专利名称：一种焊球强度测试装置的制作方法
技术领域：
本发明属于位移和气体压强测试装置，特别涉及一种焊球强度测试装置，用于微电子封装器件强度测试。
背景技术：
微电子封装元器件中焊点的强度是衡量封装可靠性的重要指标之一。目前主要通过拉伸试验、三点弯曲试验、四点弯曲试验或剪切试验对焊球强度进行测试。这类试验是在宏观尺度上的试验，当焊球直径小于100 μ m时，焊球的强度与实验数据相比有较大差距。 为克服以上测量方式的缺陷，出现了对微小焊球进行拉伸试验来测量焊球强度的方法，其原理为把焊盘或者芯片固定，测量元件(探针、切刀)向焊球运动、接触焊球并对焊球施加作用力直到焊球被破坏，通过传感器测量在一过程中焊球和测量元件之间的作用力。这种测量方法在焊球的体积不断减小以及芯片上焊球密度增加时，测量元件几何尺寸减小，增加了制造加工难度，同时更小的测量元件意味着较低的强度，对焊球进行测试时易变形甚至破坏，给测试仪器和结果准确性造成不良影响。

发明内容
本发明提供一种焊球强度测试装置，解决现有接触式测量方法需要制造加工更小的测量元件并保证其强度的问题。本发明的一种焊球强度测试装置，包括气源、增压泵、左支架、丝杆、喷嘴、喷嘴载台、光栅尺位移传感器、元件载台、右支架、底座和光栅尺支架；其特征在于所述气源和增压泵通过管路连接，所述增压泵、左支架、右支架、光栅尺支架依次固定在底座上，喷嘴载台通过丝杆与左支架上端配合，所述光栅尺位移传感器由标尺光栅和光栅读数头组成，所述标尺光栅由光栅尺支架支撑呈水平状态，标尺光栅一端与左支架连接，光栅读数头和所述喷嘴载台固连；所述元件载台和右支架上端固定连接，元件载台和喷嘴载台处于同一水平高度；所述喷嘴固定在所述喷嘴载台上，通过软管和所述增压泵连接。实际测量前先把一个压力传感器安装在元件载台上，移动丝杆，将喷嘴对准压力传感器，两者之间距离为L，L = 2 10mm，喷嘴在一定范围内向压力传感器喷气，调节增压泵，记录增压泵输出气体压强，光栅尺位移传感器和压力传感器分别记录下喷嘴的位移和压力传感器处的压强，于是就可以采集到距离喷嘴为L的气体压强曲线。在L范围选取多个距离L1、L2、…，获得多个不同距离上的气体压强曲线，从元件载台上卸下压力传感器。测试时，将带焊球的焊盘或者芯片固定在元件载台上，调整好元件载台和喷嘴之间的位置，调整焊盘或者芯片的高度，移动丝杆，将喷嘴对准焊球。喷嘴向着焊球移动到距离焊球Ll之处，Ll在L范围之内，由小到大调整增压泵输出的气体压强，焊球受到的气体压力逐渐增大，直至焊球从焊盘或者芯片上脱离，将此时的距离Ll和增压泵输出气体压强代入预先所测的距离与气体压强曲线，就可得到焊球从开始受力直到脱离时焊球所在位置的压强，由压强和焊球的受力面积算出焊球的受力，再由焊球焊点处的截面积计算出剪切应力，从而实现对焊球强度的测量；焊球从焊盘或芯片上脱落时增压泵输出压强数值和喷嘴所处的距离Ll是两个需要测量的实验数据。在测试过程中由于设置的喷嘴输出压强数值和位置等参数不适合，比如焊球不脱离或者脱离较快，可以调节喷嘴的位置，在L范围之内选择另一距离L2，测量气体输出压强，带入气体压强曲线。本发明空气或氮气通过喷嘴输出，对焊球施加作用力，与接触式的测量装置相比， 喷嘴的口径可以大于焊球直径，不需要制造加工与焊球尺寸相近并且高强度的探针或者切刀，在实际测量中也避免了测试工具的损耗和误差，喷嘴输出压力可以设置，测量的灵活性和测量范围较大，可以有效保护测量仪器并保证测量结果的准确。


图1为本发明的主视图；图2为本发明的俯视图；图3为气体压强曲线示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明进一步说明。如图1、图2所示，本发明包括气源1、增压泵2、左支架3、丝杆4、喷嘴5、喷嘴载台 6、光栅尺位移传感器7、元件载台9、右支架10、底座11和光栅尺支架12 ；所述气源1和增压泵2通过管路连接，所述增压泵2、左支架3、右支架10、光栅尺支架12依次固定在底座 11上，喷嘴载台6通过丝杆4与左支架3上端配合，所述光栅尺位移传感器由标尺光栅和光栅读数头组成，所述标尺光栅由光栅尺支架12支撑呈水平状态，标尺光栅一端与左支架 3连接，光栅读数头和所述喷嘴载台6固连；所述元件载台9和右支架10上端固定连接，元件载台9和喷嘴载台6处于同一水平高度；所述喷嘴5固定在所述喷嘴载台6上，通过软管和所述增压泵2连接。气源1可采用钢瓶装压缩空气或氮气；增压泵2采用深圳市思特克气动液压有限公司GB60型号的空气增压泵；丝杆4采用广州奥欣机械有限公司的BTK 3210-2.6丝杆；光栅尺位移传感器7采用德国海德汉LC 483绝对式直线光栅尺位移传感器，连接相配套的数显表，压力传感器采用昆山双桥传感器测控技术有限公司的CYG512型超薄形压力传感器， 粘贴在倒T型固定架上，与配套数显器相连接。图3所示为气体压强曲线示意图，图中，横轴为增压泵输出气体压强，纵轴为压力传感器处的气体压强，图中表示了距离喷嘴为5mm和7mm的两条气体压强曲线。
权利要求
1. 一种焊球强度测试装置，包括气源、增压泵、左支架、丝杆、喷嘴、喷嘴载台、光栅尺位移传感器、元件载台、右支架、底座和光栅尺支架；其特征在于所述气源和增压泵通过管路连接，所述增压泵、左支架、右支架、光栅尺支架依次固定在底座上，喷嘴载台通过丝杆与左支架上端配合，所述光栅尺位移传感器由标尺光栅和光栅读数头组成，所述标尺光栅由光栅尺支架支撑呈水平状态，标尺光栅一端与左支架连接， 光栅读数头和所述喷嘴载台固连；所述元件载台和右支架上端固定连接，元件载台和喷嘴载台处于同一水平高度；所述喷嘴固定在所述喷嘴载台上，通过软管和所述增压泵连接。
全文摘要
一种焊球强度测试装置，属于位移和气体压强测试装置，解决现有接触式测量方法需要制造加工更小的测量元件并保证其强度的问题。本发明包括气源、增压泵、左支架、丝杆、喷嘴、喷嘴载台、光栅尺位移传感器、元件载台、右支架、底座和光栅尺支架；本发明空气或氮气通过喷嘴输出，对焊球施加作用力，与接触式的测量装置相比，喷嘴的口径可以大于焊球直径，不需要制造加工与焊球尺寸相近并且高强度的探针或者切刀，在实际测量中也避免了测试工具的损耗和误差，喷嘴输出压力可以设置，测量的灵活性和测量范围较大，可以有效保护测量仪器并保证测量结果的准确；适用于微电子封装器件强度测试。
文档编号G01N3/10GK102494949SQ20111032086
公开日2012年6月13日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者刘胜, 徐明海, 徐春林, 汪学方, 王宇哲, 胡畅 申请人:华中科技大学