專利名稱：用于測試半導(dǎo)體組件的接縫的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體組件的接縫的拉伸測試的系統(tǒng)和方法。具體而言，本發(fā)明涉及一種用于測試接縫的拉伸強(qiáng)度的系統(tǒng)和方法，上述接縫由可熔材料(如焊料)球或塊形成。
背景技術(shù)：
為了測試PCB和/或半導(dǎo)體組件生產(chǎn)過程中采用的制造工藝的質(zhì)量，進(jìn)行破壞性和非破壞性機(jī)械強(qiáng)度測試。通常對提供兩種材料之間的電或熱連續(xù)性的接縫進(jìn)行測試。對具有適當(dāng)形狀和尺寸的接縫來說，可通過夾持、鉤掛或剪切形成接縫的一種材料來施加測試力。這對某些接縫來說是不可能的，通常，這種接縫為PCB或半導(dǎo)體基板的表面上的焊料球或焊料塊，但具有不尋常的形狀或尺寸，或者難以用夾爪接近。作為施加測試力的可替代手段，已知的是使接縫熔化，然后允許接縫在測試工具周圍再凝固。然后，能夠使測試工具移動，以將測試力施加到再凝固的接縫。在US5641913中描述了用于拉伸測試的該類型系統(tǒng)的示例。實際上，已經(jīng)通過采用設(shè)計用于鉤掛和夾持接縫以進(jìn)行拉伸測試的現(xiàn)有接縫測試機(jī)器實現(xiàn)了該操作原理。當(dāng)前以該方式使用的機(jī)器為英國白金漢郡的艾爾斯伯里的Rabans Lane 工業(yè)區(qū)、Faraday 路 25 號的 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多功能接縫測試機(jī)。測試針附接至常用于拉伸測試的鉤。測試針由上述鉤保持在適當(dāng)位置，該鉤直接附接至裝配有應(yīng)變儀的橫梁，以測量測試期間施加的力。針的一端具有形成的90°彎曲部，其與鉤接合并將力傳遞至針的尖端。上述系統(tǒng)使用被插入相對大的鈦塊的盒式加熱管，其以機(jī)械方式支承加熱器和熱電偶。鉤被精確對準(zhǔn)在鈦加熱塊的上方，使得測試針的直部經(jīng)過貫穿鈦加熱塊的緊貼孔。該設(shè)備的操作方法如下。將待測試的樣品剛性配合到附接至可水平移動工作臺的工件保持器中。操作人員用操縱桿來控制以在位于測試針正下方的樣品上移動特定測試點，通常采用顯微鏡來實現(xiàn)要求的精度。操作人員利用操縱桿控制裝置降低安裝至機(jī)動化豎直臺面的整體式測壓傳感器(load cell)和測試針組件，直到測試針的尖端位于待測試焊料球/焊料塊的頂部上。按下測試按鈕，經(jīng)由鈦加熱塊將探頭加熱至預(yù)定溫度。一旦焊料球/焊料塊熔化，測試針的極尖端在其自身重力作用下落入焊料的熔池中。當(dāng)已經(jīng)達(dá)到要求的溫度時，關(guān)閉加熱器，這使得測試針開始冷卻且使焊料凝固。一旦凝固，針、焊料和加熱塊就通過噴向它們的冷空氣更迅速地冷卻。一旦達(dá)到預(yù)定溫度，測試針就被錨固到焊料球/焊料塊的本體中，并且能夠開始破壞性拉伸測試。整體式測壓傳感器組件被自動地向上驅(qū)動，這使得牽引鉤將軸向載荷施加在針上，并因此施加在接縫上。測壓傳感器中的橫梁撓曲，且校準(zhǔn)的應(yīng)變儀測量該力。隨著粘合劑失效，應(yīng)變儀覺察到力消失并且記錄了在失效之前的最大力。然后，將記錄的力存儲在數(shù)據(jù)庫中。
該接縫測試設(shè)備和方法在測量精度、操作速度和可用性方面存在諸多缺陷，而本發(fā)明的目的是克服這些缺陷中的一些或全部，或者至少提供有用的替代實施方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明限定在應(yīng)當(dāng)被參考的所附獨立權(quán)利要求中。在從屬權(quán)利要求中列出本發(fā)明的優(yōu)選方面。在一個方面中，本發(fā)明包括用于對半導(dǎo)體組件的接縫實施拉伸測試的設(shè)備，該接縫包括焊料球或焊料塊，該設(shè)備包括探頭，所述探頭具有縱向軸線；加熱器，所述加熱器用于將所述探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或所述溫度之上；保持器，所述保持器用于支承所述探頭；促動裝置，所述促動裝置用于使所述保持器和支承在所述保持器中的所述探頭上下移動；用于將拉力施加到所述保持器上的裝置，所述保持器又沿著所述探頭的縱向軸線將拉力施加到所述探頭；以及力測量系統(tǒng)，所述力測量系統(tǒng)用于在拉伸測試期間測量施加到所述探頭的力，其中，在所述探頭尖端已經(jīng)被加熱到接縫熔化的溫度或所述溫度之上之后，使所述探頭尖端與接縫接觸，通過對所述探頭加熱來熔化所述接縫，并且所述接縫被冷卻和凝固以將所述探頭尖端固定在所述接縫中，然后，由拉力施加裝置使所述探頭縮回，以將拉力施加到所述接縫，所述拉力由所述力測量系統(tǒng)來測量。通過沿著探頭的縱向軸線施加拉力，與現(xiàn)有技術(shù)相比提高了測量精度。在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，采用彎曲探頭針，通過測試針中的彎曲部施加的力不在測試點的正上方，且產(chǎn)生小的彎矩。這還能導(dǎo)致在測試針與加熱塊中的孔之間的增大的摩擦，這能夠不利地影響力測量。通過施加與探頭的縱向軸線成一直線的力，消除了彎矩，并且減小了摩擦問題。此外，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，由與測試針接合的牽引鉤施加的最大力受到測試針中的彎曲部的強(qiáng)度所限制。當(dāng)超過該最大力時，該針伸直。通過施加與探頭的縱向軸線成一直線而不經(jīng)過彎曲部的拉力，消除了該問題。優(yōu)選地，探頭是通過探頭保持機(jī)構(gòu)聯(lián)接至保持器的直針。優(yōu)選地，探頭通過夾緊機(jī)構(gòu)被保持在保持器內(nèi)。優(yōu)選地，該夾緊機(jī)構(gòu)在探頭的縱向軸上提供夾緊力。該類型的夾具與直探頭針的一同使用允許在測試結(jié)束時能容易地將探頭從設(shè)備移除。相反，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，由于測試針的一端具有焊料球而另一端具有彎曲部，因此，一旦測試結(jié)束，測試針便被以機(jī)械方式俘獲在加熱塊中。這意味著必須切割該針，或者必須重新開始加熱循環(huán)，在焊料球熔化的同時手動移除焊料球，以便能移除探頭。這不僅會顯著影響操作速度，且會顯著影響成本。測試針是精密形成的且消耗品是相對昂貴的，因此，期望的是能對它們進(jìn)行清潔和再使用。而且，利用直且夾緊的針，由于能簡單地將保持器向下驅(qū)動到豎直保持在裝載盤中的針上然后將其夾緊，所以操作人員在探頭的裝載期間較少地需要接觸保持器的熱端。 還可以包圍加熱器設(shè)置隔熱罩，用以在操作的加熱階段期間減小灼傷的風(fēng)險，并減小探頭
5的不必要的熱損耗。相反，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，探頭的手動裝載是必需的，這更耗時而且更麻煩。由于保持器的某些部分可以是熱的，尤其是如果在測試之后焊料球已經(jīng)再熔化，所以操作人員在接觸保持器時還易受到灼傷的風(fēng)險。禾Ij用剛性夾緊的探頭，能進(jìn)行“推擠”和“拉伸，，測試。還能進(jìn)行“疲勞”測試，其中，負(fù)載在壓縮測試和拉伸測試之間循環(huán)以達(dá)到預(yù)定力或者以固定循環(huán)數(shù)循環(huán)。利用現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，將推力施加到該針是不可能的。因此，用現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行推擠測試和疲勞測試是不可能的。優(yōu)選地，夾緊機(jī)構(gòu)為氣動操作的。但是，可使用任何適當(dāng)?shù)牟僮鳈C(jī)構(gòu)，例如電動機(jī)構(gòu)或磁性機(jī)構(gòu)。該夾緊機(jī)構(gòu)可包括筒夾和活塞，該筒夾包圍探頭，該筒夾具有漸縮的外表面，其中，在使用過程中，活塞的促動使得活塞沿著漸縮表面行進(jìn)，或者使得漸縮表面抵靠另一表面而被驅(qū)動，從而圍繞探頭夾緊筒夾。另外或者可替代地，還可設(shè)置手動操作夾緊機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，筒夾被偏壓到未夾緊位置。優(yōu)選地，加熱器包括包圍所述探頭的至少一部分的導(dǎo)熱管以及包圍所述管的至少一部分的加熱元件。以此方式，熱源比在現(xiàn)有技術(shù)中更靠近測試針，減少了進(jìn)行測試所需的能量以及執(zhí)行整個循環(huán)的時間。本發(fā)明還使得需要加熱和冷卻的熱質(zhì)顯著減少。優(yōu)選地，加熱金屬絲連接至用以對加熱金屬絲進(jìn)行加熱的電源。優(yōu)選地，導(dǎo)熱管是電絕緣的。優(yōu)選地，導(dǎo)熱管由陶瓷材料形成。適當(dāng)?shù)奶沾刹牧系氖纠秊榭蓮挠唆數(shù)?Weston 路的 Crewe Hall 的 Dynamic Ceramic 有限公司(Dynamic Ceramic Ltd, of Crewe Hall, Weston Road, Crewe, Cffl 6UA United Kingdom)獲得的氮化鋁 / 氮化硼陶瓷復(fù)合材料。優(yōu)選地，上述設(shè)備還包括靠近探頭定位的熱電偶。優(yōu)選地，當(dāng)在使用中時，熱電偶位于導(dǎo)熱管上，且更優(yōu)選地位于導(dǎo)熱管的離在測試中的接縫最近的端部。電絕緣管允許熱電偶能直接放置在其上。熱電偶可用于確定探頭在接縫測試的加熱階段期間和冷卻階段期間的溫度?？稍谡麄€接縫測試過程中記錄和控制探頭的溫度。有利的是，控制在測試中的接縫的熔化和冷卻，從而盡可能接近地模擬制造期間進(jìn)行的處理。這確保在測試中的接縫的形式及其材料性質(zhì)與制造的接縫的形式和材料性質(zhì)一致。優(yōu)選地，該設(shè)備包括用于冷卻探頭的冷卻系統(tǒng)。優(yōu)選地，該冷卻系統(tǒng)包括壓縮空氣源、噴嘴或出口以及閥，該噴嘴或出口連接至壓縮空氣源，該噴嘴或出口布置成在探頭的附近提供壓縮空氣射流，而該閥構(gòu)造成控制從所述源到噴嘴或出口的壓縮空氣供應(yīng)。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括可移動平臺，待測試的半導(dǎo)體樣品被安裝在可移動平臺上。 優(yōu)選地，探頭陣列也被安裝在可移動平臺上。通過具有優(yōu)選地預(yù)先裝載到承載盤中的探頭陣列，以及用于測試點的教導(dǎo)位置，自動測試程序是可能的。機(jī)動化控制裝置可用于使保持器和平臺相對于彼此移動，從而使得拾取探頭、進(jìn)行測試且然后將使用過的探頭落入收集容器自動化。在另一方面中，本發(fā)明包括用于對半導(dǎo)體組件的接縫實施拉伸測試的設(shè)備，該接縫包括焊料球或焊料塊，該設(shè)備包括探頭；加熱器，所述加熱器用于將所述探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或所述溫度之上；
保持器，所述保持器用于支承所述探頭；促動裝置，所述促動裝置用于使所述保持器和支承在所述保持器中的所述探頭上下移動；用于將拉力施加到所述保持器上的裝置，所述保持器又將拉力施加到所述探頭； 以及力測量系統(tǒng)，所述力測量系統(tǒng)用于在拉伸測試期間測量施加到所述探頭的力，其中，在所述探頭尖端已經(jīng)被加熱到接縫熔化的溫度或所述溫度之上之后，使所述探頭尖端與接縫接觸，通過對所述探頭加熱來熔化所述接縫，并且所述接縫被冷卻和凝固以將所述探頭尖端固定在所述接縫中，然后，由拉力施加裝置使所述探頭縮回，從而將拉力施加到所述接縫，所述拉力由所述力測量系統(tǒng)來測量，并且其中所述加熱器包括包圍所述探頭的至少一部分的導(dǎo)熱管以及包圍所述管的至少一部分的加熱元件。利用該加熱器裝置，熱源比在現(xiàn)有技術(shù)中更靠近測試針，減少了進(jìn)行測試所需的能量以及執(zhí)行整個循環(huán)的時間。需要加熱和冷卻的熱質(zhì)也顯著減少。這加快了測試過程。優(yōu)選地，加熱金屬絲連接至用以對加熱金屬絲進(jìn)行加熱的電源。優(yōu)選地，導(dǎo)熱管是不導(dǎo)電的。優(yōu)選地，導(dǎo)熱管電由陶瓷材料形成。優(yōu)選地，上述設(shè)備還包括靠近探頭定位的熱電偶。優(yōu)選地，在使用過程中，熱電偶位于導(dǎo)熱管上，且更優(yōu)選地位于導(dǎo)熱管的離在測試中的接縫最近的端部。熱電偶可用于確定探頭在接縫測試的加熱階段期間以及冷卻階段期間的溫度?？稍谡麄€接縫測試過程中記錄和控制探頭的溫度。有利的是，控制在測試中的接縫的熔化和冷卻，從而盡可能接近地模擬制造期間進(jìn)行的處理。這確保在測試中的接縫的形式及其材料性質(zhì)與制造的接縫的形式和材料性質(zhì)一致。該設(shè)備優(yōu)選地還包括包圍加熱器的隔熱罩，用以在操作的加熱階段期間減小灼傷的風(fēng)險，并減少探頭的不必要的熱損耗。優(yōu)選地，該設(shè)備包括用于冷卻探頭的冷卻系統(tǒng)。優(yōu)選地，該冷卻系統(tǒng)包括壓縮空氣源、噴嘴或出口以及閥，該噴嘴或出口連接至壓縮空氣源，該噴嘴或出口布置成在探頭處引導(dǎo)壓縮空氣射流，而閥構(gòu)造成控制從所述源到噴嘴或出口的壓縮空氣供應(yīng)。優(yōu)選地，探頭具有縱向軸線，并且所述保持器沿著探頭的縱向軸線將拉力施加到探頭。優(yōu)選地，探頭是通過探頭保持機(jī)構(gòu)聯(lián)接至保持器的直針。優(yōu)選地，探頭被夾緊機(jī)構(gòu)保持在保持器內(nèi)。優(yōu)選地，夾緊機(jī)構(gòu)在探頭的縱向軸上提供夾緊力，而且圍繞該軸對稱地布置。優(yōu)選地，夾緊機(jī)構(gòu)為氣動操作的。但是，可采用例如可以電動操作或者磁性操作的任何適當(dāng)夾緊機(jī)構(gòu)。該夾緊機(jī)構(gòu)可包括筒夾和活塞，該筒夾包圍探頭，該筒夾具有漸縮的外表面，其中，在使用過程中，活塞的促動使得活塞沿著漸縮表面行進(jìn)，或者使得漸縮表面被抵靠另一表面地驅(qū)動，從而使筒夾圍繞探頭夾緊。另外或者可替代地，還可設(shè)置手動操作夾緊機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，筒夾被偏壓到未夾緊位置。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括可移動平臺，待測試的半導(dǎo)體樣品被安裝在可移動平臺上。 優(yōu)選地，探頭陣列也被安裝在可移動平臺上。通過具有優(yōu)選地預(yù)先裝載到承載盤中的探頭陣列，以及用于測試點的教導(dǎo)位置，自動測試程序是可能的。機(jī)動化控制裝置可用于使保持器和平臺相對于彼此移動，從而使得拾取探頭、進(jìn)行測試且然后將使用過的探頭落入收集容器自動化。在又一方面中，本發(fā)明包括用于對半導(dǎo)體組件上的接縫進(jìn)行測試的方法，該接縫包括焊料球或焊料塊，該方法包括步驟將導(dǎo)熱探頭的尖端施加到接縫；將所述探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或所述溫度之上；將探頭的尖端冷卻到接縫凝固的溫度，或者允許探頭的尖端冷卻到接縫凝固的溫度，其中，將探頭的尖端嵌入接縫中；在探頭上施加拉力，并且記錄在施加拉力的步驟期間施加到探頭的力，其中，探頭具有縱向軸線，并且施加拉力的步驟包括沿著探頭的縱向軸線將拉力施加到探頭上。優(yōu)選地，上述方法包括以下步驟在加熱步驟期間將力施加在探頭上，以隨著接縫熔化而將探頭推入接縫中?？商娲?，上述方法包括以下步驟在加熱步驟期間將探頭放置在接縫上，以隨著接縫熔化而允許探頭在其自身重力作用下沉入接縫中。在仍又一方面中，本發(fā)明包括用于對半導(dǎo)體組件上的接縫進(jìn)行測試的方法，該接縫包括焊料球或焊料塊，該方法包括步驟將導(dǎo)熱探頭的尖端施加到接縫；將所述探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或所述溫度之上；將探頭的尖端冷卻到接縫凝固的溫度，或者允許探頭的尖端冷卻到接縫凝固的溫度，其中，將探頭的尖端嵌入接縫中；在探頭上施加拉力，以將接縫從半導(dǎo)體組件移除，并且記錄在施加拉力的步期間中施加到探頭的力，其中，加熱的步驟包括提供包圍所述探頭的至少一部分的導(dǎo)熱管以及包圍所述管的至少一部分的加熱元件，以及使電流經(jīng)過加熱元件以加熱探頭。在又一方面中，本發(fā)明包括用于對半導(dǎo)體組件上的接縫進(jìn)行測試的方法，該接縫包括焊料球或焊料塊，該方法包括步驟將導(dǎo)熱探頭夾緊到探頭保持器中，其中，該探頭包括直針，并且夾緊探頭的步驟包括使探頭保持器和探頭相對于彼此移動以將探頭定位在保持器內(nèi)以及夾緊探頭的縱向軸；將探頭的尖端施加到接縫；將所述探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或高于該溫度；將探頭的尖端冷卻到接縫凝固的溫度，或者允許探頭的尖端冷卻到接縫凝固的溫度，其中，將探頭的尖端嵌入接縫中；經(jīng)由探頭保持器將拉力施加在探頭上，并且記錄在施加拉力的步驟期間施加到探頭的力；以及將探頭從探頭保持器釋放。優(yōu)選地，在自動化控制下執(zhí)行使探頭保持器和探頭相對于彼此移動以將探頭定位在保持器內(nèi)的步驟。優(yōu)選地，使探頭保持器和探頭相對于彼此移動以將探頭定位在保持器內(nèi)的步驟包括橫向地移動探頭，使得探頭與探頭保持器對準(zhǔn)，且隨后在探頭上方豎直地移動探頭保持器
ο優(yōu)選地，該方法還包括在施加拉力的步驟之后將容器移動到探頭保持器下方的位置的步驟，并且將探頭從探頭保持器釋放的步驟包括將探頭釋放到容器中。優(yōu)選地，夾緊的步驟包括在自動化控制下使筒夾圍繞探頭的縱向軸夾緊。在仍又一方面中，本發(fā)明包括用于對半導(dǎo)體組件的接縫施加拉伸測試的設(shè)備，該接縫包括焊料球或焊料塊，該設(shè)備包括探頭，所述探頭包括直的導(dǎo)熱針；加熱器，該加熱器用于將所述探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或高于該溫度；用于支承所述探頭的保持器，該保持器包括構(gòu)造成在探頭上提供夾緊力的夾緊機(jī)構(gòu)；促動裝置，該促動裝置用于使所述保持器以及支承在所述保持器中的所述探頭上下移動；用于將拉力施加在所述保持器上的裝置，該保持器又將拉力施加到所述探頭；以及力測量系統(tǒng)，該力測量系統(tǒng)用于在拉伸測試期間測量施加到所述探頭的力，其中， 在所述探頭尖端已經(jīng)被加熱到接縫熔化的溫度或高于該溫度之后，使所述探頭尖端與接縫接觸，通過對探頭加熱來熔化接縫，并且對接縫進(jìn)行冷卻和凝固以將探頭尖端固定在接縫中，然后，由拉力施加裝置使探頭縮回，從而將拉力施加到接縫，該拉力由所述力測量系統(tǒng)來測量。直探頭的使用允許將探頭裝載到保持器中變得簡單，甚至自動化。只需要將保持器向下驅(qū)動到對準(zhǔn)的探頭針上，然后使保持器圍繞探頭針夾緊。相反，在現(xiàn)有技術(shù)中，采用與掛鉤接合的彎曲探頭針，必須手動完成探頭針的裝載，并且要求很高的熟練性。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括多個探頭以及自動探頭裝載機(jī)構(gòu)，多個探頭布置在預(yù)定位置中，該自動探頭裝載機(jī)構(gòu)構(gòu)造成移動保持器或至少一個探頭，從而使得探頭與保持器對準(zhǔn)。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括收集容器，可將該收集容器定位在探頭保持器的下方以接納測試之后使用過的探頭。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括可移動平臺，待測試的半導(dǎo)體樣品被安裝在可移動平臺上。 優(yōu)選地，探頭陣列也被安裝在可移動平臺上。通過具有優(yōu)選地預(yù)先裝載到承載盤中的探頭陣列，以及用于測試點的教導(dǎo)位置，自動測試程序是可能的。自動探頭裝載機(jī)構(gòu)可用于使保持器和平臺相對于彼此移動，從而使探頭的拾取自動化。然后，可進(jìn)行測試，并且將使用過的探頭落入收集容器中。在又一方面中，本發(fā)明包括用于對半導(dǎo)體組件的接縫實施拉伸測試的設(shè)備，該接縫包括焊料球或焊料塊，該設(shè)備包括多個導(dǎo)熱探頭，該多個導(dǎo)熱探頭被定位在預(yù)定位置中；用于支承探頭的保持器，該保持器包括構(gòu)造成在探頭上提供夾緊力的夾緊機(jī)構(gòu)；自動探頭裝載機(jī)構(gòu)，該自動探頭裝載機(jī)構(gòu)構(gòu)造成移動保持器或至少一個探頭，從而使探頭與保持器對準(zhǔn)；促動裝置，用于使所述保持器以及支承在所述保持器中的所述探頭朝向或者離開
9接縫地移動；加熱器，用于將所述探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或高于該溫度；用于將拉力施加在所述保持器上的裝置，該保持器又將拉力施加到所述探頭；以及力測量系統(tǒng)，用于在拉伸測試期間測量施加到所述探頭的力，其中，在所述探頭尖端已經(jīng)被加熱到接縫熔化的溫度或高于該溫度之后，所述探頭尖端與接縫接觸，通過對探頭加熱來熔化接縫，并且對接縫進(jìn)行冷卻和凝固以將探頭尖端固定在接縫中，然后，由拉力施加裝置使探頭縮回，從而將拉力施加到接縫，該拉力由所述力測量系統(tǒng)來測量。優(yōu)選地，自動探頭裝載機(jī)構(gòu)包括電子控制器和存儲器，多個探頭中的每一個探頭的位置都存儲在該存儲器中。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括收集容器，可將該收集容器定位在探頭保持器的下方用以接納測試之后使用過的探頭。優(yōu)選地，自動探頭裝載機(jī)構(gòu)構(gòu)造成控制收集容器相對于探頭保持器的位置。優(yōu)選地，該設(shè)備還包括可移動平臺，待測試的半導(dǎo)體樣品被安裝在可移動平臺上。 優(yōu)選地，探頭陣列也被安裝在可移動平臺上。通過具有優(yōu)選地預(yù)先裝載到承載盤中的探頭陣列，以及用于測試點的教導(dǎo)位置，自動測試程序是可能的。自動探頭裝載機(jī)構(gòu)可用于使保持器和平臺相對于彼此移動，從而使得探頭的拾取自動化。然后，可進(jìn)行測試，并且將使用的探頭落入收集容器中。優(yōu)選地，多個探頭中的每一個探頭均包括直導(dǎo)熱針?？蓪⒚總€探頭布置為直立的， 從而在使用過程中，能在進(jìn)行測試之前將保持器降低到每個探頭的上方，然后將探頭夾緊。 測試之后，使用過的探頭能得以釋放，而且能滑出保持器，或者僅僅在其自身重力下從保持器掉出。在又一方面中，本發(fā)明包括用于對半導(dǎo)體組件上的接縫進(jìn)行測試的方法，該接縫包括焊料球或焊料塊，該方法包括步驟在預(yù)定位置處設(shè)置多個導(dǎo)熱探頭；在自動控制下移動至少一個探頭或探頭保持器，從而使得探頭與探頭保持器對準(zhǔn)；將探頭夾緊至探頭保持器，使探頭和保持器相對于接縫移動，從而將探頭的尖端施加到接縫；將所述探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或高于該溫度；將探頭的尖端冷卻到接縫凝固的溫度，或者允許探頭的尖端冷卻到接縫凝固的溫度，其中，將探頭的尖端嵌入接縫中；經(jīng)由探頭保持器將拉力施加在探頭上，并且記錄在施加拉力的步驟期間施加到探頭的力；使容器相對于探頭保持器移動；以及將探頭從探頭保持器釋放到容器中。優(yōu)選地，在自動控制下移動至少一個探頭或探頭保持器以使得探頭與探頭保持器對準(zhǔn)的步驟包括將至少一個探頭橫向移動到探頭保持器下方的位置。優(yōu)選地，將多個導(dǎo)熱探頭設(shè)置在預(yù)定位置處的步驟包括將保持探頭的承載盤安裝至可移動平臺。優(yōu)選地，多個探頭中的每一個探頭均包括直導(dǎo)熱針。在仍又一方面中，本發(fā)明提供一種用于對半導(dǎo)體組件的接縫實施拉伸測試的設(shè)備，該接縫設(shè)置焊料球或焊料塊，該設(shè)備包括探頭；加熱器，用于將所述探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或高于該溫度；用于支承所述探頭的保持器，其中，該保持器包括用于保持探頭的夾具、驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及手動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)聯(lián)接至夾具并具有活動位置和靜止位置，且驅(qū)動機(jī)構(gòu)從靜止位置移動到活動位置致使夾具圍繞探頭緊固，且手動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)聯(lián)接至驅(qū)動機(jī)構(gòu)并構(gòu)造成調(diào)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的靜止位置；促動裝置，用于使所述保持器以及支承在所述保持器中的所述探頭在使用過程中朝向或者離開接縫地移動；用于將拉力施加在探頭上的裝置；以及力測量系統(tǒng)，用于在拉伸測試期間測量施加到所述探頭的力，其中，在所述探頭尖端已經(jīng)被加熱到接縫熔化的溫度或高于該溫度之后，所述探頭尖端與接縫接觸，通過對探頭加熱來熔化接縫，并且對接縫進(jìn)行冷卻和凝固以將探頭尖端固定在接縫中，然后，由拉力施加裝置使探頭縮回，從而將拉力施加到接縫，該拉力由所述力測量系統(tǒng)來測量。優(yōu)選地，夾具為筒夾。優(yōu)選地，驅(qū)動機(jī)構(gòu)為聯(lián)接至氣動或液壓控制系統(tǒng)的活塞和缸。優(yōu)選地，該活塞鄰接筒夾，且手動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)造成調(diào)節(jié)活塞的靜止位置。優(yōu)選地，手動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)允許在沒有起動自動化夾緊機(jī)構(gòu)的拉伸測試之前使探頭以摩擦適配方式保持在夾具中。隨后，可通過起動自動夾緊機(jī)構(gòu)而在拉伸測試期間施加更大的夾緊力。優(yōu)選地，可用手動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來代替自動夾緊機(jī)構(gòu)，以使夾具圍繞探頭充分緊固，從而對接縫實施拉伸測試。


參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的接縫測試設(shè)備的正視圖；圖2是圖1的設(shè)備的剖面圖；圖3是圖2的部分A的詳圖；圖4是圖3的探頭夾緊系統(tǒng)的示意圖；圖5是圖3的部分B的詳圖；圖6是圖5局部示出的冷卻系統(tǒng)的示意圖；圖7是圖1和圖2所示的盒組件在蓋子被移除情況下的詳圖；圖8是示出了如何利用圖7中的應(yīng)變儀來提供力測量的電路圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的控制體系的示意圖；以及圖10是根據(jù)本發(fā)明的接縫測試方法的流程圖。
具體實施方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的接縫測試機(jī)器的正視圖。圖2是所述機(jī)器的經(jīng)過X-X線的橫向剖面圖。該機(jī)器包括工作臺1，具有待測試的一種或多種接縫的半導(dǎo)體組件2被安裝在工作臺上。圖1和圖2所示的機(jī)器構(gòu)造成對接縫且尤其是焊料接縫進(jìn)行拉伸測試和推擠測試。探頭3被保持在可豎直移動的盒組件4中。探頭用于接觸接縫、使接縫熔化、沉入熔化的接縫、對接縫進(jìn)行冷卻以使其再凝固，然后在接縫上施加拉力以測試其強(qiáng)度。圖1和圖2所示的機(jī)器包括固定機(jī)殼5，該機(jī)器的移動部分被附接至固定機(jī)殼。機(jī)殼5被設(shè)計成位于工作架或工作臺上。可移動工作臺1被附接至機(jī)殼5，在測試中的樣品2 被安裝在可移動工作臺上。工作臺1可相對于機(jī)殼5在水平面(這里被稱為X-Y平面)上移動。工作臺1的該移動利用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)(未示出)來實現(xiàn)和控制。盡管利用螺栓和螺母組件將樣品保持器6固定至工作臺1，但是可使用任何適當(dāng)?shù)墓潭ㄑb置。樣品保持器包括夾具，該夾具可將不同尺寸的半導(dǎo)體樣品保持在其內(nèi)。用手柄7來調(diào)節(jié)夾具。該類型的工作臺和樣品保持器裝置為眾所周知的，而且能在英國白金漢郡的艾爾斯伯里的Rabans Lane工業(yè)區(qū)、Faraday路25號的Dage控股有限公司出售的Dage 4000多功能接縫測試機(jī)中找到。但是，可由多個不同的裝置將在測試中的組件固定在工作臺上的適當(dāng)位置?？衫谜婵瘴P將更大的基板或器件固定至工作臺。圖1還示出了位于工作臺上的探頭托盤80。該機(jī)器還包括聯(lián)接至探頭3的盒組件4。盒4和探頭3可相對于機(jī)殼5和工作臺 1在與半導(dǎo)體組件的表面正交的豎直方向(這里稱為Z方向)上移動。利用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)(未示出)驅(qū)動安裝至機(jī)殼5的導(dǎo)絲杠或滾珠絲杠8，來再次實現(xiàn)盒4和探頭3相對于機(jī)殼5的移動。盒4被安裝在滾珠絲杠上的螺母上，且由此在絲杠轉(zhuǎn)動時向上或向下行進(jìn)，但也可使用其它適當(dāng)?shù)尿?qū)動機(jī)構(gòu)，如本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知的螺線管。圖1和圖2所示的豎直驅(qū)動裝置可在上述Dage 4000多功能接縫測試機(jī)中找到。該機(jī)器通常由個人計算機(jī)(PC)控制并包括適當(dāng)?shù)挠脩艚涌谠O(shè)備，如鍵盤和顯示屏以及一個或多個操縱桿(未示出)。該機(jī)器還包括對著在測試中的樣品的顯微鏡9，以輔助探頭的精確定位。這些用戶控制特征部件也能在上述Dage 4000多功能接縫測試機(jī)中找到。圖3更詳細(xì)地示出了圖2的探頭以及將探頭安裝至盒的牽引軸10的方式。探頭 3包括利用筒夾12保持在夾具中的導(dǎo)熱針，其被聯(lián)接至探頭外殼11中的牽引軸10。探頭軸的尖端涂覆焊料或者沉浸在焊料中，用以與測試中的接縫接觸時確保優(yōu)良的潤濕作用。用于將探頭夾緊至牽引軸的夾緊機(jī)構(gòu)為氣動驅(qū)動式的。但是，同樣可使用基于電促動器或磁性促動器的其它機(jī)構(gòu)。該夾緊機(jī)構(gòu)包括包圍探頭3的軸的一部分的鋼筒夾12。 筒夾12通過在容納筒夾的氣缸14中移動的活塞13的作用被緊密地圍繞探頭的軸夾緊。 氣缸14由螺接在氣缸14的底部上的氣缸端蓋1 封閉?；钊?3鄰接筒夾12，并將筒夾 12的漸縮外表面驅(qū)動到氣缸端蓋Ha的對應(yīng)漸縮部分中，從而使筒夾12圍繞探頭3的上端夾緊。利用供應(yīng)至設(shè)置在活塞13與氣缸14之間的活塞室13a的壓縮空氣來氣動地驅(qū)動活塞。0形圈15、16用于提供在活塞與氣缸之間以及活塞與牽引軸之間的密封。探頭止擋物 17被設(shè)置在牽引軸10上，以限制探頭3在保持器中的行進(jìn)?；钊?、氣缸和牽引軸在示出的實施例中均由鋼形成。彈簧18被設(shè)置在活塞13與氣缸端蓋1 之間，用以在活塞13上不存在氣動力時離開筒夾12地偏壓活塞13。圖4還示意性地示出了夾緊機(jī)構(gòu)。圖4示出了連接至壓縮空氣源40的活塞室13a，該壓縮空氣源可被安裝至機(jī)殼。由受到下述電子控制的供給閥41來調(diào)節(jié)用以驅(qū)動活塞13的壓縮空氣40的供應(yīng)。由同樣是電子控制的排氣閥 42來控制從活塞室13a排出壓縮空氣以釋放夾具。其它夾緊裝置是可能的。例如活塞可用于沿著筒夾的漸縮表面行進(jìn)，從而圍繞探頭對其擠壓?？商娲兀刹捎绵徑犹筋^的直接促動夾具構(gòu)件來代替筒夾。與直探頭針的使用相結(jié)合地，所有這些夾緊裝置的優(yōu)點在于，能容易地從保持器裝載和卸載探頭，而且能實現(xiàn)完全自動化處理。還設(shè)置手動夾具調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)19、20，其可用于代替上述氣動夾緊機(jī)構(gòu)或者除了上述氣動夾緊機(jī)構(gòu)之外另外地設(shè)置。當(dāng)除了氣動夾緊機(jī)構(gòu)之外另外地使用時，該手動夾緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于設(shè)定活塞的靜止位置，并因此打開或閉合筒夾12的內(nèi)表面。手動夾緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括環(huán)形板19，該環(huán)形板配合在氣缸14后部的螺紋上。板19鄰接三個向下延伸的定位針20 的一端，這些定位針在其另一端處還鄰接活塞13的后表面?？赏ㄟ^使板19旋轉(zhuǎn)而使板在螺紋上向下或向上移動。當(dāng)板19向下移動時，閉合筒夾12。當(dāng)板19向上移動時，打開筒夾 12。僅僅通過使環(huán)形板轉(zhuǎn)動，直到其向下移動足以牢固地夾緊探頭3為止，便可單獨使用手動夾緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，而不需要氣動夾緊機(jī)構(gòu)。為對探頭3且尤其是探頭的與在測試中的接縫接觸的那部分進(jìn)行加熱以使接縫熔化，將加熱器圍繞探頭3的下部設(shè)置。該加熱器包括圍繞探頭3緊密配合的陶瓷管21以及纏繞或以其它方式設(shè)在管21的外表面上的加熱金屬絲22。管21由導(dǎo)熱但電絕緣的具有 0.95mm厚度的陶瓷制成。陶瓷管的材料為氮化鋁/氮化硼陶瓷復(fù)合材料。加熱金屬絲22 通過電阻加熱提供熱量。金屬絲22連接至電源(圖3中未示出)。電流經(jīng)過金屬絲，以對陶瓷管21和探頭3進(jìn)行加熱。金屬絲由鎳鉻合金(Nichrome)形成。陶瓷管21在其外表面上可形成有凹槽，這些凹槽接納加熱金屬絲22，并確保良好的熱接觸?？刹捎锰娲娮杓訜岬幕蛘叱娮杓訜嵋酝獾钠渌訜嵝问剑?，感應(yīng)加熱或者采用單股或多股熱空氣射流。 絕緣層23被設(shè)置在加熱器與夾緊組件之間。隔熱罩M被圍繞加熱器組件設(shè)置。熱電偶30被定位在陶瓷管21的底端上。熱電偶30提供探頭的溫度指示，并因此提供在測試中的接縫31的溫度指示。該熱電偶為K型熱電偶。該類型的適當(dāng)熱電偶可從英國曼徹其Jf特的 Omega 工禾呈有限公司(Omega Engineering Limited, Manchester, United Kingdom M44 5BD)獲得。圖5對此進(jìn)行了詳細(xì)顯示。熱電偶30用于確定何時進(jìn)行拉伸測試的各個階段，以及允許熔化和凝固階段的溫度分布被控制為接近地模擬在半導(dǎo)體組件的制造過程中的溫度分布。加熱和冷卻速率能影響接縫的材料性質(zhì)。還設(shè)置圖6中示意性示出的冷卻組件，用于一旦測試中的接縫31已經(jīng)熔化就快速地冷卻探頭3。冷卻組件通過在探頭附近提供壓縮空氣射流來操作。壓縮空氣源60連接至隔熱罩M中靠近探頭3的噴嘴25 (圖3中示出)。電子可控閥61被設(shè)置在壓縮空氣源 60 (可以與用于夾緊機(jī)構(gòu)的壓縮空氣源40相同或不同)與噴嘴25之間?？諝庠?0、閥61 和噴嘴25之間的連接可由適當(dāng)?shù)娜嵝曰騽傂攒浌軄韺崿F(xiàn)?？諝庠纯梢允前惭b至機(jī)殼的壓縮空氣缸。圖6還示出了用于控制閥61的控制電子設(shè)備62。可提供其它形式的冷卻作為替代方案。例如，可使用用于在探頭和接縫上方產(chǎn)生非壓縮空氣流的風(fēng)扇，或者可替代地使探頭和接縫獨自冷卻到環(huán)境溫度。與現(xiàn)有技術(shù)的加熱器部件相比，陶瓷管21和探頭3具有相對低的熱質(zhì)，因此，加熱和冷卻循環(huán)要快得多。圖7示出了盒組件4以及檢測施加在探頭3上的力的方式。該盒包括剛性后擋板 70，該后擋板剛性連接至絲杠8上的螺母。參見圖2。一對鋁懸臂71a和71b被在一端處用螺釘75固定到后擋板70，且在它們的相反端處在Z方向上撓曲。該類型的懸臂71a和71b 為眾所周知的，而且能在上述Dage 4000多功能接縫測試機(jī)中找到。牽引軸10經(jīng)過設(shè)置在懸臂71a和71b的自由端中的孔，并利用配合到牽引軸10的螺紋部分的螺母72被剛性固定至懸臂71a和71b。明顯地，將牽引軸附接至懸臂的其它裝置也是可能的。在Z方向上施加在牽引軸10上的任何力都將致使懸臂71a和71b撓曲。為測量施加在牽引軸10上的力，將應(yīng)變儀73a、7!3b定位在其中一個懸臂71a的頂表面上，而將應(yīng)變儀74a、74b (未示出)定位在所述懸臂71a的相反表面上。臂71a的撓曲使應(yīng)變儀變形， 并允許記錄牽引軸上的力的測量結(jié)果。該類型的力測量系統(tǒng)例如可從US63019712以及上述Dage 4000多功能接縫測試機(jī)獲知。溫度補(bǔ)償元件76設(shè)有懸臂71a和71b。圖8示出了采用四個應(yīng)變儀以及溫度補(bǔ)償元件76的電路布置。該電路采用惠斯通電橋構(gòu)造以用于應(yīng)變儀，其利用激勵電壓來激勵。輸出電壓V-為牽引軸10上的力的指示。應(yīng)變儀不僅用于在拉伸或推擠測試期間檢測牽引軸上的力，而且還用于在開始測試之前在探頭的初始定位期間確定探頭何時接觸在測試中的接縫。檢測到當(dāng)探頭接觸半導(dǎo)體組件時懸臂的微小偏轉(zhuǎn)，且然后停止Z方向上的驅(qū)動，從而防止破壞接縫或基板。圖9是設(shè)備的不同部分的控制的示意圖。該設(shè)備由在個人計算機(jī)(PC)90中運行的應(yīng)用軟件91來控制。專用電子設(shè)備設(shè)置用于設(shè)備的各個部分，這些電子設(shè)備由應(yīng)用程序控制。運動控制電子設(shè)備92設(shè)置用于盒組件4的Z方向驅(qū)動93，而且用于工作臺1的X-Y 平面驅(qū)動94。夾具電子設(shè)備95也設(shè)置用于控制夾具的促動，且具體地用于控制閥41和42。溫度感測和控制電子設(shè)備96設(shè)置成控制加熱器97和冷卻系統(tǒng)98。溫度控制電子設(shè)備96利用來自熱電偶30的信號來開始和結(jié)束加熱和冷卻循環(huán)。力測量和觸碰感測電子設(shè)備99設(shè)置用于操作應(yīng)變儀73、74，并用于根據(jù)它們的輸出確定牽引軸上的力的測量結(jié)果。如上所述，來自應(yīng)變儀73a和7北、7如和74b的信號被用作觸碰傳感器，用以在初始定位探頭時停止Z方向上的驅(qū)動。圖10是根據(jù)本發(fā)明在接縫測試中執(zhí)行的步驟的流程圖。在處理中的第一步驟是將探頭3裝載到牽引軸上。這被示出為步驟100。這可通過將探頭針手動地裝載到保持器上且然后手動或自動地將其夾緊在適當(dāng)位置來實現(xiàn)?？商娲?，該處理可以是完全自動化的。工作臺1可移動，使得探頭托盤80中的探頭位于牽引軸10的正下方。通過記錄在工作臺上的托盤中的探頭的位置，可以控制工作臺將下一探頭針自動移到適當(dāng)位置。然后，用Z方向絲杠驅(qū)動降低盒組件，直到探頭處于適當(dāng)位置。然后，在步驟105中通過促動活塞13來夾緊探頭，或者可能的是筒夾足夠緊而在不促動活塞的情況下抵抗探頭的重量而將探頭支承在適當(dāng)位置，從而在該階段中夾緊是不必要的。然后，在工作臺1的上方將探頭和盒組件拉回預(yù)定距離。然后，在步驟110中移動工作臺，使得待測試的接縫31位于探頭正下方。這可借助于顯微鏡和操縱桿控制裝置來手動完成。可替代地，如果工作臺上的接縫的位置為已知的且被電子記錄，則這可以自動地完成。
在步驟115中，探頭3然后利用Z方向上的驅(qū)動而朝向待測試的接縫31向下移動。 在步驟120中，利用來自應(yīng)變儀73、74的輸出來檢測與接縫31的接觸，然后在步驟125中停止Z方向上的驅(qū)動。在步驟130中，探頭未被夾緊，或者夾具松開，使得探頭3位于接縫31的頂部上。 然后，在步驟135中加熱器被啟動，從而對探頭進(jìn)行加熱，并因此加熱接縫。當(dāng)熱電偶檢測到探頭已經(jīng)達(dá)到接縫的熔化溫度或者高于該溫度時，使加熱器停止運行。探頭在其自身重力作用下沉入熔化的接縫中?？商娲兀筋^可在加熱步驟期間保持夾緊，但保持在如下位置，該位置使得固態(tài)接縫對探頭施加向上的力，從而使懸臂撓曲。隨著接縫熔化，探頭然后在懸臂的作用下被強(qiáng)制向下進(jìn)入熔融焊料。在步驟140中，冷卻循環(huán)開始。閥61打開，并且將壓縮空氣射流噴射到探頭上，以快速冷卻探頭以及接縫。當(dāng)熱電偶檢測到已經(jīng)達(dá)到接縫處于固態(tài)所需要的溫度時，閥關(guān)閉， 且停止冷卻。此時，接縫已經(jīng)在探頭的尖端周圍凝固。熱電偶可用于在加熱和冷卻循環(huán)期間提供探頭的溫度分布的記錄。這可用于控制加熱和冷卻速率，并因此確保再凝固的接縫與制造后的初始接縫具有相同的材料性質(zhì)。這可以通過盡可能接近地模擬一般制造過程中使用的熱分布來實現(xiàn)。在冷卻完成之后，如果探頭未被夾緊，則在步驟145中，用氣動夾緊機(jī)構(gòu)緊緊夾住探頭3?？商娲?，在冷卻步驟140之前，可以執(zhí)行夾緊探頭145的步驟。可替代地，探頭可在整個過程中保持夾緊。在步驟150中，進(jìn)行拉伸測試，并且利用來自應(yīng)變儀73a和73b、7 和74b的輸出來記錄整個測試過程中牽引軸上的力。該拉伸測試通過利用Z軸驅(qū)動來驅(qū)動牽引軸在Z方向上離開工作臺1而執(zhí)行。當(dāng)在拉伸測試期間將接縫31從半導(dǎo)體基板移除時，施加于牽引軸10上的力將突然減小。記錄獲得的最大力。由圖2、圖3和圖7可見，在圖示的實施例中，探頭3的縱向軸線與牽引軸10的縱向軸線對準(zhǔn)，并且在拉伸測試期間由牽引軸10施加在探頭3上的拉力正好與探頭3的縱向軸線成一直線。這確保了探頭上不存在可能導(dǎo)致不精確和不可重復(fù)測試結(jié)果的彎矩。這還在拉伸或推擠測試期間增大了能施加的最大拉力，并明顯減小了損壞探頭的可能性，并且因此增加了探頭的使用壽命。除適用于進(jìn)行拉伸測試以外，本發(fā)明的設(shè)備還適用于通過將探頭在Z方向上驅(qū)動到(未熔化)接縫中，并隨著牽引軸行進(jìn)預(yù)定直線距離而記錄其上的力，來對接縫進(jìn)行推擠測試。還可進(jìn)行疲勞測試，其由達(dá)到預(yù)定循環(huán)數(shù)或預(yù)定力的一系列交替的拉伸和推擠測試組成。拉伸測試(或推擠測試或者疲勞測試)結(jié)束之后，在步驟155中通過移動工作臺使半導(dǎo)體組件移動離開探頭。為便于清潔探頭3，盡管附著于探頭3的任何接縫材料仍然附著于夾具并容納在陶瓷加熱管中，但還是可以被再熔化。根據(jù)需要，可將新的半導(dǎo)體組件2 安裝在工作臺1上。在步驟160中，將探頭3從保持器卸載。這可通過旋轉(zhuǎn)板19以使其向上移動而打開筒夾12來手動實現(xiàn)，或者通過解除氣動夾緊力來自動實現(xiàn)。用于接納使用過的探頭的容器可被固定至工作臺，并且在該階段中可在牽引軸的下方移動。然后，松開的探頭能落入容器中，且隨后能夠被清潔和再使用。
然后該處理結(jié)束，并且能夠測試新的接縫。為再次開始處理，在步驟165中工作臺移動到接納新探頭的位置，并且然后，以步驟100再次開始該處理。
權(quán)利要求
1.一種用于對半導(dǎo)體組件的接縫實施拉伸測試的設(shè)備，所述接縫包括焊料球或焊料塊，所述設(shè)備包括探頭，所述探頭包括直的導(dǎo)熱針；加熱器，所述加熱器用于將所述探頭的尖端加熱到所述接縫熔化的溫度或所述溫度之上；保持器，所述保持器用于支承所述探頭，所述保持器包括構(gòu)造成在所述探頭上提供夾緊力的夾緊機(jī)構(gòu)；促動裝置，所述促動裝置用于使所述保持器和被支承在所述保持器中的所述探頭上下移動；用于將拉力施加到所述保持器上的拉力施加裝置，所述保持器又將拉力施加到所述探頭；以及力測量系統(tǒng)，所述力測量系統(tǒng)用于在拉伸測試期間測量施加到所述探頭的力，其中，在所述探頭尖端已經(jīng)被加熱到所述接縫熔化的溫度或所述溫度之上之后，所述探頭尖端與所述接縫接觸，通過對所述探頭加熱來熔化所述接縫，并且對所述接縫進(jìn)行冷卻和凝固以將所述探頭尖端固定在所述接縫中，然后由所述拉力施加裝置使所述探頭縮回，從而將拉力施加到所述接縫，所述拉力由所述力測量系統(tǒng)來測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括多個探頭和自動探頭裝載機(jī)構(gòu)， 所述多個探頭布置在預(yù)定位置中，所述自動探頭裝載機(jī)構(gòu)構(gòu)造成移動所述保持器或者所述探頭中的至少一個探頭，以使所述探頭與所述保持器對準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括收集容器，所述收集容器能夠被定位在所述探頭保持器的下方以接納測試之后的使用過的探頭。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，還包括可移動平臺以及安裝在所述可移動平臺上的探頭陣列，待測試的半導(dǎo)體樣品被安裝在所述可移動平臺上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述夾緊機(jī)構(gòu)包括 包圍所述探頭的筒夾，所述筒夾具有漸縮的外表面；以及活塞，其中，在使用過程中，所述活塞的促動使得所述活塞沿著所述漸縮表面行進(jìn)，或者使得所述漸縮表面被抵靠所述保持器的表面地驅(qū)動，從而使所述筒夾圍繞所述探頭夾緊。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述加熱器包括包圍所述探頭的至少一部分的導(dǎo)熱管和包圍所述管的至少一部分的加熱元件。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，還包括鄰近所述探頭定位的熱電偶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述熱電偶位于所述導(dǎo)熱管上。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，還包括包圍所述加熱器的隔熱罩。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，還包括用于冷卻所述探頭的冷卻系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述冷卻系統(tǒng)包括壓縮空氣源、噴嘴以及閥，所述噴嘴連接至所述壓縮空氣源，所述噴嘴布置成在所述探頭的附近提供壓縮空氣噴射流， 而所述閥構(gòu)造成提供從所述源到所述噴嘴的壓縮空氣供應(yīng)。
12.一種測試半導(dǎo)體組件上的接縫的方法，所述接縫包括焊料球或焊料塊，所述方法包括步驟在預(yù)定位置處設(shè)置多個導(dǎo)熱探頭；在自動控制下使所述探頭中的至少一個探頭或者探頭保持器相對移動，從而使得所述探頭與所述探頭保持器對準(zhǔn)；將所述探頭夾緊至所述探頭保持器，使所述探頭和所述保持器相對于所述接縫移動，從而使所述接縫與所述探頭的尖端接觸；將所述探頭的所述尖端加熱到所述接縫熔化的溫度或所述溫度之上； 將所述探頭的所述尖端冷卻到所述接縫凝固的溫度，或者允許所述探頭的所述尖端冷卻到所述接縫凝固的溫度，其中將所述探頭的所述尖端嵌入在所述接縫中；經(jīng)由所述探頭保持器將拉力施加到所述探頭上，并且記錄在施加拉力的步驟期間施加到所述探頭的力，使容器相對于所述探頭保持器移動；以及將所述探頭從所述探頭保持器釋放到所述容器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在自動控制下使所述探頭中的至少一個探頭或者探頭保持器移動的所述步驟包括將所述至少一個探頭橫向移動到所述探頭保持器的下方的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中將多個導(dǎo)熱探頭設(shè)置在預(yù)定位置處的所述步驟包括將保持所述探頭的承載盤安裝至可移動平臺。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的方法，其中所述探頭中的每個探頭均是直針。
全文摘要
本發(fā)明包括用于測試半導(dǎo)體組件的接縫的系統(tǒng)和方法。接縫包括焊料球或焊料塊，設(shè)備包括探頭，包括直導(dǎo)熱針；加熱器，將探頭的尖端加熱到接縫熔化的溫度或之上；保持器，支承探頭，包括構(gòu)造成在探頭上提供夾緊力的夾緊機(jī)構(gòu)；促動裝置，使保持器和支承在保持器中的探頭上下移動；用于將拉力施加到保持器的裝置，保持器又將拉力施加到探頭；力測量系統(tǒng)，在拉伸測試期間測量施加到探頭的力，在探頭尖端已被加熱到接縫熔化的溫度或之上后，探頭尖端與接縫接觸，通過對探頭加熱來熔化接縫，對接縫進(jìn)行冷卻和凝固以將探頭尖端固定在接縫中，然后由拉力施加裝置使探頭縮回，以將拉力施加到接縫，拉力由力測量系統(tǒng)測量。
文檔編號G01N19/04GK102297837SQ20111012863
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者本杰明·K·皮科克, 菲利普·約翰·金 申請人:諾信公司