专利名称：剪切力测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于细线间距和超细线间距半导体器件及其导 线或导体焊接牢固性剪切力测试装置。
背景技术：
随着半导体科技的不断发展，越来越多的功能被集成到尺寸很小的晶
元基板上，晶元基板上的布线越来越密集。目前，65nm线宽器件已经开发 成功，而45nm线宽技术终将实现量产。细线间距(Fine Pitch)或超细 线间距(Ultra Fine Pitch)引线键合技术逐步推广应用，使得焊接于晶元 上的导线或导体间的间距越来越小，达到了 60-40um。未来的几年甚至可 能达到35-30um的极细线间距。同样大小的芯片，具有了更为强大的功能。
而焊接在晶元上的导线直径通常为25. 4um/20um或更细的直径如18um. 焊接金球的直径则相应为32um-50um。这些连接导线和金球必须牢固可靠 地焊接在晶元基板上的焊盘上。因为被测试焊接目标物很小，测试装置必 须能精准地对准要测试的焊接金球，并在对准后测试结束前不产生对位偏 移，以保证测试结果的准确性。
已知的测试装置都是具有水平摆放或竖直摆放的测力传感器和用来 与被测试焊接目标物附着平面进行接触定位和进行剪切力测试的工具推 刀的基本结构。通过工具推刀与被测试焊接目标物附着平面进行接触，从 而感知被测试焊接目标物附着平面在Z轴向的位置，以此位置为基准，确 定被测试焊接目标物的底部，并相对该被测试焊接目标物的底部位置上升. 一个预定的高度h，如3mn，再进行剪切力测试相对运动。从而得到具有 可重复性的焊接强度测试值。
据公开的专利US6078387，揭示了一种实现感知接触的机构这种机构的 主体是由具有水平双臂悬臂梁结构，该双臂悬臂梁的一端固定在固定块上，另一端(自由端)连接着移动块和探针(即本文所说的工具推刀)。在空气轴 承的作用下，该双臂悬臂梁的自由端可以上下自由移动。再利用光电传感器 感知固定在该双臂悬臂梁的自由端的移动块上的探针在接触到被测试焊接目 标物附着平面而产生的位移。然后，关闭压縮空气的供给，停止空气轴承的 作用，利用该双臂悬臂梁的弹性把移动块固定在固定块上，实现定位的目的。
根据物理常识和几何学知识，悬臂梁自由端相对固定端发生上下位移形 变时，自由端不可避免地会同时发生水平方向上的位移。也就是说，采用悬 臂梁结构实现接触感知的方法实际上存在接触前和接触后定位位置水平偏移 的问题。如图6所示的偏移量P1。
假设悬臂梁的长度为L;为了接触，自由端在接触目标平面后，旋转一
个角度al;悬臂梁自由端端点从D1移动到D2。悬臂梁自由端不可避免地发生 了一个位置偏移P1。由三角关系，很容易得出位置偏移Pl与旋转角度al和两 次位移连线与垂直线的夹角a2及悬臂梁长度L的对应关系如下 B:2XLXSin(a1/2)
P1=BXSina2:2XLXSin(al/2) XSin(a2)
在此，我们不讨论具体悬臂梁结构带来的具体偏移量的问题，但可以肯 定的判断由悬臂梁结构构成'的接触定位方式会导致接触定位位置偏移，而这 种接触定位位置水平偏移P1 (图6)，有可能导致工具推刀与被测试焊接目标 物发生错位。且不同大小接触力度会造成接触定位位置水平偏移量P1的非线 性变化，不利于控制不同大小接触力度。
图7从剪切力测试相对运动方向形象地展示了细线间距或极细线间距半
导体产品金球焊接剪切力测试中，工具推刀和焊接金球的相对应尺寸关系和
测试时相对位置关系。如图7，在密集排列的焊接金球阵列中，因为排列的焊 接金球很密集，焊接金球之间的间距很小，工具推刀在进行剪切力测试前对 准的位置不能发生沿着定位位置水平偏移P 1 (图7)方向上的位置偏移。这 种定位位置偏移，有可能导致工具推刀和被测试焊接金球发生错位的剪切，即焊接金球可能没有被完整地剪切和部分地剪切到了两个焊接金球，从而招 致失败的测试结果。这种定位位置水平偏移的问题在细线间距或超细线间距 半导体剪切力测试时，是应该尽量避免的。
当然，在使用悬臂梁结构的情况下，可以想办法把旋转角度控制在很小 的范围，以减小定位位置水平偏移量P1。但并不能避免用这种方式进行感知 接触时定位位置偏移的产生。且当需要较大的接触力来确认接触时，势必需
要较大的旋转角度al，而这样一来，定位位置偏移P1就会相应大幅度加大。
发明内容
本实用新型的目的是克服上述缺陷，向社会提供一种可完全消除定位 位置水平偏移的问题，以保证测试具有更高的可靠性和精确性的剪切力测 试装置。
本实用新型的技术方案是在剪切力测试装置的Z轴上安装具有水平 对称结构的弹性体，以及压紧机构，以及连接在该水平对称结构弹性体自 由端上的测试头，所述测试头包括测力传感器及工具推刀。被测试物固定
在XY移动平台上。水平对称结构的弹性体自由端可以自由上下移动。当
驱动工具推刀对指定平面实施接触感知时，水平对称结构的弹性体启由端 发生垂直方向上的位移，这种位移不带来水平方向上的位置偏移。也就是 说水平对称结构的弹性体自由端发生的垂直方向上的位移一直在同一垂 直线上。在确定了接触后，利用压紧机构将水平对称结构的弹性体自由端 固定，然后进行剪切力测试运动。这种具有水平对称结构的弹性体的技术 方案不仅完全避免了这种定位位置水平偏移量Pl的产生，而且接触力度 大小的调整也不会造成这种定位位置水平偏移量Pl的产生，确保了定位 的精准性和剪切力测试精密性。
具体地说，本实用新型是一种剪切力测试装置，包括一个可上下移动 的基板，在所述基板上设有弹性体，所述弹性体具有一个可朝向或远离所 述基板移动的自由端，测试头连接在所述自由端上，所述弹性体是一个水平对称结构弹性体，所述自由端位于所述水平对称结构弹性体的对称线
上，在所述测试头上方设有一个用于固定所述测试头的压紧机构；所述自 由端和基板之间设有便于自由端和连接于其上的测试头一起上下移动的 间隙，当所述测试头定位准确后，在所述压紧机构的作用下，所述自由端 紧靠在所述基板上，固定所述测试头。
所述水平对称结构弹性体是矩形、圆形、菱形或跑道形。
在水平对称结构弹性体应变集中的地方贴有用于感应水平对称结构 弹性体的形变，控制接触力大小，以适应不同软硬表面接触的敏感元件。
所述敏感元件是应变计。
本实用新型具有在剪切力测试过程中，接触定位位置不会发生水平方 向的偏移，保证了在细线间距或极细线间距半导体剪切力测试中极端精密 定位的要求，保证了测试的可靠性和精准性的优点。
图1是本实用新型一种实施例的立体结构示意图。 图2是图1的主视平面结构示意图。 图3是图1的侧视平面结构示意图。
图4是本实用新型的一种水平对称结构弹性体的平面结构示意图。 图5是本实用新型的另一种水平对称结构弹性体的平面结构示意图。 图6是现有测试装置存在问题原理结构的平面结构示意图。 图7是现有测试装置存在问题原理结构的平面结构示意图。
具体实施方式
图中1.水平对称结构弹性体；2.固定端；3.镙栓；4.基板；5.自 由端；6.测力传感器；7.工具推刀；8.压紧机构；9.被测试焊接目标物附 着平面；10.被测试焊接目标物；ll.应变计；12.间隙；13.测试头。
请参见图1、图2和图3, —种剪切力测试装置，包括一个可上下移体，所述弹性体具有一个可朝向或 远离所述基板移动的自由端，测试头连接在所述自由端上，所述弹性体是 一个水平对称结构弹性体1，所述自由端5位于所述水平对称结构弹性体 1的对称线上，在所述测试头13上方设有一个用于固定所述测试头的压紧 机构8;所述自由端5和基板4之间设有便于自由端5和连接于其上的测 试头13 —起上下移动的间隙12 (见图3)，当所述测试头13定位准确后， 在所述压紧机构8的作用下，所述自由端5紧靠在所述基板4上，固定所 述测试头13。本实例中，所述测试头13包括测力传感器6和工具推刀7。
在水平对称结构弹性体1应变集中的地方贴有用于感应水平对称结构 弹性体l的形变，控制接触力大小，以适应不同软硬表面接触的敏感元件 11。本实施例中的敏感元件ll是应变计。
使用时，本装置具有XY轴和Z轴移动平台。水平对称结构弹性体1 上部固定端2和压紧机构8 —起用镙栓3固定在安装于Z轴，并可随Z轴上 下移动的基板4上。自由端5牢固地连接着测力传感器6和工具推刀7。自 由端5和基板4之间保持很小的一个间隙12，使得自由端5和连接于其上的 测力传感器6和工具推刀7 —起可自由上下移动，并在水平对称结构弹性体 1的弹性力和测力传感器6及工具推刀7的重量作用下自然下垂，达到平衡。 水平对称结构弹性体1的应变集中的位置贴有感知弹性变形的敏感元件如应 变计ll。基板4在Z轴的带动下，朝向被测试焊接目标物附着平面运动，当 工具推刀7接触到被测试焊接目标物附着平面9时，水平对称结构弹性体1 产生对称形变，形变量随接触力度大小不同而不同。由于水平对称结构弹性 体l所发生的形变是水平对称的，所以在弹性体l的弹性形变范围内，弹性 体1不会产生左右或前后的错位偏移，即不会产生定位位置水平偏移量Pl。 贴在水平对称结构弹性体1应变集中位置的应变计11在水平对称结构弹性体 1的不同大小形变作用下，发送不同大小的电信号给信号采集系统。系统根 据软件设定参数，在不同大小电信号指示作用下，停止Z轴的运动，并同时驱动压紧机构8将水平对称结构弹性体1的自由端5用机械力的方式压紧在 压紧机构8上，完成感知接触，并实现定位。此时，间隙12已经闭合。因为 水平对称结构弹性体1产生的形变是两边对称的，所以工具推刀7从接触的 开始到感知接触结束的过程中，所发生的垂直方向上的位移一直保持在同一 垂直直线上，不会带来水平方向上的位移。也就是说，彻底消除了接触定位 位置偏移的问题，从而严格地保证了精密定位的需要。并且，对应变计11 发送的电信号进行处理即可方便地实现软件调整不同大小的接触力度，并且 接触力度大小的调整不造成定位位置偏移。当完成接触定位后，系统控制基 板4上升一个预定的高度如几个um后，XY轴带动被测试焊接目标物10和被 测试焊接目标物附着平面9产生朝向工具推刀7的运动，进行剪切力测试。 信号采集系统开始采集测力传感器6在整个测试过程的信号变化。
当完成剪切测试运动后，基板4在Z轴的带动下，上升一个安全的高度。 压紧机构8随后松开水平对称结构弹性体1的自由端5，水平对称结构弹性 体1的自由端5和连接于其之上的测力传感器6和工具推刀7在水平对称弹 性体l的弹性力作用下，离开压紧机构8，恢复自由上下移动，并回到平衡
位置。间隙12重新恢复到原来的间隙大小。
水平对称结构弹性体1可以设计成多种形状。以得到不同弹性系数的弹 性体。可以是矩形、圆形、菱形和跑道形等等。但关键是其必须设计成相对 于其弹性中心轴线呈对称的形状，当沿其弹性中心轴线发生弹性形变时因其 对称的结构，弹性体的对称的两边可以相互抵消垂直于其弹性中心轴线的位 移趋势，从而保持弹性形变位移一直在其弹性中心轴线上。水平对称结构弹 性体1的自由端5在压紧机构8对其施加压力前或解除对其施加的压力后， 没有任何物体和其接触，其自由的上下移动是在没有任何摩擦力作用下的自 由上下移动，因而可以精确地感知接触力。
压紧机构8可以是多种结构方式如电磁体压紧、气缸压紧等，在这不作 详细说明。XYZ移动平台、伺服控制系统、数据采集系统和软件在这里不作详细说明。
请参见图4和图5，图4所示的水平对称结构弹性体是菱形；图5所示 的水平对称结构弹性体是跑道形。显然，所示的水平对称结构弹性体也可以 设计成圆形等对称形状。
当然，以上所述之实例，只是本实用新型的较佳实例而已，并非来限制 本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型申请专利范围所述的特征及原理 所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型申请专利范围内。
权利要求1.一种剪切力测试装置，包括一个可上下移动的基板，在所述基板上设有弹性体，所述弹性体具有一个可朝向或远离所述基板移动的自由端，测试头连接在所述自由端上，其特征在于所述弹性体是一个水平对称结构弹性体，所述自由端位于所述水平对称结构弹性体的对称线上，在所述测试头上方设有一个用于固定所述测试头的压紧机构；所述自由端和基板之间设有便于自由端和连接于其上的测试头一起上下移动的间隙，当所述测试头定位准确后，在所述压紧机构的作用下，所述自由端紧靠在所述基板上，固定所述测试头。
2. 如权利要求1所述的剪切力测试装置，其特征在于所述水平对称结构 弹性体是矩形、圆形、菱形或跑道形。
3. 如权利要求1或2所述的剪切力测试装置，其特征在于在水平对称结 构弹性体应变集中的地方贴有用于感应水平对称结构弹性体的形变，控制接触 力大小，以适应不同软硬表面接触的敏感元件。
4. 如权利要求3所述的剪切力测试装置，其特征在于所述敏感元件是应 变计。
专利摘要一种剪切力测试装置，包括一个可上下移动的基板，在所述基板上设有弹性体，所述弹性体具有一个可朝向或远离所述基板移动的自由端，测试头连接在所述自由端上，所述弹性体是一个水平对称结构弹性体，所述自由端位于所述水平对称结构弹性体的对称线上，在所述测试头上方设有一个用于固定所述测试头的压紧机构；所述自由端和基板之间设有便于自由端和连接于其上的测试头一起上下移动的间隙，当所述测试头定位准确后，在所述压紧机构的作用下，所述自由端紧靠在所述基板上，固定所述测试头。本实用新型具有在剪切力测试过程中，接触定位位置不会发生水平方向的偏移，保证在细线间距或极细线间距半导体剪切力测试中极端精密定位的要求，具有测试可靠性和精准性高的优点。
文档编号G01L1/00GK201382828SQ20092000825
公开日2010年1月13日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者蓉 黄 申请人:蓉 黄