[发明专利]带有可转换的齿隙控制的结合强度测试机

说明书

技术领域

本发明涉及用于测试半导体装置上的电结合部的强度的装置。特别地，本发明涉及能够对电结合部进行不同类型的测试如剪切测试、牵拉测试和推压测试的装置。

背景技术

半导体装置非常小，通常从5mmx5mm的方形至50mmx50mm的方形，且一般包括用于将导电体结合到半导体基片的多个位置。每个结合部由附着到基片的焊料或金球沉积物组成。能在球沉积物中嵌入非常细的线，直径通常约为0.025mm。

测试结合部的结合强度是有必要的，以便确信具体的结合方法是适当的。因为结合部尺寸非常小，所以测试这些结合部的结合强度所使用的工具必须能够精确地测量非常小的力和偏转。

有很多不同类型的用于测试结合强度的结合测试。例如，剪切测试通过对结合部的侧面施加剪切力并将结合部剪离基片来测试结合部的剪切强度。牵拉测试通过将嵌入球沉积物中的线拉离基片来测试结合部的牵拉强度。在推压测试中，在竖直平面中直接向下对结合部施加力或载荷。

执行这些测试的机器通常包括结合测试工具，其为剪切测试工具、推压测试工具或牵拉测试工具，它们能相对于受测试的结合部定位，且随后结合部或工具被移动以便通过测量破坏结合部所需的力来进行测试。

如上面提到的，在这些测试中，需要能够测量非常小的力和偏转。通常利用一些螺钉和螺母形式的旋转驱动组件来实现测试工具的定位。例如，测试工具可被安装到包括螺母的部件的组件，当螺纹螺钉由伺服电动机驱动时，其沿螺纹螺钉移动。该机构可用于在剪切测试、推压测试或牵拉测试之前正确地定位工具且在牵拉测试期间可用于驱动测试工具。

当使用螺钉和螺母布置来提供测试工具朝向和远离基片的运动时，必须在螺钉和螺母的匹配部件之间提供必有的间隙以防止卡死，允许热膨胀和制造偏差等。该间隙被称为“齿隙”。该间隙限制了能初始定位测试工具的精度以及在结合强度测试期间能精确维持测试工具的期望位置的精度。

在现有技术的结合测试机器中，其中测试工具通过螺钉和螺母驱动机构沿竖直轴线被上下驱动，受拉弹簧被定位在工具上方且用于向上偏压工具以闭合螺母的上螺纹表面和螺钉的螺纹表面之间的间隙。这在工具用于剪切测试或推压测试时减小了齿隙，因为这些测试在测试期间产生由工具施加的向上的力。例如，在剪切测试中，当测试工具将球沉积物剪离基片时，竖直的力分量产生，使得球沉积物在工具上推起。由于工具已经由弹簧在向上位置偏压，所以齿隙间隙已经闭合，且因此，剪切测试或推压测试本身不引起与齿隙相关的工具位置问题。

然而，偏压弹簧的使用没有完全消除剪切测试和推压测试过程中的齿隙问题，这是因为所述受拉弹簧施加的力随弹簧被拉伸而改变。弹簧拉伸越多，其施加的偏压力就越大。因而，弹簧在螺母沿螺钉行进的范围上施加了变化的力。因此，相比于当弹簧被拉伸至螺母沿螺钉行进的上端处的较小范围时弹簧施加的力来说，当弹簧已经被拉伸至螺母沿螺钉行进的下端时弹簧施加更大的力以减小齿隙间隙。因而，弹簧的使用减小了剪切测试和推压测试中的齿隙问题，但是其没有消除齿隙问题。

此外，在剪切测试中，测试工具的下端维持距基片的非常小的严密控制的相隔距离是非常重要的。因为弹簧的向上偏压根据弹簧的长度变化，所以向上偏压力闭合间隙的能力也变化，使得难以精确且可靠地控制测试工具在基片上方的每个位置的相隔距离。

此外，在牵拉测试中，存在不能通过使用弹簧来解决的更显著的齿隙问题。在牵拉测试中，测试工具具有钩的形状且其钩在结合到基片的线的下方。测试工具拉线以将线拉离基片上的结合部并测量破坏该结合部所需的力。通常，线已经被结合到基片上的焊球。随着线被拉动，其对测试工具施加向下的力。该向下的力逆着弹簧的力向下拉工具。在一些点，该力能克服弹簧力且使螺母向下移动而离开其上螺纹表面和螺钉之间的接触，直到其下螺纹表面和螺钉接触，闭合螺母的下螺纹表面和螺钉的螺纹之间的齿隙间隙。闭合螺母下面的齿隙间隙的该移动使由应变片或者(稍后描述的)其它传感器提供的信号失真，且造成不准确的力读数。

而且，在剪切测试、推压测试和牵拉测试的情况中，希望的是，螺母和螺钉以恒定的方式保持接触接合以便以可重复的方式准确地控制测试工具的轴向移动。这在现有技术的弹簧解决方案中尚不可实现。

发明内容

本发明在所应该参考的所附独立权利要求中进行限定。优选特征在从属权利要求中限定。

为了解决前述的现有技术弹簧解决方案的问题，在本发明的优选实施例中，利用齿隙控制元件来对在结合测试机器中沿驱动螺钉行进的螺母施加恒定的偏压力，所述结合测试机器能用于剪切测试、推压测试或牵拉测试。