[发明专利]用于测试电子基底上的沉淀物的拉伸测试装置和方法

说明书

分案申请说明

本申请是申请日是2007年7月3日、申请号是200780025070.0、发明名称是“用于测试电子基底上的沉淀物的拉伸测试装置和方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在电子设备的小金属粘结上实施拉伸测试的装置和方法。

背景技术

在诸如手机的电子设备中使用的基底通常限定了用于连接其电子部件的电路。通过焊料连接或焊接连接，在小型装置中形成与基底的电连接，为此目的，当组装到配合基底上时，金属球例如焊料形成于部件上并被回流或焊接。

通常地，部件可以是处在5-50毫米之间的范围并在其上具有焊球。这种部件经常被称为BGA（球状栅极阵列）。这些球体具有低圆形拱顶或扁球状的外形，并具有范围在0.1-1.0毫米之间的直径。

需要测试焊球和基底之间的粘结的机械强度，以便确认生产粘结方法是适当的且粘结强度是足够的。一种测试通过抓紧和牵拉将拉伸荷载应用到焊球。在使用中，强粘结将导致焊球的延性失效，利用渐进的变形，直至该焊球脱离；部分焊球保持粘附到基底。脆弱的粘结通常将表现出脆性破坏并从基底扯离，留下残留物粘附到基底。

非常小尺寸的焊球和∕或低测定力导致专家测试设备的开发，这种设备可以是半自动的，以使部件上的连续球逐个被指示到测试位置，用于牵拉测试。

具体地说，已经开发利用夹爪抓紧焊球的装置，以便施加牵拉（拉伸）荷载。该牵拉荷载基本垂直于粘结面被应用。通过使用特别低摩擦技术检测非常小的力。

当测试装置的夹头缓慢地移动时，使用测力传感器能够成功地和准确地测量这些非常小的力。然而，如果需要大的牵拉测试速度（大于15毫米/秒），那么移动零件的惯性质量可以掩饰需要将机械粘结破坏的力。本发明的一个目的因此是提供能够在夹头处实施大抓握力还能够高速测试的低质量布置。

现存的测试装置会存在的问题是夹头的移位是通过有测力传感器的移位构件（或梁）。如果夹头从被测试的样品上的未夹紧状态到夹紧状态下的移动将应力引进移位构件，那么该应力将由测力传感器测试，并影响在测试期间记录的拉伸应力的绝对值。例如，关于夹紧的小的初始应力可以扭曲拉伸值，尽管应变仪输出在测试开始之前被调整到零点。期望在夹紧和力的测量期间最大程度地分离夹头的位移。这在以下更详细地描述的本发明的设备中实现。这种特点对于低速测试的和高速测试都是有利的。

然而，另外潜在的难点是提高潜在测试的速度。夹头的刚度是重要的因素，这是因为如果所选择的测试速度与夹头的共振频率同阶，那么测试结果将不准确。因此，夹头应该是坚硬的。然而，因为照惯例所力的测量依赖于梁的应力，即弯曲，太硬将降低敏感度。因此，期望允许具有高共振频率和高硬度的夹头的折衷，其导致系统具有用于高速度测试的适当的带宽，但其也能够被用于常规的低速度测试。

通常地，“高速”指的是大于15毫米/秒且高至1000毫米/秒的速度。常规的测试中，夹具从基底将沉淀物牵拉开，该测试通常在0.1-15毫米/秒范围之间，比较而言，在本说明书中它是指“低速”测试。

发明内容

根据第一方面，本发明包括一种拉伸测试装置的夹爪，该夹爪包括单一的大致“H”形的构件，所述构件具有适合于安装到应变测量悬臂梁的横向件、和两个立柱，适合于促使该立柱的上端弹性地分离，以便使立柱的下端彼此朝向以抓紧测试样品。一旦该夹爪抓紧该样品，悬臂梁就通过测试装置向上运动，以使向上的拉伸力被传递到横向件，并因此通过立柱的下端被传递到测试样品。被牵拉分离以导致夹爪抓紧样品的立柱的上端与这种拉伸力荷载路径大致脱离。

这种夹爪能够通过光蚀刻由例如不锈钢板制成。立柱被布置为以活动铰链的方式关于横向件弹性地弯曲。横向件的截面通常至少在立柱的端处小于立柱。然而，立柱本身相对硬，以便能够不弯曲就可以抓紧测试样品，且截面相对于横向件的端比较大。立柱可以包括孔，以便减少质量，尤其通过从例如在其中性轴上的低应力区域移除材料。

优选地，夹爪的重量不多于10g，在一个实施例中，该重量少于5g。

该立柱的所述其他端可以靠近，以便限定适合于将被抓紧的样品的最大尺寸的狭窄的夹爪缝隙。其他端可以成形为更符合样品的形状。

在一个优选的实施例中，夹爪是对称的。

在一个优选的实施例中，本发明的夹爪被安装到悬臂梁的自由端，梁的轴线与所述立柱的轴线和该横向件的轴线大致正交，该梁包括力的测量元件。