[实用新型]剪切力测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于细线间距和超细线间距半导体器件及其导线或导体焊接牢固性剪切力测试装置。

背景技术

随着半导体科技的不断发展，越来越多的功能被集成到尺寸很小的晶元基板上，晶元基板上的布线越来越密集。目前，65nm线宽器件已经开发成功，而45nm线宽技术终将实现量产。细线间距(Fine Pitch)或超细线间距(Ultra Fine Pitch)引线键合技术逐步推广应用，使得焊接于晶元上的导线或导体间的间距越来越小，达到了60-40um。未来的几年甚至可能达到35-30um的极细线间距。同样大小的芯片，具有了更为强大的功能。而焊接在晶元上的导线直径通常为25.4um/20um或更细的直径如18um.焊接金球的直径则相应为32um-50um。这些连接导线和金球必须牢固可靠地焊接在晶元基板上的焊盘上。因为被测试焊接目标物很小，测试装置必须能精准地对准要测试的焊接金球，并在对准后测试结束前不产生对位偏移，以保证测试结果的准确性。

已知的测试装置都是具有水平摆放或竖直摆放的测力传感器和用来与被测试焊接目标物附着平面进行接触定位和进行剪切力测试的工具推刀的基本结构。通过工具推刀与被测试焊接目标物附着平面进行接触，从而感知被测试焊接目标物附着平面在Z轴向的位置，以此位置为基准，确定被测试焊接目标物的底部，并相对该被测试焊接目标物的底部位置上升一个预定的高度h，如3um，再进行剪切力测试相对运动。从而得到具有可重复性的焊接强度测试值。

据公开的专利US6078387，揭示了一种实现感知接触的机构：这种机构的主体是由具有水平双臂悬臂梁结构，该双臂悬臂梁的一端固定在固定块上，另一端(自由端)连接着移动块和探针(即本文所说的工具推刀)。在空气轴承的作用下，该双臂悬臂梁的自由端可以上下自由移动。再利用光电传感器感知固定在该双臂悬臂梁的自由端的移动块上的探针在接触到被测试焊接目标物附着平面而产生的位移。然后，关闭压缩空气的供给，停止空气轴承的作用，利用该双臂悬臂梁的弹性把移动块固定在固定块上，实现定位的目的。

根据物理常识和几何学知识，悬臂梁自由端相对固定端发生上下位移形变时，自由端不可避免地会同时发生水平方向上的位移。也就是说，采用悬臂梁结构实现接触感知的方法实际上存在接触前和接触后定位位置水平偏移的问题。如图6所示的偏移量P1。

假设悬臂梁的长度为L；为了接触，自由端在接触目标平面后，旋转一个角度a1；悬臂梁自由端端点从D1移动到D2。悬臂梁自由端不可避免地发生了一个位置偏移P1。由三角关系，很容易得出位置偏移P1与旋转角度a1和两次位移连线与垂直线的夹角a2及悬臂梁长度L的对应关系如下：

B＝2×L×Sin(a1/2)

P1＝B×Sina2＝2×L×Sin(a1/2)×Sin(a2)

在此，我们不讨论具体悬臂梁结构带来的具体偏移量的问题，但可以肯定的判断：由悬臂梁结构构成的接触定位方式会导致接触定位位置偏移，而这种接触定位位置水平偏移P1(图6)，有可能导致工具推刀与被测试焊接目标物发生错位。且不同大小接触力度会造成接触定位位置水平偏移量P1的非线性变化，不利于控制不同大小接触力度。

图7从剪切力测试相对运动方向形象地展示了细线间距或极细线间距半导体产品金球焊接剪切力测试中，工具推刀和焊接金球的相对应尺寸关系和测试时相对位置关系。如图7，在密集排列的焊接金球阵列中，因为排列的焊接金球很密集，焊接金球之间的间距很小，工具推刀在进行剪切力测试前对准的位置不能发生沿着定位位置水平偏移P1(图7)方向上的位置偏移。这种定位位置偏移，有可能导致工具推刀和被测试焊接金球发生错位的剪切，即焊接金球可能没有被完整地剪切和部分地剪切到了两个焊接金球，从而招致失败的测试结果。这种定位位置水平偏移的问题在细线间距或超细线间距半导体剪切力测试时，是应该尽量避免的。

当然，在使用悬臂梁结构的情况下，可以想办法把旋转角度控制在很小的范围，以减小定位位置水平偏移量P1。但并不能避免用这种方式进行感知接触时定位位置偏移的产生。且当需要较大的接触力来确认接触时，势必需要较大的旋转角度a1，而这样一来，定位位置偏移P1就会相应大幅度加大。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述缺陷，向社会提供一种可完全消除定位位置水平偏移的问题，以保证测试具有更高的可靠性和精确性的剪切力测试装置。