR 20030066432A KR 20030006622 A KR20030006622 A KR 20030006622A KR 20030066432 A KR20030066432 A KR 20030066432A
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tension hook
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파라자트파하드
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에프안트카 델보텍 본트테크닉 게엠베하
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Abstract

본 발명은 견인력에 대한 접합 와이어 결합의 저항을 측정하기 위한 인장시험장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 인장시험장치는 기판(1) 상의 두 개의 접합점 사이에 있는 접합 와이어 고리(5); 와이어 고리 아래에 삽입될 수 있도록 제어할 수 있는 견인 후크(7); 후크에 연결되고, 기판표면에 대략 수직인 방향으로 향하는 견인력을 발생시키는 구동장치; 후크와 결합되어 매 순간 견인력을 측정하는 힘 측정장치(21); 및 힘 측정장치에 연결되어 접합 와이어 결합의 파괴력(breaking-force) 값을 기록하는 기록장치를 포함하고, 힘 측정장치(21)는 견인력 벡터와 대략 동축상에 배치되고; 접합 와이어 고리의 최고점을 탐지하는 탐지수단(40,50,90,100)이 제공되며; 또한 견인 후크, 따라서 견인력 벡터의 원점을 접합 와이어 고리의 최고점 아래에 자동적으로 위치시키기 위한 위치제어수단(20,30)이 제공되는 것을 특징으로 하여, 정밀도가 개선된 강도측정결과와 주위 온도변화가 가변적이더라도 재현가능한 결과를 얻을 수 있다.

Description

인장시험장치{APPARATUS FOR PERFORMING A PULL TEST}
본 발명은, 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른, 접합 와이어 결합의 인장강도를 측정하기 위한 소위 인장시험(pull test)을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
인장시험은 접합 와이어 결합을 시험하기 위하여 오랫동안 가장 널리 쓰여져 온 방법이다. 이러한 시험방법에서는, 작은 인장 후크가 두 접합점 사이의 와이어 고리(wire loop)의 아래쪽에 삽입되고, 상기 고리가 끊어지거나 또는 소정의 힘에 도달할 때까지 기판 표면에 수직인 방향으로(즉, 통상 위쪽으로) 일정한 속도로 잡아당겨진다. 매 순간 가해지는 인장력은 힘 측정장치로 측정되고, 와이어 고리가 끊어질 때 가해지고 있는 인장력의 값은 탈락(pull-off)강도로 기록되는데, 탈락 강도는 접합 결합의 품질에 대한 정보를 제공한다.
이러한 과정에 의해, 예를 들면, 와이어의 힐 부분(heel region)이 약해진 것을 매우 잘 탐지할 수 있으며, 이는 용접 품질의 경우도 마찬가지다. 이러한 인장시험의 결과는 관계되는 품질관련 간행물(예를 들어, MIL-STD883 방법 2001)에 명시된 접합 와이어 결합에 대한 최소 인장강도와 비교된다.
후크가 부착되는 연장 암(extension arm)에서 인장력이 발생시키는 변형을 탐지함으로써 통상 힘의 측정을 행하는, 이러한 과정을 수행하기 위한 이미 알려진 시험장치에서는, 어떤 점에서는 단점이 있는 것으로 나타났다. 즉, 상기 강도측정의 정밀도가 전반적으로 더 개선될 필요가 있고, 또한 주위 온도가 변화하는 조건 하에서의 재현성(reproducibility)에 관련된 문제점이 제기되었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 종류의 개량된 시험장치, 특히 보다 정확하고 주위 온도가 가변적이더라도 재현가능한 시험 결과를 제공하도록 설계된 시험장치를 사용가능하게 하는 것이다.
상기 목적은 특허청구범위 제1항에 주어진 특징을 갖는 시험장치에 의해 달성된다.
도 1은 시험의 원리를 밝히기 위한 와이어 고리의 개략도이다.
도 2는 인장시험 도중에 작용하는 힘들을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시험장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 시험장치의 일 실시예의 주요부의 횡단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 3: 접합면5: 접합 와이어 (고리)
5a,5b: 접합점5c: 와이어 고리의 최고점
7: 인장 후크9: 지지구조물
10: x-y 테이블11: 커버
13: 구동 로드(측정 로드)15: 공기베어링 축
17: 공기베어링19: 실린더 기어
20: 테이블 구동부21: 힘 측정장치
23a,23b: 로드셀25: 터치다운 스프링
27: 주측정 스프링29: 보호스프링(소프트웨그 스프링)
30: 좌표제어단31, 33: 스프링 슬리브
35: 볼 베어링37: 포크 광전자벽
40: CCD 카메라50: 화상판독장치
60: 모터-변속장치부70: 기록부
80: 측정구동부90: 동작 센서(근접 센서)
100: 제어및판독부CHIP: 반도체 회로
LEAD: 리드선
본 발명은, 종래의 통상적인 연장 암 원리를 떠나서, 대신 힘 측정장치를 구동부에 의해 생성되는 인장력 벡터와 대략 동축(同軸)상에 배치하는 기본적인 착상을 포함한다. 본 발명은 와이어 고리가 그 최고점에서 안정적으로 잡혀 있도록 보장하여 기판 표면에 대하여 수직인 방향으로부터 벗어난 방향의 분력에 의해 도입되는 측정 결과의 오차를 방지하고자 하는 착상을 더 포함한다. 상기 목적을 위하여, 본 발명에 따르면, 접합 와이어 고리의 최고점을 탐지하는 탐지수단과 인장력벡터의 시점(始點)이 와이어 고리의 최고점 아래에 위치하도록 인장 후크를 자동적으로 위치시키는 위치 제어기가 제공된다.
힘 측정장치는 인장 후크의 구동 로드와 동축상에 배치된 적어도 하나의 로드셀(load cell)을 포함하는 것이 바람직하다. 광범위한 온도 보상을 위해서는, 힘 측정장치는 하나가 다른 하나 위에 배치된 로드 셀의 조합(한 쌍)으로 구성되는 것이 바람직하다.
다른 바람직한 실시예에서는, 종래의 베어링에서 발생하며 측정의 정확도를 떨어뜨리는 마찰력을 제거하려는 실용적인 목적에서, 후크의 구동 로드의 공기베어링이 제공된다.
본 발명의 배경이 되는 착상을 유리하게 발전시킨 또 다른 예에서는, 모터-변속장치부가 제공되어 인장 후크를 구동장치의 작동방향과 일직선으로 맞춰진 축을 중심으로 회전시킨다. 즉, 인장력 벡터에 대하여 소정의 각도로 후크를 고정시킨다. 이러한 수단은 한편으론 복잡한 기하학적 접합 배열을 가진 기판의 경우에 시험장치의 조작을 용이하게 하고, 다른 한편으론 상술(上述)한 측정 정확도를 향상시키려는 목적에 기여하는데, 이는 상기 수단이 잠재적으로 오차를 유발할 수 있는 와이어 고리에 대한 후크의 상대적인 위치를 피할 수 있도록 하기 때문이다.
후크에 대한 기판의 위치( 및 따라서 후크가 맞물리게 되어 있는 고리의 최고점의 위치)를 좌표제어하기 위한 x-y 테이블의 제공 또한 상술한 이점들 양자의 달성에 도움을 준다.
상기 수단은 피사계(field of view)가 와이어 고리의 측면을 향하는 카메라와, 카메라에 연결되고 카메라 화상에서 와이어 고리의 최고점의 좌표를 계산하는 화상판독장치의 제공과 밀접하게 연계된 것으로 간주되어야 한다. 이와 달리, 상기 수단은 구동부, 특히 인장 후크의 구동 로드와 연결된 동작 또는 근접 센서 및 이와 연결된 제어및판독부의 제공과 조합될 수도 있다. 후자는 후크가 접합 와이어 고리와 맞물릴 수 있는 다수의 위치들 중 최고값을 탐지하는데 및 높이가 최고인 맞물림 위치의 x-y 좌표를 측정하는데 쓸 수 있다. 와이어 고리의 최고점의 위치 측정 결과를 이에 따라 계산된 샘플 테이블의 위치이동을 위한 출발점으로 택할 수 있다는 것은 명백할 것이다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예에서는, 스프링 수단이 후크 및 구동부와 결합되도록 배치되어, 후크에 초기응력을 가하여 소정의 초기 위치로 이동시키며 또한 후크와 와이어 고리 사이의 맞물림을 약화시키고, 및/또는 인장력의 양을 제한하여 힘 측정장치를 보호한다. 특히, 상기 스프링 수단은 초기응력을 가하여 초기 위치로 이동시키며 맞물림을 약화시키기 위한, 스프링 상수가 작은 적어도 하나의 제1 스프링과, 인장력을 제한하기 위한 큰 스프링 상수의 제2 스프링을 포함하는데, 두 스프링 모두 구동 로드와 동축상에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해 제조 및 유지보수가 간단한 구조를 얻게 되는 반면, 측정 결과에 오차를 유발할 수 있는 경사에 의한 지레작용 및 모멘트는 근본적으로 제거된다.
본 발명의 다른 특징들은 특허청구범위의 종속항들 및 도면을 참조하여 예시적인 실시예들을 설명한 이하의 상세한 설명으로부터 알 수 있다.
도 1은 두 접합면(1,3) 사이에서 고리모양(loop)으로 휘어져 있는 접합 와이어(5)를 도시하는 개략도이다. 인장시험(pull test)을 수행하기 위하여, 인장 후크(7)가 상기 와이어의 아래 부분에 위치되었고, 상기 접합 와이어(5)는 두 접합 점(5a, 5b)에서 상기 두 접합면(1,3)에 부착된다. 인용부호 5c는 고리모양으로 휘어져 있는 상기 접합 와이어(5)의 최고점을 나타낸다. 도면에서 상기 후크(7)는 인장시험을 수행하기 위한 최적의 위치, 즉 상기 접합 와이어(5)의 가장 높은 부분의 아래에 위치한다. 비교를 위하여, 옆으로 옮겨져서 시험을 위해 바람직하지 못한 위치에 놓여진 (인용부호가 없는) 후크를 파선으로 도시하였다.
도 2는 일반적인 경우를 도시한 도면으로서, 본 도면에서는 접합점들의 높이가 서로 다르다. 본 도면은 인장시험을 수행하고 평가하는데 관련되는 각도와 힘 벡터들을 나타내며, 인용부호들 덕분에 기본적으로 별다른 설명을 요하지 않는다. 도 1과 도 2의 기하학적인 관계를 명확히 설명하기 위하여, 도 2에 상기 접합점들(5a,5b)을 나타내었다. 접합 와이어(도 2에서는 미도시됨)에 의해 연결되는 부품들은 이 경우에는 반도체 회로 칩과 리드선(lead)이다.
도 2와 관련하여, 기타 다른 부분들에 대해서는 상술한 인장시험에 관한 일반적인 논의를 참조한다.
도 3은 본 발명에 따른 시험장치의 일 실시예의 기본구조를 도시하고 있는 개략도이다. 본 도에서 시험장치는 기판(1)에 접합된 와이어 고리(5)의 인장강도를 시험하는데 사용되고 있다. 상기 기판(1)은 X-Y 테이블(10)에 고정되어 있고, 상기 테이블(10)의 움직임은 좌표제어단(30)에 의하여 제어되는 테이블 구동부(20)에 의하여 구동된다.
출력을 화상판독장치(50)로 내보내는 CCD 카메라(40)는 기판(1)의 측면에 배치되며 고리(5)의 화상을 기록한다. (도면을 간소화하기 위하여, 카메라의 실제 위치는 도면에서 정확하게 도시되어 있지 않다.) 화상판독장치(50)의 출력은 좌표제어단(30)의 입력과 연결되어 있어서, 화상판독장치(50)는 카메라 화상을 근거로 계산한, 상기 와이어 고리(5)의 최고점의 위치를 나타내는 좌표값 신호를 좌표제어단(30)에 보내고, 상기 X-Y 테이블(10)을 이러한 판독결과에 따라 이동할 수 있게 한다.
인장 후크(7)는 구동 또는 측정 로드(13)의 하단부에 배치되며, 구동 또는 측정 로드(13)는 공기베어링(17) 내에서 사실상 무마찰 방식으로 지지된다(공기 베어링은, 구동로드와 마찬가지로, 이하에서 상세하게 설명된다). 상기 인장 후크(7)의 각위치(angular position)를 조절하기 위해 모터-변속장치부(6)가 제공된다. 상기 구동 또는 측정 로드(13)는 출력신호를 기록부(70)로 전송하는 힘 측정장치 (21)에 연결되어 있다(힘 측정장치 또한 마찬가지로 이하에서 도 4를 참조하여 자세히 설명된다). 시험장치는 전체적으로 측정구동부(80)에 의하여 구동된다.
상기 구동 로드(13)의 상단부에는 제어및판독장치(100)에 연결된 동작 또는 근접 센서(90)가 부착되는데, 상기 제어및판독장치(100)는 제어 및 측정 신호를 상기 측정구동부(80) 및 좌표제어단(30)으로 보내기 위하여 추가적으로 연결된 것이다. 상기 제어및판독장치(100)는, 상기 좌표제어단(30)( 및 테이블 구동부(20))과 측정구동부(80)와 함께, 상기 동작 센서(90)로부터의 신호를 근거로 상기 와이어 고리의 최고점의 위치를 측정하는데 이용되고, 상기 동작 센서(90)는 상기 인장 후크(7)가 상기 와이어 고리(5)에 맞물리고 난 이후의 상기 구동 로드(측정 로드)(13)의 움직임을 탐지한다. 또한, 상기 제어및판독장치(100)는 상기 최고점의 좌표값을 상기 x-y 테이블(10)의 상기 좌표제어단(30)에 알려줌으로써, 기판(1)의 움직임, 따라서 상기 와이어 고리(5)의 움직임을 유발하여 인장 후크(7)와 맞물리기 위한 최적의 위치를 얻는데 이용된다.
도 4는 현재로서 바람직한 본 발명에 따른 시험 장치의 일 실시예의 필수적인 부품들을 도시하는 횡단면을 나타낸다. 상기 시험장치는 여러 부품으로 구성된 기계적으로 안정된 지지구조물(9) 위에서 조립되고 커버(11)에 의해 보호된다. 상기 구조물 외부에 위치한 판독장치들과 구동 또는 동력공급 부품들은 도면에 나타나 있지 않다. 그러나, 이하의 설명에서는 이러한 부품들도 언급한다.
인장 후크(7)는 구동 로드(13)에 부착되는데, 구동 로드(13)는 동시에 "측정 로드"로도 작용하여 측정력을 전달하고, 공기베어링 축(15) 내에서 공기베어링(17)을 통하여 무마찰 방식으로 가이드된다. 상기 배열은, 특히 저마찰로 지지할 수 있도록 또한 이에 따라 매우 정밀하게 탈락(pull-off) 힘을 측정할 수 있도록 보장한다.
공기베어링 축(15)의 상단부에는 구동 로드(13)에 회전불가능하게 고정된 실린더 기어(19)가 있는데, 실린더 기어(19)는 전기모터(미도시)의 출력 피니언(미도시)과 맞물리며, 이로써 후크(7)는 구동 로드(13)의 장축을 중심으로 회전하도록 되어, 후크(7)가 향하는 방향을 바꾼다. 그 결과, 복잡한 기하학적 형상에 대해서도, 시험하려는 접합결합부에 대한 후크의 위치를 정밀하게 조정하는 것이 가능해진다. 따라서 이것도 또한, 다양한 형상의 접합 결합부에 대해서도, 높은 측정 정밀도와 정확히 재생가능한 판독결과를 얻는데 기여한다.
구동 또는 측정 로드(13)는 힘 측정장치(21)에 의해 동축(同軸)상에서 둘러싸이는데, 힘 측정장치(21)는 종래의 구성에 따른 두 개의 대향하는 로드셀(23a,23b)을 포함한다. 하부 로드셀(23b)에는 구동 로드(13) 및 인장 후크(7)에 초기응력을 가하여 인장 후크(7)를 초기 위치에 고정하기 위한 소위 터치다운(touch-down) 스프링(25)이 결합된다. 상부 로드셀(23a)에는 각 건에 적용되는 측정범위에 적합하도록 스프링 상수가 선택되는 교환가능한 주측정 스프링(27)이 결합된다. 주측정 스프링(27)을 가이드하고 동시에 구동 로드 상에 보호 스프링("소프트웨그(softweg)" 스프링)(29)을 위한 제1 지지표면이 사용가능하도록 하기 위해, 제1 스프링 슬리브(31)가 제공된다. 보호 스프링(29)의 상부는 제2 스프링 슬리브(33) 내에서 가이드되며, 제2 스프링 슬리브(33)는 다시 상술(上述)한 스프링들을 비틀림으로부터 보호하기 위한 볼 베어링(35) 내에서 지지된다.
구동 또는 측정 로드(13)의 상단부 위에는 (미도시된 판독 전자장비와 함께) 시험장치를 위한 안전정지장치로서 포크 광전자벽(fork photoelectric barrier)이 배치된다. 상술한 바와 같은 시험장치는 와이어 고리 내에서 최고점의 위치를 탐지하고 판독하는 수단(미도시) - 예를 들면, 그 출력을 판독하기 위한 장치에 연결된 적절한 해상도의 CCD 카메라 같은 - 및 시험하려는 와이어 고리를 지탱하는 기판을 인장 후크(7)가 와이어 고리의 최고점 밑에 삽입될 수 있도록 인장 후크(7)에 대하여 움직일 수 있는 x-y 테이블에 의해 완성되며, 따라서 얻어지는 시험 결과의정확성 및 재생가능성이 최적으로 되도록 한다(도 3과 비교).
본 발명의 실시예는 상기 예 및 위에서 강조한 점들로 한정되는 것이 아니며, 당업자의 역량 내에 속하는 다수의 변형예에서도 또한 가능하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 종래기술에 비하여 정밀도가 개선된 강도측정 결과를 얻을 수 있고, 또한 주위 온도가 가변적이더라도 재현가능한 시험 결과를 얻을 수 있는 향상된 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 기판(1,3; 칩,리드선) 상의 두 개의 접합점(5a,5b) 사이에 있는 접합 와이어 고리(5);
    와이어 고리 아래에 삽입될 수 있도록 제어할 수 있는 인장 후크(7);
    후크에 연결되고, 기판표면에 대략 수직인 방향으로 향하는 인장력을 발생시키는 구동장치;
    후크와 결합되어 매 순간 인장력을 측정하는 힘 측정장치(21); 및
    힘 측정장치에 연결되어 접합 와이어 결합의 탈락(pull-off) 강도값을 기록하는 기록장치를 포함하는, 접합 와이어 결합의 인장강도를 측정하기 위한 인장시험장치로서,
    힘 측정장치(21)는 인장력 벡터(F)와 대략 동축상에 배치되고;
    접합 와이어 고리의 최고점(5c)을 탐지하는 탐지수단(40,50,90,100)이 제공되며; 또한
    인장 후크, 따라서 인장력 벡터의 원점을 접합 와이어 고리의 최고점 아래에 자동적으로 위치시키기 위한 위치제어수단(20,30)이 제공되는 인장시험장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 힘 측정장치(21)는 인장 후크의 구동 로드와 동축(同軸)상에 배치된 적어도 하나의 로드셀(load cell)(23a,23b)을 포함하는 인장시험장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 힘 측정장치(21)는 인장 후크의 구동 로드와 동축상에 하나가 다른 하나의 위쪽에 있도록 배치된 한 쌍의 로드셀(23a,23b)을 포함하는 인장시험장치.
  4. 제2항에 있어서, 인장 후크의 구동 로드(13)는 공기 베어링(15,17) 내에서 지지되는 인장시험장치.
  5. 제1항에 있어서, 인장 후크(7)를 구동장치(80)의 작동방향을 중심으로 회전시키는, 즉 인장 후크를 인장력 벡터(F)에 대한 소정의 각도 위치에 고정시키는 모터-변속장치부(60)가 제공되는 인장시험장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 위치제어수단은 인장 후크에 대한 기판의 움직임, 따라서 접합 와이어 고리의 최고점의 움직임을 좌표제어하기 위한 x-y 테이블(10,20,30)을 포함하는 인장시험장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 탐지수단(40,50)은:
    피사계(field of view)가 측면에서 접합 와이어 고리(5) 쪽으로 향하는 카메라(40); 및
    카메라에 연결되어 카메라 화상(畵像)으로부터 접합 와이어 고리의최고점(5c)의 좌표를 계산하기 위한 화상판독장치(50)를 포함하는 인장시험장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 탐지수단(90,100)은:
    구동장치(80), 특히 인장 후크(7)의 구동 로드(13)에 연결된 동작 및/또는 근접센서(90); 및
    인장 후크가 접합 와이어 고리(5)와 맞물리는 다수의 위치에서의 고리높이값을 탐지하고 최고 높이값으로 맞물림 위치의 x-y좌표를 결정하는, 구동장치의 입력측에 연결된 제어및판독부(100)를 포함하는 인장시험장치.
  9. 제1항에 있어서, 인장 후크(7)에 초기응력을 가하여 소정의 초기 위치로 위치시킬뿐 아니라 인장 후크와 접합 와이어 고리 간의 맞물림을 약하게 하고 및/또는 견인력을 제한하여 힘 측정장치(21)를 보호하기 위한 스프링 수단(25,27,29)이 인장 후크 및 구동장치(80)와 연결된 인장시험장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스프링 수단(25,27,29)은:
    초기응력을 가하여 초기 위치에 위치시킬뿐 아니라 맞물림을 약하게 하는 작은 스프링 상수의 제1 스프링(25,27); 및
    인장력을 제한하는 큰 스프링 상수의 제2 스프링(29)을 포함하는 인장시험장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스프링(25,27,29)은 인장 후크의 구동 로드와 동축상에 있도록 배치되는 인장시험장치.
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