專利名稱：剪切力測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于細線間距和超細線間距半導體器件及其導 線或導體焊接牢固性剪切力測試裝置。
背景技術：
隨著半導體科技的不斷發展，越來越多的功能被集成到尺寸很小的晶
元基板上，晶元基板上的布線越來越密集。目前，65nm線寬器件已經開發 成功，而45nm線寬技術終將實現量產。細線間距(Fine Pitch)或超細 線間距(Ultra Fine Pitch)引線鍵合技術逐步推廣應用，使得焊接于晶元 上的導線或導體間的間距越來越小，達到了 60-40um。未來的幾年甚至可 能達到35-30um的極細線間距。同樣大小的芯片，具有了更為強大的功能。
而焊接在晶元上的導線直徑通常為25. 4um/20um或更細的直徑如18um. 焊接金球的直徑則相應為32um-50um。這些連接導線和金球必須牢固可靠 地焊接在晶元基板上的焊盤上。因為被測試焊接目標物很小，測試裝置必 須能精準地對準要測試的焊接金球，并在對準后測試結束前不產生對位偏 移，以保證測試結果的準確性。
已知的測試裝置都是具有水平擺放或豎直擺放的測力傳感器和用來 與被測試焊接目標物附著平面進行接觸定位和進行剪切力測試的工具推 刀的基本結構。通過工具推刀與被測試焊接目標物附著平面進行接觸，從 而感知被測試焊接目標物附著平面在Z軸向的位置，以此位置為基準，確 定被測試焊接目標物的底部，并相對該被測試焊接目標物的底部位置上升. 一個預定的高度h，如3mn，再進行剪切力測試相對運動。從而得到具有 可重復性的焊接強度測試值。
據公開的專利US6078387，揭示了一種實現感知接觸的機構這種機構的 主體是由具有水平雙臂懸臂梁結構，該雙臂懸臂梁的一端固定在固定塊上，另一端(自由端)連接著移動塊和探針(即本文所說的工具推刀)。在空氣軸 承的作用下，該雙臂懸臂梁的自由端可以上下自由移動。再利用光電傳感器 感知固定在該雙臂懸臂梁的自由端的移動塊上的探針在接觸到被測試焊接目 標物附著平面而產生的位移。然后，關閉壓縮空氣的供給，停止空氣軸承的 作用，利用該雙臂懸臂梁的彈性把移動塊固定在固定塊上，實現定位的目的。
根據物理常識和幾何學知識，懸臂梁自由端相對固定端發生上下位移形 變時，自由端不可避免地會同時發生水平方向上的位移。也就是說，采用懸 臂梁結構實現接觸感知的方法實際上存在接觸前和接觸后定位位置水平偏移 的問題。如圖6所示的偏移量P1。
假設懸臂梁的長度為L;為了接觸，自由端在接觸目標平面后，旋轉一
個角度al;懸臂梁自由端端點從D1移動到D2。懸臂梁自由端不可避免地發生 了一個位置偏移P1。由三角關系，很容易得出位置偏移Pl與旋轉角度al和兩 次位移連線與垂直線的夾角a2及懸臂梁長度L的對應關系如下 B:2XLXSin(a1/2)
P1=BXSina2:2XLXSin(al/2) XSin(a2)
在此，我們不討論具體懸臂梁結構帶來的具體偏移量的問題，但可以肯 定的判斷由懸臂梁結構構成'的接觸定位方式會導致接觸定位位置偏移，而這 種接觸定位位置水平偏移P1 (圖6)，有可能導致工具推刀與被測試焊接目標 物發生錯位。且不同大小接觸力度會造成接觸定位位置水平偏移量P1的非線 性變化，不利于控制不同大小接觸力度。
圖7從剪切力測試相對運動方向形象地展示了細線間距或極細線間距半
導體產品金球焊接剪切力測試中，工具推刀和焊接金球的相對應尺寸關系和
測試時相對位置關系。如圖7，在密集排列的焊接金球陣列中，因為排列的焊 接金球很密集，焊接金球之間的間距很小，工具推刀在進行剪切力測試前對 準的位置不能發生沿著定位位置水平偏移P 1 (圖7)方向上的位置偏移。這 種定位位置偏移，有可能導致工具推刀和被測試焊接金球發生錯位的剪切，即焊接金球可能沒有被完整地剪切和部分地剪切到了兩個焊接金球，從而招 致失敗的測試結果。這種定位位置水平偏移的問題在細線間距或超細線間距 半導體剪切力測試時，是應該盡量避免的。
當然，在使用懸臂梁結構的情況下，可以想辦法把旋轉角度控制在很小 的范圍，以減小定位位置水平偏移量P1。但并不能避免用這種方式進行感知 接觸時定位位置偏移的產生。且當需要較大的接觸力來確認接觸時，勢必需
要較大的旋轉角度al，而這樣一來，定位位置偏移P1就會相應大幅度加大。
發明內容
本實用新型的目的是克服上述缺陷，向社會提供一種可完全消除定位 位置水平偏移的問題，以保證測試具有更高的可靠性和精確性的剪切力測 試裝置。
本實用新型的技術方案是在剪切力測試裝置的Z軸上安裝具有水平 對稱結構的彈性體，以及壓緊機構，以及連接在該水平對稱結構彈性體自 由端上的測試頭，所述測試頭包括測力傳感器及工具推刀。被測試物固定
在XY移動平臺上。水平對稱結構的彈性體自由端可以自由上下移動。當
驅動工具推刀對指定平面實施接觸感知時，水平對稱結構的彈性體啟由端 發生垂直方向上的位移，這種位移不帶來水平方向上的位置偏移。也就是 說水平對稱結構的彈性體自由端發生的垂直方向上的位移一直在同一垂 直線上。在確定了接觸后，利用壓緊機構將水平對稱結構的彈性體自由端 固定，然后進行剪切力測試運動。這種具有水平對稱結構的彈性體的技術 方案不僅完全避免了這種定位位置水平偏移量Pl的產生，而且接觸力度 大小的調整也不會造成這種定位位置水平偏移量Pl的產生，確保了定位 的精準性和剪切力測試精密性。
具體地說，本實用新型是一種剪切力測試裝置，包括一個可上下移動 的基板，在所述基板上設有彈性體，所述彈性體具有一個可朝向或遠離所 述基板移動的自由端，測試頭連接在所述自由端上，所述彈性體是一個水平對稱結構彈性體，所述自由端位于所述水平對稱結構彈性體的對稱線
上，在所述測試頭上方設有一個用于固定所述測試頭的壓緊機構；所述自 由端和基板之間設有便于自由端和連接于其上的測試頭一起上下移動的 間隙，當所述測試頭定位準確后，在所述壓緊機構的作用下，所述自由端 緊靠在所述基板上，固定所述測試頭。
所述水平對稱結構彈性體是矩形、圓形、菱形或跑道形。
在水平對稱結構彈性體應變集中的地方貼有用于感應水平對稱結構 彈性體的形變，控制接觸力大小，以適應不同軟硬表面接觸的敏感元件。
所述敏感元件是應變計。
本實用新型具有在剪切力測試過程中，接觸定位位置不會發生水平方 向的偏移，保證了在細線間距或極細線間距半導體剪切力測試中極端精密 定位的要求，保證了測試的可靠性和精準性的優點。
圖1是本實用新型一種實施例的立體結構示意圖。 圖2是圖1的主視平面結構示意圖。 圖3是圖1的側視平面結構示意圖。
圖4是本實用新型的一種水平對稱結構彈性體的平面結構示意圖。 圖5是本實用新型的另一種水平對稱結構彈性體的平面結構示意圖。 圖6是現有測試裝置存在問題原理結構的平面結構示意圖。 圖7是現有測試裝置存在問題原理結構的平面結構示意圖。
具體實施方式
圖中1.水平對稱結構彈性體；2.固定端；3.鏍栓；4.基板；5.自 由端；6.測力傳感器；7.工具推刀；8.壓緊機構；9.被測試焊接目標物附 著平面；10.被測試焊接目標物；ll.應變計；12.間隙；13.測試頭。
請參見圖1、圖2和圖3, —種剪切力測試裝置，包括一個可上下移體，所述彈性體具有一個可朝向或 遠離所述基板移動的自由端，測試頭連接在所述自由端上，所述彈性體是 一個水平對稱結構彈性體1，所述自由端5位于所述水平對稱結構彈性體 1的對稱線上，在所述測試頭13上方設有一個用于固定所述測試頭的壓緊 機構8;所述自由端5和基板4之間設有便于自由端5和連接于其上的測 試頭13 —起上下移動的間隙12 (見圖3)，當所述測試頭13定位準確后， 在所述壓緊機構8的作用下，所述自由端5緊靠在所述基板4上，固定所 述測試頭13。本實例中，所述測試頭13包括測力傳感器6和工具推刀7。
在水平對稱結構彈性體1應變集中的地方貼有用于感應水平對稱結構 彈性體l的形變，控制接觸力大小，以適應不同軟硬表面接觸的敏感元件 11。本實施例中的敏感元件ll是應變計。
使用時，本裝置具有XY軸和Z軸移動平臺。水平對稱結構彈性體1 上部固定端2和壓緊機構8 —起用鏍栓3固定在安裝于Z軸，并可隨Z軸上 下移動的基板4上。自由端5牢固地連接著測力傳感器6和工具推刀7。自 由端5和基板4之間保持很小的一個間隙12，使得自由端5和連接于其上的 測力傳感器6和工具推刀7 —起可自由上下移動，并在水平對稱結構彈性體 1的彈性力和測力傳感器6及工具推刀7的重量作用下自然下垂，達到平衡。 水平對稱結構彈性體1的應變集中的位置貼有感知彈性變形的敏感元件如應 變計ll。基板4在Z軸的帶動下，朝向被測試焊接目標物附著平面運動，當 工具推刀7接觸到被測試焊接目標物附著平面9時，水平對稱結構彈性體1 產生對稱形變，形變量隨接觸力度大小不同而不同。由于水平對稱結構彈性 體l所發生的形變是水平對稱的，所以在彈性體l的彈性形變范圍內，彈性 體1不會產生左右或前后的錯位偏移，即不會產生定位位置水平偏移量Pl。 貼在水平對稱結構彈性體1應變集中位置的應變計11在水平對稱結構彈性體 1的不同大小形變作用下，發送不同大小的電信號給信號采集系統。系統根 據軟件設定參數，在不同大小電信號指示作用下，停止Z軸的運動，并同時驅動壓緊機構8將水平對稱結構彈性體1的自由端5用機械力的方式壓緊在 壓緊機構8上，完成感知接觸，并實現定位。此時，間隙12已經閉合。因為 水平對稱結構彈性體1產生的形變是兩邊對稱的，所以工具推刀7從接觸的 開始到感知接觸結束的過程中，所發生的垂直方向上的位移一直保持在同一 垂直直線上，不會帶來水平方向上的位移。也就是說，徹底消除了接觸定位 位置偏移的問題，從而嚴格地保證了精密定位的需要。并且，對應變計11 發送的電信號進行處理即可方便地實現軟件調整不同大小的接觸力度，并且 接觸力度大小的調整不造成定位位置偏移。當完成接觸定位后，系統控制基 板4上升一個預定的高度如幾個um后，XY軸帶動被測試焊接目標物10和被 測試焊接目標物附著平面9產生朝向工具推刀7的運動，進行剪切力測試。 信號采集系統開始采集測力傳感器6在整個測試過程的信號變化。
當完成剪切測試運動后，基板4在Z軸的帶動下，上升一個安全的高度。 壓緊機構8隨后松開水平對稱結構彈性體1的自由端5，水平對稱結構彈性 體1的自由端5和連接于其之上的測力傳感器6和工具推刀7在水平對稱彈 性體l的彈性力作用下，離開壓緊機構8，恢復自由上下移動，并回到平衡
位置。間隙12重新恢復到原來的間隙大小。
水平對稱結構彈性體1可以設計成多種形狀。以得到不同彈性系數的彈 性體。可以是矩形、圓形、菱形和跑道形等等。但關鍵是其必須設計成相對 于其彈性中心軸線呈對稱的形狀，當沿其彈性中心軸線發生彈性形變時因其 對稱的結構，彈性體的對稱的兩邊可以相互抵消垂直于其彈性中心軸線的位 移趨勢，從而保持彈性形變位移一直在其彈性中心軸線上。水平對稱結構彈 性體1的自由端5在壓緊機構8對其施加壓力前或解除對其施加的壓力后， 沒有任何物體和其接觸，其自由的上下移動是在沒有任何摩擦力作用下的自 由上下移動，因而可以精確地感知接觸力。
壓緊機構8可以是多種結構方式如電磁體壓緊、氣缸壓緊等，在這不作 詳細說明。XYZ移動平臺、伺服控制系統、數據采集系統和軟件在這里不作詳細說明。
請參見圖4和圖5，圖4所示的水平對稱結構彈性體是菱形；圖5所示 的水平對稱結構彈性體是跑道形。顯然，所示的水平對稱結構彈性體也可以 設計成圓形等對稱形狀。
當然，以上所述之實例，只是本實用新型的較佳實例而已，并非來限制 本實用新型的實施范圍，故凡依本實用新型申請專利范圍所述的特征及原理 所做的等效變化或修飾，均包括于本實用新型申請專利范圍內。
權利要求1.一種剪切力測試裝置，包括一個可上下移動的基板，在所述基板上設有彈性體，所述彈性體具有一個可朝向或遠離所述基板移動的自由端，測試頭連接在所述自由端上，其特征在于所述彈性體是一個水平對稱結構彈性體，所述自由端位于所述水平對稱結構彈性體的對稱線上，在所述測試頭上方設有一個用于固定所述測試頭的壓緊機構；所述自由端和基板之間設有便于自由端和連接于其上的測試頭一起上下移動的間隙，當所述測試頭定位準確后，在所述壓緊機構的作用下，所述自由端緊靠在所述基板上，固定所述測試頭。
2. 如權利要求1所述的剪切力測試裝置，其特征在于所述水平對稱結構 彈性體是矩形、圓形、菱形或跑道形。
3. 如權利要求1或2所述的剪切力測試裝置，其特征在于在水平對稱結 構彈性體應變集中的地方貼有用于感應水平對稱結構彈性體的形變，控制接觸 力大小，以適應不同軟硬表面接觸的敏感元件。
4. 如權利要求3所述的剪切力測試裝置，其特征在于所述敏感元件是應 變計。
專利摘要一種剪切力測試裝置，包括一個可上下移動的基板，在所述基板上設有彈性體，所述彈性體具有一個可朝向或遠離所述基板移動的自由端，測試頭連接在所述自由端上，所述彈性體是一個水平對稱結構彈性體，所述自由端位于所述水平對稱結構彈性體的對稱線上，在所述測試頭上方設有一個用于固定所述測試頭的壓緊機構；所述自由端和基板之間設有便于自由端和連接于其上的測試頭一起上下移動的間隙，當所述測試頭定位準確后，在所述壓緊機構的作用下，所述自由端緊靠在所述基板上，固定所述測試頭。本實用新型具有在剪切力測試過程中，接觸定位位置不會發生水平方向的偏移，保證在細線間距或極細線間距半導體剪切力測試中極端精密定位的要求，具有測試可靠性和精準性高的優點。
文檔編號G01L1/00GK201382828SQ20092000825
公開日2010年1月13日 申請日期2009年3月30日 優先權日2009年3月30日
發明者蓉 黃 申請人:蓉 黃