牵引力测试装置
阅读：280发布：2020-05-12
专利汇可以提供牵引力测试装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 牵引 力 测试装置，包括结构相同的第一单臂 悬臂梁 (100)、第二单臂悬臂梁(100’)和 基板 (300)，所述第一单臂悬臂梁(100)和第二单臂悬臂梁(100’)平行设置，所述第一单臂悬臂梁(100)和第二单臂悬臂梁(100’)同一侧的两个端头固定连接，所述第一单臂悬臂梁(100)或第二单臂悬臂梁(100’)的另外一个端头固定在基板(300)上，剩余的未被固定的单臂悬臂梁的自由端与带钩子(500)的测试工具(400)相接。本实用新型采用反向 水 平位移的偏移量补偿结构，可以完全克服了未被固定的单臂悬臂梁的自由端水平偏移的问题。如果利用垂直方向设置的2套同样结构的反向安装的悬臂梁来悬挂测试工具，其效果更好。，下面是牵引力测试装置专利的具体信息内容。
1.一种牵引力测试装置，包括结构相同的第一单臂悬臂梁(100)、第二单臂悬臂梁(100’)和基板(300)，其特征在于：所述第一单臂悬臂梁(100)和第二单臂悬臂梁(100’)平行设置，所述第一单臂悬臂梁(100)和第二单臂悬臂梁(100’)同一侧的两个端头固定连接，所述第一单臂悬臂梁(100)或第二单臂悬臂梁(100’)的另外一个端头固定在基板(300)上，剩余的未被固定的单臂悬臂梁的自由端与带钩子(500)的测试工具(400)相接。
2.如权利要求1所述的牵引力测试装置，其特征在于：在第一单臂悬臂梁(100)和第二单臂悬臂梁(100’)的垂直方向上相隔一定距离，还设有结构相同的第三单臂悬臂梁(200)和第四单臂悬臂梁(200’)，所述第三单臂悬臂梁(200)和第四单臂悬臂梁(200’)平行设置，所述第三单臂悬臂梁(200)和第四单臂悬臂梁(200’)同一侧的两个端头固定连接，所述第三单臂悬臂梁(200)或第四单臂悬臂梁(200’)的另外一个端头固定在基板(300)上，剩余的未被固定的单臂悬臂梁的自由端与所述带钩子(500)的测试工具(400)相接。
3.如权利要求1或2所述的牵引力测试装置，其特征在于：对所述的未被固定的单臂悬臂梁的自由端施加有用于减少环境的震动或测试系统本身的震动的抗震动阻尼。
4.如权利要求3所述的牵引力测试装置，其特征在于：在所述测试工具(400)上还设有用于旋转测试工具(400)和钩子(500)的微型旋转马达(600)。
5.如权利要求4所述的牵引力测试装置，其特征在于：所述第一单臂悬臂梁(100)和第二单臂悬臂梁(100’)是用铝材制造的。
6.如权利要求5所述的牵引力测试装置，其特征在于：所述第一单臂悬臂梁(100)、第二单臂悬臂梁(100’)、第三单臂悬臂梁(200)和第四单臂悬臂梁(200’)是用铝材制造的。
7.如权利要求6所述的牵引力测试装置，其特征在于：所述抗震动阻尼是磁场阻尼、液体或气体阻尼。
8.如权利要求3所述的牵引力测试装置，其特征在于：所述第一单臂悬臂梁(100)和第二单臂悬臂梁(100’)同一侧的两个端头固定连接，构成一个U字形；所述第三单臂悬臂梁(200)和第四单臂悬臂梁(200’)同一侧的两个端头固定连接，也构成一个U字形。
牵引力测试装置
技术领域
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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焊接点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，测试力值很大一部分都集中在2-3克至100克之间。测试装置如何尽可能理想及方便地施加牵引力测试动作，以得到最接近于被测试目标物牢靠性的力学测试结果成为行业内值得研究的一个课题。
[0004] 已知的测试装置是使用一个很细的钩针，通过一个测力传感器钩住IC内被测试的焊接引线作拉伸动作以破坏性或非破坏性测试方式测量焊接引线的焊接牢靠度或引线本身的强度，基本原理很简单。但事实上，实际测试中的要求远非以上测试原理所述如此简单。
[0005] 测试力传感器在受到力的作用都会发生形变，并且通过弹性体的形变来识别测试力的大小。之前的一种测试仪器使用如图1所示的悬臂梁结构的力传感器，在悬臂梁1的前端安装有一个具有一定长度且尖部是一个很细的钩子2结构的测试工具3，当测试力加载在其测试工具3上的时候，悬臂梁结构的力传感器因为测试力F会使悬臂梁1发生一个弯曲形变。不同大小的测试力，弯曲形变的程度相应不同。安装于该传感器前端的刚性的测试工具3就会和测试力F的方向形成一个测试本生并不期望的旋转角度A(如图2所示)，从而影响测试结果的真实性。在这里我们并不想讨论以上所说的弯曲形变的程度和旋转角度A与测试力之间的定量关联性，实际上以上所述的这种关联性要想准确的要定量是相当复杂的。但可以很明显的知道以上所述的测试工具跟随悬臂梁结构力传感器弯曲形变所产生的旋转角度A有可能带来糟糕的事：在IC内焊接引线密集的产品测试中，发生偏转角度A的测试工具3前端的钩子2损坏了旁边还没有测试的IC内焊接引线。
[0006] 另外一种采用等长度的双悬臂梁结构力传感器的IC内焊接引线牵引测试方案如图3。在测试力F的作用下，等长度的第一悬臂梁11和第二悬臂梁12发生了近乎相同的弯曲形变，因而测试工具3及其前端的钩子2能够保持依旧竖直的姿态，避免了之前述的旋转角度A的发生，但也可以很容易的看到测试工具3及其前端的钩子2发生了一个位移X。也就是说在IC内焊接引线密集的产品测试中，测试工具前端的钩子2也仍然很可能会损坏旁边还没有测试的IC内焊接引线。图中虚线部分为未受测试力F作用时力传感器的状态。
[0007] 美国的专利：US6301971提出了另外的一种方案：采用了不相等的双悬臂梁结构力传感器。如图4所示，长短不等的第一悬臂梁11和第二悬臂梁12在测试力F的作用下，第一悬臂梁11和第二悬臂梁12因为长短不同，弯曲形变也不相同。具体而确切的弯曲形变量的大小和加载测试力之间的关系是相当复杂的，但如图4所示的这种不相等的双悬臂梁结构力传感器在测试力加载的时候，测试工具3和其前端的钩子2会按照预先设计的一种倾斜方向旋转。其用意是使测试工具3和钩子2的轴线方向尽量和测试力F的方向重合。但是，这种双悬臂梁结构力传感器，其前提是先假设测试力F的方向是倾斜的。而实际上测试力的方向很可能是各种各样的，例如图4中所标出的假想测试力F’和做传感器标定的时候挂上的砝码的重力的方向，这种测试力的方向和测试工具的轴线就很难保证可以重合。但因为测试工具受力时的这种特定设计的偏转角度，使得测试工具前端的偏移量X有减小的趋势，从而比前面所述的方案较好地减少了损坏旁边还没有测试的IC内焊接引线的可能。但从原理上分析，测试工具3前端的偏移量X还是会发生的。实用新型内容
[0009] 本实用新型的基本想法是，本实用新型所采用的传感器结构导入了一种主动自然的反向水平位移的偏移量补偿，从原理上最大限度的减少这种测试过程中偏移的发生。本实用新型中反向安装的第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁，在受到相同大小的测试力F的作用各自发生了弯曲和前端水平位移X1和X2。很显然，水平位置偏移X1和X2位移的方向是相反的。如果第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁结构相同的情况下，水平位置偏移X1和X2的位移不但方向是相反的，而且位移的量是相同的。如果把这两个方向安装的第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁整合起来：即将第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁平行设置，并将第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁同一侧的两个端头固定连接，再将第一单臂悬臂梁或第二单臂悬臂梁的另外一个端头固定在基板上，这个被固定的端头就是被固定的单臂悬臂梁的固定端，剩余那个端头为未被固定的单臂悬臂梁的自由端，未被固定的单臂悬臂梁的自由端与测试工具相接，在未被固定的单臂悬臂梁的自由端加载测试力F时，未被固定的单臂悬臂梁的自由端产生的远离测试工具的垂线的水平偏移量X1，会被固定的单臂悬臂梁的自由端则产生的朝向测试工具的垂线的水平偏移量X2相互补偿抵消掉，未被固定的单臂悬臂梁的自由端只会发生垂直方向上的位移，不会有水平偏移的产生，从而完全克服了未被固定的单臂悬臂梁的自由端水平偏移的问题。
[0010] 为了确保测试工具整体移动时保持垂直，而不产生幌动现象，可以使用两组同样反向安装的第一悬臂梁和第二悬臂梁，第三悬臂梁和第四悬臂梁，第一悬臂梁固定在基板上，第一悬臂梁的自由端和第二悬臂梁的固定端固定在一起；第三悬臂梁与第一悬臂梁在垂直方向上相隔一定距离固定在基板上，第三悬臂梁的自由端和第四悬臂梁的固定端固定在一起；测试工具固定在第一悬臂梁和第四悬臂梁的自由端。当测试力F加载在测试工具上的时候，第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁、第四悬臂梁所发生的水平位移总和对于第二悬臂梁的自由端和第四悬臂梁的自由端，也就是测试工具来说相互抵消，测试工具只发生上下方向上的位移H，而没有水平方向的偏移出现，以及测试工具旋转角度的出现。第一悬臂梁自由端E1和第三悬臂梁自由端E2的水平位移X，因不影响我们的测试，就不是我们需要考虑的问题了。这样就最大程度上避免了IC内焊接引线牵引力测试过程中损坏旁边还没有测试的焊接引线的可能。而且，因为测试工具在测试过程中始终保持垂直姿态并且没有水平方向上的位移的出现，极大地优化了测试系统的力学测试性能和测试结果的可靠性。以上所述是以第一悬臂梁和第三悬臂梁一端固定在基板上，而第二悬臂梁和第四悬臂梁的自由端与测试工具相连接来加以说明的，实际应用中，也可以设计成以第二悬臂梁和第四悬臂梁一端固定在基板上，而第一悬臂梁和第三悬臂梁的自由端与测试工具相连接的结构，具有同样的效果，这里不作展开分析。
[0011] 本实用新型的技术方案是提供一种牵引力测试装置，包括结构相同的第一单臂悬臂梁、第二单臂悬臂梁和基板，所述第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁平行设置，所述第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁同一侧的两个端头固定连接，所述第一单臂悬臂梁或第二单臂悬臂梁的另外一个端头固定在基板上，剩余的未被固定的单臂悬臂梁的自由端与带钩子的测试工具相接。
[0012] 在第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁的垂直方向上相隔一定距离，还设有结构相同的第三单臂悬臂梁和第四单臂悬臂梁，所述第三单臂悬臂梁和第四单臂悬臂梁平行设置，所述第三单臂悬臂梁和第四单臂悬臂梁同一侧的两个端头固定连接，所述第三单臂悬臂梁或第四单臂悬臂梁的另外一个端头固定在基板上，剩余的未被固定的单臂悬臂梁的自由端与所述带钩子的测试工具相接。
[0013] 对所述的未被固定的单臂悬臂梁的自由端施加有用于减少环境的震动或测试系统本身的震动的抗震动阻尼。
[0016] 所述第一单臂悬臂梁、第二单臂悬臂梁、第三单臂悬臂梁和第四单臂悬臂梁是用铝材制造的。
[0018] 所述第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁同一侧的两个端头固定连接，构成一个U字形；所述第三单臂悬臂梁和第四单臂悬臂梁同一侧的两个端头固定连接，也构成一个U字形。
[0019] 本实用新型从结构上采用了至少1套反向安装的悬臂梁构成；即第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁平行设置，所述第一单臂悬臂梁和第二单臂悬臂梁同一侧的两个端头固定连接，所述第一单臂悬臂梁或第二单臂悬臂梁的另外一个端头固定在基板上，剩余的未被固定的单臂悬臂梁的自由端与带钩子的测试工具相接的结构，这样，在未被固定的单臂悬臂梁的自由端加载测试力F时，未被固定的单臂悬臂梁的自由端产生的远离测试工具的垂线的水平偏移量X1，会被固定的单臂悬臂梁的自由端则产生的朝向测试工具的垂线的水平偏移量X2相互补偿抵消掉，未被固定的单臂悬臂梁的自由端只会发生垂直方向上的位移，不会有水平偏移的产生，从而完全克服了未被固定的单臂悬臂梁的自由端水平偏移的问题。如果利用垂直方向设置的2套同样结构的反向安装的悬臂梁来悬挂测试工具，其效果更好。附图说明
[0020] 图1是现有的一种力传感器结构示意图。
[0021] 图2是图1的形变后的力传感器结构示意图。
[0022] 图3是现有的另一种力传感器结构示意图。
[0023] 图4是现有的第三种力传感器结构示意图。
[0024] 图5和图6是本实用新型的原理结构示意图。
[0025] 图7和图8是对图5和图6整合后的原理结构示意图。
[0026] 图9是本实用新型一种实施例的立体结构示意图。
[0027] 图10是本明的一种较佳实施例的立体结构示意图。
具体实施方式
[0028] 本方法导入了一种主动自然的反向水平位移的偏移量补偿，从原理上最大限度的减少这种测试过程中偏移的发生。如图5和图6中反向安装的第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’，所述第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’的固定端110、110’被固定，在所述第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’的自由端120、120’受到相同大小的测试力F的作用各自发生了弯曲和前端水平位移X1和X2。很显然，水平位移X1和X2位移的大小相同，但方向是相反的。如果第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’在结构相同的情况下，X1和X2的位移不但方向是相反的，而且位移的量是相同的。
[0029] 如果把这两个方向安装的第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’整合起来(如图7和图8所示)：即将结构相同的第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’两端对齐平行设置，并将第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’同一侧的两个端头，即第一单臂悬臂梁100的自由端120和第二单臂悬臂梁100的固定端110’固定连接，再将第一单臂悬臂梁100或第二单臂悬臂梁100’的另外一个端头，图中为第一单臂悬臂梁100的固定端110固定，这个被固定的端头就是被固定的单臂悬臂梁的固定端，剩余那个端头为未被固定的单臂悬臂梁的自由端，图中为第二单臂悬臂梁100’的自由端120’，在未被固定的单臂悬臂梁的自由端加载测试力F时，未被固定的单臂悬臂梁的自由端所产生远离测试工具的垂线的水平偏移量X1会被固定的单臂悬臂梁的自由端产生的朝向测试工具的垂线的水平偏移量X2相互补偿所抵消，由于第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’的各项性能一致，未被固定的单臂悬臂梁的自由端就只会发生垂直方向上的位移，不会有水平偏移的产生。
[0030] 为了确保测试工具整体移动时保持垂直，使用两组同样反向安装的第一悬臂梁100和第二悬臂梁100’，第三悬臂梁200和第四悬臂梁200’，如图7和图8所示，第一悬臂梁100的固定端110固定在基板300上，第一悬臂梁100的自由端120和第二悬臂梁100’的固定端110’固定在一起；第三悬臂梁200与第一悬臂梁100在垂直方向上相隔一定距离第一悬臂梁100和第二悬臂梁100’，第三悬臂梁200的固定端210固定在基板300上，第三悬臂梁200的自由端220和第四悬臂梁200’的固定端210’固定在一起；测试工具400分别固定在第二悬臂梁100’和第四悬臂梁200’的自由端120’、220’。当测试力F加载在测试工具400上的时候，第一悬臂梁100、第二悬臂梁100’、第三悬臂梁200、第四悬臂梁200’所发生的水平位移总和对于第二悬臂梁100’的自由端120’和第四悬臂梁200’的自由端
220’，也就是测试工具400来说相互抵消，测试工具400只发生上下方向上的位移H(即从测试工具受力前的位置700到从测试工具受力后的位置800)，而没有水平方向的偏移出现，以及测试工具400旋转角度的出现。第一悬臂梁100自由端110’和第三悬臂梁200自由端210’的水平位移X，因不影响我们的测试，就不是我们需要考虑的问题了。这样就最大程度上避免了IC内焊接引线牵引力测试过程中损坏旁边还没有测试的焊接引线的可能。
而且，因为测试工具在测试过程中始终保持垂直姿态并且没有水平方向上的位移的出现，极大地优化了测试系统的力学测试性能和测试结果的可靠性。
220’，也就是测试工具400来说相互抵消，测试工具400只发生上下方向上的位移H(即从测试工具受力前的位置700到从测试工具受力后的位置800)，而没有水平方向的偏移出现，以及测试工具400旋转角度的出现。第一悬臂梁100自由端110’和第三悬臂梁200自由端210’的水平位移X，因不影响我们的测试，就不是我们需要考虑的问题了。这样就最大程度上避免了IC内焊接引线牵引力测试过程中损坏旁边还没有测试的焊接引线的可能。
而且，因为测试工具在测试过程中始终保持垂直姿态并且没有水平方向上的位移的出现，极大地优化了测试系统的力学测试性能和测试结果的可靠性。
[0031] 请参见图9和图10，图9和图10揭示的是一种牵引力测试装置，包括结构相同的第一单臂悬臂梁100、第二单臂悬臂梁100’和基板300，所述第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’平行设置，所述第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’同一侧的两个端头固定连接，即第一单臂悬臂梁100的自身端120和第二单臂悬臂梁100’的固定端110’固定连接，构成一个U字形结构，所述第一单臂悬臂梁100(也可以用第二单臂悬臂梁100’的另外一个端头)的另外一个端头(本实施例中是第一单臂悬臂梁100的固定端110)固定在基板300上，剩余的未被固定的单臂悬臂梁的自由端(本实施例中是第二单臂悬臂梁100’的自由端120’)与带钩子500的测试工具400相接；为了保证测试的效果，防止带钩子500的测试工具400幌动，在第一单臂悬臂梁100和第二单臂悬臂梁100’的垂直方向上相隔一定距离，还设有结构相同的第三单臂悬臂梁200和第四单臂悬臂梁200’，所述第三单臂悬臂梁200和第四单臂悬臂梁200’平行设置，所述第三单臂悬臂梁200和第四单臂悬臂梁200’同一侧的两个端头固定连接，即第三单臂悬臂梁200的自身端220和第四单臂悬臂梁200’的固定端210’固定连接，构成一个U字形结构，所述第三单臂悬臂梁200(也可以用第四单臂悬臂梁200’)的另外一个端头(本实施例中是第三单臂悬臂梁200的固定端
210)固定在基板300上，剩余的未被固定的单臂悬臂梁的自由端(本实施例中是第四单臂悬臂梁200’的自由端220’)与所述带钩子500的测试工具400相接。对所述的未被固定的单臂悬臂梁的自由端(即本实施例中的第二单臂悬臂梁100’的自由端120’和第四单臂悬臂梁200’的自由端220’)施加有用于减少环境的震动或测试系统本身的震动的抗震动阻尼900，本实施例中的抗震动阻尼900是磁场阻尼，显然，根据需要也可以采用液体或气体阻尼代替磁场阻尼。
210)固定在基板300上，剩余的未被固定的单臂悬臂梁的自由端(本实施例中是第四单臂悬臂梁200’的自由端220’)与所述带钩子500的测试工具400相接。对所述的未被固定的单臂悬臂梁的自由端(即本实施例中的第二单臂悬臂梁100’的自由端120’和第四单臂悬臂梁200’的自由端220’)施加有用于减少环境的震动或测试系统本身的震动的抗震动阻尼900，本实施例中的抗震动阻尼900是磁场阻尼，显然，根据需要也可以采用液体或气体阻尼代替磁场阻尼。
[0032] 本实施例中，在所述测试工具400上还设有用于旋转测试工具400和钩子500的微型旋转马达600。本实用新型中，所述第一单臂悬臂梁100、第二单臂悬臂梁100’、第三单臂悬臂梁200和第四单臂悬臂梁200’均可以用铝材制造的，包括铝合金材料。
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