专利名称：拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性测试工具的制作方法
技术领域：
本发明关于一种测试装置，尤指一种拉线、球剪力与晶片剪力等测量的重复性与再现性测试装置。
背景技术：
除了覆晶封装(FC，flip-chip)外，大部分的其他封装，例如小叠置封装(SOP，small outline package)、超薄叠置封装(TSOP，thin small outline package)、四边引脚封装(QFP，quad flat package)与可塑性球闸阵列封装(PBGA)等都需要应用到打线(wire-bonding)操作。为确认封装体的品质与可靠度(reliability)，拉线(WP，wire-pull)与晶片剪力(DS，die shear)测试成为必要的步骤。此外，对球附着型封装而言，例如可塑性球闸阵列封装(PBGA)与覆晶封装(FC)，球剪力(BS，ball shear)测试对所有封装业者而言亦是制程中所必须使用的测试步骤。以下将对目前业界所应用的拉线测试(WP，wire-pull)与球剪力测试(BS，ball shear)等做一代表性的简略叙述。
请参阅图1，其为已知的拉线测试(WP)示意图。拉线测试(WP)为一量测接合(bond)品质的指标，其主要是用以测试于垂直方向的接合强度(strength of thebond)或计算接合强度分布(bond strength distributions)。拉线测试(WP)可应用至藉由焊锡(soldering)、热压缩(thermocompression)、超音波(ultrasonic)或其他相关技术所接合的线对晶片接合(wire-to-die bond)、线对基板接合(wire-to-substrate)或线对微电子装置封装体内的铅焊接合，其亦可应于微电子装置封装体外部的接合测试，例如终端对基板(terminals-to-substrate)...等。如图1所示，拉线测试(WP)藉由一卡勾装置11提供一适当且特定的垂直应力于接合(bond)、铅线(lead wire)或终端(terminals)等处，以量测接合强度，进而可以了解到封装成品的品质与可靠度。
请参阅图2，其为一已知的球剪力(BS)测试示意图。球剪力(BS)测试亦为一量测接合(bond)品质的指标，其用以量测球接合(ball bond)或契型接合(wedge bond)与一晶片接合表面(die bonding surface)间的接合强度，亦即水平方向的接合强度。球剪力(BS)测试所得的接合强度可表示金属接合健全与否以及铝打线(aluminum wire bonds)至晶片或封装接合表面的接合品质。如图2所示，球剪力(BS)测试先将待测试样品夹固于一样品固定装置上，再藉由一剪力提供装置21提供一适当的水平方向剪力于球接合(ball bond)处使其脱离焊垫(bond pad)，以量测出球接合与焊垫间的接合强度，藉此可进一步了解到封装成品的品质与可靠度。
然而，上述测试对被测试的样品而言都具有破坏性，如此将使重复性(Repeatability)研究更为困难。重复性与再现性(R&R)是为一指标，代表一测试装置于绝对相同的测试条件下以相同的部分或样品重复测试后的结果差异程度。重复性研究的目的是为决定该量测装置之内在变异是否于一可接受范围或于一短时间内稳定。
重复性研究必须于一很短时间内以同一样品测试多次，然而上述的测试对被测试的样品而言都具有破坏性，因而使重复性研究变得更困难。于每次校正后，重复性与再现性(R&R)研究是用来确定校正无误的必要报告。目前，所有的封装业者都很简略地对不同线做拉线测试(WP)的重复性研究，如此将导致偏差，因为并非每一条线都是相同的，且没有人可以证明这样的变异是可以接受的。因此，这样的模拟是错误的，且假如线与线的差异很大时，可能会有更大的误差产生。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种简单的测试工具设计以克服前述错误模拟的缺点。
本发明的再一目的为提供一种新颖的测试工具，使拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性研究可藉由本发明的测试工具进行，且取代于真实打线(wirebond)上进行破坏式测试，因此可节省许多成本(例如测试的样品)与时间(例如制作样品的时间)。
本发明的另一目的为提供一种拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性测试工具设计，可藉由选择适当的规格与磁场大小，而使拉线等测试的重复性与再现性研究得以应用至更广之校正范围。
本发明的又一目的为提供一种测试装置，其应用于拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性测试中，其中该拉线、球剪力与晶片剪力测量藉由一应力提供装置进行。该测试装置包括一底座，其具有一支撑杆；一手臂，其可轴转地固定于该支撑杆上；以及一磁力产生装置，其设置于该底座，用以产生一可调制的磁力，以提供一拉力拉引该手臂的一端。藉以，该应力提供装置得提供一应力于该手臂的一特定位置，使该手臂的该端脱离该磁力产生装置。
根据本发明的构想，其中该测试装置还包括一弹性元件，其设置于该底座相对于该磁力产生装置的位置上，以于该手臂脱离该磁力产生装置的拉力时，提供一弹性恢复力以缓冲该手臂的冲击。
根据本发明的构想，其中该测试装置还包括一连接器，用以连接该手臂与该支撑杆，俾使该手臂得以于X与Y轴方向轴转于该支撑杆。
根据本发明的构想，其中该磁力产生装置是藉由其电流的变化以提供该可调制的磁力。
根据本发明的构想，其中该测试装置还包括多个刻度，其形成于该手臂上，用以提供不同的校正范围。
根据本发明的构想，其中该特定位置为该多个刻度其中之一。
根据本发明的构想，其中每一该刻度具有一中空驼峰。
根据本发明的构想，其中每一该刻度于其底部具有一凹陷刻度。
本发明的又一目的为提供一种拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性测试装置，其中该拉线、球剪力与晶片剪力测量藉由一应力提供装置进行。该测试装置包括一底座，其具有一支撑杆；一手臂，其可轴转地固定于该支撑杆上；至少一刻度，其形成于该手臂上，用以供该应力提供装置施一应力；以及一磁力产生装置，其设置于该底座，用以产生一可调制的磁力，以提供一拉力拉引该手臂的一端。藉以，在该应力装置所施该应力时，使该手臂的该端脱离该磁力产生装置。
本发明的又一目的为提供一种重复性与再现性测试装置，其应用于拉线、球剪力与晶片剪力测量中。该重复性与再现性测试装置包括一应力提供装置，用以提供一拉线测试的应力；一底座，其具有一支撑杆；一手臂，其系可轴转地固定于该支撑杆上；以及至少一刻度，其形成于该手臂上，用以供该应力提供装置施一应力；以及一磁力产生装置，其设置于该底座，用以产生一可调制的磁力，以提供一拉力拉引该手臂的一端。如此，在该应力装置所施该应力时，使该手臂的该端脱离该磁力产生装置。
根据本发明的构想，其中该应力提供装置为一卡勾装置或一剪力提供装置。
本发明可藉由下列图式及详细说明，得一更深入的了解
图1其为已知的拉线测试示意图。
图2其为已知的球剪力测试示意图。
图3其为本发明较佳实施例的拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性测试装置结构示意图。
图4(a)其为本发明较佳实施例的重复性与再现性测试装置应用于一拉线测试的结构示意图。
图4(b)其为本发明较佳实施例的重复性与再现性测试装置应用于一球剪力测试的结构示意图。
具体实施例方式
请参阅图3，其为本发明较佳实施例的拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性测试装置结构示意图。如图3所示，本发明的测试装置是由一底座31、一磁力产生装置32、一手臂33与多个刻度34所组成。如图3所示，该手臂33设置于该底座31的一支撑杆35上，且可藉由一连接器36而于X与Y方向上轴转于该支撑杆35。连接器36可以承受来自X与Y方向的力量。该磁力产生装置32可产生一磁场，用以提供一磁力于该手臂33。该磁力产生装置32的磁场可视实际需要而调整，因此该磁力亦可随需要而变化。刻度34设置于该手臂33上，每一该刻度34具有一中空驼峰亦或于该每依刻度的底部具有一凹陷刻度(未图示)。该底座31上另设置有一弹簧37，其相对于该磁力产生装置32。该弹簧37当该手臂因外部剪力或拉力而克服磁力产生装置32拉力时，可提供一弹力以降低手臂33突然轴转的冲击。
于本发明的实施例中，对拉线测试而言，使用较小的磁场即可；然而对球剪力与晶片剪力测试而言，则需要使用较大的磁场。
请参阅图4(a)，其为本发明较佳实施例的重复性与再现性测试装置应用于一拉线测试的结构示意图。如图4(a)所示，在进行拉线测量的重复性与再现性研究时，先将拉线测试所使用的卡勾装置41穿过手臂33上的一特定刻度的中空驼峰亦或接触该特定刻度底面的凹陷刻度，而磁力产生装置32可提供一固定且适当的向下拉力以利拉线测试的进行。当卡勾装置41所施拉的力量使该手臂33脱离该磁场的拉力时，即可得到一相对应的接合强度值。重复多次后，即可于相同的条件得到一组测试数值，进而完成拉线测量的重复性与再现性研究，如此可避免对样品产生破坏所导致的重复性与再现性研究困难。
不同的刻度34设计是为提供校正所需的范围变化。假设，固定磁力产生装置32所产生的磁场，则当欲测试线接合强度介于F/Lb与F/Lh之间时可选择位置B至位置H上的刻度以校正拉线量测系统(其中，F系为磁力产生装置32所产生的垂直方向磁力，Lb与Lh分别为位置B至位置H离连接器36的距离)。由重复性定义可知，在进行重复性研究时，必须于很短的时间内完成。因此可忽略磁场大小的变异。
请参阅图4(b)，其为本发明较佳实施例的重复性与再现性测试装置应用于一球剪力测试的结构示意图。如图4(b)所示，在进行球应力测量的重复性与再现性研究时，可藉由球剪力测试所使用的剪力提供装置42提供一剪力于手臂33上的一特定刻度，而磁力产生装置32可提供一固定且适当的向内拉力以利球剪力测试的进行。当剪力提供装置42所施的剪力使该手臂33脱离该磁场向内拉力时，即可得到一相对应的接合强度值。重复多次后，即可于相同的条件得到一组测试数值，进而完成拉线测量的重复性与再现性研究，如此亦可避免对样品产生破坏所导致的重复性与再现性研究困难。
综上所述，本发明包括一简单的设计以克服已知错误模拟的缺点，且重复性与再现性研究可藉由本发明的测试装置进行，取代于真实打线(wire bond)上进行破坏式测试，因此可节省许多成本(例如，测试的样品)与时间(例如制作样品的时间)。本发明的设计可藉由选择适当的规格与磁场大小，而使拉线等测试的重复性与再现性研究得以应用至更广的校正范围。
此外，本发明还具有下述新颖与进步的种种优点1.磁力产生装置可藉由其电流的变化而调整磁场，因此藉由本发明的测试装置，可同时提供不同且合适的应力于拉线、球剪力与晶片剪力测量。因为通常拉线测试所需的应力小于球剪力与晶片剪力测试。
2.本发明的测试装置可得拉线、球剪力与晶片剪力测量的最佳模拟。
3.本发明的测试装置可同时提供拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性报告。
本发明可得由熟悉本技术领域者任施匠思而为诸般修饰，都不脱如附的权利要求范围。
权利要求
1.一种测试装置，其应用于拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性测试中，其中该拉线、球剪力与晶片剪力测量藉由一应力提供装置进行，该测试装置包括一底座，其具有一支撑杆；一手臂，其可轴转地固定于该支撑杆上；以及一磁力产生装置，其设置于该底座，用以产生一可调制的磁力，以提供一拉力拉引该手臂的一端，如此，在该应力提供装置提供一应力于该手臂的一特定位置时，使该手臂的该端得以脱离该磁力产生装置。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，该测试装置还包括一弹性元件，其设置于该底座相对于该磁力产生装置的位置上，以在该手臂脱离该磁力产生装置的拉力时，提供一弹性恢复力以缓冲该手臂的冲击。
3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，该测试装置还包括一连接器，以连接该手臂与该支撑杆，以使该手臂得以于X与Y轴方向轴转于该支撑杆。
4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，该磁力产生装置藉由其电流的变化以提供该可调制的磁力。
5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，该测试装置还包括多个刻度，其形成于该手臂上，用以提供不同的校正范围。
6.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，该特定位置为该多个刻度其中之一。
7.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，每一该刻度具有一中空驼峰。
8.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，每一该刻度于其底部具有一凹陷刻度。
9.一种拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性测试装置，其中该拉线、球剪力与晶片剪力测量藉由一应力提供装置进行，该测试装置包括一底座，其具有一支撑杆；一手臂，其可轴转地固定于该支撑杆上；至少一刻度，其形成于该手臂上，用以供该应力提供装置施一应力；以及一磁力产生装置，其设置于该底座，用以产生一可调制的磁力，俾以提供一拉力拉引该手臂的一端，如此，在该应力装置所施该应力时，使该手臂的该端脱离该磁力产生装置。
10.一种复性与再现性测试装置，其应用于拉线、球剪力与晶片剪力测量中，重复性与再现性测试装置包括一应力提供装置，用以提供一拉线测试的应力；一底座，其具有一支撑杆；一手臂，其可轴转地固定于该支撑杆上；至少一刻度，其形成于该手臂上，用以供该应力提供装置施一应力；以及一磁力产生装置，其设置于该底座，用以产生一可调制的磁力，以提供一拉力拉引该手臂的一端，如此，在该应力装置所施该应力时，使该手臂的该端脱离该磁力产生装置。
11.如权利要求10所述的重复性与再现性测试装置，其特征在于，该应力提供装置为一卡勾装置或一剪力提供装置。
全文摘要
本发明为一种拉线、球剪力与晶片剪力测量的重复性与再现性测试装置，其中该拉线、球剪力与晶片剪力测量藉由一应力提供装置进行。该测试装置包括一底座，其具有一支撑杆；一手臂，其可轴转地固定于该支撑杆上；至少一刻度，其形成于该手臂上，用以供该应力提供装置施一应力；以及一磁力产生装置，其设置于该底座，用以产生一可调制的磁力，以提供一拉力拉引该手臂的一端。如此，在该应力装置所施该应力时，使该手臂的该端得以脱离该磁力产生装置。
文档编号H01L21/66GK1481007SQ0213684
公开日2004年3月10日 申请日期2002年9月6日 优先权日2002年9月6日
发明者简维廷 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司, 中芯国际集成电路制造(上海)有限公