[发明专利]剪切测试设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于测试半导体器件中粘接的剪切强度的设备和方 法，更特别地，用于测试衬底和电连接到衬底的装置之间的粘接的强 度的设备和方法，其通常是部分球形的沉积物。这种沉积物可以是焊 剂、金或其它材料，且有时也称作焊剂凸块或球栅阵列。

背景技术

半导体器件非常小，通常是从0.2mm²到25mm²。这些器件具有用 于将导电体粘接至此的位点。位点通常包括例如金或焊剂的部分球形 的导电沉积物，总称为球体，其在使用中具有受压球体或低圆冠的外 形，且直径为50～1000μm的范围。这些沉积物形成了例如印制电路板 和芯片之间的导电通路的一部分，并可直接连接多个部件，或可接至 本身连接至另一部件的导体。许多这样的球体可作为规则的栅状阵列 而设在衬底上。

通常将分立的球体施加至衬底上，并使之在后续的连接至另一部 件期间重熔。

需要测试金或焊剂沉积物和衬底之间的粘接的机械强度以确信粘 接方法正确且粘接强度足够。困难是因以下而产生的：即部件的极小 尺寸、定位测试仪器的精度、以及要测量的极小的力和偏转。

已有提议通过将工具施加至沉积物的一侧来测试其剪切强度。为 了避免因工具在衬底表面摩擦而造成的摩擦力，需要工具恰在衬底表 面的正上方。必须严密地将工具距衬底的高度控制在通常是±0.001mm 以内，以给出精确的力测量值。

一种已知的剪切测试设备包括具有支撑表面和测试头的机器，该 测试头以可控方式相对于支撑表面可移动。测试头携带有盒套，该盒 套专用于要进行的测试且在其上具有多个可互换的工具。工具通常被 定尺寸和/或定形以适合要测试的球体沉积物。在使用中，将要测试的 衬底连接至支撑表面，并且工具安装在盒套中并相对于球体沉积物而 驱动，以进行所需测试，该测试例如可以是剪切测试或往复疲劳测试。 工具通常相对于固定的沉积物移动。

应当理解：通常的工具非常小，因而盒套具有柔性的元件，其上 安装有一个或更多测力计(例如应变计)。于是，工具和球体沉积物之间 的剪切力是通过盒套的柔性的元件的偏转在一定距离处测量的。 WO-A-2005/114722公开了这种盒套的实例。

在撞击测试的情况下，不易检测剪切力，该撞击测试中工具在与 球体沉积物接触之前高速地移动。这是因为应变计量元件或多或少地 远离工具，且支撑元件的惯性掩盖了被测量的力。通常测试的速度足 够高，以致在应变计有时间来响应工具处的力之前测试就结束了。

需要一种针对现有技术的这一缺陷的解决方案，特别是需要一种 测试设备和测试方法，其当剪切工具高速地移动时能够更好地检测球 体沉积物处的剪切力。这种剪切力可以是单向或往复的负载的结果。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种测试设备，用于将剪切负载 施加至衬底上的导电材料的球体沉积物，所述设备包括支撑元件和支 撑元件上的压电晶体，所述支撑元件适于将剪切负载施加至球体沉积 物，而所述晶体被布置为处在应力下，从而使得电信号从其发出。电 信号被处理以提供支撑元件所受到的剪切力的测量值，该支撑元件在 优选实施例中是剪切工具。

在这种设备中，压电晶体可布置为靠近支撑元件的接触面，并处 在受到足以给出可检测电信号的应变的任何位置中。优选地，支撑元 件可设置作为悬臂梁，该悬臂梁上支撑着压电晶体。

与晶体的电连接可以是传统的接线装置，例如一对适宜的截面积 的柔性导电体。作为替代，电通路可经由支撑元件的材料而提供，该 支撑元件上安装了压电晶体。使电馈入和返回相分离的绝缘性可由任 何传统方式来提供：例如通过柔性导线的外部绝缘，或通过使支撑元 件的部件相分离的介电材料，或通过它们的组合。在一种实施例中， 支撑元件提供电馈入和返回通路，而在另一实施例中，绝缘的柔性导 线提供馈入和返回电通路。

在一个优选实施例中，压电晶体施加至剪切工具或支撑元件的背 面，而其正面用于施加所述剪切负载。在支撑元件的背侧上提供压电 元件的优点是：如果将压电元件设在支撑元件的正面上，则当正面对 衬底的球体沉积物进行剪切时，球体沉积物会撞上压电元件。