[发明专利]一种用于TSV填充铜残余应力测量的加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及先进三维电子封装技术中的TSV电镀铜工艺残余应力测试技术以及复合材料增强纤维与基体界面应力测试技术。

背景技术

在一种针对TSV-Cu在制作过程中产生的工艺残余应力进行测试的实验中，需要得到将电镀铜柱从TSV通孔中压出时的Cu-Si界面上的平均切应力和电镀铜柱-TSV通孔相对位移之间的关系曲线，加载时采用小力值缓慢加载的方法，使界面发生扩散滑移。在实验时为了使界面更容易发生滑移，需要对式样进行加热。图1为实验原理示意图。图2为TSV转接板的顶面示意图，图3为A-A剖面的剖面示意图，其中6为TSV转接板的硅板，7为电镀铜柱。试验时使用的试样为尺寸长、宽均为8毫米，厚度为100微米~200微米的TSV转接板，TSV直径为30微米，一块TSV转接板上有上百个TSV通孔，因此，在进行实验的时候保证TSV通孔和夹具的通孔的对中的问题以及使一次装卡即可满足对多个通孔的应力测量非常困难。同时，由于式样的热膨胀系数与夹具的热膨胀系数相差很大，在加热式样的时候如何保证式样中的铜柱与夹具上通孔对中后的相对位置不发生改变是一个很难解决的问题。为解决上述问题，需要设计一种方便铜柱与夹具的通孔精确对中并可以对多个铜柱进行试验，同时保证在加热式样的时候能有效的消除由于式样和夹具的热膨胀系数的不同而产生式样的位置改变和夹具对式样造成的额外应力的夹具及试样的夹持、调整合加热的方法。

发明内容

本发明提出一种用于测量TSV铜柱的压出应力的试样夹具及用于精确调整试样在夹具上的位置的调整方法、提出了一种方便调整式样在夹具上的位置、能满足式样的准确牢固定位同时可以消除由于式样和夹具的热膨胀系数的不同而产生式样的位置改变和夹具对式样造成的额外应力的式样定位方法与加紧方法、提出了一种能准确控制式样温度并对式样载台进行保护的式样加热方法。使用调整台可以实现TSV转接板上的多排铜柱分别和夹具上的缝隙对齐。实验时先将用于加紧的弹簧片抬起，将式样放在夹具的导轨上，将定位弹簧片卡在式样上面，将整个载台放在显微镜下使用细牙螺杆对式样的位置进行调整与定位，然后放下加紧弹簧对把式样加紧，然后将整个式样载台放在纳米压痕仪上先对式样进行加热，使用直流稳压电源对固定在夹具底面上的聚亚酰胺加热膜通电，从贴在式样表面上的热电偶得到式样温度的准确值，调整电路中的电流大小直到式样上的温度达到实验需要的准确值。使用PAI板实现夹具座与载台座之间的隔热，阻止热量通过载台座传递到压痕仪上造成压痕仪损坏和加热膜功率的浪费，使式样能尽快达到需要的温度。电热膜与PAI板之间使用石棉垫隔热，保护PAI板不致其温度过高，在石棉网和PAI板之间使用温控传感器，温控传感器的设定温度低于PAI板材料的玻璃化温度，当温度达到温控传感器的设定温度时，电路断开，实现对PAI板的保护。当式样加热到需要的温度以后，使用圆柱形压头压出铜柱，并得到铜柱压出时的载荷位移曲线，从而保证TSV残余应力测试实验简便可行，并保证结果准确可信。