KR20080006535A - 마이크로-임팩트 실험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로일렉트로닉스 상에 노출된 마이크로일렉트로닉스 시료의 임팩트 특성을 측정하기 위한 마이크로-임팩트 실험 장치이다. 장치는 테스팅될 시료를 수용하기 위한 시료 홀더와 임팩트 디바이스를 포함한다. 임팩트 디바이스는 임팩트 헤드, 지지 부재, 적어도 하나의 연결 요소 및 제 1 굴곡 스프링을 포함한다. 지지 부재는 제 1 굴곡 스프링이 한 단부로 지지 부재에 단단히 부착되고 다른 단부로 연결 요소에 단단히 부착되어서 연결 요소에 연결된다. 실제 적어도 상기 제 1 굴곡 스프링과 동일한, 제 2 굴곡 스프링은, 한 단부로 연결 요소에 단단히 부착되고 다른 단부로 임팩트 헤드에 단단히 부착되어, 굴곡 스프링의 언로딩 상태에서, 제 1 및 제 2 굴곡 스프링의 단부는 직사각형이다. 임팩트 헤드는 스프링-로딩된 위치와 임팩트 위치 사이의 선형 라인을 따라 제 1 및 제 2 굴곡 스프링에 대해 횡단으로 이동 가능하다. 시료 홀더는 시료가 임팩트 헤드의 상기 임팩트 위치에 정렬되도록 정렬 디바이스와 정렬되어서 임팩트 헤드는 상기 로딩 위치로부터 해체되자마자 상기 선형 라인을 따라 임팩트 위치를 향해 로딩 위치로부터 이동한 후에 시료 상에 충격을 줄 수 있다.

Description

마이크로-임팩트 실험 장치{MICRO-IMPACT TESTING APPARATUS}

본 발명은 마이크로일렉트로닉 내부연결을 임팩트 실험하는 분야, 더 구체적으로, 상기 마이크로일렉트로닉 내부연결의 임팩트 특성을 실험하기 위한 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 이동 전화, 휴대용 미디어 플레이이어와 휴대용 컴퓨터와 같은, 항상-증가하는 수의 휴대용 디바이스는 이제 소비자에게 사용 가능하다. 이에 따라, 디바이스가 휴대용으로 되어감에 따라, 예를 들어, 데스크탑 컴퓨터와 같은, 정적으로 사용하는 디바이스로부터, 매우 쉽게 변화될 조건을 설정한다. 휴대용 디바이스는 임팩트로부터 충격을 받기가 더 쉽고, 휴대용 디바이스가 사용될 수 있는 다른 환경으로부터 생겨나는 열적 작동 조건이 변화되기가 쉽다. 실제로, 마이크로일렉트로닉스 산업은, 인쇄 회로판(PCB)과 이곳에 장착된 성분과 같은, 다양한 마이크로일렉트로닉 성분이 이런 조건 하에서 얼마나 잘 작동하는지 게이징하기 위한 표준이 채택되었다.

상기 표준의 예시는 임팩트 실험 하의 성분-판 내부 연결을 적합하게 할 수 있는 JEDEC 표준(JESD22-B111)이다. 그러나, JEDEC 실험은 PCB 상의 성분의 조립을 필요로 하고, 실험만을 목적으로 할 때 비용면에서 효율적이지 않은 과정을 필요로 한다. 실험에 대해, 표준 볼 전단 실험기를 사용하는 땜납 볼 전단의 본 산업적 실시는 적어도 2가지 이유로 인해 바람직하지 않다. 첫 째로, 볼 전단 실험기는 낮은 전단 속도로 인해 실패한 실험의 바람직한 모드를 효과적으로 줄일 수 없다. 두 번째로, 땜납 볼의 정밀한 시료는 도전을 나타내는데, 그 크기와 형상은 Charpy 또는 Izod 실험기와 같은 표준 임팩트 실험기를 사용할 때 충분한 실험 해상도가 부족해서 실패의 정확한 특성을 방해하기 때문이다.

PCB 성분의 경우, Siviour 등의 [Dynamic Properties of Solders and Solder Joints, J. Phys. IV France 110(2003)]는 PCB의 땝납 조인트 상의 변형률이 변화하는 효과를 연구하기 위해서 Instron 로딩 머신을 사용한 실험을 기재한다.

땜납 볼로 이루어진, 땜납 조인트는 중합체 기판 상의 구리 패드에 부착된다. 연구 결과에서, 정해진 속도에서 땜납 볼을 치는 황동 블레이드와 땜납 볼을 전단하기 위해 필요한 하중이 기록된다. 그러나, 1m/s를 조금 넘어서 피크에 이르는 전단 속도는, 본 연구에서 이루어진 전단 속도의 범위가 다소 제한적이라는 것을 의미한다.

가장 최근에, Date 등의 [Impact Reliability of Solder Joints, 2004 Electronic Components and Technology Conference, 2004]은, 땜납 조인트를 위한 기계 실험 장치를 기술한다. 기계 실험은 진자 장치가 0.1mm/s-1.4m/s 사이의 범위에서 실험 전단속도를 허용하는 진자 임팩트 실험을 사용하여 실행된다. 땜납 조인트의 분열(fracture) 에너지는 진자가 땜납 조인트를 가격한 후에 진자의 운동 에너지의 감소와 동일하게 얻어진다. 그러나, Date 등에 의해 기술된 방법의 결점은 분열 에너지만 제공되고 분열 강도에 대한 아무런 정보가 측정되지 않는다는 것이다. 게다가, 땜납 조인트의 분열 에너지에 대한 진자의 운동 에너지의 (예상된) 감소로 인한 정확성은 의문이 가는데, 운동 에너지의 변화는 땜납 조인트가 충격을 받자마자 분산된 에너지 외에도 열과 소리 및 진자의 진동으로 인한 감소와 같은, 다른 감소를 야기한다.

상기-언급된 개선점에도 불구하고, 분열 에너지뿐만 아니라, 마이크로일렉트로닉스 내부 연결의 분열 강도에도 양에 의한 정확한 측정을 제공하기 위해 바람직한 실패 실험 모드를 생성할 수 있는 마이크로일렉트로닉스 내부 연결 임팩트 실험기가 필요하다. 또한 최소한의 크기와 형상이 이루어질 수 있는 실험 시료에 대한 쉽게 재생산할 수 있는 결과가 달성될 수 있는 임팩트 실험기를 제공하는 것이 바람직하다. 게다가, 또한 큰 스케일 상에 채택되는 마이크로일렉트로닉스 산업에 대해 상업적으로 실행 가능한 비용측면에서 효과적인 실험기를 제공하는 것이 바람직하다.

상기-언급된 문제를 해결하고 언급된 필요성을 충족하기 위해서, 독립항에 따른 특성을 갖는 임팩트 실험기가 본 발명에 따라 제공된다.

본 발명에 따라, 마이크로일렉트로닉스 상의 임팩트에 노출된 마이크로일렉트로닉스 시료의 임팩트 특성을 측정하기 위한 마이크로-임팩트 실험 장치는 실험될 시료를 수용하기 위한 시료 홀더, 임팩트 디바이스를 포함한다. 임팩트 디바이스는, 본 발명의 한 양상에 따라, 임팩트 헤드, 지지 부재, 적어도 하나의 연결 요소 및 제 1 굴곡 스프링을 포함한다. 지지 부재는 제 1 굴곡 스프링이 한 단부로 지지 부재에 단단히 부착되고 다른 단부로 연결 요소에 단단히 부착되도록 연결 요소에 연결된다. 임팩트 디바이스는 또한 상기 제 1 굴곡 스프링과 적어도 실제적으로 동일한 제 2 굴곡 스프링을 포함하며, 연결 요소는 제 2 굴곡 스프링이 한 단부로 연결 요소에 단단히 부착되고 다른 단부로 임팩트 헤드에 단단히 부착되는 임팩트 헤드에 연결된다. 제 1 굴곡 스프링에 대한 제 2 굴곡 스프링의 정렬은 제 1 및 제 2 굴곡 스프링의 단부가 굴곡 스프링의 언로딩 상태에서, 직사각형을 한정하도록 이루어진다.

본 발명의 제 2 양상에 따라, 임팩트에 노출된 마이크로일렉트로닉스 시료의 임팩트 특성을 측정하는 마이크로-임팩트 실험 장치는 실험될 시료를 수용하기 위한 시료 홀더와 임팩트 디바이스를 포함한다. 임팩트 디바이스는 임팩트 헤드, 지지 부재 및 한 단부로 지지 부재에 부착되고 다른 단부로 임팩트 헤드의 제 1 측면에 부착되는 적어도 제 1 굴곡 스프링을 포함한다. 임팩트 디바이스는 또한 상기 제 1 굴곡 스프링에 적어도 실제적으로 동일하고, 한 단부로 지지 부재에 부착되고 다른 단부로 임팩트 헤드의 제 2 측면에 부착되는 적어도 제 2 굴곡 스프링을 포함하고, 상기 제 2 측면은 임팩트 헤드의 상기 제 1 측면의 반대 방향이다.

임팩트 실험 장치의 상기 실시예에 따른, 임팩트 헤드는 스프링-로딩 위치(로딩된 위치)와 임팩트 위치 사이의 선형 라인을 따라 제 1 및 제 2 굴곡 스프링에 대해 횡단 방향으로 이동 가능하다. 게다가, 시료 홀더는 상기 실험 시료 홀더에 수용된 실험 시료가 임팩트 헤드의 상기 임팩트 위치에 정렬되도록 임팩트 디바이스와 정렬된다. 이것은 임팩트 헤드가 로딩된 위치로부터 상기 선형 라인을 따라 임팩트 위치를 향해 이동한 후 시료에 정확히 충격이 가해지는 것을 가능케 한다. 선형 운동은 임팩트 헤드가 해체되자마자 실험 시료에 필요한 정확한 전단력을 제공하기 위해 중요하다. 임팩트 헤드의 선형 운동은 또한 실험 장치가 최소의 크기와 형상의 실험 시료에 실험을 실행하기 위해 반드시 필요하다.

게다가, 굴곡 스프링을 포함하는 상기-언급된 정렬을 사용하는 추가적인 이점은 상기 굴곡 스프링이 마찰력이 없고, 임팩트 헤드의 진동이 없는 선형 운동을 제공하며, 지지 부재에 대해 수직적인 정렬로 위치될 때 높은 강도라는 것이다.

상기-언급된 실시예에 대해, 제 1 및 제 2 스프링의 단부에 의해 한정된 직사각형을 형성하기 위해 항상 필요하지 않을 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 평행한 대응하는 스프링의 길이는 서로 변화해야 하고, 동일한 선형 효과, 즉 임팩트 헤드의 정확한 선형 움직임은 예를 들어, 강성과 같은, 스프링 특성을 변화시켜서 이뤄질 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에서, 상기 기술된 바와 같이, 마이크로-임팩트 실험 장치는 제 3 및 제 4 굴곡 스프링을 더 포함하는데, 이것은 상기 제 1 굴곡 및 제 2 굴곡 스프링과 적어도 실제적으로 동일하다. 제 3 및 제 4 굴곡 스프링은 제 1 및 제 2 굴곡 스프링과 같은 방식으로 지지 부재, 연결 요소 및 임팩트 헤드에 각각 연결된다.

대안적인 실시예에서, 상기 기술된 마이크로-임팩트 실험 장치는 오직 제 3 굴곡 스프링을 포함한다. 본 실시예에서, 제 3 굴곡 스프링의 한 단부는 지지 부재에 연결되고 굴곡 스프링의 다른 단부는 제 1 굴곡 스프링과 동일한 방식으로 연결 요소에 연결된다. 제 1 및 제 2 굴곡 스프링의 단부는 제 2 굴곡 스프링의 한 측면 상에 직사각형을 한정하고, 제 2 및 제 3 굴곡 스프링의 단부는 제 2 굴곡 스프링의 마주하는 측면 상에 직사각형을 한정한다. 굴곡 스프링의 특성은 임팩트 헤드가 상기 선형 라인을 따라 이동 가능한 것을 보장하도록 설계된다. 상기-언급된 임의의 실시예에서, 굴곡 스프링은 서로에 대해 적어도 실제적으로 중첩된 관계의 임팩트 헤드의 한 측면 상에 함께 정렬될 수 있다. 즉, 임팩트 헤드의 이동 방향에서 볼 때(평면도), 굴곡 스프링은 적어도 실제적으로 서로 중첩되게 나타날 것이다. 상기 실시예에서, 마이크로-임팩트 실험 장치의 굴곡 스프링이 적어도 실제적으로 서로에 대해 중첩된 관계에서 임팩트 헤드의 한 측면 상에 정렬되는 곳에서, 굴곡 스프링은 단일 연결 요소에 연결될 수 있다.

그러나, 본 발명의 추가의 예시적인 실시예에서, 장치는 굴곡 스프링의 제 2 세트를 더 포함할 수 있다. 굴곡 스프링의 제 2 세트의 각각의 굴곡 스프링은 적어도 실제적으로 상기 제 1 굴곡 스프링과 동일하다. 굴곡 스프링의 제 2 세트는 임팩트 헤드의 실제적으로 마주하는 측면 상에 다른 연결 요소에 연결된다. 상기에 언급된 바와 같이, 임팩트 헤드의 마주하는 측면 상의, 굴곡 스프링의 상기 제 2 세트의 굴곡 스프링은, 임팩트 헤드의 이동 방향에서 볼 때, 서로에 대해 적어도 실제적으로 중첩된 관계로 정렬된다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 임팩트 헤드의 양 측면 상의 굴곡 스프링의 정렬은 유리하게 상기 선형 라인과 대칭일 수 있다. 즉, 굴곡 스프링의 제 2 세트의 정렬은 실제적으로 굴곡 스프링의 제 1 세트의 정렬이 반사된다.

이 점에서, "실제적으로 반대"라는 용어는, 상기 언급된 바와 같이, 스프링의 제 1 및 제 2 세트가 거울 이미지, 즉 180도 떨어지게 위치될 수 있는 거울 이미지일 수 있다는 것을 의미하도록 사용될 수 있다는 것을 주지해야 한다. 그러나, 용어는 또한 스프링의 2개의 세트가 스프링의 2개의 세트 사이의 방사형 관계를 야기하는 주어진 각에 의해 분리된다는 것을 의미하도록 사용될 수 있고, 이 때 임팩트 헤드는 상기 선형 운동의 방향에서 보았을 때 원래 상태(origin)로 작동한다.

대안적으로, 스프링의 2개의 세트는 임팩트 헤드를 임팩트 헤드의 양 측면 상의 개별적인 연결 성분에 연결되는 실시예에서, 마주하는 측면 상의 스프링의 정렬은 또한 비대칭일 수 있다.

이 때에, 이전의 또는 후속하는 임의의 실시예에서, 굴곡 스프링이라는 용어는 스프링이 본 장치에 대해, 즉 단일 선을 따라 선형 방향 진동을 통해, 작용하는 방식에 관한 것이다. 굴곡 스프링의 선형 운동은 상기 단일 선에 따른 단-방향성이 되고, 이 때 굴곡 스프링은 로딩 위치(구부러진 상태)에서 언로딩 위치(구부러지지 않은 상태)로 해체되자 마자 상기 방향을 따라 선형적으로 이동한다.

따라서, 굴곡 스프링은 평평한(모놀리식) 스프링, 리프 스프링 또는 노치 스프링일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 노치 스프링은 예를 들어, 웨지와 유사한 형상 또는 그 주위 모서리에 따른 부분 적출 형상을 갖는 평평한 스프링일 수 있다. 노치 스프링이 굴곡될 때, 웨지형 부분은 해체되자마자 오직 원래 상태로 되돌아가기 위해서 편향된 상태로 팽창되거나 줄어들 수 있다. 굴곡 스프링의 의미는 또한 본 발명에 따른 임팩트 실험 장치의 임팩트 헤드의 탄성 필요 조건을 만족시키는, 예를 들어 유연한 빔을 포함하도록 확장된다.

마이크로-임팩트 실험 장치의 상기-언급된 실시예의 임팩트 헤드는 로딩(load) 성분, 코어 로딩(rod), 로딩 셀, 및 가격(striker) 헤드를 포함한다. 로딩 셀, 로딩 요소 및 가격기 헤드는 공동-축 정렬에서 코어 로딩에 의해 서로 연결될 수 있어서, 상기 정렬은 임팩트 헤드가 따라서 이동하도록 예정된 선형 배치라인을 따라 연장된다.

상기-언급된 실시예에서 가격 헤드는 임팩트 되자마자 마이크로일렉트로닉스 실험 시료 상에 전단력을 제공하기 위해 적응된다. 추가 실시예에서, 가격 헤드는 또한 실패의 다른 모드를 시뮬레이트하기 위해서 다른 방향의 힘을 적용하도록 적응될 수 있다. 이 점에서, 전단력의 적용 외에, 가격 헤드는 또한 (인장 강도 실험을 위해) 인장력을 적용할 수 있고 또는 예를 들어 알맞게 적응되고 적용된 경우 실험 시료 상의 (굴곡 실험을 위한)구부린 모멘트를 유발할 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에 따라, 지지 부재는 관통-구멍(through-hole)을 구비하고, 코어 로드은 상기 관통-구멍을 통해 연장되고 상기 관통-구멍으로부터 바깥쪽으로 수직하게 돌출한다. 돌출 단부 또는 코어 로드는 코어 로드의 (적용할 수 있는) 수동적인 이동을 돕기 위해 플런저를 포함한다. 코어 로드는 압축 스프링 또는 인장 스프링에 의해 추가로 지지될 수 있고, 압축/인장 스프링은 스프링의 한 단부가 지지 부재에 부착되고 스프링의 다른 단부가 코어 로드에 부착되도록 상기 관통-구멍 내에 코어 로드의 부분 상의 동축 상에 장착된다.

압축 스프링은 원형 칼라에 의해 작동될 수 있다. 원형 칼라의 반경은 코어 로드의 반경보다 더 크고 관통-구멍의 내부 벽 부분과 원형 칼라 사이의 슬라이딩 접촉을 허용한다. 원형 칼라는 임팩트 헤드의 상부와 접하고 코어 로드에 동축으로 정렬되어서, 코어 로드가 상승할 때 고정된 압축 스프링과 접촉할 때까지의 지점까지 상기 관통-구멍을 통과한다. 압축 스프링과 접촉한 후에, 코어 로드의 임의의 추가 변위는 압축 스프링을 압축하는 원형 칼라를 야기한다. 이러한 압축 또는 인장 스프링은 로딩된 위치로부터 해체될 때 가격 헤드의 속도를 더 증가시키기 위해 본 발명의 실시예에 제공된다.

로딩 과정 중에, 가격 헤드, 로딩 셀 및 로딩 요소를 포함하는, 전체 임팩트 헤드는 코어 로드에 의해 상기 선형 라인을 따라 이동된다. 이동 중에, 임팩트 헤드에 부착된 굴곡 스프링은 임팩트 헤드가 원래의 평형 위치에 되돌아가도록 편향된다. 추가적인 가속이 요구되는 실시예에서(상기 추가의 가속은 추가 위치 에너지를 포함하여 제공된다), 이전에 언급된 압축 또는 인장 스프링은 다음과 같이 포함될 수 있다.

예를 들어, 압축 스프링을 포함하는 상기 실시예에서 언급된 바와 같이, 임팩트 헤드가 로딩 위치에 들어가서, 코어 로드의 동축상에 정렬된 원형 칼라는 압축 스프링을 압축하기 시작하여 임팩트 헤드가 해체되자마자 운동 에너지로 전환될 수 있는 위치 에너지의 추가 방법을 생성한다.

로딩 셀 센서는 변환기인데, 힘을 측정 가능한 전기 출력으로 전환한다. 비록 여러 가지의 로딩 셀이 있지만, 압축 로딩 셀이 본 장치에 사용될 수 있다. 그러나, 압축 로딩 셀의 위치에서, 다양한 힘 변환기는 예를 들어, 피에조 전기 변환기와 변형 게이지와 같은 것이 사용될 수 있다. 이런 양상에서, 사용된 힘-측정 디바이스의 종류에 따라, 상기 센서는 임팩트 헤드 상에 직접적으로 또는 달리 위치될 수 있다.

다른 실시예에서, 마이크로-임팩트 테스팅 장치는 선형으로 변화하는 변위 변환기(LVDT) 센서를 포함한다. LVDT 센서는 지지 부재에 구현된다. 관통-구멍의 내부 벽 부분에 원통형으로 부착되고 지지 부재의 관통-구멍과 동축 상으로 정렬되도록 배열된다. 이와 같이, 코어 로드는 기껏해야 LVDT의 센서의 내부 표면과 슬라이딩 접촉될 수 있다. LVDT 센서는 코어 로드에 관한 변위 데이터를 제공하는데, 즉 임팩트 헤드 조립체의 속도와 가속도를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

LVDT는 일반적으로 제 1 자기 코일, 제 2 자기 코일 및 그 위치가 측정되는 물체(코어 로드) 상에 있는 플런저로 이루어져 있다. 본 장치에서, 코어 로드의 변위는 제 2 코일의 상호적인 인덕턴스가 제 1 코일에 대해 변하도록 야기하고, 제 1 코일에서부터 제 2 코일까지 유도된 상대 전압도 변화될 것이다. 이것은 코어 로드의 변위(및 부착된 충격 헤드 조립체)가 정확하게 측정되도록 한다. 코어 로드의 변위를 측정하기 위해서 LVDT를 사용하는 것과는 달리, 예를 들어 자기 저항력, 광학적 삼각형, 광전기, 위치 변위, 초음파, 및 가변 저항 기술 센서가 또한 사용될 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에서, 마이크로-임팩트 실험 장치는 가이드 성분에 의해지지 부재의 상부에 장착된 속도 제어 블록을 더 포함한다. 속도 제어 블록의 정확한 위치는 실제적으로 코어 로드(따라서, 임팩트 헤드도)의 위치와 같이 동일한 움직임 선형 라인을 따라 놓인다. 속도 제어 블록은 해체할 수 있는 방식으로, 지지 부재의 관통 구멍(through-hole)에서부터 특히 상부에 위치된 플런저까지 바깥으로 돌출하는 코어 로브부에 부착하기 위한 부착 수단을 갖는다. 이것은 속도 제어 블록이 코어 로드의 상부가 돌출한 부분과 맞물리도록 하여, 임팩트 위치에 도달할 준비가 될 때까지 장전 위치의 전체 임팩트 헤드 조립체와 코어 로드를 고정시킨다. 코어 로드의 돌출부의 상부는, 이전에 언급한 바와 같이 플런저를 포함할 수 있다. 상기 플런저는 임팩트 헤드가 장전 위치에 있을 때 속도 제어 블록으로부터 코어 로드의 부착과 탈착을 돕는 기능을 한다.

가이드 성분은 상기 선형 라인을 따라 속도 제어 블록의 조절이 제공되는데, 따라서 임팩트 헤드에 관한 굴곡 스프링의 변형의 정도를 조절한다. 즉 이것은 임팩트 헤드 조립체의 위치 에너지를 변화시킨다. 사용된 가이드 성분은 상기 선형 라인을 따라 이동 가능한 속도 제어 블록을 허용하는 한, 슬라이드 레일 또는 슬롯 시스템일 수 있다.

속도 제어 모듈을 포함하는 실시예에서, 부착 수단은, 기계 나사, 클램핑 디바이스 또는 자석일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 자석은 각각 전류의 스위치를 온 및 오프해서 활성화되고 비활성화되는 전자석의 형태일 수 있다.

이전의 모든 실시예는 본 장치를 위한 시료 홀더를 포함한다. 시료 홀더는 시료-클램핑 디바이스, 장착 플레이트, 3차원으로 이동 할 수 있는 스테이지를 포함한다. 장착 플레이트는 이동할 수 있는 스테이지 상에 장착된다. 실험 시료를 클램핑 하기 위해 시료-클램핑 디바이스는 장착 플레이트의 상부에 부착된다. 스테이지(따라서 클램프)의 위치는 각각 X, Y, 및 Z 방향을 위한 3개의 마이크로미터에 의해 X, Y 및 Z 축에서 정확하게 조절 가능하다. 또한 시료를 포함하여 실험 시료 상의 충격의 각도-주어진 각도(θ)만큼 회전하는 클램핑 디바이스를 조절할 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에서, 마이크로 임팩트 실험 장치의 시료 홀더는 현미경 또는 전하 결합 디바이스(CCD) 비디오 카메라 또는 이런 것의 조합체를 더 포함한다. 현미경은 정확한 임팩트 위치를 가격하기 위해 시료 홀더에서 매우 작은 실험 시료의 정확한 위치를 모니터하고 확인하는 것을 허용한다.

마이크로-임팩트 실험 장치의 또 다른 실시예에서, 상기 장치는 실험 시료 온도 변화 디바이스를 더 포함한다. 실험 시료 온도-변화 디바이스는 예를 들어, -40℃ 내지 100℃의 넓은 범위에서 실험 시료를 둘러싸는 환경의 온도를 변화시키도록 적응될 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 제 2 양상에 따라, 임팩트에 노출된 마이크로전자기기 시료의 임팩트 특징을 측정하기 위한 마이크로-임팩트 실험 장치는 실험될 시료를 수용하기 위한 시료 홀더와, 임팩트 디바이스를 포함한다. 임팩트 디바이스는 임팩트 헤드, 지지 부재, 한 단부에서 지지 부재에 부착되고 다른 단부에서 임팩트 헤드의 제 1 측면에 부착될 적어도 제 1 굴곡 스프링을 포함한다. 임팩트 디바이스는 또한 적어도 실제적으로 상기 제 1 굴곡 스프링과 동일하며, 한 단부로 지지 부재에 부착되고 다른 단부로 임팩트 헤드의 제 2 측면에 부착되는 적어도 제 2 스프링을 포함하는데, 상기 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 실제적으로 마주한다.

본 발명의 양상에 따른 임팩트 헤드는, 스프링이 로딩된 위치와 임팩트 위치 사이의 선형 라인을 따라 굴곡 스프링에 관해 횡단 방향으로 이동할 수 있다. 시료 홀더는 임팩트 디바이스와 정렬되어 시료가 임팩트 헤드의 상기 임팩트 위치에 정렬되어서 임팩트 헤드는 해체되자 마자 상기 선형 라인을 따라 임팩트 위치를 향해 로딩된 위치로부터 이동한 후 시료 상에 충격을 줄 수 있다.

본 발명의 이런 양상의 추가 실시예에 따라서, 장치는 추가되는 실제적으로 동일한 굴곡 스프링의 짝수 개수를 더 포함할 수 있다. 짝수의 굴곡 스프링은 제 1 및 제 2 굴곡 스프링의 방법과 동일한 방법으로 장치의 각각의 구조적인 성분에 연결되어, 굴곡 스프링의 동일한 개수가 임팩트 헤드의 양 측면에 부착된다.

전형적인 실시예에서, 굴곡 스프링은 나란히 정렬된 방식의 임팩트 헤드의 양 측면 상에 정렬될 수 있는데, 즉 스프링은 단일 평면 상에 놓여있을 수 있다. 대안적으로, 임팩트 헤드의 양 측면 상에 있는 굴곡 스프링은, 임팩트 헤드의 이동 방향에서 보았을 때, 적어도 실제로 서로 중첩된 관계로 배열될 수 있다.

상기 선형 라인을 따라 임팩트 헤드의 이동을 허용하기 위해서, 상기 기술된 본 발명의 제 2 양상에 따른, 마이크로-임팩트 실험 장치의 굴곡 스프링은, 세로방향에서 약간의 탄성력을 가져야 한다는 것을 추가로 주지해야 한다. 대안적으로, 굴곡 스프링은 동일하게 구부러질 때, 발생하는 굴곡 스프링의 길이의 변화가 설명되도록 임팩트 헤드 및/또는 지지 부재에 부착될 수 있다. 이것은 임팩트 헤드가 굴곡 스프링이 슬라이딩 가능하게 지지되는 리세스를 포함하는 경우 성취될 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 한 가지 중요한 특징은, 스프링-로딩된 위치와 임팩트 위치 사이의 임팩트 헤드의 정확한 선형 이동이 보장되는 방식으로, 임팩트 헤드가 굴곡 스프링에 의해 매달려지는, 마이크로-임팩트 실험 장치가 제공된다는 것을 추가로 주지해야 한다. 비록 본 발명에 따른 마이크로-충격 실험 장치의 다른 측정 실시예가 지금까지 기술되었지만, 상기 필수 조건을 만족하는 다른 실시예가 또한 본 발명의 범위와 사상 내에 있어야한다는 것을 이해해야 한다.

예시로서, 본 발명의 제 1 양상에 관해 기술된 굴곡 스프링은 반드시 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 한 굴곡 스프링은 다른 하나 보다 더 길 수 있다. 굴곡 스프링에 관한 특징은 본 발명의 일부 실시예에 사용된 모든 굴곡 스프링에 의해 형성된 서스펜션 시스템을 통해 임팩트 헤드의 상기 선형 이동을 보장하기 위해서 공동으로 설계되어야만 한다.

상기 언급되고 후속하는 모든 실시예는 수직적으로 또는 수평적인 방식으로 정렬될 수 있다는 것을 또한 주지해야 한다. 수직적인 정렬은 임팩트 헤드가 놓은 중력의 위치 에너지의 위치에서부터 낮은 중력의 위치 에너지로 이동하는 것과 같이 중력의 효과가 사용되는 것일 수 있다. 수평적인 정렬에서는, 중력은 활동하지 않았지만, 필요한 위치 에너지는 굴곡 스프링의 효과로 인해, 적용될 수 있는 곳에서, 추가적인 압축(또는 비틀림) 스프링과 조합하여 단독으로 생성된다.

다음의 첨부되는 도면, 본 발명의 상세한 설명과, 실시예는 마이크로-임팩트 실험 장치와 본 발명에 따른 다양한 실시예의 이해를 추가로 도울 것이다. 그러나, 사익0 도면과 실시예는 예증된 실시예에 본 발명을 제한하도록 해석되어선 안 된다.

도 1은 시료 홀더, C-형상의 지지 부재 및 임팩트 헤드 조립체를 포함하는, 본 발명에 따른 마이크로-임팩트 실험 장치의 사시도.

도 2는 임팩트 헤드가 연결 성분에 의해 C-형상지지 부재에 간접적으로 연결된, 도 1의 예시적인 실시예의 측면도.

도 3은 임팩트 헤드가 단일 굴곡 스프링에 의해 연결 성분에 직접적으로 연결된, 도 2 의 다른 예시적인 실시예의 측면도.

도 4는 굴곡 스프링이 임팩트 헤드를 기울어진 지지 부재에 연결한 임팩트 실험 장치의 추가적인 실시예를 도시한 도면.

도 5는 임팩트 헤드의 양 측면이 굴곡 스프링을 통해, 180° 떨어지게 연결되고, 연결 성분을 통해 대칭적인 방식으로 뒤집어진 U형 지지 부재에 간접적으로 연결되는, 도 4에 도시된 추가 예시적인 실시예를 도시한 도면.

도 6은 2개의 굴곡 스프링을 가진 본 발명의 제 2 양상의 실시예로서, 각각은 임팩트 헤드의 마주하는 측면에 부착되는 한 단부와, 뒤집어진 U형 지지 부재에 직접적으로 부착되는 다른 단부가 있는, 2개의 굴곡 스프링을 가진 본 발명의 제 2 양상의 실시예를 도시한 도면.

도 7은 2쌍의 스프링이 대신에 뒤집어진 U형 지지 부재를 임팩트 헤드에 직 접적으로 연결하는 것을 제외하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 양상의 예시의 측면도.

도 8은 임팩트 실험하는 동안 임팩트 헤드에 의해 가격되기 전의 실험 시료(땜납 조인트)를 도시한 도면.

도 9a 내지 도 9c는 다양한 모드의 실패를 시뮬레이트하기 위해서 각각 가능한 정렬과 기판의 적용과 헤드의 가격을 도시한 도면.

도 10은 본 장치를 사용하여 임팩트 실험을 조건으로 할 때 다양한 주석을 주원료로 하는 땜납 합금에 대한 시간에 따른 하중을 도시한 도면.

계속해서, 본 발명의 다양한 실시예의 예시는 첨부된 도면을 참조를 포함하여 기술된다.

도 1은 시료 홀더(12, 13, 14 및 15)와 C-형 지지 부재(7)와 임팩트 헤드(112)를 포함하는, 본 발명에 따른 마이크로-임팩트 실험 장치의 사시도를 도시한다. 임팩트 헤드는 가격 헤드(2), 하중 셀(5), 하중 성분(4)과 코어 로드(8)를 포함한다. 조립체(112)의 상부에 특히 코어 로드 상에 플런저(32)가 장착되고, 다음의 모든 실시예에 존재한다.

실시예는 또한 이동하는 성분, 즉 임팩트 헤드(112)의 임팩트 에너지를 생성하기 위해 4개의 굴곡 스프링(101, 102, 103 및 104)을 포함한다. 속도 제어 블록(9)은 C-형 지지 부재(7) 상부에 장착되고 장치의 로딩하는 동안 제 위치에 플런저(32)를 고정하기 위해 사용한다. 후속해서, 속도 제어 블록(9)은 플런저(32)를 해체할 수 있고, 따라서, 임팩트 헤드 조립체(112)도 마찬가지이다. 지지 부재(7) 위의 속도 제어 블록(9)의 높이는 슬라이딩 가이드(11)에 의해 조절 가능하다. 속도 제어 블록(9)은 플런저(32)를 고정하고, 후에 플런저를 해체할 수 있는 부착 메커니즘(10)을 포함한다. 슬라이딩 가이드(11) 상의 속도 제어 블록(9)의 장착은 굴곡 스프링(101, 102, 103 및 104)이 속도 제어 블록(9)의 높이를 통해 제어되는 다양한 변형을 허용한다. 상기 속도 제어 블록(9)의 다양한 높이는 임팩트 헤드 조립체(112)의 해체 전에 굴곡 스프링(101, 102, 103 및 104)에 의해 제공되는 위치 에너지의 변화에 대응한다.

상기에 언급된 바와 같이, 도 1의 실시예는 시료 홀더(12, 13, 14 및 15)를 또한 포함한다. 시료 홀더(12, 13, 14 및 15)는 스테이지(14), 시료-클램핑 디바이스(12), 장착 플레이트(13) 및 3개의 마이크로미터를 포함한다. 스테이지(14)는 시료 위치 조절을 위한 3개의 축에서 이동 가능하다. 시료-클램핑 디바이스(12)는 장착 플레이트(13) 상에 단단히 장착된다. 즉 장착 플레이트(13)는 스테이지(14) 상에 장착된다. 스테이지(14)의 위치는 X, Y 및 Z 방향의 3개의 마이크로미터(15)에 의해 정확하게 조절할 수 있다.

또한 주어진 각도(θ)에 대하여 회전할 수 있는 시료 홀더를 포함하여 시료 상에 임팩트의 각도를 조절할 수 있다. 추가적인 예시적인 실시예에서, 현미경(미도시)은 정확한 시료 정렬이 포함될 수 있다. 이러한 실시예에서, 현미경은 장치의 전면으로부터(즉, 굴곡 스프링의 길이를 따라)의 및/또는 측면으로부터(굴곡 스프링의 폭을 따라)의 방향인, 2 방향의 정렬을 모니터하기 위해 위치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 한 예시적인 실시예의 측면도를 도시하는데, 임팩트 헤드(112)가 연결 성분(200)에 의해 C-형 지지 부재(7)에 간접적으로 연결된다. 굴곡 스프링(102 및 103)은 임팩트 헤드의 한 측면을 연결 성분(200)에 연결한다. 상기 언급된 바와 같이, 임팩트 헤드 조립체(112)의 가격 속도는 주로 굴곡 스프링(101, 102, 103 및 104)에 의해 제어된다.

로딩 과정 중에, 상기 언급된 바와 같이, 임팩트 헤드 조립체(112)는 속도 제어 블록(9)을 향해 변위된다. 임팩트 헤드 조립체(112)의 변위와 속도 제어 블록(9)에 후속적인 플런저(32)를 부착하는 동안, 굴곡 스프링(102 및 103)은 변위 방향으로 편향된다. 이에 따라, 굴곡 스프링(102 및 103)의 편향은 임팩트 헤드(112)가 연결 성분(200)을 향해 위와 아래로 이동하게 한다(즉, 굴곡 스프링의 길이를 따라 안쪽으로). 이에 따라, 연결 성분(200)은 또한 임팩트 헤드(112)의 상기-언급된 변위의 방향으로 이동한다. 굴곡 스프링(101 및 104)의 상응하는 윗 방향 편향은 임팩트 헤드(112)를 향해 이동하기 위한 연결 성분(200)을 야기한다(즉, 상기 굴곡 스프링의 길이를 따라 바깥쪽으로).

따라서, 연결 성분(200)의 바깥쪽 이동과 임팩트 헤드(112)의 안쪽 이동(상기 이동은 동일한 속도에서 발생함)은 단일 평면(직선)에서 임팩트 헤드(112)를 유지하는 보상 효과를 야기하는데, 임팩트 헤드가 중성 평형 위치(언로딩 상태)에서 로딩 위치 사이로 윗 방향으로 이동하기 때문이다.

임팩트 헤드(112)의 가격 속도는 또한 도시된 바와 같이 C-형 지지 부재(7)의 관통-구멍으로 압축 스프링(16)의 삽입에 의해 증가될 수 있다. 도면에서, 압축 스프링(16)은 코어 로드(8)에 동축상에 장착된다. 코어 로드(8)는 상기 압축 스프링(16)과 슬라이딩 접촉일 수 있다. 압축 스프링(16)의 프리로딩은 나사 블록(17)에 의해 조절될 수 있다. 임팩트 헤드 조립체(112)는 속도 제어 블록(9)을 향해 이동할 때, 압축 스프링(16)은 원형 칼라(18)에 의해 압축되는데, 코어 로드(8)와 동축으로 장착되고 본 명세서에 기재된 바와 같은 기능을 하기 위해 이전 및 후속하는 실시예에 있을 수 있다. 압축 스프링(16)에 의해 생성되는 추가의 위치 에너지는 이미 임팩트 헤드(112)에 사용 가능한 위치 에너지에 추가된다. 해체되자 마자, 압축 스프링(16)에 의해 생성되는 추가의 위치 에너지는 운동 에너지로 전환되고, 이에 따라 실험 하의 땜납 조인트 시료에 충격을 주기 위해서 선형 경로를 따라 가격 헤드(2)를 보낸다.

본 실시예의 C-형 지지 부재(7)는 또한 LVDT 센서(6)가 정렬되는 관통-구멍을 포함한다. 상기-언급된 압축 스프링(16), 나사 블록(17) 및 코어 로드(8)의 정렬은 상기 관통-구멍 내에서 실행된다. 코어 로드(8)는 압축 스프링(16)을 통과하고 코어 로드(8)의 일부와 함께 동축으로 정렬된 관통 구멍 내의 LVDT 센서(6)는 관통 구멍의 상부로부터 돌출한다. 약 관통 구멍의 반 정도에, 조이는 부분의 형상이 있는데, 상기 조이는 부분은 감소된 직경의 계단 형상이다. 감소된 직경이 있는 관통-구멍의 일부{속도 제어 블록(9)의 측면 상의 개구부에 가깝게 위치된}는 코어 로드가 기껏해야 LVDT 센서(6)와 슬라이딩 접촉하는데 충분하다. LVDT 센서(6)는 관통 구멍의 상기 감소된 직경 부분의 내벽을 따라 위치되고 기껏해야 코어 로드(8)와 슬라이딩 접촉될 수 있다.

도 3은 도 2의 다른 예시적인 실시예의 측면도를 도시하는데, 임팩트 헤드 조립체(112)는 단일 굴곡 스프링(102)에 의해 연결 성분(200)에 직접적으로 연결된다. C-형 지지 부재(7)는 일반적으로 C-형의 자유 단부에서 안쪽으로 구부러진 부분을 갖는다. 실시예에서 도시된 바와 같이, 상기 안쪽으로 구부러진 부분의 구부러진 정도는 직각의 구부러진 정도와 실제적으로 동일하지만, 이에 제한되지 않는다. 안쪽으로 구부러진 부분에서 굴곡 스프링(101 및 104)의 한 단부는 연결 성분(200)에 연결된 다른 단부와 함께 C-형 지지 부재(7)에 연결된다. 굴곡 스프링(101 및 104)은 상기 굴곡 스프링이 서로 평행하도록 유사한 방식으로 연결된다. 제 3 굴곡 스프링(103)의 정렬은 또한 상기 스프링(101 및 104)에 평행하다. 특정 실시예에서, 3개의 굴곡 스프링(101, 103 및 104)의 길이에 대해, 동일한 길이이다. 그러나, 상기 언급한 바와 같이, 각각의 스프링의 길이는 임팩트 헤드(112)가 상기 기술된 선형 방식으로 이동하는 최종 결과를 제공하여 각각의 개별적인 스프링의 강성 특성에 따라 달라질 수 있다.

본 실시예의 이동은 상기 기술된 바와 매우 유사하다. 임팩트 헤드(112)는 로딩 위치로 상승될 때, 호 형태로 이동하려는 경향이 있어서, 임팩트 헤드(112)는 조립체(112)와 연결 성분 사이의 거리가 감소된다. 이런 이동은 스프링(102)이 위를 향해 굴곡되고 C-형 지지 부재(7)의 상위 수평 부분을 향해 구부러지기 때문에 발생한다.

그러나, 임팩트 헤드(112)의 상승은 또한 동시적으로 연결 성분(200)이 상승되는 것을 야기한다. 연결 성분(200)의 위 방향으로의 이동으로 인해, 스프링(104 및 102)은 또한 위 방향으로 굴곡되고, 상기 기재된 바와 같이, 연결 성분(200)과 간접적으로 부착된 임팩트 헤드(112)가 바깥쪽으로 이동하도록 야기한다.

따라서, 연결 성분(200)에 대한 임팩트 헤드(112)의 거리가 위 방향으로 이동하는 동안 감소되지만, C-형 지지 프레임(7)의 수직부에 대한 연결 성분(200)의 거리는 동시적으로 증가하는데, 즉 연결 성분이 바깥쪽으로 이동한다. 2가지의 이동의 조합은 서로 상쇄되고 단일 수직 평면 내에 유지된 임팩트 헤드 조립체(112)를 야기한다. 이에 따라, 조립체(112)의 이동은 선형적이고 상기 조립체는 로딩 위치 사이에서 임팩트 위치로 이동한다.

도 4는 임팩트 실험 장치의 추가 실시예의 예시인데, 4개 쌍의 굴곡 스프링(101, 102, 103, 및 104)이 임팩트 헤드 조립체(112)의 마주하는 측면 상의 기울어진 지지 부재(400)에 연결된다. 기울어진 지지 부재(400)는 예를 들어, 평면도로 바라본 경우, V-형을 형성하기 위해 중간 축에 대해 측면으로 구부러진 뒤집어진 U-형 지지 부재(30)로서, 또는 함께 연결된 2개의 C-형 지지 부재로서 본질적으로 생각할 수 있다. 도 4의 실시예에 도시된 V-형의 각도는 90°이다. 그러나, 추가 실시예에서, 각도는 0°내지 180°의 범위 사이의 임의의 곳에 변경될 수 있다.

각각의 쌍의 굴곡 스프링(101, 102, 103 및 104)은 각각의 수평 평면 내에 놓이는데, 즉 적어도 평면 당 2개의 굴곡 스프링은, 조립체(112)의 양 측면에 정렬된다. 즉, 조립체(112)의 마주하는 측면 상의 굴곡 스프링의 정렬은 본질적으로 굴곡 스프링의 제 1 세트의 거울 이미지일 수 있다. 예를 들어, 굴곡 스프링의 쌍(102 및 103)은 임팩트 헤드 조립체(112)의 로딩 성분(4)에 부착된다. 굴곡 스프링의 나머지 쌍은 기울어진 지지 부재(400)에 연결 성분(200)을 연결한다.

도 5는 본 발명의 제 1 양상의 추가의 예시적인 실시예를 예증한다. 본 예시적인 실시예에서, 임팩트 헤드(112)의 마주하는 측면은 2개의 연결 성분(200)을 통해 뒤집어진 U-형 지지 부재(30)에 간접적으로 연결된다. 본 예시적인 실시예에서, 임팩트 헤드는 로딩 성분(4), 로딩 셀(5), 가격 헤드(2) 및 코어 로드(8)를 포함한다. 로딩 성분(4)의 2개의 마주하는 단부는 양쪽의 연결 성분(200)에 4개 쌍의 굴곡 스프링(101, 102, 103 및 104)을 통해 부착되고, 임팩트 헤드 조립체(112)의 마주하는 측면에 위치된다. 로딩 성분에 굴곡 스프링(102 및 103)의 정렬은 도 1 및 도 2의 정렬과 동일하다. 연결 성분(200)은 굴곡 스프링(101 및 104)의 추가의 2개 쌍을 통해 뒤집어진 U-형 지지 부재(30)에 연결된다. 임팩트 헤드에 관한, 연결 성분(200)과 굴곡 스프링(101, 102, 103 및 104)의 쌍의 정렬과 배열은 굴곡 스프링(101, 102, 103 및 104)과 연결 성분(200)이 선형 변위의 경로에 대해 대칭적이다. 본질적으로, 상기 실시예의 굴곡 스프링의 정렬은 직접적으로 마주하는 방식 또는 서로에 대한 각에서 임팩트 헤드의 양측 상에 있을 수 있다.

임팩트 헤드 조립체(112)가 로딩하는 동안, 코어 로드(8)는 위 방향으로 변위되어 굴곡 스프링(102 및 103)으로 하여금 속도 제어 블록(9)을 향해 편향되도록 한다. 속도 제어 블록(9)은 2가지 방식으로 임팩트 헤드 조립체에 부착될 수 있다. 첫째, 속도 제어 블록(9)은 플런저(32)에 도달하기 위해서 슬라이딩 가이드(11)를 따라 조절될 수 있고, 또는 대안적으로, 제 2 예시로 플런저(32)는 속도 제어 블 록(9)을 향해 당겨진다. 두 방법에서, 플런저(32)가 속도 제어 블록(9)에 도달하자마자, 부착 수단(10)은 연속적으로 해체될 때까지 상기 미리 결정된 높이에서 플런저(32)를 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 본 실시예의 연결 성분의 효과는 상기 기재된 바와 동일하다. 코어 로드가 속도 제어 블록(9)을 향해 충분히 변위되는 경우와 나사 블록(17)이 압축 스프링(16)의 임의의 선-로딩을 허용하는 경우, 원형 칼라(18)는 임팩트 헤드 조립체(112)에 추가의 위치 에너지를 제공하기 위해 압축 스프링(16)을 압축하도록 추가로 작동할 것이다.

도 6은 임팩트 실험 장치의 제 2 양상의 실시예의 예증의 측면도인데, 임팩트 헤드 조립체(112)의 마주하는 측면은 뒤집어진 U-형 지지 부재(30)에 직접적으로 연결된다. 도 1 내지 도 5에 도시된 상기 실시예에서와 같이, 임팩트 헤드(112), 코어 로드(18) 및 속도 제어 블록(9)의 부착/탈착의 정렬은 수직적이고 동일 직선상에 있다. 예시적인 실시예에서, 로딩 성분(4)은 굴곡 스프링(101)의 쌍을 통해 뒤집어진 U-형 지지 부재(30)에 직접적으로 부착된다. 굴곡 스프링(101)은 고정적이지 않은 슬라이딩 방식으로 로딩 성분(4)에 부착되어 임팩트 헤드(112)가 로딩될 때, 굴곡 스프링(101)의 단부 일부는 로딩 성분(4) 내에 슬라이딩된다. 즉, 로딩 성분(4)은 예를 들어 굴곡 스프링의 상기 단부 일부가 슬라이딩할 수 있도록 정렬되는 작은 리세스를 가질 수 있다.

대안적으로, 굴곡 스프링(101)은 존재하는 탄성 변형의 일정한 정도를 허용하는 이러한 물질일 수 있다. 즉, 측 방향(가로방향)으로 탄성력 있게 떨어져 있는 굴곡 스프링(101)은 또한 길이 방향(세로방향)으로 탄성력이 있을 수 있다.

도 7은 각각 임팩트 헤드의 마주하는 측면에 부착된 한 단부와, 뒤집어진 U-형 지지 부재(30)에 직접적으로 부착된 다른 단부가 있는, 2쌍의 굴곡 스프링(101, 102)을 가진 도 6의 추가 실시예의 측면도이다. 상기에 기술된 바와 같이, 로딩 과정은 도 6에 기술된 실시예와 계속 동일하다. 도 6의 실시예와 도 7의 실시예를 구별하는 특징은 하중 성분(4)을 뒤집어진 U-형 지지 부재(30)에 연결하기 위한 추가 쌍의 굴곡 스프링(102)의 존재이다. 추가 굴곡 스프링(102)은 제 1 쌍의 굴곡 스프링(101)과 비슷한 방식으로 병렬식으로 하중 성분(4)에 부착된다.

도 8은 임팩트 실험하는 동안에 가격 헤드(2)에 의한 땜납 조인트의 가격(striking)을 도시한다. 시료 고정 조립체는 베이스 고정 블록(12a) 및 클램핑 성분(12b)을 포함한다. 실험 시료(3)는 나사(12c)에 의해 고정될 수 있다. 가격 헤드(2)가 도 7에 도시된 방향인 선형 방향으로 이동하면, 전단력은 실험 시료(3) 상에 동일한 방향으로 가해질 것이다.

도 9a 내지 도 9c는 실패의 다양한 양식을 시뮬레이팅하기 위해 각각 가능한 배열, 기판의 적용 및 가격 헤드를 도시한다. 도 9a는 추가 실시예에서, 인장력이 필요할 때, 어떻게 가격 헤드(2)가 실험 시료(3)의 강도를 실험하기 위해 적응될 수 있는지를 도시한다. 도시된 실시예에서, 가격 헤드(2)는 대칭하는 공통 선에 대해 바깥으로 연장되는 2개의 암을 포함한다. 도시된 실험 시료(땜납 볼)(3)는 2개의 기판을 연결하고 임팩트는 상부 기판이 고정된 하부 기판에 대향하여 가격 헤드(2)의 양 암에 의해 유도된다. 이것은 실험 시료(3)가 실패하기 전에 인장력이 균일한 상태가 되도록 야기한다.

도 9b는 어떻게 인장력 실험이 실행되는가를 도시하는 추가의 예시적인 실시예이다. 특정 실시예에서, 임팩트 힘은 낮은 기판의 한 측면에 적용된다. 이에 따라, 본 실시예(미도시)에서 가격 부재는 이전 실시예의 2개의 암이 필요하지 않다.

도 9c는 본 발명의 임팩트 시험 장치를 사용하는 굴곡 실험 실행의 예시이다. 본 실시예에서, 가격 헤드(2)는 상부 기판에 힘을 적용한다. 동시에, 바닥 기판은 적어도 2개의 힘이 적용되어 상부 기판 상의 힘의 방향은 하부 기판 상에 적용된 2개 힘의 방향 사이를 지나간다. 이에 따라, 실험 시료(3)가 부착될 기판이 구부러지는 것을 야기하는 결과를 낳는다. 도 9a의 실시예에서 사용된 가격 헤드는 상기 굴곡 실험을 실행할 때 바닥 기판에 임팩트를 가하기 위해서 사용될 수 있다.

도 10은 도 2에 도시된 실시예를 사용하는 임팩트 실험에 주로 사용되는 다양한 주석을 주원료로 하는 땜납 합금에 대한 시간 당 하중 그래프를 도시한다. 샘플은 유기 표면 보호(OSP) 처리가 된 유기 기판에 장착된 400㎛의 땜납 볼로 이루어져 있다. 마이크로 임팩트 실험 장치를 사용하는 다양한 실험 샘플에 적용되는 전단 속도는 600mm/s이다. 도 8에 도시된 결과는 샘플(a)와 (b)가 샘플(c)-(e)보다 더 연성이 있다는 것을 도시한다.

다양한 실시예의 상기 기재 사항은 예증과 설명을 목적으로 기술되었다. 본 발명은 철저한 발명으로도 또는 기재된 정확한 형식에 본 발명을 제한하기 위해 의도되지 않았고, 명백히 많은 수정과 변경이 기재된 가르침에 의해 가능하다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 한정되도록 의도된다.

본 발명은 마이크로일렉트로닉 내부연결을 임팩트 실험 분야, 더 구체적으로, 상기 마이크로일렉트로닉 내부연결의 임팩트 특성을 실험하기 위한 장치에 사용 가능하다.

Claims (19)

1. 임팩트에 노출된 마이크로일렉트로닉스(microelectronics) 시료의 임팩트 특성을 측정하기 위한 마이크로-임팩트 실험 장치로서,

   실험하게 될 시료를 수용하기 위한 시료 홀더와,

   임팩트 디바이스를 포함하는 장치로서,

   상기 임팩트 디바이스는,

   임팩트 헤드, 지지 부재, 적어도 하나의 연결 성분, 제 1 굴곡 스프링과, 상기 제 1 굴곡 스프링과 적어도 실제 동일한 제 2 굴곡 스프링을 포함하는 임팩트 디바이스를 포함하며,

   상기 지지 부재는 연결 성분과 연결되어 제 1 굴곡 스프링은 한 단부로 지지 부재에 단단히 부착되고, 다른 단부로 연결 성분에 단단히 부착되며,

   상기 연결 성분은 임팩트 헤드와 연결되고 제 2 굴곡 스프링은 한 단부로 연결 성분에 단단히 부착되고 다른 단부로 임팩트 헤드에 단단히 부착되어서 굴곡 스프링의 언로딩된 상태에서, 제 1 및 제 2 굴곡 스프링의 단부는 직사각형을 한정하고, 이에 따라 임팩트 헤드는 스프링-로딩된 위치와 임팩트 위치 사이의 선형 라인을 따라 제 1 및 제 2 굴곡 스프링에 대해 횡단 방향으로 이동 가능하고,

   상기 시료는 상기 임팩트 헤드의 상기 임팩트 위치에 정렬되도록 상기 시료 홀더는 임팩트 디바이스와 정렬되어서 상기 임팩트 헤드는 상기 로딩된 위치로부터 해체되자마자 상기 선형 라인을 따라 임팩트 위치를 향해 로딩된 위치로부터 이동 한 후에 시료 상에 충격을 줄 수 있는,

   마이크로-임팩트 실험 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 굴곡 스프링과 적어도 실제 동일한 제 3 및 제 4 스프링을 더 포함하고, 상기 제 3 및 제 4 굴곡 스프링은 제 1 및 제 2 굴곡 스프링과 동일한 방식으로 지지 부재, 연결 성분, 임팩트 헤드에 각각 연결되는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 제 3 굴곡 스프링을 더 포함하고, 제 3 굴곡 스프링은 제 1 굴곡 스프링과 동일한 방식으로 지지 부재와 연결 성분에 연결되어서, 제 1 및 제 2 굴곡 스프링의 단부는 제 2 굴곡 스프링의 한 측면 상에 직사각형을 한정하고, 제 2 및 제 3 굴곡 스프링의 단부는 제 2 굴곡 스프링의 마주하는 단부 상에 직사각형을 한정하며, 굴곡 스프링의 특성은 임팩트 헤드가 상기 선형 라인을 따라 이동하는 것을 보장하기 위해서 설계되는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴곡 스프링은 임팩트 헤드의 이동 방향에서 보았을 때, 적어도 실제 서로 중첩된 관계의 임팩트 헤드의 동일한 측면 상에 정렬된, 마이크로-임팩트 실험 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴곡 스프링은 한 연결 성분에 연결되고, 임팩트 헤드의 이동 방향에서 보았을 때 적어도 실제 서로 중첩된 관계의 임팩트 헤드의 한 측면 상에 정렬되며, 장치는 적어도 실제 상기 굴곡 스프링과 동일하고, 임팩트 헤드의 이동 방향에서 보았을 때 적어도 실제 서로 중첩된 관계의 임팩트 헤드의 마주하는 측면 상의 다른 연결 성분에 연결된 굴곡 스프링의 제 2 세트를 더 포함하여, 굴곡 스프링의 정렬과 굴곡 스프링의 제 2 세트는 상기 선형 라인과 대칭인, 마이크로-임팩트 실험 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴곡 스프링은 모놀리식(monolithic) 스프링, 리프(leaf) 스프링 또는 노치(notch) 스프링인, 마이크로-임팩트 실험 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임팩트 헤드는 로드 성분, 코어 로드, 로드 셀 및 가격 헤드를 포함하고, 상기 로드 셀, 로드 성분, 가격 헤드는 가격 헤드와 코어 로드가 상기 선형 라인을 따라 연장되도록 코어 로드에 의해 연결되는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 가격 헤드는 충격을 가하자마자 마이크로일렉트로닉스 실험 시료 상에 전단력을 가하기 위해 적응된, 마이크로-임팩트 실험 장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 지지 부재는 관통 구멍(through-hole)을 구비하고 코어 로드는 상기 관통 구멍을 지나 연장되고 상기 관통 구멍으로부터 바깥으로 돌출되며, 코어 로드 상에 동축으로 장착된 스프링에 의해 지지되고, 스프링의 한 단부는 지지 부재에 부착되고 스프링의 다른 단부는 코어 로드에 부착되는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 관통 구멍과 동축이고 원통형으로 지지 부재에 주위에 삽입된 선형 변형 가능한 변위 변압기(LVDT) 센서를 더 포함하여, 코어 로드는 많아봐야 상기 LVDT 센서의 내면과 슬라이딩 접촉하는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 임팩트 헤드를 상기 로딩 위치로 프리로딩하기 위해서 지지 부재의 관통 구멍으로부터 바깥쪽으로 돌출하는 코어 로드의 일부분에, 해체 가능한 방식으로, 부착되기 위한 부착 수단을 가진 속도 제어 블록을 더 포함하는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 부착 수단은 기계 나사, 클램핑 디바이스 또는 자석인, 마이크로-임팩트 실험 장치.
13. 제 11 항에 있어서, 속도 제어 블록은 선형 라인을 따라 속도 제어 블록의 조절을 제공하는 가이드 성분을 통해 지지 부재에 장착되어, 임팩트 헤드의 로딩 위치, 이에 따라 프리로딩 위치를 조절하는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 시료 홀더는 현미경 또는 전하결합 디바이스(CCD) 비디오 카메라 카메라 또는 이것들의 조합물 및 X, Y 및 Z 축 위에 실험 시료를 단단하게 고정시키기 위해 적응된 클램핑 성분을 포함하는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 시료 주위 환경의 온도를 -40°내지 100°까지 변경시키기 위해 적응된 시료 온도 변화 장치를 더 포함하는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
16. 임팩트에 노출된 마이크로일렉트로닉스 시료의 임팩트 특성을 측정하기 위한 마이크로-임팩트 실험 장치로서,

    실험하게될 시료를 수용하기 위한 시료 홀더와,

    임팩트 디바이스를 포함하고,

    상기 임팩트 디바이스는

    임팩트 헤드와,

    지지 부재와,

    한 단부로 지지 부재에 부착되고 다른 단부로 임팩트 헤드의 제 1 측면에 부착된 적어도 제 1 굴곡 스프링과,

    상기 제 1 굴곡 스프링과 적어도 실제 동일한 적어도 제 2 굴곡 스프링으로서, 한 단부로 지지 부재에 부착되고 다른 단부로 상기 제 1 측면에 마주하는 임팩트 헤드의 제 2 측면에 부착되어, 임팩트 헤드는 스프링-로딩 위치와 임팩트 위치 사이의 선형 라인을 따라 굴곡 스프링에 대해 횡단 방향으로 이동 가능한 적어도 제 2 굴곡 스프링을 포함하고,

    시료 홀더는 시료가 임팩트 헤드의 상기 임팩트 위치에 정렬되도록 임팩트 디바이스와 정렬되어 임팩트 헤드는 상기 로딩 위치로부터 해체되자마자 상기 선형 라인을 따라 임팩트 위치를 향해 로딩 위치로부터 이동 한 후 시료 상에 충격을 가할 수 있는,

    마이크로-임팩트 실험 장치.
17. 제 16 항에 있어서, 추가의 짝수의 실제 동일한 굴곡 스프링을 더 포함하고, 짝수의 굴곡 스프링은 제 1 및 제 2 굴곡 스프링과 같은 방식으로 각각의 성분에 연결되어, 동일한 수의 굴곡 스프링이 임팩트 헤드의 양 측면 상에 부착되는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 임팩트 헤드의 양 측면 상의 상기 굴곡 스프링은 나란히 정렬되는, 마이크로-임팩트 실험 장치.
19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 임팩트 헤드의 양 측면 상 의 굴곡 스프링은 임팩트 헤드의 이동 방향에서 바라보았을 때, 적어도 실제 서로 중첩된 관계로 정렬되는, 마이크로-임팩트 실험 장치.

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