專利名稱：帶有可轉(zhuǎn)換的齒隙控制的結(jié)合強度測試機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于測試半導體裝置上的電結(jié)合部的強度的裝置。特別地，本發(fā)明涉及能夠?qū)﹄娊Y(jié)合部進行不同類型的測試如剪切測試、牽拉測試和推壓測試的裝置。
背景技術：
半導體裝置非常小，通常從5mmX5mm的方形至50mmX50mm的方形，且一般包括用于將導電體結(jié)合到半導體基片的多個位置。每個結(jié)合部由附著到基片的焊料或金球沉積物組成。能在球沉積物中嵌入非常細的線，直徑通常約為0. 025mm。測試結(jié)合部的結(jié)合強度是有必要的，以便確信具體的結(jié)合方法是適當?shù)?。因為結(jié)合部尺寸非常小，所以測試這些結(jié)合部的結(jié)合強度所使用的工具必須能夠精確地測量非常小的力和偏轉(zhuǎn)。有很多不同類型的用于測試結(jié)合強度的結(jié)合測試。例如，剪切測試通過對結(jié)合部的側(cè)面施加剪切力并將結(jié)合部剪離基片來測試結(jié)合部的剪切強度。牽拉測試通過將嵌入球沉積物中的線拉離基片來測試結(jié)合部的牽拉強度。在推壓測試中，在豎直平面中直接向下對結(jié)合部施加力或載荷。執(zhí)行這些測試的機器通常包括結(jié)合測試工具，其為剪切測試工具、推壓測試工具或牽拉測試工具，它們能相對于受測試的結(jié)合部定位，且隨后結(jié)合部或工具被移動以便通過測量破壞結(jié)合部所需的力來進行測試。如上面提到的，在這些測試中，需要能夠測量非常小的力和偏轉(zhuǎn)。通常利用一些螺釘和螺母形式的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件來實現(xiàn)測試工具的定位。例如，測試工具可被安裝到包括螺母的部件的組件，當螺紋螺釘由伺服電動機驅(qū)動時，其沿螺紋螺釘移動。該機構可用于在剪切測試、推壓測試或牽拉測試之前正確地定位工具且在牽拉測試期間可用于驅(qū)動測試工具。當使用螺釘和螺母布置來提供測試工具朝向和遠離基片的運動時，必須在螺釘和螺母的匹配部件之間提供必有的間隙以防止卡死，允許熱膨脹和制造偏差等。該間隙被稱為“齒隙”。該間隙限制了能初始定位測試工具的精度以及在結(jié)合強度測試期間能精確維持測試工具的期望位置的精度。在現(xiàn)有技術的結(jié)合測試機器中，其中測試工具通過螺釘和螺母驅(qū)動機構沿豎直軸線被上下驅(qū)動，受拉彈簧被定位在工具上方且用于向上偏壓工具以閉合螺母的上螺紋表面和螺釘?shù)穆菁y表面之間的間隙。這在工具用于剪切測試或推壓測試時減小了齒隙，因為這些測試在測試期間產(chǎn)生由工具施加的向上的力。例如，在剪切測試中，當測試工具將球沉積物剪離基片時，豎直的力分量產(chǎn)生，使得球沉積物在工具上推起。由于工具已經(jīng)由彈簧在向上位置偏壓，所以齒隙間隙已經(jīng)閉合，且因此，剪切測試或推壓測試本身不引起與齒隙相關的工具位置問題。然而，偏壓彈簧的使用沒有完全消除剪切測試和推壓測試過程中的齒隙問題，這是因為所述受拉彈簧施加的力隨彈簧被拉伸而改變。彈簧拉伸越多，其施加的偏壓力就越大。因而，彈簧在螺母沿螺釘行進的范圍上施加了變化的力。因此，相比于當彈簧被拉伸至螺母沿螺釘行進的上端處的較小范圍時彈簧施加的力來說，當彈簧已經(jīng)被拉伸至螺母沿螺釘行進的下端時彈簧施加更大的力以減小齒隙間隙。因而，彈簧的使用減小了剪切測試和推壓測試中的齒隙問題，但是其沒有消除齒隙問題。此外，在剪切測試中，測試工具的下端維持距基片的非常小的嚴密控制的相隔距離是非常重要的。因為彈簧的向上偏壓根據(jù)彈簧的長度變化，所以向上偏壓力閉合間隙的能力也變化，使得難以精確且可靠地控制測試工具在基片上方的每個位置的相隔距離。此外，在牽拉測試中，存在不能通過使用彈簧來解決的更顯著的齒隙問題。在牽拉測試中，測試工具具有鉤的形狀且其鉤在結(jié)合到基片的線的下方。測試工具拉線以將線拉離基片上的結(jié)合部并測量破壞該結(jié)合部所需的力。通常，線已經(jīng)被結(jié)合到基片上的焊球。隨著線被拉動，其對測試工具施加向下的力。該向下的力逆著彈簧的力向下拉工具。在一些點，該力能克服彈簧力且使螺母向下移動而離開其上螺紋表面和螺釘之間的接觸，直到其下螺紋表面和螺釘接觸，閉合螺母的下螺紋表面和螺釘?shù)穆菁y之間的齒隙間隙。閉合螺母下面的齒隙間隙的該移動使由應變片或者(稍后描述的)其它傳感器提供的信號失真，且造成不準確的力讀數(shù)。而且，在剪切測試、推壓測試和牽拉測試的情況中，希望的是，螺母和螺釘以恒定的方式保持接觸接合以便以可重復的方式準確地控制測試工具的軸向移動。這在現(xiàn)有技術的彈簧解決方案中尚不可實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在所應該參考的所附獨立權利要求中進行限定。優(yōu)選特征在從屬權利要求中限定。為了解決前述的現(xiàn)有技術彈簧解決方案的問題，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，利用齒隙控制元件來對在結(jié)合測試機器中沿驅(qū)動螺釘行進的螺母施加恒定的偏壓力，所述結(jié)合測試機器能用于剪切測試、推壓測試或牽拉測試。齒隙控制元件能為氣動活塞和氣缸的形式，其中氣缸相對于驅(qū)動螺釘固定到位， 且活塞固定成隨沿驅(qū)動螺釘行進的螺母移動。該解決方案允許通過設定缸中的壓力來使期望的偏壓力得以設定并隨后得以維持，而不管螺母沿驅(qū)動螺釘?shù)奈恢?。因而，與現(xiàn)有技術的彈簧解決方案不同，能具體地選擇施加到螺母的偏壓力，且一旦選擇，該偏壓力能在螺母沿螺釘?shù)拈L度移動時維持恒定。通過在兩軸向方向上沿螺釘對螺母提供恒定的偏壓，相對于現(xiàn)有技術來說，改進了測試工具相對于基片的位置精度。在位置精度方面的該改進提高了結(jié)合測試裝置所進行的力測量的可靠性和可重復性。例如活塞和氣缸形式的齒隙控制元件也能用于在剪切測試和推壓測試期間由活塞在向上方向上對螺母施加偏壓，但通過排放氣缸的空氣壓力使得活塞能自由移動而在牽拉測試期間不施加偏壓。當壓力被釋放時，依靠移動部件自身的重量來提供足夠的偏壓以閉合齒隙間隙，而不是通過活塞和氣缸施加偏壓。這在現(xiàn)有技術的彈簧解決方案中是不可能的，因為彈簧偏壓在牽拉測試期間不能被去除，所以彈簧總是起作用以支撐系統(tǒng)的移動部件的至少一部分重量。
例如活塞和氣缸形式的齒隙控制元件也能用于增加由螺釘和螺母驅(qū)動機構提供的驅(qū)動力。例如，如果機器用于牽拉測試，則螺釘驅(qū)動將對螺母和測試工具施加給定量的向上的力。如果活塞在向上方向上被對著螺母偏壓，則活塞的力隨后將被增加到螺釘?shù)尿?qū)動力以在結(jié)合部上產(chǎn)生更大的總的向上力。同樣，如果機器用于推壓測試，則螺釘驅(qū)動將對螺母和測試工具施加一定量的向下的力。如果活塞被對著螺母在向下方向上偏壓，則活塞的力將被增加到螺釘?shù)尿?qū)動力以在結(jié)合部上產(chǎn)生更大的總的向下力。因此，在一方面，本發(fā)明提供結(jié)合測試設備，包括主體；測試工具安裝件，該測試工具安裝件用于保持結(jié)合測試工具；軸向驅(qū)動機構，該軸向驅(qū)動機構優(yōu)選地包括螺釘和螺母組件，所述驅(qū)動機構將測試工具安裝件聯(lián)接到主體并允許在軸向方向上的測試工具安裝件和主體之間的相對運動；以及齒隙控制元件，該齒隙控制元件聯(lián)接到主體和測試工具安裝件，在操作中，所述齒隙控制元件在軸向方向上相對于主體偏壓測試工具安裝件，其中齒隙控制元件能在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在第一狀態(tài)，測試工具安裝件在第一軸向方向被偏壓，而在第二狀態(tài)，測試工具安裝件在第二軸向方向被偏壓或者齒隙控制元件在軸向方向不提供偏壓力。優(yōu)選地，齒隙控制元件包括氣動地操作的活塞和氣缸。優(yōu)選地，由齒隙控制元件施加的力能被設定在期望的水平，但是一旦力已經(jīng)被設定，則該力能維持在恒定的水平，而與測試工具的軸向位置無關，以提高結(jié)合測試的可靠性和可重復性。優(yōu)選地，齒隙控制元件包括位于設備的移動部分和設備的非移動部分之間的聯(lián)接件，且最優(yōu)選地，包括在螺釘和螺母驅(qū)動機構中支撐螺母的元件。優(yōu)選地，齒隙控制元件包括氣動地操作的活塞和氣缸，該氣動地操作的活塞和氣缸在剪切測試或推壓測試期間施加向上的偏壓力并且在牽拉測試期間施加向下的偏壓力或不施加偏壓力。優(yōu)選地，設備還包括連接到用戶界面的控制器，控制器和用戶界面被構造成允許用戶選擇結(jié)合測試的類型，且其中控制器被連接到齒隙控制元件并根據(jù)所選的結(jié)合測試的類型來控制齒隙控制元件在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。在另一方面，本發(fā)明提供一種利用包括測試工具的結(jié)合測試裝置通過剪切測試或牽拉測試來測試在基片上的結(jié)合部的結(jié)合強度的方法，所述測試工具通過聯(lián)接件聯(lián)接到主體，該方法包括以下步驟選擇剪切測試或牽拉測試；且如果選擇了剪切測試，則在第一方向上對測試工具施加偏壓力以消除聯(lián)接件的齒隙；相對于結(jié)合部定位測試工具；提供測試工具和基片之間的相對運動以將結(jié)合部剪離基片；以及記錄由結(jié)合部施加到測試工具的力。優(yōu)選地，該方法還包括步驟如果選擇了牽拉測試，則在第二方向上對測試工具施加偏壓力以消除聯(lián)接件的齒隙。優(yōu)選地，施加偏壓力的步驟包括操作聯(lián)接在測試工具和主體之間的氣動氣缸和活塞。優(yōu)選地，第一方向為向上的方向，而第二方向為向下的方向。優(yōu)選地，該方法還包括步驟在對測試工具施加偏壓力之前相對于結(jié)合部初始定位測試工具，以及在對測試工具施加偏壓力之后相對于結(jié)合部更精確地定位測試工具。
本發(fā)明的布置允許測試工具執(zhí)行剪切測試和牽拉測試，其中齒隙基本上被消除。 本發(fā)明允許通過相同的設備執(zhí)行牽拉測試和剪切測試，其具有良好的位置精度。


現(xiàn)將僅通過舉例，參考附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例，在附圖中圖Ia是根據(jù)本發(fā)明的測試設備的前視圖；圖Ib是示出由工具安裝托架支撐的測試工具的截面圖；圖Ic是示出夾持到工具安裝托架的測試工具的透視圖；圖加是根據(jù)本發(fā)明的包括防齒隙氣缸的驅(qū)動器和測試工具安裝件的透視圖；圖2b是圖加的組件的側(cè)視圖；圖2c是圖加的組件的后視圖；圖2d是根據(jù)本發(fā)明的防齒隙氣缸的替代實施例的截面圖；圖3a是用于圖2c示出的活塞和氣缸的氣動控制系統(tǒng)的示意圖；圖北是用于圖2d示出的活塞和氣缸的氣動控制系統(tǒng)的示意圖；圖4是示的測試工具安裝件和驅(qū)動器的透視剖視圖；圖fe是示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的控制元件的示意圖；圖恥是示出附接到測試工具的應變片的截面圖；圖6a是示出在結(jié)合測試程序期間由根據(jù)本發(fā)明的設備執(zhí)行的步驟的流程圖；以及圖6b是示出在結(jié)合測試程序期間由根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的設備執(zhí)行的步驟的流程圖。
具體實施例方式圖Ia為根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合測試裝置的圖示。該裝置包括安裝到夾頭11的測試工具10，而夾頭11本身安裝到裝置12的主體。機動化進程平臺13位于測試工具下方，待測試的樣品或基片100可安裝在所述機動化進程平臺13上。安裝到夾頭11的測試工具10可為剪切工具、推壓工具或牽拉工具且可被轉(zhuǎn)換以便執(zhí)行不同的測試。合適的剪切工具的示例在US 6，078，387中描述，其內(nèi)容在此以引用方式并入。合適的牽拉工具的示例在US 6，310，971中描述，其內(nèi)容在此以引用方式并入。如圖Ib所示，測試工具10通常通過工具安裝托架70附接到夾頭11，所述工具安裝托架70具有在一端由螺釘73固定到夾頭11的懸臂72、74，且臂72、74的自由端支撐夾具76。圖Ic所示，工具10通過夾緊螺釘78被夾持在夾具76內(nèi)。圖加示出位于夾頭安裝板21上的保持通道71，夾頭11被滑入所述保持通道71且隨后利用一個或多個螺釘22固定。夾頭安裝板21包括數(shù)據(jù)端口 23，該數(shù)據(jù)端口 23與夾頭11上的電連接器聯(lián)接，用于將來自夾頭11的(稍后描述的)傳感器的數(shù)據(jù)傳遞到PC。該類型的夾頭和測試工具組件在現(xiàn)有技術中眾所周知。例如參見可從Dage Holdings Limited, 25 Faraday Road, Rabans Lane Industrial Area, Aylesbury, Buckinghamshire, United Kingdom 購得的 Dage 4000 多用途結(jié)合測試機(Dage 4000 multipurpose bond tester)。然而，可在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中采用將測試工具附接到夾頭安裝板的任何合適的裝置。
夾頭11在垂直于進程平臺13上的基片100的表面的方向上可移動。這允許測試工具10相對于受測試的基片100定位，使得其將在測試期間接觸特定的結(jié)合部。在平行于基片100的平面的方向上測試工具10和平臺13之間的相對運動通常通過移動平臺13來實現(xiàn)。平臺13的移動利用合適的伺服電動機或步進電動機來實現(xiàn)，所述伺服電動機或步進電動機經(jīng)由絲杠和螺母、球螺釘和螺母或合適的帶式驅(qū)動機構(未顯示)聯(lián)接到平臺13，也如現(xiàn)有技術熟知的，如上面提到的Dage 4000多用途結(jié)合測試機(Dage 4000 multipurpose bond tester)。圖la還示出了控制裝置，包括兩個操縱桿14、15以允許控制平臺13的移動，以及鍵盤16。還示出了顯示器17、用于照明受測試的基片100的燈18和輔助測試工具10的精確定位的顯微鏡。這些特征在現(xiàn)有技術中也全都是眾所周知的，如上面提到的Dage 4000 多用途結(jié)合測試機(Dage 4000 multipurpose bond tester)。圖加示出安裝板21和其到主體25的連接。如所描述的，測試工具(圖加中未顯示)必須能朝向和遠離受測試的基片移動。這通過在這里稱為ζ軸方向或軸向方向的朝向和遠離基片的方向上相對于裝置的主體25移動夾頭安裝板21來實現(xiàn)，測試工具10附接到所述夾頭安裝板21。夾頭安裝板21利用螺釘75剛性地聯(lián)接到移動塊M。移動塊對經(jīng)由球螺釘(或絲杠)以及螺母34和螺母塊35聯(lián)接到主體25，其由伺服電動機或步進電動機沈驅(qū)動。這在下面參考圖4更詳細地說明。如上所述，使用螺釘和螺母布置提供測試工具10朝向和遠離基片100的移動導致機構中的齒隙問題。為了消除齒隙問題，包括了防齒隙機構。該機構在圖2a_2c和圖4中示出，且優(yōu)選地包括氣動活塞27和氣缸28?；钊?7聯(lián)接到系統(tǒng)的可豎直移動的部件，其主要包括聯(lián)接板四、聯(lián)接塊30、移動塊M、安裝板21 (以及夾頭11和測試工具10)、螺母塊35和螺母34。 盡管在圖中僅示出了活塞27的軸部分，但是活塞27還包括在其下端處的活塞頭部分，如圖2d所示。氣缸觀連接到系統(tǒng)的不能豎直移動的部件。這些部件包括(稍后描述的)氣缸安裝板31、主體25和驅(qū)動螺釘33的部件。如下面更詳細說明的，活塞27被聯(lián)接成隨支撐螺母34的移動塊或螺母塊35移動，且氣缸觀相對于豎直軸線驅(qū)動機構的螺釘33 固定到位。這樣，氣動驅(qū)動的活塞27能夠?qū)β菽?4施加可控制的偏壓力，使得齒隙得以從系統(tǒng)消除。偏壓力也能被切斷。圖2b為圖加的布置的側(cè)視圖，示出了活塞27經(jīng)由聯(lián)接板四和聯(lián)接塊30至移動塊M的連接，聯(lián)接塊30通過螺栓80栓接到移動塊24。圖2c為圖加的組件的后視圖，示出了氣缸28經(jīng)由氣缸安裝板31至主體25的連接。也能清楚地看到空氣入口 32。圖2d更詳細地示出了安裝板31如何將氣缸28附接到主體25。端蓋84固定到氣缸28的頂部，使活塞27的軸向上延伸穿過端蓋84。板31插入端蓋84上方且通過螺母 87固定到端蓋84，螺母87被擰到端蓋84上。一個或多個螺釘86將安裝板31附接到主體 25，且從而將氣缸觀剛性地附接到主體25。注意到，在端蓋84中形成了第二(可選的)空氣入口孔90。端蓋84可以或可以不包括該可選的入口孔90。如下面更詳細地解釋的，圖 3a示出本發(fā)明的實施例，其中氣缸觀僅具有一個空氣輸入孔32，而且圖3d示出其中氣缸 28具有額外的空氣入口孔90的實施例。
在空氣入口連接部觀(可選地，以及空氣入口孔90)處，活塞和氣缸聯(lián)接到壓縮空氣源?？諝庠茨芾眠B接到控制電子設備的合適的閥來控制。合適的活塞和氣缸組件以及合適的電子控制閥可從 Bosch Rexroth, of 15 Cromwell Road, St. Neots, PE19 2ES, United Kingdom 購得?？蛇x的供應商是 Festo Ltd of Caswell Road, Brackmilis, Northampton, NN4 7PY,United Kingdom 禾口 Pneumax Ltd. , Unit 7/8,Venture Industrial Park, Gosport, P013 OBA, United Kingdom。圖3a是用于氣動活塞和氣缸的控制系統(tǒng)的示意圖。活塞27在氣缸28內(nèi)軸向地移動?？諝獗还┙o到氣缸并穿過孔32離開氣缸。孔32聯(lián)接到包括壓縮空氣源40、調(diào)節(jié)器 97、供給閥41和排放閥42的氣動控制系統(tǒng)。供給閥41選擇性地將壓縮空氣源連接到孔 32，從而在氣缸28內(nèi)向上驅(qū)動活塞27以通過在調(diào)節(jié)器97處設定期望的空氣壓力來對螺母 34提供期望的偏壓力。排放閥42選擇性地將氣缸觀中的空氣排放到環(huán)境，從而移除由活塞27提供的任何偏壓力。當氣缸的內(nèi)部通過排放閥42而與環(huán)境處于開放流體連通時，活塞27在氣缸觀內(nèi)自由移動。參考圖5說明，供給閥41、排放閥42和調(diào)節(jié)器97連接到控制電子設備56。在圖4中，能清楚地看到螺釘33和螺母34的布置。螺母34經(jīng)螺母塊35剛性地聯(lián)接到移動塊對，而螺釘33由軸承36支撐在裝置的主體25上，且被允許圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)。 螺母塊35利用螺釘82剛性地固定到移動塊M，所述螺釘82能沿主體25中的槽83移動。 圖4顯示了槽84的頂端。伺服電動機沈固定到主體25且經(jīng)聯(lián)接件37聯(lián)接到螺釘33，以使螺釘旋轉(zhuǎn)，從而使螺母34沿螺釘33的長度向上和向下移動。固定到主體25的電動機組件包括電動機 26、編碼器 38 和齒輪箱 39，可從 Trident Engineering Ltd. ,Trident House, King Street Lane, Winnersh, Wokingham, Berkshire, RG41 5AS, United Kingdom 購得。替代地，可以采用直接驅(qū)動式電動機和編碼器組件，而沒有齒輪箱。該類型的組件可從Maxon Motors Ltd. , Maxon House, Hogwood Lane，F(xiàn)inchampstead，Berkshire，RG40 4QW, United Kingdom購得。利用合適的控制電子設備對電動機沈的精確控制提供了對夾頭安裝板21 以及因此對測試工具10的豎直位置的精確控制。在剪切測試期間，例如US 6，078，387中描述的，其中工具10通常將焊球沉積物剪離基片，受測試的結(jié)合部對測試工具施加向上的力。為了確保測試工具的末端在測試期間保持精確定位以及確保測試是可重復的，向上的偏壓力由活塞27施加在移動體M上，其能被設定在期望的水平并始終被維持。如前面提到的，在推壓測試期間采用相同的向上的偏壓力。該向上的偏壓力消除如上所述的螺釘33和螺母34之間的齒隙。在牽拉測試中，例如US 6, 301,971中描述的，線被拉離將線附接到基片的結(jié)合部。被拉動的線在測試期間對測試工具10施加向下的力。在此情形下，測試工具的末端將是鉤在線下面的鉤狀物。為了確保能消除任何齒隙問題，活塞27和氣缸觀能被操作成對螺母34施加向下的偏壓力。然而，代替利用活塞27施加向下的偏壓力的是，如上所述的， 系統(tǒng)的與測試工具10相關聯(lián)的豎直移動部件的重量可足以消除任何齒隙。因此，在牽拉測試中，本發(fā)明的一個選擇是在閥41處關掉對氣缸觀的空氣壓力，打開排放閥42以移除活塞27的活塞頭下面的空氣壓力并允許活塞27在氣缸觀內(nèi)自由移動。如上面提到的，在牽拉測試期間允許移動部件的重量提供必要的齒隙控制的該選擇在利用始終對螺母34提供向上的偏壓力的彈簧的現(xiàn)有技術機器中是不可能的。
圖北示出替代的系統(tǒng)，其中豎直移動元件的重量不足以控制齒隙。在此情形下， 在氣缸觀的頂部設置了額外的空氣入口孔90，使得在調(diào)節(jié)器97處被設定到期望水平的空氣壓力能被施加到活塞27的活塞頭的頂側(cè)。當利用活塞27對螺母34施加向下的偏壓時， 排放閥42打開，排放閥92關閉，調(diào)節(jié)器97被設定在期望的空氣壓力等級且控制閥94引導加壓空氣穿過入口 90進入室觀以對活塞27和螺母34施加期望的向下的偏壓力。當利用活塞27對螺母34施加向上的偏壓時，排放閥42關閉，排放閥92打開，空氣壓力在調(diào)節(jié)器 97處被設定在期望的水平且控制閥94引導加壓空氣穿過入口 32進入室觀以對活塞27和螺母塊35施加期望的向上的偏壓力。圖fe示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的控制元件。該系統(tǒng)由在個人計算機50上運行的應用軟件51控制，所述個人計算機50包括用戶界面。測試工具10通常包括力感測部件52， 例如壓電晶體或應變片。圖恥示出其上安裝有四個應變片110、112、114和116的測試工具10的一個示例。因為該測試工具用于剪切測試，所以應變片110-116將隨在將球沉積物剪離基片時測試工具彎曲而變形。利用已知技術，應變片的物理變形將產(chǎn)生電信號，該電信號由已知電路處理以產(chǎn)生將球沉積物剪離基片所需的力的指示。如前面提到的，通過在剪切測試期間利用本發(fā)明的防齒隙解決方案精確控制測試工具在基片上方的相隔距離，由應變片產(chǎn)生的電信號更精確且更可重復地測量將球沉積物剪離基片所需的力。US 6，301，971 描述了另一個示例，其中在牽拉測試裝置中，應變片被安裝在支撐測試工具的懸臂上。這里再次，利用本發(fā)明的防齒隙解決方案的測試工具的精確定位改進了所產(chǎn)生的力測量值的準確性和可重復性。WO 2006/016136 A2描述了又一示例，其中在測試工具上安裝了壓電晶體來測量剪切力。再次，利用本發(fā)明對測試工具的位置的精確控制改進了測試精度和可重復性。不管是采用應變片還是壓電晶體作為力感測部件52，來自該部件52的電輸出都由圖fe中的數(shù)據(jù)捕捉電子設備53處理以檢測在測試程序期間施加到測試工具的力。數(shù)據(jù)捕捉電子設備53與應用軟件51通信。應用軟件51也控制測試工具10的移動和定位。在圖fe中，僅示出了圖4所示的用于驅(qū)動螺釘33的Z軸電動機M。然而，運動控制電子設備 56也將控制移動進程平臺13的電動機。圖3a和圖北的閥41、42、92和94以及調(diào)節(jié)器97 包括圖fe中的氣動控制電路56。這些閥和調(diào)節(jié)器被操作成對氣缸28內(nèi)的防齒隙活塞27 施加期望的向上或向下的偏壓力，或不施加偏壓力，如上所述?；钊?7和氣缸觀在圖fe 中被稱為防齒隙部件57。個人計算機50連接到圖1所示的鍵盤、操縱桿和顯示器以允許用戶配置和控制。圖6a和圖6b示出了上面描述的系統(tǒng)在執(zhí)行剪切測試、推壓測試或牽拉測試中經(jīng)歷的方法步驟。參考圖6a，其描述了利用圖3a的氣動控制系統(tǒng)操作的系統(tǒng)，在第一階段600，利用諸如圖1所示的鍵盤的用戶界面選擇測試類型。如果測試為牽拉測試，則在該實施例中不需要齒隙控制氣缸，且所述齒隙控制氣缸不被啟動。齒隙被系統(tǒng)的將螺母偏壓到向下位置的豎直移動部件的重量消除，如上所述。 這作為步驟610示出。在該情形中，排放閥42打開。然而，如果執(zhí)行推壓或剪切測試，則在步驟620，將測試工具10驅(qū)動到期望的測試位置，靠近待測試的結(jié)合部。一旦測試工具被正確地定位，則在軟件控制下經(jīng)諸如鍵盤的合適的用戶界面能夠開始自動測試程序，如步驟630所示。自動測試程序的第一步是在調(diào)節(jié)器97處設定的壓力下將加壓空氣在活塞27的活塞頭下面供給到防齒隙氣缸觀，使得活塞 27操作來以期望的偏壓力將螺母34偏壓到向上位置。這作為步驟640示出。由此使系統(tǒng)消除了齒隙。在執(zhí)行步驟640之后，在步驟650中，從待測試的基片的表面將測試工具升高預定的退出距離，且隨后在步驟660執(zhí)行剪切測試，同時在整個測試中維持恒定的偏壓力。 一旦測試完成，在步驟670中關閉空氣供給閥41并打開排放閥42以從活塞27的活塞頭下方移除空氣壓力。在步驟680中重置系統(tǒng)。隨后，如框690中表示的，能夠執(zhí)行新的測試。參考圖6b，其描述了當用圖北的氣動控制系統(tǒng)操作時的系統(tǒng)，許多方法步驟與上面參考圖6a描述的相同，但是，一些步驟是不同的。在第一步驟700中，利用諸如圖1所示的鍵盤的用戶界面選擇測試類型。如果測試為剪切測試或推壓測試，則在步驟720，將測試工具10驅(qū)動到期望的測試位置，靠近待測試的結(jié)合部。一旦測試工具被正確地定位，在軟件控制下經(jīng)諸如鍵盤的合適的用戶界面能夠開始自動測試程序，如步驟730所示。自動測試程序的第一步是在調(diào)節(jié)器97處設定的壓力下穿過入口 32將加壓空氣在活塞27的活塞頭下面供給到防齒隙氣缸 28,使得活塞27操作成以期望的偏壓力將螺母34偏壓到向上位置。在該步驟中，排放閥92 打開。這些動作在步驟740處顯示。由此使系統(tǒng)消除了齒隙。在執(zhí)行步驟740之后，在步驟750中，從待測試的基片的表面將測試工具升高預定的退出距離，且隨后在步驟760執(zhí)行剪切測試，同時在整個測試中維持恒定的偏壓力。一旦測試完成，在步驟770中關閉空氣供給閥41并打開排放閥42以從活塞27的活塞頭下方移除空氣壓力。在步驟680中重置系統(tǒng)。隨后，如框690中表示的，能夠執(zhí)行新的測試。如果在步驟700選擇了牽拉測試，則在步驟800，將測試工具10驅(qū)動到期望的測試位置，靠近待測試的結(jié)合部。一旦測試工具被正確地定位，在軟件控制下經(jīng)諸如鍵盤的合適的用戶界面能夠開始自動測試程序，如步驟810所示。自動測試程序的第一步是在調(diào)節(jié)器97處設定的壓力下穿過入口 92將加壓空氣在活塞27的活塞頭上面供給到防齒隙氣缸觀，使得活塞27操作成以期望的偏壓力將螺母34偏壓到向下位置。排放閥42打開。這些動作在步驟820處顯示。由此使系統(tǒng)消除了齒隙。在已經(jīng)執(zhí)行步驟820之后，在步驟830 中從待測試的基片的表面將測試工具升高預定的退出距離，且隨后在步驟840執(zhí)行牽拉測試，同時在整個測試中維持螺母34上的恒定的偏壓力。一旦測試完成，在步驟850中關閉空氣供給閥41并打開排放閥92以從活塞27的活塞頭上方移除空氣壓力。在步驟780中重置系統(tǒng)。隨后，如框790中表示的，能夠執(zhí)行新的測試。在前述說明中，用于消除齒隙的裝置是氣動操作的活塞和氣缸。但是，相對于螺釘偏壓螺母的其它裝置是可能的，例如壓縮彈簧，其能夠機械地或手動地被移入或移出與測試工具安裝件或主體的接合中，使得偏壓能被切換到開啟和停止。限定本發(fā)明優(yōu)選方面的條款1. 一種結(jié)合測試設備，包括主體，測試工具安裝件，該測試工具安裝件用于保持測試工具，軸向驅(qū)動機構，該驅(qū)動機構將測試工具安裝件聯(lián)接到主體并允許在軸向方向上測試工具安裝件和主體之間的相對運動，以及
齒隙控制元件，該齒隙控制元件聯(lián)接到主體和測試工具安裝件，在操作中，該齒隙控制元件在軸向方向上相對于主體偏壓測試工具安裝件，其中齒隙控制元件能在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在第一狀態(tài)，測試工具安裝件在第一軸向方向被偏壓，而在第二狀態(tài)，測試工具安裝件在第二軸向方向被偏壓或者控制元件在軸向方向?qū)y試工具安裝件不提供偏壓力。2.根據(jù)條款1所述的結(jié)合測試設備，其中齒隙控制元件包括氣動地操作的活塞和氣缸。3.根據(jù)條款2所述的結(jié)合測試設備，其中活塞被聯(lián)接成隨測試工具安裝件移動， 且氣缸相對于主體固定到位。4.根據(jù)條款2或3所述的結(jié)合測試設備，其中軸向驅(qū)動機構包括螺釘和螺母組件， 其中活塞被聯(lián)接成隨螺母移動，且氣缸相對于螺釘固定到位。5.根據(jù)前述任一項條款所述的結(jié)合測試設備，還包括連接到用戶界面的控制器，該控制器和用戶界面被構造成允許用戶選擇結(jié)合測試的類型，且其中控制器被連接到齒隙控制元件并根據(jù)所選的結(jié)合測試的類型來控制齒隙控制元件在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。6.根據(jù)前述任一項條款所述的結(jié)合測試設備，其中齒隙控制元件提供能被設定在不同的力等級下的偏壓力。7.根據(jù)條款6所述的結(jié)合測試設備，其中齒隙控制元件包括氣動操作的活塞和氣缸，且其中氣缸能以不同的空氣壓力設置進行充注以提供不同的偏壓力等級。8.根據(jù)前述任一項條款所述的結(jié)合測試設備，其中齒隙控制元件提供能在測試安裝件相對于主體軸向移動時保持為恒定力的偏壓力。9.根據(jù)前述任一項條款所述的結(jié)合測試設備，其中在第一狀態(tài)，齒隙控制元件對測試工具安裝件施加向上偏壓，且在第二狀態(tài)期間，齒隙控制元件不對測試工具安裝件施加偏壓力。10.根據(jù)前述任一項條款所述的結(jié)合測試設備，還包括連接到用戶界面的控制器，該控制器和用戶界面被構造成允許用戶選擇結(jié)合測試的類型，且其中控制器被連接到齒隙控制元件并根據(jù)所選的結(jié)合測試的類型來控制齒隙控制元件在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，且其中當用戶選擇了剪切測試時，齒隙控制元件對測試工具安裝件施加向上偏壓，而當用戶選擇了牽拉測試時，齒隙控制元件不對測試工具安裝件施加偏壓力。11. 一種結(jié)合測試設備，包括主體，測試工具安裝件，該測試工具安裝件用于保持測試工具，軸向驅(qū)動機構，該驅(qū)動機構將測試工具安裝件聯(lián)接到主體并允許在軸向方向上測試工具安裝件和主體之間的相對運動，以及齒隙控制元件，該齒隙控制元件聯(lián)接到主體和測試工具安裝件，在操作中，該齒隙控制元件在軸向方向上相對于主體偏壓測試工具安裝件，其中齒隙控制元件提供能被設定在不同的力等級下的偏壓力。12.根據(jù)條款11所述的結(jié)合測試設備，其中齒隙控制元件包括氣動操作的活塞和氣缸，且其中氣缸能以不同的空氣壓力設置進行充注以提供不同的偏壓力等級。
13.根據(jù)條款11或12所述的結(jié)合測試設備，其中齒隙控制元件能在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在第一狀態(tài)，測試工具安裝件在第一軸向方向被偏壓，而在第二狀態(tài)，測試工具安裝件在第二軸向方向被偏壓或者控制元件在軸向方向不提供偏壓力。14.根據(jù)條款11、12或13所述的結(jié)合測試設備，其中齒隙控制元件提供能在測試安裝件相對于主體軸向移動時保持為恒定力的偏壓力。15. —種結(jié)合測試設備，包括主體，測試工具安裝件，該測試工具安裝件用于保持測試工具，軸向驅(qū)動機構，該驅(qū)動機構將測試工具安裝件聯(lián)接到主體并允許在軸向方向上測試工具安裝件和主體之間的相對運動，齒隙控制元件，該齒隙控制元件聯(lián)接到主體和測試工具安裝件，在操作中，該齒隙控制元件在軸向方向上相對于主體對測試工具安裝件施加偏壓力，其中偏壓力能被設定在不同的力等級，以及控制器，其連接到用戶界面，該控制器和用戶界面被構造成允許用戶選擇牽拉類型的結(jié)合測試，其中在所選的牽拉類型的結(jié)合測試過程中，軸向驅(qū)動機構對測試工具安裝件施加向上的軸向力，且齒隙控制元件也對測試工具安裝件施加所選的向上的軸向力。16.根據(jù)條款15所述的結(jié)合測試設備，其中齒隙控制元件提供能在測試安裝件相對于主體軸向移動時保持為恒定力的偏壓力。17.根據(jù)條款15或16所述的結(jié)合測試設備，其中齒隙控制元件能在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在第一狀態(tài)，測試工具安裝件在第一軸向方向被偏壓，而在第二狀態(tài)，測試工具安裝件在第二軸向方向被偏壓或者控制元件在軸向方向不提供偏壓力，且其中控制器被連接到齒隙控制元件并根據(jù)所選的結(jié)合測試的類型來控制齒隙控制元件在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。18. 一種利用包括測試工具的結(jié)合測試裝置通過剪切測試或牽拉測試來測試基片上的結(jié)合部的結(jié)合強度的方法，所述測試工具通過聯(lián)接件聯(lián)接到主體，該方法包括以下步驟選擇剪切測試或牽拉測試；如果選擇了剪切測試，則在第一方向上對測試工具施加偏壓力以消除聯(lián)接件的齒隙；相對于結(jié)合部定位測試工具；提供測試工具和基片之間的相對運動以將結(jié)合部剪離基片；以及記錄由結(jié)合部施加到測試工具的力。19.根據(jù)條款18所述的方法，還包括步驟如果選擇了牽拉測試，則在第二方向上對測試工具施加偏壓力以消除聯(lián)接件的齒隙。20.根據(jù)條款18或19所述的方法，其中施加偏壓力的步驟包括操作聯(lián)接在測試工具和主體之間的氣動氣缸和活塞。21.根據(jù)條款18-20中任一項所述的方法，其中第一方向為向上的方向，而且第二方向為向下的方向。22.根據(jù)條款18-21中任一項所述的方法，還包括如下步驟在對測試工具施加偏壓力之前相對于結(jié)合部初始定位測試工具，并且在對測試工具施加偏壓力之后相對于結(jié)合部更精確地定位測試工具。
權利要求
1.一種結(jié)合測試設備，包括主體，測試工具安裝件，所述測試工具安裝件用于保持測試工具，軸向驅(qū)動機構，所述驅(qū)動機構將所述測試工具安裝件聯(lián)接到所述主體，并允許在軸向方向上的在所述測試工具安裝件和所述主體之間的相對運動，以及齒隙控制元件，所述齒隙控制元件聯(lián)接到所述主體和所述測試工具安裝件，在操作中， 所述齒隙控制元件在軸向方向上相對于所述主體偏壓所述測試工具安裝件，其中，所述齒隙控制元件能在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在所述第一狀態(tài)中所述測試工具安裝件在第一軸向方向上被偏壓，而在所述第二狀態(tài)中所述測試工具安裝件在第二軸向方向上被偏壓，或者在所述第二狀態(tài)中所述控制元件在軸向方向上對所述測試工具安裝件不提供偏壓力。
2.根據(jù)權利要求1所述的結(jié)合測試設備，其中所述齒隙控制元件包括氣動操作的活塞和氣缸。
3.根據(jù)權利要求2所述的結(jié)合測試設備，其中所述活塞被聯(lián)接成用于與所述測試工具安裝件一起移動，且氣缸相對于所述主體固定到位。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的結(jié)合測試設備，其中所述軸向驅(qū)動機構包括螺釘和螺母組件，其中所述活塞被聯(lián)接成用于與所述螺母一起移動，且所述氣缸相對于所述螺釘固定到位。
5.根據(jù)前述任一項權利要求所述的結(jié)合測試設備，還包括連接到用戶界面的控制器，所述控制器和用戶界面被構造成允許用戶選擇結(jié)合測試的類型，并且其中所述控制器被連接到所述齒隙控制元件，并根據(jù)所選的結(jié)合測試的類型來控制所述齒隙控制元件在所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)前述任一項權利要求所述的結(jié)合測試設備，其中所述齒隙控制元件提供能被設定在不同力等級下的偏壓力。
7.根據(jù)權利要求6所述的結(jié)合測試設備，其中所述齒隙控制元件包括氣動操作的活塞和氣缸，并且其中所述氣缸能以不同的空氣壓力設置進行充注，以提供不同的偏壓力等級。
8.根據(jù)前述任一項權利要求所述的結(jié)合測試設備，其中所述齒隙控制元件提供能在所述測試安裝件相對于所述主體軸向移動時維持為恒定力的偏壓力。
9.根據(jù)前述任一項權利要求所述的結(jié)合測試設備，其中在所述第一狀態(tài)中，所述齒隙控制元件對所述測試工具安裝件施加向上偏壓，并且在所述第二狀態(tài)期間，所述齒隙控制元件不對所述測試工具安裝件施加偏壓力。
10.根據(jù)前述任一項權利要求所述的結(jié)合測試設備，還包括連接到用戶界面的控制器，所述控制器和用戶界面被構造成允許用戶選擇結(jié)合測試的類型，并且其中所述控制器被連接到所述齒隙控制元件，并根據(jù)所選的結(jié)合測試的類型來控制所述齒隙控制元件在所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，并且其中當用戶選擇了剪切測試時，所述齒隙控制元件對所述測試工具安裝件施加向上偏壓，而當用戶選擇了牽拉測試時，所述齒隙控制元件不對所述測試工具安裝件施加偏壓力。
11.一種使用結(jié)合測試裝置通過剪切測試或牽拉測試來測試基片上的結(jié)合部的結(jié)合強度的方法，所述結(jié)合測試裝置包括測試工具，所述測試工具通過聯(lián)接件聯(lián)接到主體，所述方法包括以下步驟選擇剪切測試或牽拉測試；如果選擇了剪切測試，則在第一方向上將偏壓力施加到所述測試工具上，以消除來自所述聯(lián)接件的齒隙；相對于所述結(jié)合部定位所述測試工具；提供所述測試工具和所述基片之間的相對運動，以從所述基片剪切掉所述結(jié)合部；以及記錄由所述結(jié)合部施加到所述測試工具的力。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，還包括如下步驟如果選擇了牽拉測試，則在第二方向上將偏壓力施加到所述測試工具上，以消除來自所述聯(lián)接件的齒隙。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的方法，其中施加偏壓力的步驟包括操作聯(lián)接在所述測試工具和所述主體之間的氣動氣缸和活塞。
14.根據(jù)權利要求11-13中任一項所述的方法，其中所述第一方向為向上的方向，而所述第二方向為向下的方向。
15.根據(jù)權利要求11-14中任一項所述的方法，還包括如下步驟在將偏壓力施加到所述測試工具上之前相對于所述結(jié)合部初始定位所述測試工具，并且在將偏壓力施加到所述測試工具上之后相對于所述結(jié)合部更精確地定位所述測試工具。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有可轉(zhuǎn)換的齒隙控制的結(jié)合強度測試機。結(jié)合強度測試設備包括主體；測試工具安裝件，用于保持測試工具；軸向驅(qū)動機構，其包括螺釘和螺母組件且將測試工具安裝件聯(lián)接到主體并允許在軸向方向上在測試工具安裝件和主體之間的相對運動；及齒隙控制元件，其聯(lián)接到主體和測試工具安裝件，在操作中齒隙控制元件在軸向方向上相對于主體偏壓測試工具安裝件，齒隙控制元件能在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在第一狀態(tài)測試工具安裝件在第一軸向方向被齒隙控制元件偏壓，在第二狀態(tài)測試工具安裝件在第二軸向方向被齒隙控制元件偏壓或齒隙控制元件不對測試工具安裝件施加偏壓力。該設備能被自動化成對于特定的所選測試類型施加合適齒隙控制。
文檔編號G01N3/00GK102221498SQ20111005393
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權日2010年3月5日
發(fā)明者戴維·利利, 羅伯特·約翰·賽科斯, 馬丁·巴格 申請人:諾信公司