(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置とそれの導電体の間の接着部の完全性を試験するために、ほぼ同一方向に延出し自由端部を有する２つの片持ち式アームを有するベースプレートと、該アームの自由端部に作動固定された移動質量体と、前記アームの平面上での前記ベースプレートに対する前記移動質量体の移動時の前記アームの力たわみ特性を測定する測定手段を含む装置であって、前記アームは長さが異なっており、引張り軸が前記移動質量体から下方へ延出するとともに、試験工具が該引張り軸の下端部に取り付けられ、前記２つのアームのうち長さが長い方のアームが、長さが短い方のアームの下方に配置され、前記アームのわずかなたわみによって前記試験工具が直線状に移動するように釣り合わせた装置。
【請求項２】
前記アームはほぼ平行であり、前記引張り軸はアームにほぼ直交する方向に延出している請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記アームは一体であり、アルミニウム製である請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
さらに、前記引張り軸の移動を減衰するために非接触減衰装置を備えている請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記減衰装置は空気圧式である請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記減衰装置は磁気式である請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記引張り軸は、前記アームに対する前記試験工具の角位置を変更できるように回転可能である請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
さらに、前記引張り軸を回転させるための軸方向ステップモータを含む請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記試験工具はフックである請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置とそれの導電体の間の接着部の完全性を試験する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置は非常に小さく、一般的に０．２ｍｍ平方から１５ｍｍ平方である。半導体基板の縁部の周囲には、導電体の接着を行うための多くの位置が設けられており、これらの位置は一般的に約０．０５ｍｍ幅で０．１ｍｍないし０．７ｍｍ間隔である。非常に細く、一般的に直径が約０．０２５ｍｍの電線をそれぞれの位置に接着して、これらの位置を対応の電気回路および構成部材に接続する。接着方法が十分であるか、また接着強度が満足できるものであるかを確認するために、それらの位置での接着完全性を試験することが必要である。構成部材の寸法が非常に小さいこと、試験装置を正確に位置決めしなければならないこと、測定しようとする力およびたわみが非常に小さいことから、問題が生じる。
【０００３】
既知の試験装置は、接着位置で電線と係合する工具、例えば小型フックまたはピンセットを有する。実際には、半導体基板を拘束して、電線を工具で引張ることによって、接着部の引張り強度を試験することができる。必要に応じて、接着部または電線の破壊または非破壊試験を行うために必要な力を測定するために、力変換器が装置に組み込まれている。
【０００４】
装置によって測定される力は非常に小さい。多くの場合、これらの力は、試験装置自体内部の摩擦および付着(stiction)力と同程度であり、従って、これらの力の影響をできる限り減少させるように十分に注意されている。しかしながら、従来の試験装置では、軸受け部材の不定の内部摩擦やヒステリシス等によって、力を測定する際にわずかであるが重大な変動が生じることは避けがたい。
【０００５】
別の問題点は、接着部が壊れる時の側方成分を排除できるように工具の移動を注意深く制御しなければならない点にあり、この側方成分は隣接の接着部または電線を破損させたり、あるいは接着部強度の計算をさらに難しくするであろう。
【０００６】
さらなる要件は、連続試験を最小の遅れで実施できるようにすることである。従って、最大の生産性を得るために、装置をできる限り素早く再度ゼロ目盛りに合わせなければならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な従来の試験装置は、片持ち式アームの先端に工具を用いており、加えられる荷重を測定するためにアームにひずみ計が取り付けられている。そのようなアームの先端は必然的に円弧を描いて移動し、従って、純粋な線形引張りが可能でないため、また円弧状の移動は別の電線または接着位置と衝突する可能性があるため、この装置は望ましくない。接着部または電線が荷重を受けた時に突然に壊れる場合、衝突による破損の危険性が特に高い。
【０００８】
工具をほぼ直線状に移動させるために、平行四辺形のリンク機構が提案されているが、そのようなリンク機構はある程度の側方移動を保持しており、リンク機構のピボット点がさらなる摩擦源を生みだし、上記のようにこれらの摩擦源は望ましくない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を考慮に入れるために開発されたものであって、工具移動の側方成分をほぼなくした摩擦のない試験装置を提供している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体装置とその導電体の間の接着部の完全性を試験するために、ほぼ同一方向に延出した２つの片持ち式アームを有するベースプレートと、前記アームの自由端部に作動固定された試験ヘッドと、該アームの平面上での前記ベースプレートに対する該試験ヘッドの移動時の該アームの力たわみ特性を測定する測定手段を含む装置であって、前記アームは有効長さが異なっており、試験ヘッドは、有効長さが長い方のアームの一方側に試験基準面を有しており、有効長さが短い方のアームは有効長さが長い方のアームの反対側に位置しており、前記アームのわずかなたわみによって前記試験データがアームの延出方向にほぼ直交する方向に移動するように釣り合わせた装置が提供されている。
【００１１】
収束状または拡散状のアームを備えた構造も可能であるが、移動構造が比較的複雑になる。従って、好適な実施例では、アームはほぼ平行で、長さが異なっており、試験ヘッドはアームにほぼ直交する方向に延出している。
【００１２】
異なった長さの片持ち式アームにすることによって、試験基準面は一般的に従来の平行四辺形のリンク機構よりもはるかに良好に、試験たわみ全体でほぼ直線をたどることができるようになる。好適な実施例では、長いアームの長さの約２／３の短いアームおよび試験基準面が長いアームからほぼ同一距離の位置にある試験ヘッドにおいて、３．５ｍｍのたわみ全体で一般的なずれを０．０００５ｍｍにすることができる。それに対して、同一構造で２つの長いアームを有する一般的な同一長さのビーム構造は、同じたわみ範囲でのずれが０．１ｍｍになるであろう。
【００１３】
片持ち式アームは、アルミニウムから加工することができ、また試験基準面の予想たわみ全体でそれらの弾性範囲内にとどまることができる適当な寸法にすることができる。
【００１４】
好ましくは、装置は、試験ヘッドの相対移動を減衰して装置を迅速に再度ゼロ目盛りに合わせることができるようにする非接触減衰装置、例えば空気圧または磁気ダンパを含む。好適な実施例では、ダンパは、５サイクル以内で有効な減衰を行うことができる適当な寸法を有する。
【００１５】
試験ヘッドは、試験基準面の角位置を変更することができる回転軸を含み、そのような変更は、フックの方向決めに役立つ。好ましくは、軸を回転させるために同軸的ステップモータが設けられている。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、移動部材を備えておらず、ベースプレートと、それからほぼ同一方向に延出した２つの異なった長さの片持ち式アームと、これらのアームの自由端部に作動固定された試験ヘッドを含み、アームはほぼ平行であり、試験ヘッドは前記アームの弾性移動によって前記ベースプレートに対して移動可能である試験装置を提供している。そのような装置は、従来のリンク機構形式の試験装置に固有の内部摩擦をなくす。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴は、添付の図面に単なる例示として挙げた好適な実施例の以下の説明から明らかになるであろう。
【００１８】
図面を参照すると、試験ヘッド１０に設けられたベースプレート１１に固定質量体１２がねじ１３で固定されている。上下の片持ち式アーム１４ａ、１４ｂが質量体１２から平行に延出しており、その自由端部が移動質量体１５になっている。図示のように、上側のアーム１４ａは下側のアーム１４ｂより幾分短い。
【００１９】
移動質量体１５は、アーム１４ａ、１４ｂによって加えられる弾性復帰力によって定められる限界内で上下に移動することができる。固定質量体、アームおよび移動質量体は、例えばアルミニウム製にすることができる。
【００２０】
移動質量体の上端部に空気ダッシュポットアセンブリ２０が設けられており、ベースプレート１１に取り付けられている下向きの円筒室２１と、上側アーム１４ａの自由端部付近において移動質量体１５に取り付けられたピストン２２を含む。ピストン２２は室２１にぴったりはまっているが、室の壁に接触していない。既知のように、ダッシュポットは、低速では移動質量体の摩擦のない移動を可能にするが、ピストン２２および室２１の壁の間のわずかな隙間によって高速移動を減速する。ピストンの直径および深さや隙間は、必要な作動パラメータに従った所望の減衰効果を与えるように従来技術によって選択される。
【００２１】
一般的に、減衰されない移動質量体は、停止して次の試験のために装置を再度ゼロ目盛りに合わせることができるまでに、数百回振動するであろう。寸法に適当に注意すれば、ダッシュポットアセンブリ２０は、装置を再度ゼロ目盛りに合わせるまでの振動を５回未満に減少させることができる。
【００２２】
円筒形スリーブ３０が移動質量体１５から下方へ延出しており、それに収容された引張り軸３１の端部に、（図示の）フック、ピンセットまたは他の適当な装置等の試験工具３２が取り付けられている。
【００２３】
軸３１の上端部に、移動質量体の肩部３４に載置されたカラー３３が設けられている。肩部３４は当接部を形成しており、これによって試験中に移動質量体の移動が軸３１に、またそれによってフック３２に伝達される。
【００２４】
軸３１の最上端部は電気ステップモータ３５に連結されており、使用時にこのモータを励起することによって、軸を所定角度量だけ回転させることができる。ピン３６が軸３１から半径方向に延出しており、１回転につき１回ずつ、光電エミッタ３７およびレシーバ３８間のビームを遮断する。このため、ピン３６はデータムセンサとして機能し、ステップモータ３５と協動して工具３２の取り付け向きを選択することができる。
【００２５】
一方または両方の片持ち式アームにひずみ計５１が取り付けられており、移動質量体１５に対して荷重／たわみ特性を与えるように校正される。
ベースプレートの突起６１が試験ヘッドのウェブに設けられた開口６２に遊嵌されており、アーム１４ａ、１４ｂをそれらの弾性範囲内に維持する距離に試験ヘッドの移動を制限することができる。
【００２６】
図２にわかりやすく示されているように、移動質量体１５はベースプレート１１から離れており、このために摩擦を伴わないで移動することができる。移動質量体のたわみによって、片持ち式アーム１４ａ、１４ｂによって加えられる戻り荷重が比例的に増加する。前述したように、移動速度が低い場合、ダッシュポットアセンブリの効果は無視される程度である。
【００２７】
使用の際は、ベースプレート１１を、試験ヘッド１０を三次元で移動させることができる多軸駆動部に連結する。試験ヘッドを試験位置へ移動させて、試験しようとする部分と係合するように工具３２の方向を決める。
【００２８】
試験ヘッドの上方移動によって、工具が試験部分と係合し、電線４０が図１に示されている。荷重の増加によって、移動質量体が下方へたわむ。試験電線に対する増加荷重の値は、ひずみ計の特性から計算することができる。移動質量体の移動は摩擦を伴わないため、試験工具における荷重を非常に正確に決定することができる。
【００２９】
試験片が壊れた時点で、移動質量体は上方へ高速移動して振動する傾向がある。この高速移動はダッシュポット２０によって直ちに減衰されるため、ひずみ計の出力を短時間で、一般的に１秒未満で再度ゼロ目盛りに合わせることができる。
【００３０】
アーム１４ａ、１４ｂが異なった長さである結果、試験工具３２は破壊前の試験部分の同様なたわみ範囲全体で直線経路に沿って移動する。この効果が図３および図４に示されている。
【００３１】
図３は、同一長さの片持ち式アームＣ、Ｄを有する試験ヘッドＢに取り付けられた試験工具Ａの移動経路を示している。アームの有効長さが変化する時の移動の側方成分がわかりやすく示され、矢印Ｅで表されている。図４は、本発明に従った試験ヘッドＦの移動経路を示している。長さが異なったアームＧ、Ｈによって、矢印Ｊで表されたほぼ直線状に移動することができる。
【００３２】
このため、装置は、試験工具を最小曲率の経路で移動させる真に弾性的で摩擦のない機構を提供し、この経路は、予想されるわずかなたわみ全体では直線とみなされる。この装置はまた、高速時の移動質量体の自由振動を防止する摩擦のない減衰を行う。特殊な実施例では、７４ｍｍおよび４１ｍｍの長さを有するアームが、３．５ｍｍのたわみ全体で直線から０．０００５ｍｍのずれを示した。７４ｍｍの同一長さのビームを有する機構であれば、同じたわみ全体で約０．１ｍｍのずれを示すであろう。このため、本発明の構造のずれは、同一長さビーム構造よりも少なくとも大幅に改善され、平行四辺形のリンク機構に固有の摩擦が排除される。この種類の試験装置の場合、０．０００５ｍｍを超える側方ずれは性能および正確度に影響を与えると考えられるため、本発明の装置は大きな改良である。
【００３３】
変更形の実施例が図５および図６に示されており、変更形のダンパ７１を有する試験ヘッド７０を備えている。その他の構成部材は第１実施例のものと同じであり、共通の参照番号で示されている。
【００３４】
ダンパ７１は、ベースプレート１１に取り付けられたハウジング７３内に取り付けられた１つまたは複数の永久磁石７２を含む。移動質量体１５の上端部に取り付けられたベーン７４が、磁石７２内に形成された開口の中心に配置されている。作動の際に、永久磁石７２は、ベーン７４内にベーンの移動を妨害する渦電流を発生し、これはベーンの速度に比例する。従って、減衰力はベーンの速度に比例し、低速度では無視される程度である。しかし、荷重を受けた試験部分の破壊時に発生するような高速度は大きく減衰される。
【００３５】
第２実施例の１つの利点は、同様な減衰効果に対して許容範囲を広くすることができ、従って、製造および組立の両方の難しさが軽減される点にある。
再度ゼロ目盛りに合わせる時間を絶対最小値まで短縮したい場合、積極減衰が考えられる。そのような機能は、全自動試験装置に特に重要である。積極減衰は、例えば試験ヘッドの変位を感知して、ベーン７４を取り囲む界磁コイルに電流を流すことによって達成することができる。この方法では、試験ヘッドの停止位置からの変位量に比例して磁気回復力を変更することによって減衰効果を変化させることができる。
【００３６】
予想たわみ範囲内で弾性を維持しながら、例えば１００ｇ、１ｋｇおよび１０ｋｇの引張り力を加えるように片持ち式アームを構成した幾つかの試験ヘッドを準備することができ、アームの幅および厚さは適当に設計される。移動質量体１５の実際の質量を補償するために、ひずみ計５１は一般的にアーム１４ｂに付設され、これによって自由状態ではほぼゼロひずみを示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を組み込んだ試験カートリッジの側面図。
【図２】  図１の２−２線に沿った断面図。
【図３】  同一長さの片持ち式アームを有する試験ヘッドの移動経路を示す。
【図４】  本発明に従った試験ヘッドの移動経路を示す。
【図５】  本発明を組み込んだ変更形の試験カートリッジの側面図。
【図６】  図６は、図５の６−６線に沿った断面図。
【符号の説明】
２
１０    試験ヘッド
１１    ベースプレート
１２    固定質量体
１３    ねじ
１４ａ  片持ち式アーム
１４ｂ  片持ち式アーム
１５    移動質量体
２０    空気ダッシュポットアセンブリ
３２    試験工具
３５    ステップモータ
５１    ひずみ計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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