KR20090035485A

KR20090035485A - 전자 기판 상의 증착물을 시험하기 위한 인장 시험 장치 및방법

Info

Publication number: KR20090035485A
Application number: KR1020087030680A
Authority: KR
Inventors: 로버트 존 사이크스
Original assignee: 데이지 프리시전 인더스트리스 리미티드
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2009-04-09
Also published as: JP2009543034A; EP2728335B1; KR101370297B1; JP5158887B2; EP2035804A1; WO2008003948A1; US20090301216A1; CN102879259A; JP2012168201A; EP2035804B1; CN102879259B; CN101484788B; JP5563019B2; US8646337B2; US8100021B2; GB0613205D0; CN101484788A; EP2728335A1; US20120204654A1

Abstract

인장 시험기는 두개의 직립부(25) 및 크로스 부재(25)를 구비한 단일의 'H' 섹션 부재를 포함하는 조우를 구비한다. 상기 크로스 부재는 상기 시험기에서 지지되는 캔틸레버 빔에 설치되고 힘 측정 소자를 구비한다. 공압 액추에이터(20)는 스트랜드(22)를 통해서 조우(23)의 제 1 단부에 인장력을 인가하여 상기 제 1 단부들을 개별적으로 추진시킨다. 직립부들의 제 1 단부들이 개별적으로 추진될 때, 대향 배치된 제 2 단부들은 함께 추진되어서 인장 시험에서 기판에서 당겨지는 샘플 증착물(29)을 파지한다. 사용할 때, 조우는 기판에서 증착물을 당기기 위하여 500mm/sec의 속도에서 이동할 수 있다. 따라서, 상기 인장 시험에서 증착물을 당기는데 필요한 힘은 빔(35)의 힘 측정 소자에 의해서 측정된다.

변형계, 캔틸레버 빔, 크로스 부재, 직립부, H형 부재, 인장 시험 장치, 조우.

Description

전자 기판 상의 증착물을 시험하기 위한 인장 시험 장치 및 방법{Tensile test device and method for testing deposits on electronic substrates}

본 발명은 전자 설비의 소형 금속 접합의 인장 시험을 실행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

휴대 전화와 같은 전자 장치에서 사용하기 위한 기판은 통상적으로 전기 구성요소들을 연결하기 위한 전기 경로들을 형성한다. 소형 장치에서, 기판에 대한 전기 접속부들은 솔더링 또는 용접 접속 등을 통해서 제조되고, 이를 위해, 예를 들어 솔더의 금속볼은 구성요소 상에 형성되고 메이팅 기판(mating substrate)에 조립될 때, 재유동 또는 용접된다.

통상적으로, 구성요소는 5 내지 50mm의 범위에 있고 그 위에 솔더볼(solder ball)을 가진다. 이러한 구성요소들은 종종 BGA's(볼 그리드 어레이)로 칭한다. 상기 볼들은 낮은 원형 돔 또는 사각형 구형의 형태를 가지고 0.1 내지 1.0mm 범위의 직경을 가진다.

제조 접합 방법이 적당하고 접합 강도가 충분하다는 확신을 주기 위하여, 솔더볼 및 기판 사이의 접합부의 기계 강도를 시험하는 것이 필요하다. 한종류의 시험은 잡고 당김으로써 솔더볼에 인장 부하를 인가하는 것이다. 사용할 때, 강한 접합부는 솔더볼이 파괴될 때까지 점진적인 변형에 의해서 솔더볼의 연성 파괴를 초래하고; 솔더볼의 일부분은 기판에 부착된 상태로 남아있다. 취약성 접합부에는 통상적으로 취성 파괴(brittle failure)가 나타나서 기판으로부터 떨어져 작은 잔류물만 그에 부착상태로 남아있다.

솔더볼의 매우 작은 크기 및/또는 작게 검출된 힘은 특수 시험 설비를 발전시켰다. 이러한 설비는 반자동화되므로, 구성요소 상의 연속 볼들이 인장 시험을 위해서 하나씩 시험 위치로 이동된다.

특히, 인장 부하를 작용시키도록, 조우(jaw)에 의해서 솔더볼을 파지하기 위하여 장치들이 계발되었다. 인장 부하는 일반적으로 접합면에 수직으로 인가된다. 특수한 저마찰 기술을 사용하여 매우 작은 힘을 검출한다.

이들 매우 낮은 힘들은 시험 장치의 파지 헤드가 느리게 이동할 때, 힘 변환기를 사용함으로써 연속적으로 그리고 정확하게 측정될 수 있다. 그러나, 큰 인장 시험 속도(15mm/sec 이상)가 필요한 경우에, 이동 부분(들)의 관성 질량은 기계 부하를 파괴하는데 필요한 힘을 차폐(mask)할 수 있다. 따라서, 본 발명의 한 목적은 파지 헤드에서 큰 고정력을 작용시킬 수 있고, 또한 고속 시험할 수 있는 작은 질량의 장치를 제공하는 것이다.

파지 헤드가 그 위에 힘 변환기를 갖는 변위 부재를 통해서 변위되는 기존의 시험 장치에서는 하나의 문제점이 존재할 수 있다. 시험될 샘플에서 비체결 위치로부터 체결 위치로의 파지 헤드의 이동이 변위 부재를 변형(strain)시키면, 이러한 변형은 시험하는 동안 힘 변환기에 의해서 측정되고 기록된 인장 응력의 절대값 에 영향을 미친다. 예를 들어, 체결시의 초기 변형은 시험 개시 전에 변형계(strain gauge) 출력이 0일지라도, 인장 값들을 왜곡시킬 수 있다. 체결 및 힘 측정 동안 파지 헤드의 변위를 크게 흡수하는 것이 바람직하다. 이것은 하기에 더욱 상세하게 기술되는 바와 같이, 본 발명의 장치에 의해서 달성된다. 이 형태는 저속 및 고속 시험에 대해서 유리하다.

그러나 또다른 잠재적인 어려움은 가능 시험 속도를 극대화하는 것이다. 채택된 시험 속도가 파지 헤드의 공진 주파수와 동일 차수(order)라면, 시험 결과가 부정확하기 때문에, 파지 헤드의 강성도(stiffness)는 중요 요소이다. 따라서, 파지 헤드는 강해야 한다. 그러나, 종래의 힘 측정은 빔의 변형 즉, 굽힘(bending)에 의존하기 때문에, 강도가 크게 감소한다. 따라서, 큰 공진 주파수와 큰 강도를 갖는 파지 헤드를 허용하는 절충안이 바람직하고, 이것은 결과적으로 고속 시험에 대한 적당한 대역폭을 갖지만, 종래 저속 시험에 대해서도 사용될 수 있는 시스템을 얻게 되었다.

통상적으로, "고속"은 15mm/sec 이상 그리고 1000mm/sec 만큼 큰 것을 의미한다. 그립퍼(gripper)가 기판의 증착물을 당기는 종래의 시험은 통상적으로 0.1 내지 15mm/sec의 범위이고, 본원 명세서에서는 비교적 "저속" 시험으로 기술된다.

제 1 형태에 따라서, 본 발명은 인장 시험 장치의 조우을 포함하며, 상기 조우는 변형계 캔틸레버 빔에 설치되도록 구성된 크로스 부재와 두개의 직립부를 구비한 단일의 실질적인 H형 부재를 포함하며, 상기 직립부의 단부들은 직립부의 하단부들을 서로를 향하여 이동시켜서 사용할 때 시험 샘플을 파지하기 위하여, 탄성적으로 분리되게 추진되도록 구성된다. 일단, 조우가 샘플을 파지하면, 캔틸레버 빔은 상향 인장력이 크로스 부재에 전달되고 그후에 직립부의 자유 단부를 통해서 시험 샘플에 전달되도록 시험 장치에 의해서 상향으로 이동한다. 조우가 샘플을 파지하게 실행하도록 개별적으로 당겨지는 직립부의 상단부들은 실질적으로 상기 인장력 부하 경로에서 격리된다.

상기 조우는 예를 들어 스테인레스 강 시트로부터 포토 에칭(photo-etching)에 의해서 형성될 수 있다. 직립부들은 리빙 힌지(living hinge) 방식으로 크로스 부재에 대해서 탄성적으로 굽혀질 수 있도록 배열된다. 상기 크로스 부재는 통상적으로 적어도 단부에서 직립부보다 작은 섹션이다. 직립부는 그러나 굽힘 없이 시험 샘플을 파지할 수 있도록, 비교적 강직성이고, 크로스 부재의 단부들에 대해서 비교적 큰 섹션이다. 직립부들은 예를 들어 중간축에서 특히 저응력 영역에서 재료를 제거함으로써 그 질량을 감소시키기 위하여 구멍을 포함할 수 있다.

양호하게는, 조우는 10g 이하의 질량이고, 일 실시예에서는 5g 이하의 질량을 갖는다.

상기 직립부의 상기 타단부는 파지되는 샘플의 최대 크기에 적합한 좁은 조우 갭을 형성하도록 접근할 수 있다. 타단부들은 샘플의 형성에 더욱 잘 순응하도록 성형될 수 있다.

양호한 실시예에서, 상기 조우는 대칭이다.

양호한 실시예에서, 본 발명의 조우는 캔틸레버 빔의 자유 단부에 설치되고, 상기 빔축은 상기 크로스 부재의 축 및 상기 직립부의 축과 실질적으로 직교하고, 상기 빔은 힘 측정 소자를 포함한다.

양호한 실시예에서, 상기 빔은 하나 이상의 변형계를 통합하여서 그 편향을 인가된 힘에 연관시킨다. 여기서, 상기 조우를 통해서 상기 샘플에 작용하는 인장력이 상기 빔을 경유하여 인가되고, 실질적으로 마찰없는 방식으로 결정될 수 있다. 상기 인장력은 직립부들을 개별적으로 추진함으로써 인가된 체결력과는 독립되어 있다.

일 실시예에서, 캔틸레버 빔은 캔틸레버 스프링을 포함하는 주요빔 소자와 단부에서 상기 주요빔 소자에 연결된 보조빔 소자를 구비하고, 힘 검출 부재로서 작용하는 다중 구성요소 장치를 포함한다. 상기 보조빔 소자는 통상적으로 그 굽힘이 인가된 힘에 연관될 수 있게 허용하도록, 변형 측정된다. 상기 주요빔 소자는 그 양측에 보조빔 소자를 구비한다. 양호한 일 실시예에서, 상기 빔은 일측이 상기 조우에 연결되고 타측이 주요 프레임 소자와 연결되도록 구성된 단부들을 구비한 3개의 평행 빔 소자들을 포함한다. 다중 평행 빔 소자들은 조우 운동이 원호보다 단일축(통상적으로 수직축)에 있는 것을 보장하기 위하여 바람직할 수 있다.

양호하게는, 직립부들은 대향하게 지향된 각 인장 소자들에 의해서 작동된다. 인장 소자들을 사용함으로써, 질량 및 강성도가 압축 소자들과 비교할 때 낮을 수 있다. 가요성 인장 소자들은 조우를 작동시키는데 사용되는 인장력을 제외하고는, 액추에이터로부터 조우로의 힘 전달에 저항함으로써 캔틸레버 빔 및 조우의 질량으로부터 인장 소자들에 대한 액추에이터의 질량을 효과적으로 분리한다. 따라서, 압축력 및 굽힘력은 인장 소자들에 의해서 임의의 실질적인 양으로 조우에 전달될 수 없다. 인장 소자들은 매우 유연하고, 이것은 그 유연성이 다른 힘의 전달에 저항하기에 충분하다는 것을 의미한다.

본 발명의 다른 형태에 따라서, 상술한 종류의 조우용 작동 프레임이 제공되고, 상기 프레임은 내부에서 대칭 피봇된 두개의 일반적으로 평행한 림(limb)을 구비하고, 상기 림의 상단부는 피봇의 일측에서 공압 액추에이터에 의해서 연결되고 상기 림의 하단부는 스트랜드 형태의 인장 부재들에 의해서 스프링 조우의 직립부에 연결되도록 구성되고, 사용시에 액추에이터는 스트랜드를 인장시키고 스프링 조우의 직립부에서 당기기 위하여, 림의 하단부가 외향으로 피봇되게 유발하도록, 림의 상단부를 함께 당긴다.

양호하게는, 적당한 복귀 스프링은 인장력이 상기 스트랜드에 인가되지 않는 휴지 위치로 상기 림을 추진한다. 일 실시예에서, 상기 스프링은 림과 상기 프레임 사이에서 서로 고정된 코일형 와이어 인장 스프링을 포함한다.

작동 프레임은 상기 림의 휴지 상태(rest condition)를 결정하는 세팅 수단을 추가로 포함한다. 양호한 일 실시예에서, 상기 세팅 수단은 상기 프레임에 고정되고 각 림에서 지탱하도록 그에 대해서 이동할 수 있는 스크류 나사형 조정기를 포함한다. 또한, 상기 인장 부재들은 예비 부하가 상기 림에 인가되도록 허용하기 위하여 조정가능한 앵커를 포함할 수 있다.

본 발명의 또다른 형태에 따라서, 기판의 증착물을 당기는데 필요한 인장력을 측정하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:

개방 상태 및 폐쇄 상태와, 인장 방향을 갖는, 증착물을 파지하기 위한 단일 조우를 제공하는 단계;

굽힘을 인가된 힘과 연관시키기 위하여 변형계를 구비하고 상기 방향에 수직으로 연장되는 캔틸레버 빔의 자유 단부에 상기 조우를 설치하는 단계;

상기 빔의 연장부의 방향과 상기 인장 방향에 서로 수직하는 방향으로 인장 부하를 인가함으로써 작동가능한 상기 조우를 폐쇄하기 위하여 액추에이터를 제공하는 단계;

개방 상태의 상기 조우에 증착물을 배치하는 단계;

상기 증착물에 대해서 상기 조우를 폐쇄하기 위하여 상기 액추에이터를 작동시키는 단계;

상기 빔을 통해서 상기 인장 방향으로 증가하는 인장력을 인가하는 단계; 및

상기 변형계의 전기 출력을 기록하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 상기 조우를 증착물에 배치하기 위하여 증착물에 대해서 조우를 구동시키는 예비 단계를 포함할 수 있다.

양호한 실시예에서, 상기 증착물은 상기 인장 방향과 수직하는 평면에서 그리고 거리를 두고 상기 조우 밑에 먼저 배치되고, 상기 조우는 상기 증착물에 대한 차후 폐쇄를 위해서 상기 증착물을 향하여 그리고 상기 증착물에 대해서 상대적으로 개방 상태에서 차후에 이동한다.

양호하게는, 상기 증착물은 인장 시험기 프레임에 대해서 고정되고, 상기 조우는 증착물을 파지하기 위하여 하향으로 이동한다.

굽힘을 인가된 힘과 연관시키기 위하여 변형계를 구비한 캔틸레버 빔의 자유 단부에 상기 조우를 설치하는 단계;

인장 부하를 인가함으로써 상기 조우를 폐쇄하기 위하여 액추에이터를 제공하는 단계;

개방 상태의 상기 조우에 증착물을 배치하는 단계;

상기 조우 및 증착물을 함께 상기 인장 방향으로 소정 속도로 이동시키는 단계;

상기 증착물을 갑자기 정지시키는 단계; 및

상기 변형계의 전기 출력을 기록하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 형태들은 첨부된 도면에서 단지 보기를 통해서 도시된 양호한 실시예의 하기 설명에서 더욱 명확해질 것이다.

도 1은 개방된 커버를 갖는, 본 발명에 따른 시험 카트리지의 등각 정면도.

도 2는 도 1의 조우 장치의 일측으로부터의 확대 입면도.

도 3은 다른 조우 장치의 일측으로부터의 확대 입면도.

도 4는 부착된 캔틸레버 빔을 도시하는 도 3의 조우의 확대 측면도.

도 5는 도 3의 조우의 확대 정면도.

도 6은 폐쇄된 커버를 갖는 도 1의 카트리지의 정면도.

도 7은 폐쇄된 커버를 갖는 도 2에 대응하는 카트리지의 정면도.

도 8은 도 1의 조우의 확대 정면도.

도 9는 시험 장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 1 및 도 6에 있어서, 시험 카트리지(10)는 카트리지를 시험 부재에 대해서 원하는 방향으로 이동시키기 위하여 충분한 이동축들을 갖는 시험기에 설치되도록 구성된다. 상기 시험 부재는 예를 들어 고정 베이스 플레이트 상에 설치될 수 있고, 상기 카트리지는 파지 조우를 시험 위치에 배치하기 위하여 X 및 Y축에 대해서 이동할 수 있고, 조우들이 접근하여 시험볼을 파지하고 인장 시험을 적용할 수 있도록 Z축에 대해서 이동할 수 있다. 종래 시험기의 보기는 영국 아일리스베리의 데이지 프리시젼 인더스트리스에 의해서 판매되는 시리즈 4000 기계이다.

다른 방안으로, 시험 부재는 X-Y 테이블에서 이동할 수 있고, 시험 카트리지는 Z축 이동으로 한정될 수 있다. 통상적인 X,Y 및 Z축들이 도시된다.

카트리지(10)는 민감성 구성요소들을 은폐하여 보호하기 위하여 힌지 커버(12)를 갖는 새시(11)를 포함하며; 커버는 도 1의 개방 상태로 도시된다.

두개의 직립부(15)를 구비한 프레임이 새시에 설치된다. 일반적으로 직립부 레그(17)가 각 직립부(15)의 안에서 프레임(11)의 구멍(16)을 통과한다. 레그(17)는 핀(18)에 의해서 직립부(15)에 대해서 피봇되고 직립부들(15) 사이에 위치한 공압 램(20)에 의해서 피봇 핀(19)에 연결된다.

공압 램(pneumatic ram;20)에 대한 대안으로서, 장치는 전기 모터 또는 전자석과 같은 다른 수단을 다른 방식으로 사용할 수 있다.

레그(17)의 하단부는 새시(11)의 하부 플랜지(21)를 통해서 돌출하고 조우(23)의 각 아암에서 작용하는 인장 부재(22)에 각각 결합된다(도 6).

조우(23)는 도 2 및 도 8에 더욱 명확하게 도시되었고 크로스 부재(25)의 상측으로부터 연장되는 중심 설치 림(24)을 구비한 단일의 일반적인 'H'형 대칭 금속 구성요소를 포함한다. 각 아암(26)은 경상(mirror image)이고, 중심 라인에 접근하는 하부 부분(27)을 구비한다. 상기 하부 부분(27)은 이들 사이에 작은 갭(28)과 기판(31) 상의 돌출 볼 증착물(29)을 파지하기에 적합한 형상의 리세스(도시생략)를 형성한다. 미국 특허 제 6,237,422호는 상기 리세스의 보기에 대해서 기재하고 있다.

아암(26)의 상부 부분(32)은 도시된 바와 같이, 각 인장 부재(2)에 결합된다. 인장 부재는 원통형 섹션 와이어이거나 또는 평탄한 직사각형 섹션일 수 있다. 결합 방법은 안전하다면 중요하지 않으며, 접착제 또는 솔더링이 적당하지만, 양호하게는 기계식 후크 및/또는 기계식 체결도 사용된다. 도시된 바와 같이, 기계식 체결이 외장 단부에 제공되며, 조우가 휴지 상태에 있을 때 조여질 수 있다.

설치 림(24)은 3개의 구멍(33)을 가지며, 이중 2개의 구멍은 일반적으로 스피곳 핀(spigot pin) 상으로 정확한 위치설정을 위한 것이고, 나머지 제 3 구멍은 멈춤 스크류를 수납하기 위한 것이고; 상기 스크류는 통상적으로 중심 구멍을 통해서 배치된다.

상기 조우의 질량은 작아지게 설계되고, 아암(26)의 구멍을 사용하여 더욱 감소된다.

실질적인 설치 블록(34)이 새시에 고정되고 중심 빔(36), 그위에 설치된 적당한 변형계를 구비한 상부 및 하부 아암(37)을 갖는, 그위에 설치된 캔틸레버 변형계 소자(35)(도 2)를 구비한다. 미국 특허 제 6,301,971호는 상기 유형의 시험 설비에서 아암(37)과 같이 부재들에서 변형계를 사용하는 것을 기재하고 있다. 한 유형의 변형계는 금속 포일 패턴을 지지하는 절연 가요성 후판(backing)을 포함한다. 포일이 하부 아암(37)의 응력으로 인하여 변형될 때, 예를 들어, 변형계의 전기 저항이 변화된다. 저항에서의 이런 변화는 통상적으로 휘스톤 브리지(Wheatstone bridge)를 사용하여 측정된다. 저항 변화는 아암(37)의 변형과 연관될 수 있고 조우(23)에 의해서 솔더볼에 인가된 인장력과도 상호 연관될 수 있다. 반도체 변형계도 역시 사용될 수 있다.

조우(23)는 그 폐쇄 방향이 캔틸레버 연장부의 방향과 실질적으로 직교하고 상기 양 방향들이 캔틸레버 굽힘 방향과 실질적으로 직교하도록, 소자(35)의 자유 단부에 설치된다.

샤프트를 램(20)의 공압 실린더 안으로 후퇴시킴으로써 램(20)이 짧아지면, 레그(17)의 하단부가 외향으로 피봇되게 하여 부재(22)에 인장력을 인가하고 그에 따라서 아암(26)을 좁은 크로스 부재(25) 주위에서 굽혀서 조우 갭(28)을 폐쇄한다.

크로스 부재(25)는 항복 강도(yield strength)를 초과하지 않고 아암(26)의 굽힘을 허용하도록 비교적 얇다.

다른 아암(26)을 가로질러 연장되는 평탄한 플레이트(30)가 일 아암(26)에 부착되고; 상기 다른 아암은 플레이트(30)를 향하여 가볍게 편향되어서 개선된 측방향 제어에 의해서 조우가 마찰력 하에서 폐쇄될 수 있게 하고 더욱 정확한 조우 폐쇄 동작이 그에 따라 이루어진다.

입구 및 출구 연결부를 구비한 공기압 조절기(41)와 나사 조정기(40) 및 압력 게이지(42)(그 면이 도시되지 않음)는 새시에 설치된다. 조절기(41), 게이지(42) 및 램(20)은 도시된 바와 같이, 파이프워크에 의해서 압력하에서 공기 소스에 연결된다.

조우(23)의 탄력성은 레그(17)의 자연 휴지 상태를 결정한다. 갭(28)은 직립부(15) 및 레그(17) 사이에서 작용하는 그러브 스크류(grub screw)에 의해서 조정될 수 있다. 이러한 그러브 스크류는 독립적으로 조정될 수 있으며 적당한 로크 너트를 가진다. 다른 방안으로, 그러브 스크류는 직립부(15) 및 레그(17)의 상단부에서 작용할 수 있다.

직립부(15)의 상단부 및 인접 레그들(17) 사이에는 각 코일 스프링(37)이 제공된다. 우측 스프링(보여지는 바와 같이)은 비교적 고정 단부를 갖지만, 좌측 스크류는 스크류 나사형 조정기(38)를 통해서 연결된 일 단부를 가진다. 조정기를 선회시킴으로써, 조우(23)의 일 아암에 인가된 예비 부하가 변경되어서 폐쇄 위치를 조정할 수 있다. 다른 방안으로, 좌측 스프링은 조정가능하고 우측 스프링으로 조정가능하지 않다; 이러한 경우에는 조정기는 폐쇄될 때 커버 내에 감추어진다.

플랜지(21)는 휴지 위치(도시된)에서 조우(23) 밑의 활동 위치로 변환하도록 구성되고 그 위에 제공된 보호대(guard;44)를 구비한다. 보호대는 양호하게는 카트리지가 시험기에 적절하게 부착될 때 자동으로 휴지 위치로 이동하지만, 다르게는 조우를 접촉 손상으로부터 보호하기 위하여 활동 위치에 있도록 배열된다.

도 6은 폐쇄 상태에서 덮개(12)를 갖는 카트리지(10)의 정면도를 도시한다. 압력 조절기(41)로의 용이한 접근이 제공되고 게이지(42)는 덮개 구멍을 통해서 볼 수 있다.

카트리지(10)의 통상적인 크기는 240mm ×160mm ×60mm이고, 조우(23)는 약 33mm의 높이와 약 20mm의 폭을 가진다.

조우의 두께는 통상적으로 약 1mm이고 조우는 양호하게는 1mm 스테인레스 강 게이지판으로부터 포토 에칭에 의해서 형성된다. 조우의 질량은 약 1.5g 이다.

카트리지 빔(35)은 양호하게는 알루미늄이고 약 2.2g의 질량을 가진다.

통상적인 공기압은 조우 형태, 솔더볼 형상 등에 따라서 약 4.5kg의 조우 파지력을 얻기 위하여 약 1 바아이다.

조우는 다른 재료의 팁 부착물(45)(도 8) 및/또는 섹션을 포함할 수 있다. 이것은 조우가 마모를 위해서 최적화될 수 있게 하고 적당하게 이격된 조우 캐비티들을 가공할 수있게 한다. 인서트(insert)들은 캐비티의 매우 미세한 마무리가 필요하다면, 탄화물이거나 또는 스테인레스 강 또는 공구일 수 있다.

도 3 내지 도 5 및 도 7은 조우(23)보다 매우 작은 크기이지만, 표준 형상 및 크기의 카트리지(50)에 설치될 수 있는 다른 조우(51)를 도시한다. 인가된 파지력이 감소되어서 낮은 접착력으로 보상되고 에어 램(air ram)이 그에 따라서 크기설정될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

도 5는 조우가 어느정도 단순화되고, 더욱 작아지며 질량을 감소시키기 위하여 구멍을 필요로 하지 않는다는 것을 도시한다. 'H' 섹션은 제거가능한 팁 부착물(52) 및 제어 플레이트(53)를 따라 공통이다. 부착물(52)에 대향하는 측부에서 반대로 내향하는 연장부(54)는 과도한 응력을 피하기 위하여, 조우의 스트로크를 개방 방향으로 제한한다.

조우(51)가 설치되는 변형계 소자(55)는 조우에 의해서 작용하는 인장력을 표시하도록 적당하게 변형 측정된 단일 캔틸레버 아암(56)을 포함한다. 도 3은 새시의 설치 블록(57)에 부착된 소자(55)를 도시한다. 사용시의 이동 범위는 작으므로, 인장 부하는 사용시에 실질적으로 수직이다.

도 3은 인장 부재(58)가 평탄하고 플레이트 형태일 수 있다는 것을 도시한다.

도 7은 조우를 우연한 접촉 손상으로부터 보호하는 전개 상태의 보호대(44) 를 도시한다.

인장 시험을 실행할 때 장치를 사용하는 것은 도 9를 추가로 참조할 때 다음과 같다.

통상적인 인장 시험기(60)는 시험 샘플(63)이 적당한 클램프(도시생략)에 의해서 견고하게 부착되는 플래튼(62)을 갖는 프레임(61)을 포함한다. 플래튼(62)은 적당한 전기 모터의 제어 상태에서 X 및 Y 방향(도면에서 볼 때 좌측에서 우측으로 그리고 도시된 바와 같이 도면 평면으로부터)으로 이동할 수 있다. 종래 수직축 밀링기에 적당한 정밀 배치 시스템이 적당하다.

프레임(61)은 플래튼(62)에 대해서 연장되고 적당한 정밀 전기 모터의 제어 상태에서 Z 방향(도면에서 볼 때 위와 아래로)으로 이동할 수 있는 헤드(68)를 포함한다. 시험 카트리지(10)는 헤드에 견고하게 설치된다. 상술한 바와 같이, 헤드를 설치하는 동작은 보호대(44)가 조우(23,51)를 노출시키도록 회전하게 한다.

조우(23,51)가 설치되는 변형계 소자(35,55)는 적당한 장치, 통상적으로 퍼스널 컴퓨터(64)에 기록된 전기 출력을 가지며, 차후 분석을 위한 힘 특성, 변위 및 기록 시간 이외에 스크린(65)을 통해서 직접적인 시각적 출력을 제공할 수 있다.

사용할 때, X-Y 테이블은 선택된 솔더볼을 개방 조우(23,51) 밑의 중간에 배치하도록 구동된다. 적당한 비전 시스템(vision system)이 사용될 수 있지만, 더욱 양호하게는 예를 들어 샘플의 자극(stimulus)에 따라서 또는 시험 견본의 어레이의 크기 및 간격에 대한 정보에 따라서 작동할 수 있는 자동 정력 시스템이 사용 될 수 있다.

일단 수직으로 배열되면, 시험 카트리지는 솔더볼이 형성되는 샘플의 기판 위에 소정의 간격으로 개방된 조우에 의해서 하향 구동된다. 이 단계에서는 변형계 소자가 응력을 받지 않는다.

조우(23,51)는 시험 카트리지(10)의 추가이동 없이 램(20)의 작동에 의해서 솔더볼 주위에서 폐쇄된다. 조우의 크로스 부재는 부여되는 현저한 큰 체결력(즉, 5kgf)에 의해서 실질적으로 영향을 받지 않는다. 이 단계에서 변형계 소자는 비응력 상태로 남아있고 필수적으로 체결력으로부터 분리된다.

인장력 시험은 시험 카트리지의 수직 상향 이동에 의해서 샘플에서 실행된다. 상향 이동은 변형계 소자(35,55)가 굽혀지고 부여되는 힘에 비례하는 전기 신호를 발생시키도록 유발한다. 결국, 볼 증착물과 기판 사이의 접합은 파괴되고, 변형계(들)의 출력으로부터 파괴력이 계산될 수 있게 한다.

조우의 매우 작은 비교 질량이 램(20) 및 관련 작동 소자들의 질량으로부터 분리되므로, 측정된 힘은 접합면에서 작동력을 매우 유사하게 나타낸다.

도 9의 장치는 충격 시험을 실행하도록 변형될 수 있고 그에 의해서 인장 시험은 고속(큰 속도의 변형 증가)으로 실행될 수 있다. 이러한 시험은 그 내용이 본원에서 참고로 합체된 국제 공보 WO/2005/093436호에 기재된 바와 같이, 시험 카트리지 및 플래튼의 빠른 상향 이동 및 플래튼의 갑작스런 중지 등을 포함할 수 있다.

시험 속도는 시험 샘플과 등가의 전기 구성요소들이 설치된 설비에 의해서 겪을 수 있는 충격력을 자극시키도록 선택된다. 이러한 속도들은 예를 들어 지면에 떨어질 때 휴대폰의 충격력을 자극할 수 있고, 임의의 충격 흡수 특성과, 설비 내의 전기 구성요소들에 대한 설치 구성에 의해서 어느 정도 영향을 받는다. 적당한 시험 속도는 실제 0에서 1000mm/sec 범위에서 선택될 수 있다. 상술한 시험 동안, 조우는 샘플에 체결되고 질량의 유효 부분이다.

조우의 질량을 최대로 감소시키고, 조우 폐쇄 장치로부터 조우를 격리시킴으로써, 실제 이동에 대한 저항을 증가시키는 경향이 있는 조우의 관성 효과가 감소된다. 본 발명의 장치는 따라서 실제 고장 모드를 매우 유사하게 자극하는 인장 시험을 제공한다.

피봇축(가위 형태에서)이 제공되지 않고, 그에 따라서 유극, 마찰이 없거나 또는 동작을 놓치지 않으므로, 단일 조우가 특히 유리하다. 또한, 발작(seizure)의 가능성이 제거된다. 또다른 장점은, 단일 조우는 본질적으로 탄성적이고 그에 따라서 복귀 스프링이 요구되지 않으므로 단순성 및 저질량이 보장될 수 있다. 결국, 단일 조우는 응력을 받지 않을 때 고정된 휴지 상태를 가지며, 그에 따라서 소정의 조우 개방 상태를 유지하기 위하여 세팅 또는 후방 방어벽이 필요하지 않다.

본 발명은 당기술에서 숙련된 기술자들에게 명백한 바와 같이, 본원에 기술된 실시예 및 변형예에 국한되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범주와 첨부된 청구범위 내에서 변형될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 조우는 수직 배향, 상향 인장으로 도시되지만, 다른 인장 배향도 가능하다.

Claims

변형계 캔틸레버 빔에 설치되도록 구성된 크로스 부재와 두개의 직립부를 구비한 단일의 실질적인 H형 부재를 포함하며, 상기 직립부의 단부들은 직립부의 하단부들을 서로를 향하여 이동시켜서 사용할 때 시험 샘플을 파지하기 위하여, 탄성적으로 분리되게 추진되도록 구성되는, 인장 시험 장치의 조우.
제 1 항에 있어서,

상기 직립부는 질량(mass)을 감소시키도록 구멍을 형성하는, 인장 시험 장치의 조우.
제 2 항에 있어서,

격자형 골격을 구비하는, 인장 시험 장치의 조우.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

일측에서 정지 부재들을 추가로 포함하고, 상기 정지 부재들은 서로를 향하여 지향되어서 타단부들의 최대 개방부를 형성하는, 인장 시험 장치의 조우.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

10g 이하의 질량을 갖는, 인장 시험 장치의 조우.
제 5 항에 있어서,

5g 이하의 질량을 갖는, 인장 시험 장치의 조우.
제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 따른 조우 및 캔틸레버 빔을 포함하는 조우 조립체로서,

상기 조우는 상기 빔의 자유 단부에 설치되고, 상기 빔축은 상기 크로스 부재의 축 및 상기 직립부의 축과 실질적으로 직교하고, 상기 빔은 저항 측정 소자를 포함하는, 조우 조립체.
제 7 항에 있어서,

상기 빔은 하나 이상의 변형계를 통합하여서 그 편향을 인가된 힘에 연관시키는, 조우 조립체.
제 8 항에 있어서,

상기 빔은 캔틸레버 스프링을 포함하는 주요빔 소자와 단부에서 상기 주요빔 소자에 연결된 보조빔 소자를 구비하고, 힘 검출 부재로서 작용하는 다중 구성요소 장치를 포함하는, 조우 조립체.
제 9 항에 있어서,

상기 보조빔 소자는 그 굽힘이 인가된 힘에 연관될 수 있게 허용하도록, 적용된 변형계를 구비하는, 조우 조립체.
제 10 항에 있어서,

상기 주요빔 소자는 그 양측에 보조빔 소자를 구비하는, 조우 조립체.
제 11 항에 있어서,

상기 빔은 일측이 상기 조우에 연결되고 타측이 주요 프레임 소자와 연결되도록 구성된 단부들을 구비한 3개의 평행 빔을 포함하는, 조우 조립체.
제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,

작동을 위해서 상기 직립부에 부착된 대향으로 지향된 인장 소자들을 추가로 포함하는, 조우 조립체.
제 12 항에 있어서,

상기 인장 소자들은 가요성인, 조우 조립체.
제 14 항에 있어서,

상기 인장 소자들은 비인장력의 전동에 저항하기 위하여 인장시에 강직성이고 굽힘시에 매우 유연하도록 구성되는, 조우 조립체.
제 13 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 따른 조우용 작동 장치로서,

작동 프레임 및 액추에이터를 포함하고, 상기 프레임은 내부에서 대칭 피봇된 두개의 일반적으로 평행한 림(limb)을 구비하고, 상기 림은 피봇의 일측에서 공압 액추에이터에 의해서 연결되고 타측은 상기 인장 소자들에 의해서 조우의 직립부에 연결되도록 구성되고, 사용시에 액추에이터는 상기 소자들을 인장시키기 위하여 림들을 함께 당기는, 조우용 작동 장치.
제 16 항에 있어서,

각 상기 림을 휴지 위치로 추진하는 복귀 스프링을 추가로 포함하는, 조우용 작동 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 스프링은 림과 상기 프레임 사이에서 서로 고정된 코일형 와이어 인장 스프링을 포함하는, 조우용 작동 장치.
제 16 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 림의 휴지 상태를 결정하는 세팅 수단을 추가로 포함하고, 상기 세팅 수단은 상기 프레임에 고정되고 각 림에서 지탱하도록 그에 대해서 이동할 수 있는 스크류 나사형 조정기를 포함하는, 조우용 작동 장치.
제 14 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 따른 작동 장치를 합체한 인장 시험기.
기판 상의 증착물을 파지하기 위한 조우를 구비한 인장 시험기로서,

상기 조우는 상기 시험기 상에서 지지되는 빔에 부착되고, 힘 측정 소자들이 상기 빔에 제공되며, 상기 조우는 두개의 강직성 부재 및 상기 강직성 부재들을 연결하는 중심 부재를 구비하고, 상기 강직성 부재들은 제 1 단부 및 대향 배치된 제 2 단부를 각각 구비하고, 상기 강직성 부재의 제 1 단부는 인장 부재들에 의해서 상기 시험기에서 지지되는 작동 메카니즘에 부착되고, 상기 작동 메카니즘은 상기 강직성 부재들의 상기 제 1 단부들을 서로로부터 이격되게 당기도록, 상기 인장 부재들에 인장력을 인가하기에 적합하고, 상기 제 1 단부들이 서로로부터 이격되게 이동하면, 상기 제 2 단부들이 서로를 향하여 이동해서 상기 증착물을 파지하게 하는, 인장 시험기.
제 21 항에 있어서,

사용시에 상기 조우에 의해서 파지되는 증착물을 구비한 기판을 설치하기 위한 플래튼을 추가로 포함하고, 상기 빔은 파지를 위해서 상기 조우를 배치하기 위하여, 상기 플래튼을 향하고 상기 플래튼으로부터 이격되는 제 1 방향으로 상대적으로 이동할 수 있는, 인장 시험기.
제 22 항에 있어서,

상기 플래튼은 상기 조우를 시험될 증착물에 대해서 배치하도록 상기 방향과 수직하는 평면에서 상대적으로 이동할 수 있는, 인장 시험기.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,

시험기 프레임을 포함하며, 상기 시험기 프레임 상에서 상기 플래튼이 상기 평면에서 상대적으로 이동할 수 있고 상기 빔이 상기 방향으로 상대적으로 이동할 수 있는, 인장 시험기.
기판의 증착물을 당기는데 필요한 인장력을 측정하는 방법으로서,

개방 상태 및 폐쇄 상태와, 인장 방향을 갖는, 증착물을 파지하기 위한 단일 조우를 제공하는 단계;

굽힘을 인가된 힘과 연관시키기 위하여 변형계를 구비한 캔틸레버 빔의 자유 단부에 상기 조우를 설치하는 단계;

인장 부하를 인가함으로써 상기 조우를 폐쇄하기 위하여 액추에이터를 제공하는 단계;

개방 상태의 상기 조우에 증착물을 배치하는 단계;

상기 증착물에 대해서 상기 조우를 폐쇄하기 위하여 상기 액추에이터를 작동시키는 단계;

상기 빔을 통해서 상기 인장 방향으로 증가하는 인장력을 인가하는 단계; 및

상기 변형계의 전기 출력을 기록하는 단계를 포함하는, 인장력 측정 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 조우 내에 상기 증착물을 배치하기 위하여 증착물에 대해서 조우를 구동시키는 예비 단계를 포함하는, 인장력 측정 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 증착물은 상기 인장 방향과 수직하는 평면에서 그리고 거리를 두고 상기 조우 밑에 먼저 배치되고, 상기 조우는 상기 증착물에 대한 차후 폐쇄를 위해서 상기 증착물을 향하여 그리고 상기 증착물에 대해서 상대적으로 개방 상태에서 차후에 이동하는, 인장력 측정 방법.
기판의 증착물을 당기는데 필요한 인장력을 측정하는 방법으로서,

개방 상태 및 폐쇄 상태와, 인장 방향을 갖는, 증착물을 파지하기 위한 단일 조우를 제공하는 단계;

굽힘을 인가된 힘과 연관시키기 위하여 변형계를 구비한 캔틸레버 빔의 자유 단부에 상기 조우를 설치하는 단계;

인장 부하를 인가함으로써 상기 조우를 폐쇄하기 위하여 액추에이터를 제공하는 단계;

개방 상태의 상기 조우에 증착물을 배치하는 단계;

상기 증착물에 대해서 상기 조우를 폐쇄하기 위하여 상기 액추에이터를 작동시키는 단계;

상기 조우 및 증착물을 함께 상기 인장 방향으로 소정 속도로 이동시키는 단계;

상기 증착물을 갑자기 정지시키는 단계; 및

상기 변형계의 전기 출력을 기록하는 단계를 포함하는, 인장력 측정 방법.