CN102221498A - 带有可转换的齿隙控制的结合强度测试机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及带有可转换的齿隙控制的结合强度测试机。结合强度测试设备包括：主体；测试工具安装件，用于保持测试工具；轴向驱动机构，其包括螺钉和螺母组件且将测试工具安装件联接到主体并允许在轴向方向上在测试工具安装件和主体之间的相对运动；及齿隙控制元件，其联接到主体和测试工具安装件，在操作中齿隙控制元件在轴向方向上相对于主体偏压测试工具安装件，齿隙控制元件能在第一状态和第二状态之间转换，在第一状态测试工具安装件在第一轴向方向被齿隙控制元件偏压，在第二状态测试工具安装件在第二轴向方向被齿隙控制元件偏压或齿隙控制元件不对测试工具安装件施加偏压力。该设备能被自动化成对于特定的所选测试类型施加合适齿隙控制。
Description
技术领域
本发明涉及用于测试半导体装置上的电结合部的强度的装置。特别地，本发明涉及能够对电结合部进行不同类型的测试如剪切测试、牵拉测试和推压测试的装置。
背景技术
半导体装置非常小，通常从5mmx5mm的方形至50mmx50mm的方形，且一般包括用于将导电体结合到半导体基片的多个位置。每个结合部由附着到基片的焊料或金球沉积物组成。能在球沉积物中嵌入非常细的线，直径通常约为0.025mm。
测试结合部的结合强度是有必要的，以便确信具体的结合方法是适当的。因为结合部尺寸非常小，所以测试这些结合部的结合强度所使用的工具必须能够精确地测量非常小的力和偏转。
有很多不同类型的用于测试结合强度的结合测试。例如，剪切测试通过对结合部的侧面施加剪切力并将结合部剪离基片来测试结合部的剪切强度。牵拉测试通过将嵌入球沉积物中的线拉离基片来测试结合部的牵拉强度。在推压测试中，在竖直平面中直接向下对结合部施加力或载荷。
执行这些测试的机器通常包括结合测试工具，其为剪切测试工具、推压测试工具或牵拉测试工具，它们能相对于受测试的结合部定位，且随后结合部或工具被移动以便通过测量破坏结合部所需的力来进行测试。
如上面提到的，在这些测试中，需要能够测量非常小的力和偏转。通常利用一些螺钉和螺母形式的旋转驱动组件来实现测试工具的定位。例如，测试工具可被安装到包括螺母的部件的组件，当螺纹螺钉由伺服电动机驱动时，其沿螺纹螺钉移动。该机构可用于在剪切测试、推压测试或牵拉测试之前正确地定位工具且在牵拉测试期间可用于驱动测试工具。
当使用螺钉和螺母布置来提供测试工具朝向和远离基片的运动时，必须在螺钉和螺母的匹配部件之间提供必有的间隙以防止卡死，允许热膨胀和制造偏差等。该间隙被称为“齿隙”。该间隙限制了能初始定位测试工具的精度以及在结合强度测试期间能精确维持测试工具的期望位置的精度。
在现有技术的结合测试机器中，其中测试工具通过螺钉和螺母驱动机构沿竖直轴线被上下驱动，受拉弹簧被定位在工具上方且用于向上偏压工具以闭合螺母的上螺纹表面和螺钉的螺纹表面之间的间隙。这在工具用于剪切测试或推压测试时减小了齿隙，因为这些测试在测试期间产生由工具施加的向上的力。例如，在剪切测试中，当测试工具将球沉积物剪离基片时，竖直的力分量产生，使得球沉积物在工具上推起。由于工具已经由弹簧在向上位置偏压，所以齿隙间隙已经闭合，且因此，剪切测试或推压测试本身不引起与齿隙相关的工具位置问题。
然而，偏压弹簧的使用没有完全消除剪切测试和推压测试过程中的齿隙问题，这是因为所述受拉弹簧施加的力随弹簧被拉伸而改变。弹簧拉伸越多，其施加的偏压力就越大。因而，弹簧在螺母沿螺钉行进的范围上施加了变化的力。因此，相比于当弹簧被拉伸至螺母沿螺钉行进的上端处的较小范围时弹簧施加的力来说，当弹簧已经被拉伸至螺母沿螺钉行进的下端时弹簧施加更大的力以减小齿隙间隙。因而，弹簧的使用减小了剪切测试和推压测试中的齿隙问题，但是其没有消除齿隙问题。
此外，在剪切测试中，测试工具的下端维持距基片的非常小的严密控制的相隔距离是非常重要的。因为弹簧的向上偏压根据弹簧的长度变化，所以向上偏压力闭合间隙的能力也变化，使得难以精确且可靠地控制测试工具在基片上方的每个位置的相隔距离。
此外，在牵拉测试中，存在不能通过使用弹簧来解决的更显著的齿隙问题。在牵拉测试中，测试工具具有钩的形状且其钩在结合到基片的线的下方。测试工具拉线以将线拉离基片上的结合部并测量破坏该结合部所需的力。通常，线已经被结合到基片上的焊球。随着线被拉动，其对测试工具施加向下的力。该向下的力逆着弹簧的力向下拉工具。在一些点，该力能克服弹簧力且使螺母向下移动而离开其上螺纹表面和螺钉之间的接触，直到其下螺纹表面和螺钉接触，闭合螺母的下螺纹表面和螺钉的螺纹之间的齿隙间隙。闭合螺母下面的齿隙间隙的该移动使由应变片或者(稍后描述的)其它传感器提供的信号失真，且造成不准确的力读数。
而且，在剪切测试、推压测试和牵拉测试的情况中，希望的是，螺母和螺钉以恒定的方式保持接触接合以便以可重复的方式准确地控制测试工具的轴向移动。这在现有技术的弹簧解决方案中尚不可实现。
发明内容
本发明在所应该参考的所附独立权利要求中进行限定。优选特征在从属权利要求中限定。
为了解决前述的现有技术弹簧解决方案的问题，在本发明的优选实施例中，利用齿隙控制元件来对在结合测试机器中沿驱动螺钉行进的螺母施加恒定的偏压力，所述结合测试机器能用于剪切测试、推压测试或牵拉测试。
齿隙控制元件能为气动活塞和气缸的形式，其中气缸相对于驱动螺钉固定到位，且活塞固定成随沿驱动螺钉行进的螺母移动。该解决方案允许通过设定缸中的压力来使期望的偏压力得以设定并随后得以维持，而不管螺母沿驱动螺钉的位置。因而，与现有技术的弹簧解决方案不同，能具体地选择施加到螺母的偏压力，且一旦选择，该偏压力能在螺母沿螺钉的长度移动时维持恒定。
通过在两轴向方向上沿螺钉对螺母提供恒定的偏压，相对于现有技术来说，改进了测试工具相对于基片的位置精度。在位置精度方面的该改进提高了结合测试装置所进行的力测量的可靠性和可重复性。
例如活塞和气缸形式的齿隙控制元件也能用于在剪切测试和推压测试期间由活塞在向上方向上对螺母施加偏压，但通过排放气缸的空气压力使得活塞能自由移动而在牵拉测试期间不施加偏压。当压力被释放时，依靠移动部件自身的重量来提供足够的偏压以闭合齿隙间隙，而不是通过活塞和气缸施加偏压。这在现有技术的弹簧解决方案中是不可能的，因为弹簧偏压在牵拉测试期间不能被去除，所以弹簧总是起作用以支撑***的移动部件的至少一部分重量。
例如活塞和气缸形式的齿隙控制元件也能用于增加由螺钉和螺母驱动机构提供的驱动力。例如，如果机器用于牵拉测试，则螺钉驱动将对螺母和测试工具施加给定量的向上的力。如果活塞在向上方向上被对着螺母偏压，则活塞的力随后将被增加到螺钉的驱动力以在结合部上产生更大的总的向上力。同样，如果机器用于推压测试，则螺钉驱动将对螺母和测试工具施加一定量的向下的力。如果活塞被对着螺母在向下方向上偏压，则活塞的力将被增加到螺钉的驱动力以在结合部上产生更大的总的向下力。
因此，在一方面，本发明提供结合测试设备，包括：主体；测试工具安装件，该测试工具安装件用于保持结合测试工具；轴向驱动机构，该轴向驱动机构优选地包括螺钉和螺母组件，所述驱动机构将测试工具安装件联接到主体并允许在轴向方向上的测试工具安装件和主体之间的相对运动；以及齿隙控制元件，该齿隙控制元件联接到主体和测试工具安装件，在操作中，所述齿隙控制元件在轴向方向上相对于主体偏压测试工具安装件，其中齿隙控制元件能在第一状态和第二状态之间转换，在第一状态，测试工具安装件在第一轴向方向被偏压，而在第二状态，测试工具安装件在第二轴向方向被偏压或者齿隙控制元件在轴向方向不提供偏压力。
优选地，齿隙控制元件包括气动地操作的活塞和气缸。
优选地，由齿隙控制元件施加的力能被设定在期望的水平，但是一旦力已经被设定，则该力能维持在恒定的水平，而与测试工具的轴向位置无关，以提高结合测试的可靠性和可重复性。
优选地，齿隙控制元件包括位于设备的移动部分和设备的非移动部分之间的联接件，且最优选地，包括在螺钉和螺母驱动机构中支撑螺母的元件。
优选地，齿隙控制元件包括气动地操作的活塞和气缸，该气动地操作的活塞和气缸在剪切测试或推压测试期间施加向上的偏压力并且在牵拉测试期间施加向下的偏压力或不施加偏压力。
优选地，设备还包括连接到用户界面的控制器，控制器和用户界面被构造成允许用户选择结合测试的类型，且其中控制器被连接到齿隙控制元件并根据所选的结合测试的类型来控制齿隙控制元件在第一状态和第二状态之间的转换。
在另一方面，本发明提供一种利用包括测试工具的结合测试装置通过剪切测试或牵拉测试来测试在基片上的结合部的结合强度的方法，所述测试工具通过联接件联接到主体，该方法包括以下步骤：选择剪切测试或牵拉测试；且如果选择了剪切测试，则在第一方向上对测试工具施加偏压力以消除联接件的齿隙；相对于结合部定位测试工具；提供测试工具和基片之间的相对运动以将结合部剪离基片；以及记录由结合部施加到测试工具的力。
优选地，该方法还包括步骤：如果选择了牵拉测试，则在第二方向上对测试工具施加偏压力以消除联接件的齿隙。
优选地，施加偏压力的步骤包括：操作联接在测试工具和主体之间的气动气缸和活塞。
优选地，第一方向为向上的方向，而第二方向为向下的方向。
优选地，该方法还包括步骤：在对测试工具施加偏压力之前相对于结合部初始定位测试工具，以及在对测试工具施加偏压力之后相对于结合部更精确地定位测试工具。
本发明的布置允许测试工具执行剪切测试和牵拉测试，其中齿隙基本上被消除。本发明允许通过相同的设备执行牵拉测试和剪切测试，其具有良好的位置精度。
附图说明
现将仅通过举例，参考附图来详细说明本发明的实施例，在附图中：
图1a是根据本发明的测试设备的前视图；
图1b是示出由工具安装托架支撑的测试工具的截面图；
图1c是示出夹持到工具安装托架的测试工具的透视图；
图2a是根据本发明的包括防齿隙气缸的驱动器和测试工具安装件的透视图；
图2b是图2a的组件的侧视图；
图2c是图2a的组件的后视图；
图2d是根据本发明的防齿隙气缸的替代实施例的截面图；
图3a是用于图2c示出的活塞和气缸的气动控制***的示意图；
图3b是用于图2d示出的活塞和气缸的气动控制***的示意图；
图4是图2a-2c图示的测试工具安装件和驱动器的透视剖视图；
图5a是示出根据本发明的***的控制元件的示意图；
图5b是示出附接到测试工具的应变片的截面图；
图6a是示出在结合测试程序期间由根据本发明的设备执行的步骤的流程图；以及
图6b是示出在结合测试程序期间由根据本发明的替代实施例的设备执行的步骤的流程图。
具体实施方式
图1a为根据本发明的结合测试装置的图示。该装置包括安装到夹头11的测试工具10，而夹头11本身安装到装置12的主体。机动化进程平台13位于测试工具下方，待测试的样品或基片100可安装在所述机动化进程平台13上。
安装到夹头11的测试工具10可为剪切工具、推压工具或牵拉工具且可被转换以便执行不同的测试。合适的剪切工具的示例在US 6,078,387中描述，其内容在此以引用方式并入。合适的牵拉工具的示例在US 6,310,971中描述，其内容在此以引用方式并入。
如图1b所示，测试工具10通常通过工具安装托架70附接到夹头11，所述工具安装托架70具有在一端由螺钉73固定到夹头11的悬臂72、74，且臂72、74的自由端支撑夹具76。图1c所示，工具10通过夹紧螺钉78被夹持在夹具76内。图2a示出位于夹头安装板21上的保持通道71，夹头11被滑入所述保持通道71且随后利用一个或多个螺钉22固定。夹头安装板21包括数据端口23，该数据端口23与夹头11上的电连接器联接，用于将来自夹头11的(稍后描述的)传感器的数据传递到PC。该类型的夹头和测试工具组件在现有技术中众所周知。例如参见可从Dage Holdings Limited，25 Faraday Road，Rabans Lane Industrial Area，Aylesbury，Buckinghamshire，United Kingdom购得的Dage 4000多用途结合测试机(Dage 4000 multipurpose bond tester)。然而，可在根据本发明的***中采用将测试工具附接到夹头安装板的任何合适的装置。
夹头11在垂直于进程平台13上的基片100的表面的方向上可移动。这允许测试工具10相对于受测试的基片100定位，使得其将在测试期间接触特定的结合部。在平行于基片100的平面的方向上测试工具10和平台13之间的相对运动通常通过移动平台13来实现。平台13的移动利用合适的伺服电动机或步进电动机来实现，所述伺服电动机或步进电动机经由丝杠和螺母、球螺钉和螺母或合适的带式驱动机构(未显示)联接到平台13，也如现有技术熟知的，如上面提到的Dage 4000多用途结合测试机(Dage 4000 multipurpose bond tester)。
图1a还示出了控制装置，包括两个操纵杆14、15以允许控制平台13的移动，以及键盘16。还示出了显示器17、用于照明受测试的基片100的灯18和辅助测试工具10的精确定位的显微镜。这些特征在现有技术中也全都是众所周知的，如上面提到的Dage 4000多用途结合测试机(Dage 4000 multipurpose bond tester)。
图2a示出安装板21和其到主体25的连接。如所描述的，测试工具(图2a中未显示)必须能朝向和远离受测试的基片移动。这通过在这里称为z轴方向或轴向方向的朝向和远离基片的方向上相对于装置的主体25移动夹头安装板21来实现，测试工具10附接到所述夹头安装板21。夹头安装板21利用螺钉75刚性地联接到移动块24。移动块24经由球螺钉(或丝杠)以及螺母34和螺母块35联接到主体25，其由伺服电动机或步进电动机26驱动。这在下面参考图4更详细地说明。
如上所述，使用螺钉和螺母布置提供测试工具10朝向和远离基片100的移动导致机构中的齿隙问题。
为了消除齿隙问题，包括了防齿隙机构。该机构在图2a-2c和图4中示出，且优选地包括气动活塞27和气缸28。活塞27联接到***的可竖直移动的部件，其主要包括联接板29、联接块30、移动块24、安装板21(以及夹头11和测试工具10)、螺母块35和螺母34。尽管在图2a-2c中仅示出了活塞27的轴部分，但是活塞27还包括在其下端处的活塞头部分，如图2d所示。气缸28连接到***的不能竖直移动的部件。这些部件包括(稍后描述的)气缸安装板31、主体25和驱动螺钉33的部件。如下面更详细说明的，活塞27被联接成随支撑螺母34的移动块或螺母块35移动，且气缸28相对于竖直轴线驱动机构的螺钉33固定到位。这样，气动驱动的活塞27能够对螺母34施加可控制的偏压力，使得齿隙得以从***消除。偏压力也能被切断。
图2b为图2a的布置的侧视图，示出了活塞27经由联接板29和联接块30至移动块24的连接，联接块30通过螺栓80栓接到移动块24。
图2c为图2a的组件的后视图，示出了气缸28经由气缸安装板31至主体25的连接。也能清楚地看到空气入口32。
图2d更详细地示出了安装板31如何将气缸28附接到主体25。端盖84固定到气缸28的顶部，使活塞27的轴向上延伸穿过端盖84。板31***端盖84上方且通过螺母87固定到端盖84，螺母87被拧到端盖84上。一个或多个螺钉86将安装板31附接到主体25，且从而将气缸28刚性地附接到主体25。注意到，在端盖84中形成了第二(可选的)空气入口孔90。端盖84可以或可以不包括该可选的入口孔90。如下面更详细地解释的，图3a示出本发明的实施例，其中气缸28仅具有一个空气输入孔32，而且图3d示出其中气缸28具有额外的空气入口孔90的实施例。
在空气入口连接部28(可选地，以及空气入口孔90)处，活塞和气缸联接到压缩空气源。空气源能利用连接到控制电子设备的合适的阀来控制。合适的活塞和气缸组件以及合适的电子控制阀可从Bosch Rexroth，of 15 Cromwell Road，St.Neots，PE19 2ES，United Kingdom购得。可选的供应商是Festo Ltd of Caswell Road，Brackmills，Northampton，NN4 7PY，United Kingdom和Pneumax Ltd.，Unit 7/8，Venture Industrial Park，Gosport，PO13 0BA，United Kingdom。
图3a是用于气动活塞和气缸的控制***的示意图。活塞27在气缸28内轴向地移动。空气被供给到气缸并穿过孔32离开气缸。孔32联接到包括压缩空气源40、调节器97、供给阀41和排放阀42的气动控制***。供给阀41选择性地将压缩空气源连接到孔32，从而在气缸28内向上驱动活塞27以通过在调节器97处设定期望的空气压力来对螺母34提供期望的偏压力。排放阀42选择性地将气缸28中的空气排放到环境，从而移除由活塞27提供的任何偏压力。当气缸的内部通过排放阀42而与环境处于开放流体连通时，活塞27在气缸28内自由移动。参考图5说明，供给阀41、排放阀42和调节器97连接到控制电子设备56。
在图4中，能清楚地看到螺钉33和螺母34的布置。螺母34经螺母块35刚性地联接到移动块24，而螺钉33由轴承36支撑在装置的主体25上，且被允许围绕其轴线旋转。螺母块35利用螺钉82刚性地固定到移动块24，所述螺钉82能沿主体25中的槽83移动。图4显示了槽84的顶端。伺服电动机26固定到主体25且经联接件37联接到螺钉33，以使螺钉旋转，从而使螺母34沿螺钉33的长度向上和向下移动。固定到主体25的电动机组件包括电动机26、编码器38和齿轮箱39，可从Trident Engineering Ltd.，Trident House，King Street Lane，Winnersh，Wokingham，Berkshire，RG41 5AS，United Kingdom购得。替代地，可以采用直接驱动式电动机和编码器组件，而没有齿轮箱。该类型的组件可从Maxon Motors Ltd.，Maxon House，Hogwood Lane，Finchampstead，Berkshire，RG40 4QW，United Kingdom购得。利用合适的控制电子设备对电动机26的精确控制提供了对夹头安装板21以及因此对测试工具10的竖直位置的精确控制。
在剪切测试期间，例如US 6,078,387中描述的，其中工具10通常将焊球沉积物剪离基片，受测试的结合部对测试工具施加向上的力。为了确保测试工具的末端在测试期间保持精确定位以及确保测试是可重复的，向上的偏压力由活塞27施加在移动体24上，其能被设定在期望的水平并始终被维持。如前面提到的，在推压测试期间采用相同的向上的偏压力。该向上的偏压力消除如上所述的螺钉33和螺母34之间的齿隙。
在牵拉测试中，例如US 6,301,971中描述的，线被拉离将线附接到基片的结合部。被拉动的线在测试期间对测试工具10施加向下的力。在此情形下，测试工具的末端将是钩在线下面的钩状物。为了确保能消除任何齿隙问题，活塞27和气缸28能***作成对螺母34施加向下的偏压力。然而，代替利用活塞27施加向下的偏压力的是，如上所述的，***的与测试工具10相关联的竖直移动部件的重量可足以消除任何齿隙。因此，在牵拉测试中，本发明的一个选择是在阀41处关掉对气缸28的空气压力，打开排放阀42以移除活塞27的活塞头下面的空气压力并允许活塞27在气缸28内自由移动。如上面提到的，在牵拉测试期间允许移动部件的重量提供必要的齿隙控制的该选择在利用始终对螺母34提供向上的偏压力的弹簧的现有技术机器中是不可能的。
图3b示出替代的***，其中竖直移动元件的重量不足以控制齿隙。在此情形下，在气缸28的顶部设置了额外的空气入口孔90，使得在调节器97处被设定到期望水平的空气压力能被施加到活塞27的活塞头的顶侧。当利用活塞27对螺母34施加向下的偏压时，排放阀42打开，排放阀92关闭，调节器97被设定在期望的空气压力等级且控制阀94引导加压空气穿过入口90进入室28以对活塞27和螺母34施加期望的向下的偏压力。当利用活塞27对螺母34施加向上的偏压时，排放阀42关闭，排放阀92打开，空气压力在调节器97处被设定在期望的水平且控制阀94引导加压空气穿过入口32进入室28以对活塞27和螺母块35施加期望的向上的偏压力。
图5a示出了根据本发明的***的控制元件。该***由在个人计算机50上运行的应用软件51控制，所述个人计算机50包括用户界面。测试工具10通常包括力感测部件52，例如压电晶体或应变片。图5b示出其上安装有四个应变片110、112、114和116的测试工具10的一个示例。因为该测试工具用于剪切测试，所以应变片110-116将随在将球沉积物剪离基片时测试工具弯曲而变形。利用已知技术，应变片的物理变形将产生电信号，该电信号由已知电路处理以产生将球沉积物剪离基片所需的力的指示。如前面提到的，通过在剪切测试期间利用本发明的防齿隙解决方案精确控制测试工具在基片上方的相隔距离，由应变片产生的电信号更精确且更可重复地测量将球沉积物剪离基片所需的力。US 6,301,971描述了另一个示例，其中在牵拉测试装置中，应变片被安装在支撑测试工具的悬臂上。这里再次，利用本发明的防齿隙解决方案的测试工具的精确定位改进了所产生的力测量值的准确性和可重复性。WO 2006/016136 A2描述了又一示例，其中在测试工具上安装了压电晶体来测量剪切力。再次，利用本发明对测试工具的位置的精确控制改进了测试精度和可重复性。
不管是采用应变片还是压电晶体作为力感测部件52，来自该部件52的电输出都由图5a中的数据捕捉电子设备53处理以检测在测试程序期间施加到测试工具的力。数据捕捉电子设备53与应用软件51通信。应用软件51也控制测试工具10的移动和定位。在图5a中，仅示出了图4所示的用于驱动螺钉33的Z轴电动机54。然而，运动控制电子设备56也将控制移动进程平台13的电动机。图3a和图3b的阀41、42、92和94以及调节器97包括图5a中的气动控制电路56。这些阀和调节器***作成对气缸28内的防齿隙活塞27施加期望的向上或向下的偏压力，或不施加偏压力，如上所述。活塞27和气缸28在图5a中被称为防齿隙部件57。
个人计算机50连接到图1所示的键盘、操纵杆和显示器以允许用户配置和控制。
图6a和图6b示出了上面描述的***在执行剪切测试、推压测试或牵拉测试中经历的方法步骤。
参考图6a，其描述了利用图3a的气动控制***操作的***，在第一阶段600，利用诸如图1所示的键盘的用户界面选择测试类型。
如果测试为牵拉测试，则在该实施例中不需要齿隙控制气缸，且所述齿隙控制气缸不被启动。齿隙被***的将螺母偏压到向下位置的竖直移动部件的重量消除，如上所述。这作为步骤610示出。在该情形中，排放阀42打开。
然而，如果执行推压或剪切测试，则在步骤620，将测试工具10驱动到期望的测试位置，靠近待测试的结合部。一旦测试工具被正确地定位，则在软件控制下经诸如键盘的合适的用户界面能够开始自动测试程序，如步骤630所示。自动测试程序的第一步是在调节器97处设定的压力下将加压空气在活塞27的活塞头下面供给到防齿隙气缸28，使得活塞27操作来以期望的偏压力将螺母34偏压到向上位置。这作为步骤640示出。由此使***消除了齿隙。在执行步骤640之后，在步骤650中，从待测试的基片的表面将测试工具升高预定的退出距离，且随后在步骤660执行剪切测试，同时在整个测试中维持恒定的偏压力。一旦测试完成，在步骤670中关闭空气供给阀41并打开排放阀42以从活塞27的活塞头下方移除空气压力。在步骤680中重置***。随后，如框690中表示的，能够执行新的测试。
参考图6b，其描述了当用图3b的气动控制***操作时的***，许多方法步骤与上面参考图6a描述的相同，但是，一些步骤是不同的。
在第一步骤700中，利用诸如图1所示的键盘的用户界面选择测试类型。
如果测试为剪切测试或推压测试，则在步骤720，将测试工具10驱动到期望的测试位置，靠近待测试的结合部。一旦测试工具被正确地定位，在软件控制下经诸如键盘的合适的用户界面能够开始自动测试程序，如步骤730所示。自动测试程序的第一步是在调节器97处设定的压力下穿过入口32将加压空气在活塞27的活塞头下面供给到防齿隙气缸28，使得活塞27操作成以期望的偏压力将螺母34偏压到向上位置。在该步骤中，排放阀92打开。这些动作在步骤740处显示。由此使***消除了齿隙。在执行步骤740之后，在步骤750中，从待测试的基片的表面将测试工具升高预定的退出距离，且随后在步骤760执行剪切测试，同时在整个测试中维持恒定的偏压力。一旦测试完成，在步骤770中关闭空气供给阀41并打开排放阀42以从活塞27的活塞头下方移除空气压力。在步骤680中重置***。随后，如框690中表示的，能够执行新的测试。
如果在步骤700选择了牵拉测试，则在步骤800，将测试工具10驱动到期望的测试位置，靠近待测试的结合部。一旦测试工具被正确地定位，在软件控制下经诸如键盘的合适的用户界面能够开始自动测试程序，如步骤810所示。自动测试程序的第一步是在调节器97处设定的压力下穿过入口92将加压空气在活塞27的活塞头上面供给到防齿隙气缸28，使得活塞27操作成以期望的偏压力将螺母34偏压到向下位置。排放阀42打开。这些动作在步骤820处显示。由此使***消除了齿隙。在已经执行步骤820之后，在步骤830中从待测试的基片的表面将测试工具升高预定的退出距离，且随后在步骤840执行牵拉测试，同时在整个测试中维持螺母34上的恒定的偏压力。一旦测试完成，在步骤850中关闭空气供给阀41并打开排放阀92以从活塞27的活塞头上方移除空气压力。在步骤780中重置***。随后，如框790中表示的，能够执行新的测试。
在前述说明中，用于消除齿隙的装置是气动操作的活塞和气缸。但是，相对于螺钉偏压螺母的其它装置是可能的，例如压缩弹簧，其能够机械地或手动地被移入或移出与测试工具安装件或主体的接合中，使得偏压能被切换到开启和停止。
限定本发明优选方面的条款
1.一种结合测试设备，包括：
主体，
测试工具安装件，该测试工具安装件用于保持测试工具，
轴向驱动机构，该驱动机构将测试工具安装件联接到主体并允许在轴向方向上测试工具安装件和主体之间的相对运动，以及
齿隙控制元件，该齿隙控制元件联接到主体和测试工具安装件，在操作中，该齿隙控制元件在轴向方向上相对于主体偏压测试工具安装件，其中齿隙控制元件能在第一状态和第二状态之间转换，在第一状态，测试工具安装件在第一轴向方向被偏压，而在第二状态，测试工具安装件在第二轴向方向被偏压或者控制元件在轴向方向对测试工具安装件不提供偏压力。
2.根据条款1所述的结合测试设备，其中齿隙控制元件包括气动地操作的活塞和气缸。
3.根据条款2所述的结合测试设备，其中活塞被联接成随测试工具安装件移动，且气缸相对于主体固定到位。
4.根据条款2或3所述的结合测试设备，其中轴向驱动机构包括螺钉和螺母组件，其中活塞被联接成随螺母移动，且气缸相对于螺钉固定到位。
5.根据前述任一项条款所述的结合测试设备，还包括：连接到用户界面的控制器，该控制器和用户界面被构造成允许用户选择结合测试的类型，且其中控制器被连接到齿隙控制元件并根据所选的结合测试的类型来控制齿隙控制元件在第一状态和第二状态之间的转换。
6.根据前述任一项条款所述的结合测试设备，其中齿隙控制元件提供能被设定在不同的力等级下的偏压力。
7.根据条款6所述的结合测试设备，其中齿隙控制元件包括气动操作的活塞和气缸，且其中气缸能以不同的空气压力设置进行充注以提供不同的偏压力等级。
8.根据前述任一项条款所述的结合测试设备，其中齿隙控制元件提供能在测试安装件相对于主体轴向移动时保持为恒定力的偏压力。
9.根据前述任一项条款所述的结合测试设备，其中在第一状态，齿隙控制元件对测试工具安装件施加向上偏压，且在第二状态期间，齿隙控制元件不对测试工具安装件施加偏压力。
10.根据前述任一项条款所述的结合测试设备，还包括：连接到用户界面的控制器，该控制器和用户界面被构造成允许用户选择结合测试的类型，且其中控制器被连接到齿隙控制元件并根据所选的结合测试的类型来控制齿隙控制元件在第一状态和第二状态之间的转换，且其中当用户选择了剪切测试时，齿隙控制元件对测试工具安装件施加向上偏压，而当用户选择了牵拉测试时，齿隙控制元件不对测试工具安装件施加偏压力。
11.一种结合测试设备，包括：
主体，
测试工具安装件，该测试工具安装件用于保持测试工具，
轴向驱动机构，该驱动机构将测试工具安装件联接到主体并允许在轴向方向上测试工具安装件和主体之间的相对运动，以及
齿隙控制元件，该齿隙控制元件联接到主体和测试工具安装件，在操作中，该齿隙控制元件在轴向方向上相对于主体偏压测试工具安装件，其中齿隙控制元件提供能被设定在不同的力等级下的偏压力。
12.根据条款11所述的结合测试设备，其中齿隙控制元件包括气动操作的活塞和气缸，且其中气缸能以不同的空气压力设置进行充注以提供不同的偏压力等级。
13.根据条款11或12所述的结合测试设备，其中齿隙控制元件能在第一状态和第二状态之间转换，在第一状态，测试工具安装件在第一轴向方向被偏压，而在第二状态，测试工具安装件在第二轴向方向被偏压或者控制元件在轴向方向不提供偏压力。
14.根据条款11、12或13所述的结合测试设备，其中齿隙控制元件提供能在测试安装件相对于主体轴向移动时保持为恒定力的偏压力。
15.一种结合测试设备，包括：
主体，
测试工具安装件，该测试工具安装件用于保持测试工具，
轴向驱动机构，该驱动机构将测试工具安装件联接到主体并允许在轴向方向上测试工具安装件和主体之间的相对运动，
齿隙控制元件，该齿隙控制元件联接到主体和测试工具安装件，在操作中，该齿隙控制元件在轴向方向上相对于主体对测试工具安装件施加偏压力，其中偏压力能被设定在不同的力等级，以及
控制器，其连接到用户界面，该控制器和用户界面被构造成允许用户选择牵拉类型的结合测试，其中在所选的牵拉类型的结合测试过程中，轴向驱动机构对测试工具安装件施加向上的轴向力，且齿隙控制元件也对测试工具安装件施加所选的向上的轴向力。
16.根据条款15所述的结合测试设备，其中齿隙控制元件提供能在测试安装件相对于主体轴向移动时保持为恒定力的偏压力。
17.根据条款15或16所述的结合测试设备，其中齿隙控制元件能在第一状态和第二状态之间转换，在第一状态，测试工具安装件在第一轴向方向被偏压，而在第二状态，测试工具安装件在第二轴向方向被偏压或者控制元件在轴向方向不提供偏压力，且其中控制器被连接到齿隙控制元件并根据所选的结合测试的类型来控制齿隙控制元件在第一状态和第二状态之间的转换。
18.一种利用包括测试工具的结合测试装置通过剪切测试或牵拉测试来测试基片上的结合部的结合强度的方法，所述测试工具通过联接件联接到主体，该方法包括以下步骤：
选择剪切测试或牵拉测试；
如果选择了剪切测试，则在第一方向上对测试工具施加偏压力以消除联接件的齿隙；
相对于结合部定位测试工具；
提供测试工具和基片之间的相对运动以将结合部剪离基片；以及
记录由结合部施加到测试工具的力。
19.根据条款18所述的方法，还包括步骤：如果选择了牵拉测试，则在第二方向上对测试工具施加偏压力以消除联接件的齿隙。
20.根据条款18或19所述的方法，其中施加偏压力的步骤包括：操作联接在测试工具和主体之间的气动气缸和活塞。
21.根据条款18-20中任一项所述的方法，其中第一方向为向上的方向，而且第二方向为向下的方向。
22.根据条款18-21中任一项所述的方法，还包括如下步骤：在对测试工具施加偏压力之前相对于结合部初始定位测试工具，并且在对测试工具施加偏压力之后相对于结合部更精确地定位测试工具。
Claims (15)
1.一种结合测试设备，包括：
主体，
测试工具安装件，所述测试工具安装件用于保持测试工具，
轴向驱动机构，所述驱动机构将所述测试工具安装件联接到所述主体，并允许在轴向方向上的在所述测试工具安装件和所述主体之间的相对运动，以及
齿隙控制元件，所述齿隙控制元件联接到所述主体和所述测试工具安装件，在操作中，所述齿隙控制元件在轴向方向上相对于所述主体偏压所述测试工具安装件，其中，所述齿隙控制元件能在第一状态和第二状态之间转换，在所述第一状态中所述测试工具安装件在第一轴向方向上被偏压，而在所述第二状态中所述测试工具安装件在第二轴向方向上被偏压，或者在所述第二状态中所述控制元件在轴向方向上对所述测试工具安装件不提供偏压力。
2.根据权利要求1所述的结合测试设备，其中所述齿隙控制元件包括气动操作的活塞和气缸。
3.根据权利要求2所述的结合测试设备，其中所述活塞被联接成用于与所述测试工具安装件一起移动，且气缸相对于所述主体固定到位。
4.根据权利要求2或3所述的结合测试设备，其中所述轴向驱动机构包括螺钉和螺母组件，其中所述活塞被联接成用于与所述螺母一起移动，且所述气缸相对于所述螺钉固定到位。
5.根据前述任一项权利要求所述的结合测试设备，还包括：连接到用户界面的控制器，所述控制器和用户界面被构造成允许用户选择结合测试的类型，并且其中所述控制器被连接到所述齿隙控制元件，并根据所选的结合测试的类型来控制所述齿隙控制元件在所述第一状态和所述第二状态之间的转换。
6.根据前述任一项权利要求所述的结合测试设备，其中所述齿隙控制元件提供能被设定在不同力等级下的偏压力。
7.根据权利要求6所述的结合测试设备，其中所述齿隙控制元件包括气动操作的活塞和气缸，并且其中所述气缸能以不同的空气压力设置进行充注，以提供不同的偏压力等级。
8.根据前述任一项权利要求所述的结合测试设备，其中所述齿隙控制元件提供能在所述测试安装件相对于所述主体轴向移动时维持为恒定力的偏压力。
9.根据前述任一项权利要求所述的结合测试设备，其中在所述第一状态中，所述齿隙控制元件对所述测试工具安装件施加向上偏压，并且在所述第二状态期间，所述齿隙控制元件不对所述测试工具安装件施加偏压力。
10.根据前述任一项权利要求所述的结合测试设备，还包括：连接到用户界面的控制器，所述控制器和用户界面被构造成允许用户选择结合测试的类型，并且其中所述控制器被连接到所述齿隙控制元件，并根据所选的结合测试的类型来控制所述齿隙控制元件在所述第一状态和所述第二状态之间的转换，并且其中当用户选择了剪切测试时，所述齿隙控制元件对所述测试工具安装件施加向上偏压，而当用户选择了牵拉测试时，所述齿隙控制元件不对所述测试工具安装件施加偏压力。
11.一种使用结合测试装置通过剪切测试或牵拉测试来测试基片上的结合部的结合强度的方法，所述结合测试装置包括测试工具，所述测试工具通过联接件联接到主体，所述方法包括以下步骤：
选择剪切测试或牵拉测试；
如果选择了剪切测试，则在第一方向上将偏压力施加到所述测试工具上，以消除来自所述联接件的齿隙；
相对于所述结合部定位所述测试工具；
提供所述测试工具和所述基片之间的相对运动，以从所述基片剪切掉所述结合部；以及
记录由所述结合部施加到所述测试工具的力。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：如果选择了牵拉测试，则在第二方向上将偏压力施加到所述测试工具上，以消除来自所述联接件的齿隙。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中施加偏压力的步骤包括：操作联接在所述测试工具和所述主体之间的气动气缸和活塞。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中所述第一方向为向上的方向，而所述第二方向为向下的方向。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的方法，还包括如下步骤：在将偏压力施加到所述测试工具上之前相对于所述结合部初始定位所述测试工具，并且在将偏压力施加到所述测试工具上之后相对于所述结合部更精确地定位所述测试工具。
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