剪切测试设备和方法

专利名称：剪切测试设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于测试半导体器件中粘接的剪切强度的设备和方 法，更特别地，用于测试衬底和电连接到衬底的装置之间的粘接的强 度的设备和方法，其通常是部分球形的沉积物。这种沉积物可以是焊 剂、金或其它材料，且有时也称作焊剂凸决或球栅阵列。
背景技术：
半导体器件非常小，通常是从0.2mn^到25mm2。这些器件具有用 于将导电体粘接至此的位点。位点通常包括例如金或焊剂的部分球形 的导电沉积物，总称为球体，其在使用中具有受压球体或低圆冠的外 形，且直径为50 1000/mi的范围。这些沉积物形成了例如印制电路板 和芯片之间的导电通路的一部分，并可直接连接多个部件，或可接至 本身连接至另一部件的导体。许多这样的球体可作为规则的栅状阵列 而设在衬底上。
通常将分立的球体施加至衬底上，并使之在后续的连接至另一部 件期间重熔。
需要测试金或焊剂沉积物和衬底之间的粘接的机械强度以确信粘 接方法正确且粘接强度足够。困难是因以下而产生的即部件的极小 尺寸、定位测试仪器的精度、以及要测量的极小的力和偏转。
已有提议通过将工具施加至沉积物的一侧来测试其剪切强度。为 了避免因工具在衬底表面摩擦而造成的摩擦力，需要工具恰在衬底表 面的正上方。必须严密地将工具距衬底的高度控制在通常是土0.001mm 以内，以给出精确的力测量值。
一种已知的剪切测试设备包括具有支撑表面和测试头的机器，该 测试头以可控方式相对于支撑表面可移动。测试头携带有盒套，该盒 套专用于要进行的测试且在其上具有多个可互换的工具。工具通常被 定尺寸和/或定形以适合要测试的球体沉积物。在使用中，将要测试的 衬底连接至支撑表面，并且工具安装在盒套中并相对于球体沉积物而 驱动，以进行所需测试，该测试例如可以是剪切测试或往复疲劳测试。 工具通常相对于固定的沉积物移动。
应当理解通常的工具非常小，因而盒套具有柔性的元件，其上 安装有一个或更多测力计(例如应变计)。于是，工具和球体沉积物之间 的剪切力是通过盒套的柔性的元件的偏转在一定距离处测量的。
WO-A-2005/114722公开了这种盒套的实例。
在撞击测试的情况下，不易检测剪切力，该撞击测试中工具在与 球体沉积物接触之前高速地移动。这是因为应变计量元件或多或少地 远离工具，且支撑元件的惯性掩盖了被测量的力。通常测试的速度足 够高，以致在应变计有时间来响应工具处的力之前测试就结束了。
需要一种针对现有技术的这一缺陷的解决方案，特别是需要一种 测试设备和测试方法，其当剪切工具高速地移动时能够更好地检测球 体沉积物处的剪切力。这种剪切力可以是单向或往复的负载的结果。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种测试设备，用于将剪切负载 施加至衬底上的导电材料的球体沉积物，所述设备包括支撑元件和支 撑元件上的压电晶体，所述支撑元件适于将剪切负载施加至球体沉积 物，而所述晶体被布置为处在应力下，从而使得电信号从其发出。电 信号被处理以提供支撑元件所受到的剪切力的测量值，该支撑元件在 优选实施例中是剪切工具。
在这种设备中，压电晶体可布置为靠近支撑元件的接触面，并处 在受到足以给出可检测电信号的应变的任何位置中。优选地，支撑元 件可设置作为悬臂梁，该悬臂梁上支撑着压电晶体。
与晶体的电连接可以是传统的接线装置，例如一对适宜的截面积 的柔性导电体。作为替代，电通路可经由支撑元件的材料而提供，该 支撑元件上安装了压电晶体。使电馈入和返回相分离的绝缘性可由任 何传统方式来提供例如通过柔性导线的外部绝缘，或通过使支撑元 件的部件相分离的介电材料，或通过它们的组合。在一种实施例中， 支撑元件提供电馈入和返回通路，而在另一实施例中，绝缘的柔性导 线提供馈入和返回电通路。
在一个优选实施例中，压电晶体施加至剪切工具或支撑元件的背 面，而其正面用于施加所述剪切负载。在支撑元件的背侧上提供压电 元件的优点是如果将压电元件设在支撑元件的正面上，则当正面对 衬底的球体沉积物进行剪切时，球体沉积物会撞上压电元件。
在这种布置中，适于接触球体沉积物的正面在其对衬底的球体沉 积物进行剪切时，必然处在拉伸中。相对的背面则为压电晶体提供了 便利的安装。当正面因对球体沉积物进行剪切而处在拉伸中时，背面 必然同时处在压縮中，且安装在背面上的压电元件由沿背面作用的压 縮力而压紧。优选地，在使用中，晶体的安装面是平面，并紧邻支撑 元件的适于接触球体沉积物的部分。
压电晶体可以是任何适宜的形状或厚度。 一般地说，其一面最好 是平面的，优选为平坦的，以允许安装在支撑元件上。可对晶体进行 校准，以确定应力和电输出之间的关系，并可选择其形状以给出理想 的特性。在优选实施例中，晶体是矩形平面组件，其具有大体相等的 横向尺寸并且边缘几乎与Z轴平行，且其安装在支撑元件的背侧上，该支撑元件当对球体沉积物进行剪切时受到压縮力，如以上所论述。
尽管本说明书指单个压电晶体的使用，但应看到可提供多于一 个的晶体，以检测除对应于力的作用方向以外的方向上的力。例如， 偏离中心的负载可给出恻向应变，其可用于确定要测试的粘接的性质。 于是本发明设想一个或更多压电晶体，其安装在支撑元件上并布置为 处在相对于力的作用方向的不同方向上的应力下。本发明的设备可包 括来自多个压电晶体的输入的电子分辨率，以便获得关于球体沉积物 上失效力的方向的信息。
在使用中，支撑元件由工具保持件来支持，该工具保持件又反过 来安装在具有沿X、 Y和Z轴移动能力的已知剪切力测试机中。
这种布置特别是通过允许根据球体沉积物的性质和形状以及可能 的要施加的剪切力来选择支撑元件的形状，从而提供将剪切力测试机 适于不同剪切测试的便利手段。于是更大尺寸并可能具有更好粘性的 球体沉积物可由合适尺寸的支撑元件来测试。更特别地，可对压电晶 体的输出范围进行优化，以给出在期待的剪切力范围内的高灵敏度。 进而，例如从包括平坦的平面接触面、适于球体沉积物的近似直径的 一维弯曲接触面、以及适于球体沉积物的近似球状的二维弯曲接触面 在内的范围中，可选择支撑元件在与球体沉积物接触区域中的形状， 以适应要进行的测试。应当理解球体沉积物在形状上或多或少地不 规则，从而需要接触面的尺寸和形状的近似。
支撑元件可以例如是大体矩形的块，该块具有平行的正面和后面， 正面具有球体沉积物的接触面，而背面具有其上安装的压电晶体。
在一个实施例中，支撑元件是具有平坦背面的铲形工具，所述晶 体安装至该平坦背面。支撑元件的正面例如通过使部分球形的凹部适 于接合球体沉积物的圆周部，从而可适于要测试的球体沉积物的形状。
支撑元件的接触面可减小尺寸以紧密地配合要测试的球体沉积物 的直径。特别地，支撑元件可包括安装有压电晶体的主体部，和减小 尺寸的凸出接触部。
这种布置具有许多优点。特别地，主体部可被确定尺寸以与接触 部的尺寸无关地容纳理想比例的压电晶体。接触部可做成足够小，以 接合孤立但紧邻的球体沉积物，而不需要相应小的支撑元件和压电晶 体。接触部的基础也可做成A早.够小，以便处在紧邻的球体沉积物之间 的衬底的平坦部分上，从而在剪切测试前确保离衬底的精确提升距离； 如在介绍中所示，这种提升是避免摩擦力所需的。最终，与接触部的 比例相关的支撑元件的比例的变动允许选择的压电晶体区域中的应力 范围；于是可将优选尺寸和形状的压电晶体用于大范围的不同尺寸和 形状的接触部。
可将压电晶体以任何适宜方式安装至支撑元件，这使得应力以稳 定且可重复的方式传输至此。 一种适宜的安装方法是由环氧树脂等粘 合剂进行的表面粘接。
在优选实施例中，支撑元件和晶体之间的界面包括力分配层，其 用于给出大体均匀的平面接触。该层可例如包括环氧树脂，其在分别 流至各界面表面时扩散，并在设备的组装后固化，以确保出现平面接 触。
该层仅需非常薄且仅够容纳任何可在各表面中存在的不对准。环 氧树脂的特别优点在于相邻部件也粘接地相互保持，以使设备成为 整体。
于是粘合剂层包括支撑元件和压电晶体之间的薄软垫，并具有这 样的第二功能即以机械方式将支撑元件和压电晶体保持在永久稳固 的接合中。
环氧树脂层还可提供晶体用的电绝缘体，或取决于电通路而可成 为导电的。这种布置在认为一个或更多柔性导线是不希望的情况中特 别有利。
在一种优选实施例中，支撑元件设有用于与球体沉积物接触的内
嵌接触部分。通常使接触面退回支撑元件总宽度的30 60%。内嵌的平 面最好与剪切力想要作用的方向正交，且通常是与衬底大体正交且在Z 轴上。在一种实施例中，内嵌的平面与限定支撑元件的正面和背面的 平面平行、并处在该平面之间。
最好是确定内嵌面的精确位置，从而在工具的底面上的垂直负载 穿过相对于压电晶体的安装面的中间平面，从而不影响其输出。压电
晶体的电输出的这个适应修改和/或信号译释不是必要的；特别地，电 输出最好是与其上作用的应变成比例、以及与所施加的剪切力成比例。 最优选地，所施加的剪切力和电输出之间的关系是线性的。内嵌的位 置是由支撑元件所需的形状和尺寸来确定的，但也可通过使用有限元
分析(FEA)等数学方法来预测，并通过依据经验施加垂直(Z方向)负载来 检査。
在优选实施例中，内嵌与想要的剪切方向正交，并由成角度的或 辐射式的面而连接至支撑元件的正面，以消除高应力的点或线。


本发明的其它特征将从下面结合附图仅以示例形式示出的一些优
选实施例的说明而变得明确。在附图中
图l是合并本发明的工具保持件的侧视图。
图2是转动了9(T的图1的保持件的轴向截面图。 图3是对应于图2的侧视图。
图4是放大比例的图1的工具保持件的头部的透视图。
图5是使用中的图1 4的工具保持件的示意图。
图6示出了主视图的变型。
图7在侧视图中示出了图5的变型。
图8是图7的一部分的放大图。
图9是图8的一部分的进一步的放大图。
图10绘出了在没有偏移球体沉积物接触表面的剪切工具上的力。
图ll绘出了在有偏移球体沉积物接触表面的剪切工具上的力。
图12是使用中的变型工具的示意图。
图13示意性地绘出了可使用本发明的改进的剪切测试工具的粘接 力测试机。
具体实施例方式
参照图1 4，工具保持件11包括管状本体12，其具有减小直径 的连接杆13，用于连接至图1A中示意性地示出的粘接力测试机100 等测试机。连接杆13由图1A的卡盘102等套爪卡盘及类似物而固定 在机器中。管状本体12例如是金属材料的，最好是钢等合适的坚固的 材料。在管状本体12的口部中压入了环状绝缘体14，其是不导电塑料 等任何适宜的介电材料构成的。在绝缘体14中压入了例如钢质的工具 保持件15，如图示，该工具保持件15具有在近端处的拼合夹具16， 该拼合夹具16包括由插座头螺钉20紧固的可去除的盖帽17。
拼合夹具16允许插入和拔出支撑元件或剪切工具18，其上安装 有压电晶体19。剪切工具是陶瓷材料的，并包括大体恒定厚度的平板。 工具18容纳于工具保持件的相应凹部中，从而当拧紧螺钉20时被保 持和卡紧。剪切工具18作为悬臂梁而安装，而在优选实施例中压电晶 体19沿梁的长度的中心区域而安装。
本发明涉及用于测试半导体器件中粘接的剪切强度的仪器，更具 体地涉及包括剪切工具18和晶体19的剪切工具套件。工具保持件11
在测试机中的可拆除的安装是所希望的，但却并非实质性的，而在可 拆除安装的情况下，除了确保适当坚硬且牢固的连接外，安装手段并 不重要。
同理，可拆除的剪切工具18不是实质性的，但可有利于允许不同 剪切工具与通用的工具保持件16相配。应当理解，剪切工具18可固 定在测试机中而成为半永久的；换言之，仅在断裂或其它种类的故障
的情况下才认为它是可拆除的。这种布置在同一元件的反复测试的情 况中是有益的，其中.可拆除的工具保持件和/或剪切工具在测试程序 和/或产品频繁变化的情况下是有益的。
应当看出工具保持件和剪切工具可由例如环氧树脂粘合剂来永 久地连接，在这种情况不需要可去除的盖帽17。
在本领域中，可提供能够进行球体沉积物剪切测试的粘接力测试 机。一^1^实例是由英国Aylesbury的Dage Precision Industries, Ltd.提供 的型号4000系列机器。图13示意性地绘出了与型号4000机器具有许 多共同元件的粘接力测试机。在图13的机器中，保持剪切工具18的 工具保持件11的连接杆13紧固在卡盘102中，该卡盘102又反过来 安装在工具移动器104上。工具移动器104提供剪切工具18例如在X 方向上的移动以将球体沉积物23从衬底22上剪下，以及在Z方向上 的移动以相对于球体沉积物23垂直地定位剪切工具18。衬底22安装 在工作台118上，该工作台118提供衬底在X和Y方向上相对于剪切 工具18的移动。将工具移动器104紧固在壳体105上，该壳体105上 安装有高功率显微镜106。壳体105还包括处理器，其对从压电晶体 19接收的电信号进行处理，并最好是将该处理的结果显示在连接至壳 体105的显示屏幕107上。机器IOO还包括摇杆控制器106、 108，其 移动X-Y工作台118和剪切工具18。操作员透过高功率显微镜106观 看所关注的衬底22的区域，并使用摇杆106、 108来将剪切工具18定 位于与要从衬底22上剪下的球体沉积物23附近。 一旦剪切工具18相
对于球体沉积物23正确地定位，则工具移动器104将剪切工具18以 理想速度在X方向上移动理想距离，以将球体沉积物23从衬底22剪 下。在该剪切事件期间，压电晶体19以将在后面更详细地说明的方式 受到拉伸力和压縮力。施加在压电晶体19上的力从晶体19上产生电 信号，该信号可与将球体沉积物23从衬底剪下所需的剪切力相关。
由压电晶体产生的电信号可由绝缘线(未图示)来传送，该绝缘线穿 过本体12内的小孔5以在远端21处出来，接着向上进入壳体105内 所含的处理器(未岡示)。在一个实施例中，合适的电轨道可通过在陶瓷 剪切工具18的表面上进行光蚀印刷而形成，并在表面上设有按压式电 连接件，在此处使工具紧固至工具保持件15。在本实施例中，陶瓷剪 切工具18提供了介电材料，其上设有导电轨道。导电轨道也可由其它 方法来提供，例如通过将金属元件粘接或用其它方式固定至陶瓷工具 18。
如图4中很好地绘出，剪切工具18的尖端24在宽度上被减小， 以紧密地配合要测试的连接球体的实际宽度。剪切工具18的宽度/厚度 比例通常在3:1 8:1的范围内，且尖端24通常是1000/mi或更少。如 图示的，尖端24的宽度与剪切工具18的宽度之比可处在4:1 10:1的 范围内。
图5示出了使用中的测试工具。工具保持件的本体12安装于图 1A所示的机器等适宜的测试机上，如图示，该测试机具有X、 Y、 Z 横截线，并且如前面所述，该测试机相对于衬底22移动，以处在将剪 切力施加至许多球体沉积物23中的一个的适当位置。可提供适宜的接 触传感设备，以确保当剪切工具18将球体沉积物23从衬底22上剪下 时避免将剪切工具18拖曳至衬底22上。
尽管示出了两边缘的球体23的阵列，但也会遇到任何形状的阵 列，包括覆盖衬底23表面的栅格阵列。
通过将剪切工具18在"X"方向上正对着各球体23移动，并施加
逐渐增加的力直到发生断裂来进行测试。作为替代，测试也可这样进
行即通过例如以相对于球体沉积物23的0.5 2.5米/秒范围内的速度 来移动剪切工具18，以动态地将球体沉积物23从衬底22剪下。取决 于设备的能力，工具移动的速度可达10米/秒，但一般而言，与有效测 试相称的最低速度是合适的。
剪切工具48从本体12悬臂伸出，从而在使用中，当剪切工具18 将球体沉积物23从衬底22上剪下时剪切工具18的正面所受的负载使 该面承受拉伸力。同时，使后面相应地承受压縮力。相应地，压电晶 体19由施加在后面上的压縮力压紧，且晶体19生成电输出，该电输 出可用来确定将球体沉积物23从衬底22上剪下所需的力。
对于衬底的球体沉积物的部分或全部可重复进行测试，且在规则 阵列的情况下，测试可以是自动的。
本实施例说明了单个压电晶体的使用，该压电晶体具有一般在Z 方向、在剪切测试期间与移动平面正交的小孔压縮轴。如果有必要或 方便，则可利用多个晶体在多个相互不同的方向上来检测应变，并可 单独地或组合地使用多个电输出，以解析在所关注的想要方向上的剪 切力。
如果有必要，则可通过重复剪切已知尺寸和品质的材料例如穿过 衬底中紧密配合的孔而指向上方的线端，从而校准工具18。根据这一 方法，可将保持测试导线的固件紧固在工作台118上。然后以相对于 球体沉积物来定位剪切工具18的相同方式，可将该剪切工具18定位 成与线端相邻。然后可开启机器以剪下测试导线的末端。假设测试导 线具有已知的材料和几何形状，则剪切测试导线所需的力也是已知的。 于是，由压电晶体19产生的电信号可与已知的剪切力值相关。以这种
方式，可生成对于给定剪切力值的压电晶体19信号输出的表格，以用 于受测试的特定剪切工具18。这些值可用于机器处理器中，以基于从
压电晶体19接收的电信号来指示剪下球体沉积物所需的剪切力。
在图6 8中示出了本发明的变型。在该变型中，工具保持件41 具有安装连接杆43和具有相对的"V"形凹槽45的口部44，以接收 剪切工具插入物46。插入物46沿凹槽45的轴线滑入保持件41，并滑 入成与阻挡板邻接。插入物46被布置为由装载弹片的球夹(未图示)来 保持，并由平头螺钉48来紧固，从而使其变得相对于工具保持件41 不可移动。
靠在插入物46上的是陶瓷剪切工具49，其具有用于接触球体沉 积物的正面50、以及具有安装在其上的压电晶体52的背面51。在使 用中，如前面所述，在正面施加至球体沉积物23的剪切负载造成施加 至晶体52的压缩应力，其结果得到电输出。工具49具有与第一实施 例中所示的工具相似的整体比例。
在插入物46的压电元件52和工具保持件41之间设有适宜的滑动 电连接件53，以便随着插入工具保持件41而通过刷擦来自动接合。
如图示，剪切工具49的接触面54从正面退回。在使用中，随着 剪切工具穿越球体沉积物，除了生成水平力以外，还生成垂直力。如 果垂直力很大，则该垂直力影响晶体52的输出并足以使被测的力失真。 在理想情况下，应由晶体19仅记录将球体沉积物从衬底上剪下所需的 水平力。
通过将接触面54设置为更靠近晶体的安装面，可将垂直力引入中 间平面，从而在安装平面处的弯曲应力和应变的测量相对地无失真。 图8A、 8B和8C示出了本发明的这一特征。
如图9所示，接触面54退回一段距离120，该距离在本实施例中 约是从正面50到背面(安装面)51的距离122的40%。为特定的剪切工 具49所选择的实际退回距离120取决于剪切工具49的整体尺寸和压 电晶体52的尺寸和位置。
退回距离120还可受球体沉积物的形状和接触面52的形式的影 响。在使用中，退回距离120的尺寸通常在30% 60%的范围内，并且 可通过有限元分析(FEA)等数学方法从测试中，且可通过在观察晶体52 的输出的同时将垂直负载施加至工具49的底面来依据经验确定。
为了理解本实施例使接触面54从正面50退回的剪切工具49与无 退回的剪切工具18等剪切工具相比的益处，现参照图10。在图10中， 当剪切工具202的正面200撞击球体沉积物23以将其从衬底22上剪 下时，产生了许多力。球体沉积物23以水平力210将工具210向回推。 球体沉积物23也以垂直力212将工具202向上推。此外，由于在远离 工具202的根基的位置处将力施加至球体23，因而将弯曲力矩214施 加至工具202。弯曲力矩的大小是力臂或在接触面200和工具202的根 基之间的距离216的函数。如前述，水平力210使工具的正面204处 在拉伸力中，并使后面206处在压縮力中。结果，压电晶体220受到 由水平力210产生的压縮力230、对应于垂直力212的压縮力232,和 对应于弯曲力矩214使晶体220处在拉伸力中的力234。拉伸力234可 能比压縮力232更大，结果是该拉伸力234倾向于抵消力230的一部 分，导致不精确的剪切力测量值。
为了使该不精确最小化或减少该不精确，如图11所示，剪切工具 302的接触面300从正面304向后偏移。该偏移的效果是使接触面300 更靠近工具302的弯曲中心318。这就减小了力臂308，于是减小了弯 曲力矩314。结果是工具302仍受到由球体沉积物23将工具302向 后推而产生的同一水平力310。工具302还受到由球体沉积物23将工 具302向上推造成的同一垂直力312。然而，由于力臂308縮短了，因
而弯曲力矩314与图10中的弯曲力矩214比较已相应减小了。结果， 尽管压电元件320仍受到对应于水平力310的同一压縮力330和对应 于垂直力312的同一压縮力332，但由弯曲力矩314导致的拉伸力334 却显著地减小了。在理想情况下，工具的几何形状被设计为使得由弯 曲力矩314导致的拉伸力334大致等价于压縮力332，结果是这些力大 体上彼此抵消，从而压电晶体320产生这样的电信号其仅对应于由 水平力310导致的压縮力330。以这种方式，晶体320产生出更精确地 反映出将球体沉积物23从衬底22上剪下所需的力的大小的力。
图12示出了在将剪切力施加至一行球体沉积物中的一个前的分 步退回工具49的三维示意图。
接触面52的宽度通常与球体沉积物的直径大约相同，可以是约 100 750/mi。使用可更替的内嵌件允许提供不同宽度的工具，并允许 不同形式的工具(例如这样的工具其具有适于球体沉积物的形状而形 成的凹部)。
应当理解，本发明不限于此处说明的实施例，而且对本领域的普 通技术人员来说很明显的变型也可在本发明的精神以及所附权利要求 书保护的设备和方法的范围内做出。例如，尽管在这些实施例中所示 出的压电晶体仅处在实施例所描绘的剪切工具的后面，但压电晶体也 可设在剪切工具的正面或其它表面上。还可做出其它这样的修改。
权利要求
1. 一种测试设备，用于将剪切力施加至衬底上的导电沉积物上，以测试其间粘接的剪切强度，所述设备包括剪切工具和安装在该剪切工具上的压电晶体，该剪切工具适于将剪切力施加至所述沉积物，并且所述晶体布置为在应力下被放置，该应力是在所述剪切工具将所述剪切力施加至所述沉积物的同时沿所述剪切工具作用的压缩或拉伸力造成的，所述晶体响应于所述应力而产生电信号，所述电信号提供将所述沉积物从所述衬底上剪下所需的剪切力的指示。
2. 根据权利要求l所述的设备，其中所述压电晶体施加至所述剪切工具的背面，正面适于施加所述剪切负载。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述晶体的安装 面是平面的，并紧邻支撑元件的在剪切作用期间受到最大应变的部分。
4. 根据前面任一权利要求所述的设备，其中所述剪切工具适于作 为悬臂梁固定至工具保持件。
5. 根据前面任一权利要求所述的设备，其中所述剪切工具在与球 体沉积物接触的区域中的形状是从以下范围中选择的，该范围包括平 坦的平面接触面、适于所述球体沉积物的近似直径的一维弯曲接触面、 以及适于所述球体沉积物的近似球状的二维弯曲接触面。
6. 根据前面任一权利要求所述的设备，其中所述剪切工具是大体 矩形的块，该块具有平行的正面和后面，所述正面具有用于所述球体 沉积物的接触面，而背面上安装有所述压电晶体。
7. 根据前面任一权利要求所述的设备，其中所述剪切工具包括 主体部，所述压电晶体安装到该主体部；以及减小尺寸的凸出接触部，该凸出接触部用于接触所述球体沉积物。
8. 根据前面任一权利要求所述的设备，其中所述压电晶体通过粘 合剂安装至所述剪切工具上。
9. 根据权利要求8所述的设备，其中所述粘合剂是环氧树脂。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中所述剪切工具和所述压电晶 体之间的界面包括力分配层，该力分配层适于给出基大均匀的平面接 触。
11. 根据权利要求10所述的设备，其中所述层足够容纳可在所述 剪切工具和所述压电晶体的相应表面中存在的任何不对准。
12. 根据权利要求9至11中的任一权利要求所述的设备，其中环氧 树脂的所述层提供用于所述压电晶体的导电体。
13. 根据前面任一权利要求所述的设备，其中所述剪切工具具有 正面和后面，并设有与所述球体沉积物接触的接触部分，其中所述接 触部分从所述正面向后偏移。
14. 根据权利要求13所述的设备，其中所述接触部分包括从所述 正面退回所述剪切工具的总宽度的30%至60%的接触面。
15. 根据权利要求14所述的设备，其中内嵌的平面与剪切力的意 图施加方向正交。
16. 根据权利要求13至16中的任一权利要求所述的设备，其中确 定所述接触面的偏移，从而减小由垂直力导致的作用在所述压电晶体 上的拉伸和压縮力。
17. 根据前面任一权利要求所述的设备，其中所施加的剪切力和 电输出之间的关系是成比例的。
18. 根据权利要求17所述的设备，其中所施加的剪切力和电输出 之间的关系是线性的。
19. 根据前面任一权利要求所述的设备，进一步包括工具保持件， 所述剪切工具固定到该工具保持件，所述工具保持件适于固定到工具 移动器。
20. 根据权利要求19所述的设备，其中所述工具保持件限定口部， 所述剪切工具被保持在该口部内。
21. 根据权利要求20所述的设备，其中所述工具保持件包括拼合 夹具，该拼合夹具限定所述口部，并可操作用于夹持所述剪切工具。
22. 根据权利要求21所述的设备，其中所述工具保持件包括本体 和由螺钉固定至该本体的可去除的盖帽，所述本体和盖帽限定所述拼 合夹具，并且所述盖帽通过操作所述螺钉而相对于所述本体可调节， 以夹持所述剪切工具。
23. 根据权利要求19至22中的任一权利要求所述的设备，其中所 述工具保持件是基本管状的，并包括圆柱状的近端，用于连接至所述 工具移动器的卡盘。
24. 根据权利要求19所述的设备，其中所述工具保持件和剪切工 具包括互补的凸凹形式，从而允许在与所述剪切工具的剪切方向垂直 的单根线性轴线上进行连接。
25. 根据权利要求24所述的设备，其中所述剪切工具包括相对的 突出滑动轨道，用于接收在所述工具保持件的对应滑动凹部中。
26. 根据权利要求25所述的设备，还包括止动件以限制将所述剪 切工具插入所述工具保持件中，并进一步包括可松开的夹具以将所述 剪切工具保持在所述工具保持件中。
27. 根据权利要求24至26中的任一权利要求所述的设备，并且进 一步包括相配合的电触点，所述相配合的电触点适于在所述剪切工具 和工具保持件的连接件上进行联接。
28. 根据权利要求27所述的设备，其中所述电触点包括可在所述 轴线的方向上自动接合的滑动刷。
29. 根据权利要求19至28中的任一权利要求所述的设备，其中所 述设备进一步包括用于支撑所述衬底的可移动工作台，并进一步包括 用于相对于所述衬底上的所述沉积物定位所述剪切工具的显微镜和手 动控制器。
30. —种确定施加至衬底上的导电球体沉积物的剪切力的方法， 所述方法包括提供剪切工具，该剪切工具具有用于剪切所述沉积物的正面，并 具有粘接至该剪切工具上的压电晶体；提供用于通过监控所述压电晶体的电输出而检测所述压电晶体中 的应力的变化的设备；将所述正面施加至球体沉积物，以从所述衬底剪下所述沉积物，以及在从所述衬底剪下所述球体沉积物时，检测所述压电晶体中的应 力的变化。
31. 根据权利要求30所述的方法，并且包括以下步骤相对于所述球体沉积物以一速度来施加所述剪切工具。
32. 根据权利要求31所述的方法，并且包括以下步骤在与所述 球体沉积物接触的点处，将所述剪切工具加速至0.5至10米每秒的范 围内的终点速度。
全文摘要
一种用于将剪切负载施加至衬底上的沉积物的测试设备，包括具有与沉积物接触的尖端(24)的悬臂剪切工具(18)，和其上具有压电晶体的背面。在使用中，背面受到压缩力以及其它力，并且来自所述晶体的相应电输出与那些力成比例。在一种实施例中，剪切工具接触沉积物的部分从该剪切工具的正面向后偏移，以改进由压电晶体产生的信号的精度。该设备用于测试通常在半导体器件中存在的沉积物和衬底之间的粘接的强度。
文档编号G01N3/24GK101384894SQ200780005635
公开日2009年3月11日 申请日期2007年2月16日 优先权日2006年2月17日
发明者约翰·罗伯特·赛科斯 申请人:达格精度工业有限公司