一种单晶片机械强度测试装置及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测试装置，具体地讲是一种单晶片机械强度测试装置及检测方法。
【背景技术】
[0002]在半导体工业中，作为衬底的单晶片的质量直接影响器件性能、质量及成品率。近年来，随着可再生能源日益受到重视，光伏产业保持着高速增长的趋势，单晶硅太阳能电池产业突飞猛进的发展。为了降低太阳能电池生产的成本，各厂商通过不断减少硅片厚度来减少材料消耗。但是，随硅片厚度减薄，硅片机械强度降低，最终导致成品率降低(2008年第十届中国太阳能光伏会议论文集，283页-286页报道)。因此，硅片机械强度成为衡量硅片质量的重要指标。
[0003]此外，以锗单晶为衬底的单结或多结化合物太阳能电池因其转换效率高、耐高温、抗辐射、可靠性高被广泛运用于空间太阳能领域。在空间领域使用，要求锗单晶片厚度薄且强度高，以满足航天运输的需要。另外，在太阳能电池制作完成后，要进行多次抗振动实验，机械强度低的电池片很容易破碎，因此需要单晶衬底有较高的机械强度(半导体技术刊物.2010年第8期，768页-771页报道)。
[0004]随着半导体技术的发展，诸如GaAs、InP、SiC、蓝宝石等第二代或第三代半导体材料得到了广泛应用，同时，对于此类材料单晶片的质量也提出了更高的要求，而这其中机械强度是衡量此类材料单晶片质量的重要指标之一。
[0005]目前，单晶片机械强度测试常用三点弯曲法(半导体学报，1997年第9期，710页-713页报道)，这种方法适应性强，适用于测试各种材料的机械强度。但是，此方法用作单晶片机械强度测试，只能测试单晶片局部的机械强度，很难表征单晶片全局的机械强度。传统单晶片机械强度测试方法，由于其所用单晶片托架机械结构固定，只能测试固定尺寸的单晶片，如果需要测试其他尺寸的单晶片需要更换整个单晶片托架，使用较为不便。
[0006]综上所述，开发一种操作简单、准确、高效、通用性强的单晶片机械强度测试装置显得十分必要。
【发明内容】
[0007]针对单晶片机械强度测试的需要，本发明提供一种结构简单、易于操作、通用性强的单晶片机械强度测试装置及检测方法。
[0008]本发明采取的技术方案是:一种单晶片机械强度测试装置，包括测试台、推压力计、弹簧，所述测试台的两根立柱上设有上横梁和下横梁，所述下横梁的下部与测试台台面之间设有弹簧，下横梁在两根立柱上上可上下移动，所述推压力计固定在上横梁上，其特征在于:还包括样品卡盘、螺栓，所述样品卡盘包括样品托架和卡盘底座；所述样品托架为环状，在样品托架正面靠近内环的面上设有一圈凹面，在样品托架反面靠近内环的面上间隔设有四个盲孔，其中，两个盲孔与样品托架的环心在一条水平线上，另两个盲孔与样品托架的环心在一条轴线上； 所述卡盘底座为圆形状，沿卡盘底座正面中心的左右水平线上及上下轴线上，依次设有第一组四个带螺纹的盲孔1、第二组四个带螺纹的盲孔IV、第三组四个带螺纹的盲孔II1、第四组四个带螺纹的盲孔1、第五组四个带螺纹的盲孔V ;
所述卡盘底座固定在测试台的下横梁上；
四个所述螺栓分别螺接在第一组四个带螺纹的盲孔I中或第二组四个带螺纹的盲孔IV中或第三组四个带螺纹的盲孔III中或第四组四个带螺纹的盲孔I或第五组四个带螺纹的盲孔V中；
所述样品托架设置在卡盘底座上，卡盘底座上的四个螺栓对应插入样品托架上的四个盲孔中；推压力计的探头垂直于样品卡盘中心。
[0009]一种单晶片机械强度测试装置的检测方法，其特征在于:步骤如下:
第一步、根据单晶片的尺寸选择对应直径的样品托架，在卡盘底座上设有的第一组四个带螺纹的盲孔I中或第二组四个带螺纹的盲孔IV中或第三组四个带螺纹的盲孔III中或第四组四个带螺纹的盲孔I中或第五组四个带螺纹的盲孔V中螺接一个螺柱，将样品托架装入卡盘底座上方，此时四个螺柱对应的插入样品托架上的四个盲孔中，将样品托架定位在卡盘底座上；
第二步、将单晶片放入样品卡盘样品托架上设有的一圈凹面中；
第三步、调节测试台下横梁的位置，使推压力计的探头与单晶片接触；
第四步、开启推压力计，使推压力计探头缓慢向待测的单晶片加力，直至单晶片被压碎；
第五步、读取推压力计所示的最大压力值，此压力值即为所测单晶片的机械强度； 第六步、记录数据。
[0010]本发明具有的优点和有益效果是:以环状样品托架支撑待测单晶片，并以推压力计向单晶片中心加力的方式，相比三点弯曲法机械强度测试装置，可准确测试单晶片全局的机械强度。
[0011]本发明相比传统固定托架式单晶片机械强度测试装置，可根据单晶片的尺寸，方便、快捷地更换不同尺寸的样品托架，以准确、高效地测试多种材料、不同尺寸单晶片的机械强度，以满足2— 6英寸单晶片的测试需求。
[0012]本发明结构简单、易于操作，适用于测试硅单晶片、锗单晶硅片、砷化镓单晶片、磷化铟单晶片、蓝宝石单晶片等多种单晶片的机械强度，应用范围广、适用性强。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明样品托架的主视图；
图3是本发明样品托架的后视图；
图4是本发明样品托架的侧剖图；
图5是本发明卡盘底座的主视图；
图6是本发明卡盘底座的侧剖图。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
参照图1至图6所示，一种单晶片机械强度测试装置，包括测试台1、推压力计2、弹簧4，还包括样品卡盘3、螺栓4。
[0015]样品卡盘3包括样品托架3-1和卡盘底座3-2。
[0016]样品托架3-1为环状，在样品托架3-1正面靠近内环的面上设有一圈凹面3-11，在样品托架3-1反面靠近内环的面上间隔设有四个盲孔3-12，其中，两个盲孔3-12与样品托架3-1的环心在一条水平线上，另两个盲孔3-12与样品托架3-1的环心在一条轴线上。
[0017]样品托架3-1的直径为80mm或直径为105mm或直径为130mm或直径为155mm或直径为180mm。
[0018]直径为80mm样品托架3_1水平线上两个盲孔3_12的孔心间距及轴线上两个盲孔3-12的孔心间距分别为55mm。
[0019]直径为105mm样品托架3_1水平线上两个盲孔3_12的孔心间距及轴线上两个盲孔3-12的孔心间距分别为80mmo
[0020]直径为130mm样品托架3_1水平线上两个盲孔3_12的孔心间距及轴线上两个盲孔3-12的孔心间距分别为105mm。
[0021]直径为155mm样品托架3_1水平线上两个盲孔3_12的孔心间距及轴线上两个盲孔3-12的孔心间距分别为130mm。
[0022]直径为180mm样品托架3_1水平线上两个盲孔3_12的孔心间距及轴线上两个盲孔3-12的孔心间距分别为155mm。
[0023]样品托架3-1的直径为80mm用于2英寸单晶片检测，直径为105mm用于3英寸单晶片检测，直径为130_用于4英寸单晶片检测，直径为155_用于5英寸单晶片检测，直径为180mm用于6英寸单晶片检测。
[0024]样品托架3-1不同直经的设计，用来对应测试不同尺寸的单晶片。
[0025]卡盘底座3-2为圆形状，直径为160mm，沿卡盘底座3_2正面中心的左右水平线上及上下轴线上，依次设有第一组四个带螺纹的盲孔13-21、第二组四个带螺纹的盲孔IV3-22、第三组四个带螺纹的盲孔1113-23、第四组四个带螺纹的盲孔13-24、第五组四个带螺纹的盲孔V3-25。
[0026]第一组的四个带螺纹的盲孔13-21中，水平线上的两个带螺纹的盲孔13-21的孔心间距及轴线上两个带螺纹的盲孔13-21的孔心间距分别为55mm。
[0027]第二组的四个带螺纹的盲孔IV3-22中，水平线上两个带螺纹的盲孔IV3-22的孔心间距及轴线上两个带螺纹的盲孔IV3-22的孔心间距分别为80mm。
[0028]第三组的四个带螺纹的盲孔II13-23中，水平线上两个带螺纹的盲孔II13-23的孔心间距及轴线上两个带螺纹的盲孔1113-23的孔心间距分别为105mm。
[0029]第四组的四个带螺纹的盲孔13-24中，水平线上两个带螺纹的盲孔13-24的孔心间距及轴线上两个带螺纹的盲孔13-24的孔心间距分别为130mm。
[0030]第五组的四个带螺纹的盲孔V3-25中，水平线上两个带螺纹的盲孔V3-25的孔心间距及轴线上两个带螺纹的盲孔V3-25的孔心间距分别为155mm。
[0031]在测试台I的两根立柱上1-1设有上横梁1-2和下横梁1-3，下横梁1_3的下部与测试台I台面之间设有弹簧4，下横梁1-3在两根立柱上1-1上可上下移动，推压力计2固定在上横梁1-2上。
[0032]将卡盘底座3-2螺装在测试台I的下横梁1-3上，四