用于测试半导体组件的接缝的系统和方法技术方案

本发明专利技术包括用于测试半导体组件的接缝的系统和方法。接缝包括焊料球或焊料块，设备包括：探头，包括直导热针；加热器，将探头的尖端加热到接缝熔化的温度或之上；保持器，支承探头，包括构造成在探头上提供夹紧力的夹紧机构；促动装置，使保持器和支承在保持器中的探头上下移动；用于将拉力施加到保持器的装置，保持器又将拉力施加到探头；力测量系统，在拉伸测试期间测量施加到探头的力，在探头尖端已被加热到接缝熔化的温度或之上后，探头尖端与接缝接触，通过对探头加热来熔化接缝，对接缝进行冷却和凝固以将探头尖端固定在接缝中，然后由拉力施加装置使探头缩回，以将拉力施加到接缝，拉力由力测量系统测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于半导体组件的接缝的拉伸测试的系统和方法。具体而言，本专利技术涉及一种用于测试接缝的拉伸强度的系统和方法，上述接缝由可熔材料(如焊料)球或块形成。
技术介绍
为了测试PCB和/或半导体组件生产过程中采用的制造工艺的质量，进行破坏性和非破坏性机械强度测试。通常对提供两种材料之间的电或热连续性的接缝进行测试。对具有适当形状和尺寸的接缝来说，可通过夹持、钩挂或剪切形成接缝的一种材料来施加测试力。这对某些接缝来说是不可能的，通常，这种接缝为PCB或半导体基板的表面上的焊料球或焊料块，但具有不寻常的形状或尺寸，或者难以用夹爪接近。作为施加测试力的可替代手段，已知的是使接缝熔化，然后允许接缝在测试工具周围再凝固。然后，能够使测试工具移动，以将测试力施加到再凝固的接缝。在US5641913中描述了用于拉伸测试的该类型系统的示例。实际上，已经通过采用设计用于钩挂和夹持接缝以进行拉伸测试的现有接缝测试机器实现了该操作原理。当前以该方式使用的机器为英国白金汉郡的艾尔斯伯里的Rabans Lane 工业区、Faraday 路 25 号的 Dage 控股有限公司(Dage Holdings Limited, 25 Faraday Road, Rabans Lane Industrial Area, Aylesbury, Buckinghamshire,United Kingdom)出售的Dage 4000多功能接缝测试机。测试针附接至常用于拉伸测试的钩。测试针由上述钩保持在适当位置，该钩直接附接至装配有应变仪的横梁，以测量测试期间施加的力。针的一端具有形成的90°弯曲部，其与钩接合并将力传递至针的尖端。上述系统使用被插入相对大的钛块的盒式加热管，其以机械方式支承加热器和热电偶。钩被精确对准在钛加热块的上方，使得测试针的直部经过贯穿钛加热块的紧贴孔。该设备的操作方法如下。将待测试的样品刚性配合到附接至可水平移动工作台的工件保持器中。操作人员用操纵杆来控制以在位于测试针正下方的样品上移动特定测试点，通常采用显微镜来实现要求的精度。操作人员利用操纵杆控制装置降低安装至机动化竖直台面的整体式测压传感器(load cell)和测试针组件，直到测试针的尖端位于待测试焊料球/焊料块的顶部上。按下测试按钮，经由钛加热块将探头加热至预定温度。一旦焊料球/焊料块熔化，测试针的极尖端在其自身重力作用下落入焊料的熔池中。当已经达到要求的温度时，关闭加热器，这使得测试针开始冷却且使焊料凝固。一旦凝固，针、焊料和加热块就通过喷向它们的冷空气更迅速地冷却。一旦达到预定温度，测试针就被锚固到焊料球/焊料块的本体中，并且能够开始破坏性拉伸测试。整体式测压传感器组件被自动地向上驱动，这使得牵引钩将轴向载荷施加在针上，并因此施加在接缝上。测压传感器中的横梁挠曲，且校准的应变仪测量该力。随着粘合剂失效，应变仪觉察到力消失并且记录了在失效之前的最大力。然后，将记录的力存储在数据库中。该接缝测试设备和方法在测量精度、操作速度和可用性方面存在诸多缺陷，而本专利技术的目的是克服这些缺陷中的一些或全部，或者至少提供有用的替代实施方案。
技术实现思路
本专利技术限定在应当被参考的所附独立权利要求中。在从属权利要求中列出本专利技术的优选方面。在一个方面中，本专利技术包括用于对半导体组件的接缝实施拉伸测试的设备，该接缝包括焊料球或焊料块，该设备包括探头，所述探头具有纵向轴线；加热器，所述加热器用于将所述探头的尖端加热到接缝熔化的温度或所述温度之上；保持器，所述保持器用于支承所述探头；促动装置，所述促动装置用于使所述保持器和支承在所述保持器中的所述探头上下移动；用于将拉力施加到所述保持器上的装置，所述保持器又沿着所述探头的纵向轴线将拉力施加到所述探头；以及力测量系统，所述力测量系统用于在拉伸测试期间测量施加到所述探头的力，其中，在所述探头尖端已经被加热到接缝熔化的温度或所述温度之上之后，使所述探头尖端与接缝接触，通过对所述探头加热来熔化所述接缝，并且所述接缝被冷却和凝固以将所述探头尖端固定在所述接缝中，然后，由拉力施加装置使所述探头缩回，以将拉力施加到所述接缝，所述拉力由所述力测量系统来测量。通过沿着探头的纵向轴线施加拉力，与现有技术相比提高了测量精度。在现有技术系统中，采用弯曲探头针，通过测试针中的弯曲部施加的力不在测试点的正上方，且产生小的弯矩。这还能导致在测试针与加热块中的孔之间的增大的摩擦，这能够不利地影响力测量。通过施加与探头的纵向轴线成一直线的力，消除了弯矩，并且减小了摩擦问题。此外，在现有技术系统中，由与测试针接合的牵引钩施加的最大力受到测试针中的弯曲部的强度所限制。当超过该最大力时，该针伸直。通过施加与探头的纵向轴线成一直线而不经过弯曲部的拉力，消除了该问题。优选地，探头是通过探头保持机构联接至保持器的直针。优选地，探头通过夹紧机构被保持在保持器内。优选地，该夹紧机构在探头的纵向轴上提供夹紧力。该类型的夹具与直探头针的一同使用允许在测试结束时能容易地将探头从设备移除。相反，在现有技术系统中，由于测试针的一端具有焊料球而另一端具有弯曲部，因此，一旦测试结束，测试针便被以机械方式俘获在加热块中。这意味着必须切割该针，或者必须重新开始加热循环，在焊料球熔化的同时手动移除焊料球，以便能移除探头。这不仅会显著影响操作速度，且会显著影响成本。测试针是精密形成的且消耗品是相对昂贵的，因此，期望的是能对它们进行清洁和再使用。而且，利用直且夹紧的针，由于能简单地将保持器向下驱动到竖直保持在装载盘中的针上然后将其夹紧，所以操作人员在探头的装载期间较少地需要接触保持器的热端。 还可以包围加热器设置隔热罩，用以在操作的加热阶段期间减小灼伤的风险，并减小探头5的不必要的热损耗。相反，在现有技术系统中，探头的手动装载是必需的，这更耗时而且更麻烦。由于保持器的某些部分可以是热的，尤其是如果在测试之后焊料球已经再熔化，所以操作人员在接触保持器时还易受到灼伤的风险。禾Ij用刚性夹紧的探头，能进行“推挤”和“拉伸，，测试。还能进行“疲劳”测试，其中，负载在压缩测试和拉伸测试之间循环以达到预定力或者以固定循环数循环。利用现有技术系统，将推力施加到该针是不可能的。因此，用现有技术系统进行推挤测试和疲劳测试是不可能的。优选地，夹紧机构为气动操作的。但是，可使用任何适当的操作机构，例如电动机构或磁性机构。该夹紧机构可包括筒夹和活塞，该筒夹包围探头，该筒夹具有渐缩的外表面，其中，在使用过程中，活塞的促动使得活塞沿着渐缩表面行进，或者使得渐缩表面抵靠另一表面而被驱动，从而围绕探头夹紧筒夹。另外或者可替代地，还可设置手动操作夹紧机构。优选地，筒夹被偏压到未夹紧位置。优选地，加热器包括包围所述探头的至少一部分的导热管以及包围所述管的至少一部分的加热元件。以此方式，热源比在现有技术中更靠近测试针，减少了进行测试所需的能量以及执行整个循环的时间。本专利技术还使得需要加热和冷却的热质显著减少。优选地，加热金属丝连接至用以对加热金属丝进行加热的电源。优选地，导热管是电绝缘的。优选地，导热管由陶瓷材料形成。适当的陶瓷材料的示例为可从英国克鲁的 Weston 路的 Crewe Hall 的 Dynamic Ceramic 有本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于对半导体组件的接缝实施拉伸测试的设备，所述接缝包括焊料球或焊料块，所述设备包括：探头，所述探头包括直的导热针；加热器，所述加热器用于将所述探头的尖端加热到所述接缝熔化的温度或所述温度之上；保持器，所述保持器用于支承所述探头，所述保持器包括构造成在所述探头上提供夹紧力的夹紧机构；促动装置，所述促动装置用于使所述保持器和被支承在所述保持器中的所述探头上下移动；用于将拉力施加到所述保持器上的拉力施加装置，所述保持器又将拉力施加到所述探头；以及力测量系统，所述力测量系统用于在拉伸测试期间测量施加到所述探头的力，其中，在所述探头尖端已经被加热到所述接缝熔化的温度或所述温度之上之后，所述探头尖端与所述接缝接触，通过对所述探头加热来熔化所述接缝，并且对所述接缝进行冷却和凝固以将所述探头尖端固定在所述接缝中，然后由所述拉力施加装置使所述探头缩回，从而将拉力施加到所述接缝，所述拉力由所述力测量系统来测量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·K·皮科克，菲利普·约翰·金，
申请(专利权)人：诺信公司，
类型：发明
国别省市：US