用于检测半导体器件粘接强度的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体器件粘接强度检测技术领域，特别涉及一种用于检测半导体器件粘接强度的测试装置及方法。

背景技术

半导体器件粘接是将半导体微器件(如半导体芯片等)与半导体微器件衬底结合固定，良好的粘接是半导体性能最基本的保障，因此，必须检测半导体微器件的粘接强度，以便确定器件与衬底结合是否牢靠，确保半导体产品能正常使用。

由于贴片设备技术特性，微器件的贴装难以确保贴装角度的绝对一致，微器件贴装后存在较大角度偏差，特别是对于功率器件。而由于传统的剪切测试方法及其测试装置只可以实现一个固定角度的测试，因此，需要使用者频繁旋转被测试产品的角度以实现测试工具与被测试器件良好的面接触，但这种方式操作繁琐，且因使用者操作手法不同存在较大的个体差异。

目前的剪切力测试模组通常带有微电机，可以通过旋转角度配合设备测试平台旋转角度，实现测试刀具与被测试器件良好面接触，但对于微小角度，例如0.5度、1度等响应精度很差，且其生产成本和控制成本过于昂贵，不适合普遍推广使用。

另外，授权公告号为CN102770747 B的专利文献公开了一种高强度芯片剪切力测试工具的改进，其通过测试刀具的自适应旋转能有效实现测试工具与被测试器件的良好面接触，但其忽视了受力角度对传感器力学信号的影响，由于测试设备的力学传感器，传感器只能有效检测一个方向的受力变形，此发明专利提到的方法，实现了测试刀具与被测试器件的良好接触，但是当测试刀具旋转一个角度则意味着传感器检测形变(力)方向与实际传感器受力方向形成夹角，因此导致器件与衬底的实际被剪切力并没有全部被传感器检测到，导致测试所获得数据与真实物理数据有较大差异，而且此差异不可控不可检测。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种用于检测半导体器件粘接强度的测试装置及方法，旨在实现测试刀具与被测器件自适应面接触，且不损失原始力学信号，完美解决半导体器件粘接强度测试因器件与测试刀具接触角度不一致或传感器受力方向与检测方向不一致等造成无法有效测试的问题，实现高精度自适应的半导体器件粘接强度测试。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于检测半导体器件粘接强度的测试装置，包括固定块、Z轴驱动机构、弹性复合悬臂梁、移动块、剪切测试传感器、可旋转装置和测试刀具，其中，所述Z轴驱动机构与所述固定块连接，用于驱动所述固定块沿Z轴上下运动，所述悬梁臂梁的上端装于所述固定块上，下端连接所述移动块，所述剪切测试传感器通过所述可旋转装置安装于所述移动块内，所述剪切测试传感器可通过所述可旋转装置相对于所述移动块旋转运动，所述测试刀具安装于所述剪切测试传感器的下端，当待检测半导体器件没有与所述测试刀具面接触时，所述测试刀具受到待检测半导体器件的反作用力带着所述剪切测试传感器旋转，直至所述测试刀具与所述待检测半导体器件面接触。

本发明进一步的技术方案是，所述可旋转装置为安装于所述移动块内的空气轴承，所述传感器的上端安装于所述空气轴承内。

本发明进一步的技术方案是，所述用于检测半导体器件粘接强度的测试装置还包括用于放置所述待检测半导体器件的样品载台。

为实现上述目的，本发明还提出一种用于检测半导体器件粘接强度的测试方法，所述方法应用于如上所述的用于检测半导体器件粘接强度的测试装置，所述方法包括以下步骤：

第一步：接通空气接口，使得所述空气轴承处于工作状态；

第二步：通过所述Z轴驱动机构驱动所述固定块沿Z轴下降，通过所述剪切测试传感器信号判断是否到达与所述待检测半导体器件的接触位置，到达接触位置时，所述Z轴驱动机构停止工作；

第三步：关闭空气接口，使得所述空气轴承处于关闭状态，所述用于检测半导体器件粘接强度的测试装置的自由端通过所述弹性复合悬臂梁的弹力紧紧贴合在所述用于检测半导体器件粘接强度的测试装置的所述固定板上；

第四步：通过所述Z轴驱动机构驱动所述固定板沿Z轴上升一定预设距离；

第五步：所述样品载台按照当前所述剪切测试传感器方向反向移动，使得所述测试刀具正面推动所述待检测半导体器件。

本发明用于检测半导体器件粘接强度的测试装置及方法的有益效果是：本发明通过上述技术方案，包括固定块、弹性复合悬臂梁、移动块、剪切测试传感器、可旋转装置和测试刀具，其中，所述悬梁臂梁的上端装于所述固定块上，下端连接所述移动块，所述剪切测试传感器通过所述可旋转装置安装于所述移动块内，所述剪切测试传感器可通过所述可旋转装置相对于所述移动块旋转运动，所述测试刀具安装于所述剪切测试传感器的下端，当待检测半导体器件没有与所述测试刀具面接触时，所述测试刀具受到待检测半导体器件的反作用力带着所述剪切测试传感器旋转，直至所述测试刀具与所述待检测半导体器件面接触，实现测试刀具与被测器件自适应面接触，且不损失原始力学信号，完美解决半导体器件粘接强度测试因器件与测试刀具接触角度不一致或传感器受力方向与检测方向不一致等造成无法有效测试的问题，实现高精度自适应的半导体器件粘接强度测试，且能避免待测半导体器件受到损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明用于检测半导体器件粘接强度的测试装置较佳实施例的整体结构示意图；

图2是本发明用于检测半导体器件粘接强度的测试装置较佳实施例的正视图；

图3是本发明用于检测半导体器件粘接强度的测试装置较佳实施例的侧视图；

图4是本发明用于检测半导体器件粘接强度的测试装置较佳实施例的作用原理示意图。

附图标号说明：

悬臂梁1、移动块2、剪切测试传感器3、可旋转装置4、测试刀具5、待检测半导体器件6、样品载台7。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

考虑到现有技术中对于半导体器件的剪切力测试方法通常采用人工操作，这种方式一致性和测试精度较差，而采用电动自动进行剪切力测试的方案对于微小角度调整精度差，且成本高昂，现有国外方案解决了自适应调整问题，但是其损失了传感器力学信号，测试数据不能反应真实的粘接强度，并且容易损伤待检测半导体器件，因此，本发明提出一种解决方案。

本发明所采用的技术方案主要是通过在悬臂梁的上端安装可旋转装置，确保剪切测试传感器和测试刀具受到侧向力时可依据受力方向自适应旋转，使得测试刀具与待检测半导体器件之间的接触为面接触，增加接触面积，由此实现测试刀具与待检测半导体器件自适应面接触且不损失原始力学信号，完美解决半导体器件粘接强度测试因待检测半导体器件与测试刀具接触角度不一致或传感器受力方向与检测方向不一致等造成无法有效测试的问题，实现高精度自适应的半导体器件粘接强度测试。

具体地，请参照图1至图4，本发明用于检测半导体器件粘接强度的测试装置较佳实施例包括固定块(图中未示出)、Z轴驱动机构(图中未示出)、弹性复合悬臂梁1、移动块2、剪切测试传感器3、可旋转装置4和测试刀具5，其中，所述Z轴驱动机构与所述固定块连接，用于驱动所述固定块沿Z轴上下运动，所述悬梁臂梁的上端装于所述固定块上，下端连接所述移动块2，所述剪切测试传感器3通过所述可旋转装置4安装于所述移动块2内，所述剪切测试传感器3可通过所述可旋转装置4相对于所述移动块2旋转运动，所述测试刀具5安装于所述剪切测试传感器3的下端，当待检测半导体器件6没有与所述测试刀具5面接触时，所述测试刀具5受到待检测半导体器件6的反作用力带着所述剪切测试传感器3旋转，直至所述测试刀具5与所述待检测半导体器件6面接触。

本实施例中，所述弹性复合悬臂梁1可以采用现有技术中的复合悬臂梁结构，例如专利文献ZL 2011 1 0157669.8中所记载的悬臂梁结构，本实施例对此不作限定。

所述剪切测试传感器3与所述测试刀具5是完全可自由旋转状态，测试过程中纯机械性自适应角度调整，操作非常简便且角度调整精度非常高。

所述测试刀具5具有平面，其中，该平面与相邻面之间具有棱角，当该棱角与所述待检测半导体器件6接触时，由于接触面积小，因此，不仅容易导致所述待检测半导体器件6与测试刀具5接触角度不一致，或所述剪切测试传感器3受力方向与检测方向不一致而无法有效测试，而且容易对所述待检测半导体器件6造成损伤。

因此，本实施例中，将所述剪切测试传感器3通过所述可旋转装置4安装于所述移动块2上，将所述测试刀具5安装于所述剪切测试传感器3的下端，当所述待检测半导体器件6与所述测试刀具5没有良好接触(即测试刀具5的棱角与所述待检测半导体器件6的平面接触)时，所述测试刀具5受到反作用力带着所述剪切传感器3旋转直至所述测试刀具5与所述待检测半导体器件6良好面接触，此时所述剪切测试传感器3因为与所述测试刀具5固定连接，两者同时同角度旋转，可以确保受力方向为所述剪切测试传感器3检测力的方向，所述测试刀具5受力全部转移到所述剪切传感器3的感应应变片上，确保所述剪切传感器3能真实反应所述待检测半导体器件6的物理粘接强度，实现无原始力信号损耗的高精度检测。

进一步的，本实施例中，所述可旋转装置4包括空气轴承，所述空气轴承安装于所述移动块2内，所述传感器3的上端安装于所述空气轴承内。

空气轴承又称气浮轴承，指的是用气体(通常是空气，但也有可能是其它气体)作为润滑剂的滑动轴承，是利用空气弹性势能来起支承作用的一种新型轴承，能提供极高的径向和轴向旋转精度。空气轴承由于没有机械接触，磨损程度降到了最低，从而确保精度始终保持稳定。

当然，在其他实施例中，也可以采用其他可以实现带动所述剪切测试传感器3自由旋转的可旋转装置4，本发明对此不作限定。

进一步的，所述用于检测半导体器件粘接强度的测试装置还包括与所述固定块连接的Z轴驱动机构(图中未示出)。

所述Z轴驱动机构用于驱动整个测试装置沿Z轴方向上下运动，以使得所述测试刀具5与所述待检测半导体器件6相接触或离开。

另外，本实施例中，所述用于检测半导体器件粘接强度的测试装置还包括用于放置所述待检测半导体器件6的样品载台7。

本发明用于检测半导体器件粘接强度的测试装置的工作过程和原理如下。

第一步：接通空气接口，使得所述空气轴承处于工作状态；

第二步：通过所述Z轴驱动机构驱动装置沿Z轴下降，通过所述剪切测试传感器3信号判断是否到达与所述待检测半导体器件6的接触位置(所述待检测半导体器件6的衬底表面)，到达接触位置时，所述Z轴驱动机构停止工作；

第三步：关闭空气接口，使得所述空气轴承处于关闭状态，装置的自由端通过所述弹性复合悬臂梁1的弹力紧紧贴合在装置的所述固定板上；

第四步：通过所述Z轴驱动机构驱动装置沿Z轴上升一定预设距离；

第五步：所述样品载台7按照当前所述剪切测试传感器3方向反向移动，使得所述测试刀具5正面推动所述待检测半导体器件6，当所述测试刀具5接触到所述待检测半导体器件6时，由于不是面接触，因此，所述测试刀具5有受到侧向分力，所述测试刀具5与所述剪切测试传感器3受此分力影响自适应旋转，直到所述测试刀具5与所述待检测半导体器件6实现良好面接触，随着所述样品载台7的移动，所述测试刀具5与所述待检测半导体器件6紧密挤压直至将所述待检测半导体器件6完全剪切，完成器件粘接强度测试。

本发明用于检测半导体器件粘接强度的测试装置的有益效果是：本发明通过上述技术方案，包括固定块、弹性复合悬臂梁、移动块、剪切测试传感器、可旋转装置和测试刀具，其中，所述悬梁臂梁的上端装于所述固定块上，下端连接所述移动块，所述剪切测试传感器通过所述可旋转装置安装于所述移动块内，所述剪切测试传感器可通过所述可旋转装置相对于所述移动块旋转运动，所述测试刀具安装于所述剪切测试传感器的下端，当待检测半导体器件没有与所述测试刀具面接触时，所述测试刀具受到待检测半导体器件的反作用力带着所述剪切测试传感器旋转，直至所述测试刀具与所述待检测半导体器件面接触，实现了测试刀具与被测器件自适应面接触，且不损失原始力学信号，完美了解决半导体器件粘接强度测试因器件与测试刀具接触角度不一致或传感器受力方向与检测方向不一致等造成无法有效测试的问题，实现了高精度自适应的半导体器件粘接强度测试，且能避免待测半导体器件受到损伤。

为实现上述目的，本发明还提出一种用于检测半导体器件粘接强度的测试方法，所述方法应用于如上所述的用于检测半导体器件粘接强度的测试装置，所述方法包括以下步骤：

第一步：接通空气接口，使得所述空气轴承处于工作状态；

第二步：通过所述Z轴驱动机构驱动所述固定块沿Z轴下降，通过所述剪切测试传感器信号判断是否到达与所述待检测半导体器件的接触位置，到达接触位置时，所述Z轴驱动机构停止工作；

第三步：关闭空气接口，使得所述空气轴承处于关闭状态，所述用于检测半导体器件粘接强度的测试装置的自由端通过所述弹性复合悬臂梁的弹力紧紧贴合在所述用于检测半导体器件粘接强度的测试装置的所述固定板上；

第四步：通过所述Z轴驱动机构驱动所述固定板沿Z轴上升一定预设距离；

第五步：所述样品载台按照当前所述剪切测试传感器方向反向移动，使得所述测试刀具正面推动所述待检测半导体器件。

本发明用于检测半导体器件粘接强度的测试方法的有益效果是：本发明实现了测试刀具与被测器件自适应面接触，且不损失原始力学信号，完美了解决半导体器件粘接强度测试因器件与测试刀具接触角度不一致或传感器受力方向与检测方向不一致等造成无法有效测试的问题，实现了高精度自适应的半导体器件粘接强度测试，且能避免待测半导体器件受到损伤。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。