專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體器件及其電導(dǎo)體之間焊接牢固性的測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件很小，通常從0.2平方毫米到15平方毫米。用于電導(dǎo)體焊接的各個(gè)點(diǎn)通常設(shè)在傳感導(dǎo)體基片上；這些點(diǎn)通常約0.05mm寬，間隔0.05至0.7mm。各焊接部由粘附在基片上的焊球或金球組成。很細(xì)的導(dǎo)線(xiàn)，直徑通常約0.025mm，可焊接在相應(yīng)的點(diǎn)上，且將這些點(diǎn)連接到相關(guān)的電路和部件上?；蛘咧T點(diǎn)可直接焊接在上覆的部件上。必須測(cè)試諸點(diǎn)處焊接的牢固性以確認(rèn)焊接方法恰當(dāng)以及焊接強(qiáng)度足夠。因?yàn)榱慵叽绾苄?、測(cè)試設(shè)備必須設(shè)置的精確度很高、以及所要測(cè)試的力和偏移量很小，產(chǎn)生了難題。
一種已知的測(cè)試裝置具有用來(lái)與相應(yīng)點(diǎn)的焊接部相接觸的探針。約束住半導(dǎo)體器件并用探針將焊接部向一旁推來(lái)確定焊接的剪切強(qiáng)度。設(shè)備中包括力傳感器來(lái)測(cè)量剪切焊接部所需要的橫向力。
為了確?？芍貜?fù)性，探針在半導(dǎo)體表面上方預(yù)定高度與焊接部的側(cè)面接觸是很重要的。這個(gè)距離很小但很關(guān)鍵，因?yàn)楹附硬客ǔＪ前肭蛐蔚?。離表面的預(yù)定間距既消除了探針在半導(dǎo)體基片上的滑動(dòng)摩擦，又確保了剪切負(fù)荷相對(duì)于焊接界面施加在準(zhǔn)確的位置。因而，在實(shí)踐中，探針移動(dòng)到與半導(dǎo)體表面接觸；然后縮回預(yù)定量，通常小于或等于0.005mm；最后再側(cè)向移動(dòng)到與焊接點(diǎn)相接觸。
有幾個(gè)難題。設(shè)備本身機(jī)構(gòu)內(nèi)的摩擦和靜態(tài)阻力可引起檢測(cè)與半導(dǎo)體表面接觸的困難；不精確的表面?zhèn)鞲袑⒉豢杀苊獾赜绊懱结樋s回的距離，且因此影響對(duì)焊接部測(cè)試的高度。涉及的距離是非常非常小的，因此需要非常小心地檢測(cè)與表面接觸的準(zhǔn)確瞬間而不致擠壓半導(dǎo)體基片。還必須小心防止探針在測(cè)試高度以及在剪切測(cè)試力施加之前不受控制地移動(dòng)；這種移動(dòng)可再次嚴(yán)重地影響測(cè)試結(jié)果，且探針的顯著移動(dòng)可損壞臨近的焊接部及導(dǎo)線(xiàn)。
當(dāng)檢測(cè)半導(dǎo)體基片時(shí)的低接觸力，以及測(cè)試高度的精確控制這兩個(gè)目標(biāo)很難解決。
US6,078,387揭示了一種檢測(cè)設(shè)備，用于檢測(cè)傳感測(cè)試頭和基片的接觸適于立即停止測(cè)試頭向下驅(qū)動(dòng)。該設(shè)備確保了在基片上相對(duì)輕地觸地，并最小化由于檢測(cè)到與基片接觸和停止向下驅(qū)動(dòng)之間的延遲而產(chǎn)生的向下接觸負(fù)荷。
在使用時(shí)測(cè)試頭縮回預(yù)定量以具有在基片上方的間隙。這允許測(cè)試頭側(cè)向移動(dòng)以對(duì)焊接部施加剪切力而不在基片上拖動(dòng)該工具。
最近提出了分層基片，且其中一層突出側(cè)面形成懸臂。焊接點(diǎn)通常設(shè)在懸臂部分上，但現(xiàn)有的接觸檢測(cè)傳感方法不能防止基片很小程度的彎曲。相應(yīng)地，很難確保當(dāng)測(cè)試頭縮回時(shí)，與基片仍然保持間隙。
由于基片的局部硬度是未知的或難以計(jì)算，例如在基片的邊角區(qū)域，以及因此所需要縮回的程度未知，難題加劇了。
所需要的縮回程度類(lèi)似于偏移程度，且相應(yīng)地所有情況下的安全縮回將引起剪切測(cè)試高度不可接受的變化。
不希望計(jì)算懸臂基片所需的縮回量，不僅因?yàn)榛瑪?shù)量變化非常大，而且基片材料通常也是可變的。
需要一種適于檢測(cè)在非剛性基片上接觸的裝置和方法，且還適于能夠從基片縮回到一預(yù)定的間隙，盡管基片表面隨著接觸力的減小而移動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供有一種剪切測(cè)試設(shè)備，具有適于基本上豎直地朝向或遠(yuǎn)離基片驅(qū)動(dòng)的測(cè)試頭，且包括用于檢測(cè)測(cè)試頭和基片間接觸的傳感裝置，測(cè)試頭還適于在基片上方橫向驅(qū)動(dòng)以對(duì)基片上的突起部施加剪切負(fù)荷，并包括用于檢測(cè)施加在突起部上的剪切力的測(cè)量裝置，其中所述測(cè)量裝置還適于探測(cè)基片上測(cè)試頭的拖動(dòng)負(fù)荷。
較佳地，檢測(cè)裝置包括位移探測(cè)器，其在優(yōu)選實(shí)施例中為適于停止所述測(cè)試頭的移動(dòng)的光電傳感器。光學(xué)探測(cè)確保了基片表面的無(wú)摩擦檢測(cè)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)備還包括一驅(qū)動(dòng)器以橫向地在基片上往復(fù)移動(dòng)所述測(cè)試頭，由此允許探測(cè)拖動(dòng)負(fù)荷。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種基片突起部的剪切測(cè)試方法，包括以下步驟a)將測(cè)試工具前進(jìn)到基片，b)在接觸到基片時(shí)停止測(cè)試工具的前進(jìn)，c)將測(cè)試工具撤回一預(yù)定距離，d)相對(duì)于基片橫向往復(fù)移動(dòng)測(cè)試工具，并探測(cè)任何拖動(dòng)力，e)如果探測(cè)到拖動(dòng)力，再將測(cè)試工具撤回所述預(yù)定距離的一部分，并重復(fù)步驟d)直到探測(cè)不到拖動(dòng)力，以及f)抵靠基片的突起部而側(cè)向移動(dòng)測(cè)試工具，從而進(jìn)行剪切測(cè)試。
該方法還包括附加步驟e1)如果探測(cè)不到拖動(dòng)力，將測(cè)試工具前進(jìn)所述預(yù)定距離的一部分，并重復(fù)步驟d)直到探測(cè)到拖動(dòng)力，以及e2)在進(jìn)行所述剪切測(cè)試之前將測(cè)試工具撤回所述預(yù)定距離的一部分。
‘磨擦’作用允許基片表面的高度精確檢測(cè)，即使表面有些柔性。最重要地，由現(xiàn)有的側(cè)向力傳感器而不是豎直力傳感器檢測(cè)表面接觸。往復(fù)運(yùn)動(dòng)應(yīng)該理想地將測(cè)試工具返回至接觸位置，或者基本上到接觸位置。
該方法可選地包括在檢測(cè)到拖動(dòng)后撤回所述測(cè)試工具一設(shè)定距離的步驟，因此確保顯著但精確的預(yù)設(shè)剪切測(cè)試高度。


從以下參照附圖對(duì)較佳實(shí)施例以示例性方式描述，本發(fā)明的其它特征將是顯而易見(jiàn)的，其中圖1是用于接觸檢測(cè)的現(xiàn)有設(shè)備的側(cè)視圖。
圖2是圖1中沿線(xiàn)X-X的剖視圖，示出了非作用的狀態(tài)。
圖3對(duì)應(yīng)于圖2且示出了作用狀態(tài)。
圖4-6以放大尺寸示出了器件移動(dòng)中的階段。
圖7示出了懸臂基片。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1-3，傳感器匣10包括底板11，上面由螺釘13牢固地連接著固定塊12。固定塊具有上部和下部懸臂14a、14b，在它們的自由端連接著移動(dòng)塊15。懸臂14a、14b允許移動(dòng)塊15上下運(yùn)動(dòng)，并一起確定移動(dòng)塊15的靜止位置。
臂14a、14b自由端的內(nèi)側(cè)支撐著支承板16，其本身抵靠底板11設(shè)置。在靜止位置，臂14a、14b設(shè)置成朝向底板11施加偏置力，所述力剛好足以加緊支承板16并因此防止移動(dòng)塊15在上下方向擺動(dòng)。偏置力確保了當(dāng)?shù)装灞旧硪苿?dòng)時(shí)移動(dòng)塊不相對(duì)于底板11移動(dòng)。
底板11包括空氣支承件20，其中包括供氣導(dǎo)管21，所述供氣導(dǎo)管在支承板16的下側(cè)具有通向腔19的出口22。向?qū)Ч?1供應(yīng)受壓空氣引起支承板16從底板11移開(kāi)，逆著臂14a、14b的偏置力，并因此允許移動(dòng)塊在上下方向的無(wú)摩擦運(yùn)動(dòng)。
偏置力和克服它所需要的氣壓程度是詳細(xì)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，且可由技術(shù)人員根據(jù)測(cè)試要求確定。同樣，臂14a、14b在支承板16上的接觸區(qū)域、支承板在底板11上的接觸區(qū)域、空氣進(jìn)口設(shè)置和其它可變因素可根據(jù)具體情況確定。通常來(lái)說(shuō)，偏置力應(yīng)當(dāng)剛好足以在進(jìn)行測(cè)試時(shí)限制移動(dòng)塊15的運(yùn)動(dòng)，且氣壓應(yīng)當(dāng)剛好足以使移動(dòng)塊15自由移動(dòng)。
行進(jìn)傳感器支架30用螺釘31固定在底板11上。支架30具有光電發(fā)射器32和接收器33，在它們之間延伸著柱頭螺栓34，其螺紋連接在上部懸臂14a的突起35內(nèi)。如圖1所示，可將柱頭螺栓34擰入與支架30接觸，并由此阻止移動(dòng)塊15相對(duì)底板11向上。當(dāng)空氣支承件作用時(shí)，這種設(shè)置允許由臂14a、14b支承且由柱頭螺栓34支承的移動(dòng)塊15的實(shí)際質(zhì)量的均衡調(diào)節(jié)。這確保了探針尖最輕的接觸會(huì)引起探針的輕微上相移動(dòng)，并由此改變柱頭螺栓34使發(fā)射器32和接收器之間的光路模糊的程度。通常探針尖最初的接觸力在0-50g范圍內(nèi)，例如15g，但可根據(jù)柱頭螺栓34的突起部調(diào)節(jié)。
負(fù)荷分擔(dān)配設(shè)計(jì)減輕了移動(dòng)塊15的實(shí)際質(zhì)量可足以使半導(dǎo)體41的表面40凹陷或彎曲的問(wèn)題或?qū)⑻结樢频脚c表面40接觸的裝置可能會(huì)使探針在向下驅(qū)動(dòng)停止前插入表面的問(wèn)題。對(duì)于接觸被檢測(cè)到，以及對(duì)于Z軸線(xiàn)停止驅(qū)動(dòng)，不可避免地存在短暫卻有限的時(shí)間。本設(shè)計(jì)使得接觸點(diǎn)的檢測(cè)具有相當(dāng)?shù)木龋驗(yàn)橐苿?dòng)塊15的運(yùn)動(dòng)是無(wú)摩擦的且光電傳感器32、33可探測(cè)傳輸?shù)墓舛鹊奈⑿∽兓?。Z軸線(xiàn)停止驅(qū)動(dòng)所用時(shí)間可與一精確的距離相聯(lián)系，且因而可方便地在該距離內(nèi)形成一間隙量，通過(guò)該間隙量將探針在測(cè)試前縮回。
底板的突起部61寬松地位于測(cè)試頭的孔62內(nèi)并用于限制臂14a、14b到彈性范圍的移動(dòng)。
設(shè)備的使用步驟如圖4-6所示，圖中其示出了探針尖50、半導(dǎo)體基片51、電接觸件52、電導(dǎo)線(xiàn)53和焊接部54。
焊接部54的精確形狀可根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)變化，從而如圖4-7所示的焊接部?jī)H用于說(shuō)明目的。為了更清楚的示出特征，有些尺寸是夸大的。
在使用時(shí)施加氣壓且移動(dòng)塊由臂14a、14b的彈性偏移支撐。在這個(gè)階段，可調(diào)節(jié)由柱頭螺栓34承受的負(fù)荷比例以給出所需要的接觸負(fù)荷。沒(méi)有必要在最初設(shè)置后再調(diào)節(jié)柱頭螺栓，除非測(cè)試情況變化。然后驅(qū)動(dòng)底板11朝向基片51，直到探針尖50接近測(cè)試點(diǎn)；移動(dòng)塊15的實(shí)際質(zhì)量不是很大，不會(huì)在底板迅速移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。
就在基片上方，減慢底板的移動(dòng)速度直到由光傳感器32，33檢測(cè)到發(fā)生接觸為止(圖4)。在空氣支撐件上形成的缺口70在圖3中被夸大；實(shí)際上會(huì)選擇氣壓以確保臂14a。14b剛好從底板11分離。
一旦檢測(cè)到發(fā)生接觸，底板的行程停止。向支撐件的空氣供應(yīng)也停止，結(jié)果橫梁細(xì)微地移動(dòng)以與底板接觸(圖2)。在這個(gè)階段，移動(dòng)塊15相對(duì)底板通過(guò)由橫梁14a、14b產(chǎn)生的內(nèi)在側(cè)向彈力牢牢保持。橫梁14a、14b內(nèi)輕微的殘余負(fù)荷也可由該內(nèi)在彈力保持。由于空氣供應(yīng)的停止產(chǎn)生的移動(dòng)僅沿近在壓扁空氣缺口的方向進(jìn)行，且探針尖保持與基片表面的輕輕接觸。
然后底板撤回預(yù)定量(圖5)并且抵靠著焊接部側(cè)向移動(dòng)(圖6)以開(kāi)始剪切測(cè)試。
實(shí)際上底板的驅(qū)動(dòng)是自動(dòng)的以確保測(cè)試條件的可重復(fù)性。將探針定位在所測(cè)焊接部附近通常是使用放大技術(shù)人工進(jìn)行的，或者如果已知數(shù)據(jù)和焊接點(diǎn)間距通過(guò)預(yù)編程進(jìn)行。
可提供幾個(gè)不同的測(cè)試頭，每個(gè)根據(jù)施加負(fù)荷的范圍設(shè)計(jì)。通?？商峁┻m于施加25g，250g，5kg和100kg標(biāo)稱(chēng)負(fù)荷的測(cè)試頭。
該裝置沒(méi)有內(nèi)部移動(dòng)部件，因而消除了不可預(yù)知的摩擦和靜態(tài)阻力。
如圖7所示，如果基片是可變形的就產(chǎn)生了問(wèn)題。圖4-6假設(shè)基片51在牢固的支撐表面55上。但如果基片51從另一設(shè)備56懸伸，當(dāng)探針尖接觸時(shí)將會(huì)沿箭頭57方向不可避免地彎曲。因而，在基片通過(guò)其內(nèi)在彈性恢復(fù)到其原始位置時(shí)探針尖50的豎直縮回不足以確保間隙。在這種情況下，探針尖在剪切測(cè)試之前會(huì)更接近基片51，或者將與其輕輕拖動(dòng)接觸，盡管探針尖上的豎直負(fù)荷幾乎是零。在前一種情況下，由于測(cè)試高度不同，測(cè)試結(jié)果是不可比較的，在后一種情況下，拖動(dòng)力將掩蓋記錄的剪切負(fù)荷。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)探針尖的側(cè)向移動(dòng)檢測(cè)到的任何力可假設(shè)成由在基片上的拖動(dòng)產(chǎn)生。在這種情況下，探針尖上提適當(dāng)小的量，通常0.5μm，重新開(kāi)始側(cè)向移動(dòng)。如果檢測(cè)到力，探針尖再次上提，且這樣直到側(cè)向移動(dòng)是沒(méi)有力時(shí)為止，在這時(shí)才進(jìn)行剪切測(cè)試。探針尖約10μm的側(cè)向移動(dòng)足以顯示拖動(dòng)。
該操作方法使得現(xiàn)有的測(cè)試裝置適用于更加柔性的基片，同時(shí)避免了對(duì)豎直方向的力進(jìn)行高靈敏測(cè)試的需要。保持了無(wú)摩擦的光學(xué)的接觸檢測(cè)。
為了提高測(cè)試高度的精確性，可進(jìn)行磨擦測(cè)試。這種測(cè)試在有支撐的和沒(méi)有支撐的基片情況下，或者當(dāng)基片材料是柔性的或易于彎曲時(shí)是有用的。
在該實(shí)施例中探針尖前進(jìn)至與基片接觸，如前述參考圖4那樣檢測(cè)表面接觸。然后工具尖縮回標(biāo)準(zhǔn)量，并側(cè)向移動(dòng)以觀(guān)察是否檢測(cè)到側(cè)向力。然后采取重復(fù)步驟以確保探測(cè)到的力在探針尖和基片輕輕緊密接觸的預(yù)定指示范圍內(nèi)。如果沒(méi)有探測(cè)到力，探針前進(jìn)，如果探測(cè)到力，探針頭撤回通常很小的5μm范圍內(nèi)的距離。這種安排給出了相對(duì)于基片表面探針尖位置的高度精確指示，且與基片彈性無(wú)關(guān)。因而探針尖在剪切測(cè)試之前的上提給出了高度精確的測(cè)試高度，且提高了測(cè)試的可重復(fù)性。
權(quán)利要求
1.一種剪切測(cè)試設(shè)備(10)，該設(shè)備具有適于基本豎直地朝向或遠(yuǎn)離基片驅(qū)動(dòng)的測(cè)試頭(15)，且包括用于檢測(cè)測(cè)試頭(15)和基片間接觸的傳感裝置(30)，測(cè)試頭(15)還適于在基片上方橫向驅(qū)動(dòng)以對(duì)基片上的突起部施加剪切負(fù)荷，并包括用于檢測(cè)施加在突起部上的剪切力的測(cè)量裝置，其中所述測(cè)量裝置還適于探測(cè)基片上測(cè)試頭的拖動(dòng)負(fù)荷。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感裝置(30)包括位移探測(cè)器。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述探測(cè)器為光電傳感器(32，33)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括適于在所述測(cè)量裝置探測(cè)到預(yù)定的拖動(dòng)負(fù)荷時(shí)停止其橫向移動(dòng)的裝置。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括一驅(qū)動(dòng)器以橫向地往復(fù)移動(dòng)所述測(cè)試頭。
6.一種基片突起部的剪切測(cè)試方法，包括以下步驟a)將測(cè)試工具前進(jìn)到基片，b)在接觸到所述基片時(shí)停止所述測(cè)試工具的前進(jìn)，c)將所述測(cè)試工具撤回一預(yù)定距離，d)相對(duì)于所述基片橫向往復(fù)移動(dòng)所述測(cè)試工具，并探測(cè)任何拖動(dòng)力，e)如果探測(cè)到拖動(dòng)力，再將所述測(cè)試工具撤回所述預(yù)定距離的一部分，并重復(fù)步驟d)直到探測(cè)不到拖動(dòng)力，以及f)抵靠基片的突起部而側(cè)向移動(dòng)所述測(cè)試工具，從而進(jìn)行剪切測(cè)試。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，它還包括以下附加步驟e1)如果探測(cè)不到拖動(dòng)力，將所述測(cè)試工具前進(jìn)所述預(yù)定距離的一部分，并重復(fù)步驟d)直到探測(cè)到拖動(dòng)力，以及e2)在進(jìn)行所述剪切測(cè)試之前將所述測(cè)試工具撤回所述預(yù)定距離的一部分。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，它包括以下替代步驟在首次檢測(cè)到拖動(dòng)后撤回所述測(cè)試工具一設(shè)定距離，并立即進(jìn)行所述剪切測(cè)試。
全文摘要
一種用于對(duì)半導(dǎo)體器件的微小突起部進(jìn)行剪切測(cè)試的設(shè)備(10)，包括用于探測(cè)剪切測(cè)試工具(15)的表面接觸情況的傳感器(30)。當(dāng)工具在基片上往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)也用側(cè)向剪切力傳感器探測(cè)摩擦力，從而可對(duì)非剛性基片給出精確的表面接觸檢測(cè)。在檢測(cè)到接觸之后，測(cè)試工具撤回以確保剪切測(cè)試是在基片上沒(méi)有工具拖動(dòng)時(shí)進(jìn)行的。
文檔編號(hào)G01N3/00GK1998075SQ200580016055
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者R·J·賽克斯 申請(qǐng)人:達(dá)格精密工業(yè)有限公司