TWI522615B - 具有可切換背隙控制之結合強度測試器 - Google Patents

Description

具有可切換背隙控制之結合強度測試器

本發明係關於一種用於測試半導體裝置上之電結合之強度之裝置。特定而言，本發明係關於一種能夠對電結合執行不同類型之測試(諸如，剪切測試、拉動測試及推動測試)之裝置。

半導體裝置係極小，通常自5mm×5mm平方至50mm×50mm平方，且通常包括用於將電導體結合至一半導體基板之眾多場所。每一結合由黏合至基板之一焊料或金球沈積物組成。可將極細(通常直徑約0.025mm)之導線嵌入於球沈積物中。

為確信一特定結合方法係適當的，必需測試結合之結合強度。由於結合之大小極小，因此用以測試此等結合之結合強度之工具必須能夠準確地量測極小之力及偏轉。

存在用於測試結合強度之數個不同類型之結合測試。舉例而言，剪切測試藉由將一剪切力施加至一結合之側且自基板剪斷該結合來測試該結合之剪切強度。拉動測試藉由拉動嵌入於一球沈積物中之一導線使其遠離基板來測試結合之拉動強度。在一推動測試中，沿直接向下之垂直平面將一力或負載施加至一結合上。

執行此等測試之機器通常包括一結合測試工具，其係一剪切測試工具、推動測試工具或一拉動測試供，可使該結合測試工具相對於受測試之結合而定位且然後移動該結合或該工具以藉由量測使該結合斷開所需之力來執行該測試。

如上文所提及，在此等測試中，必需能夠量測極小之力及偏轉。通常使用某一形式之螺桿與螺母旋轉驅動總成來達成一測試工具之定位。舉例而言，可將一測試工具安裝至一組件總成，該組件總成包含在藉由一伺服馬達來驅動一帶螺紋的螺桿時沿該帶螺紋的螺桿移動之一螺母。此機構可用於在一剪切、推動或拉動測試之前正確地定位該工具且可用以在一拉動測試期間驅動該測試工具。

在使用一螺桿與螺母配置來提供該測試工具朝向及遠離基板之移動時，必須在該螺桿與螺母之配合組件之間提供必然間隙以防止卡住、允許熱膨脹及製造變化等。此間隙稱為「背隙」。此間隙限制其中可首先定位該測試工具且其中可在一結合強度測試期間準確地維持一測試工具之所期望位置之準確度。

在先前技術之結合測試機器中，其中藉由一螺桿與螺母驅動機構來沿垂直軸上下驅動該測試工具，已將承受張力之一彈簧定位於該工具上面且使用該彈簧來向上偏壓該工具以封閉在該螺母之上部螺紋表面與該螺桿之螺紋表面之間的空隙。此已在使用該工具來進行剪切測試或推動測試時減小背隙，因為此等測試致使在測試期間由該工具施加一向上力。舉例而言，在剪切測試中，由於該測試工具自基板剪斷一球沈積物，因此一垂直力組分產生，從而致使該球沈積物在該工具上向上推動。由於彈簧已將該工具偏壓於向上位置中，因此背隙空隙已被封閉，且因此，該剪切或推動測試本身不造成與背隙相關聯之一工具位置問題。

然而，一偏壓彈簧之使用未完全地消除剪切及推動測試期間的背隙問題，因為承受張力之彈簧(如所提及)所施加之力隨著彈簧被伸展而改變。彈簧被伸展的越多，其施加的偏壓力越大。因此，在螺母沿螺桿之整個行進範圍上，彈簧施加一變化力。因此，彈簧在其已被伸展至螺母沿螺桿之行進之下部端時施加比彈簧在其被伸展至螺母沿螺桿之行進之上部端處之一較小範圍時所施加之力更大之力以減小背隙空隙。因此，彈簧之使用已減小剪切及推動測試中的背隙問題，但其未消除背隙問題。

另外，在剪切測試中，該測試工具之下部端維持距基板之極小、受嚴密控制之均衡距離係極重要的。此乃因彈簧之向上偏壓依據彈簧之長度而變化，向上偏壓力之封閉間隙之能力亦變化，從而使得難以準確並可靠地控制針對該測試工具在該基板上面之每一位置之該均衡距離。

此外，在一拉動測試中，存在未藉由彈簧之使用而解決之一更顯著背隙問題。在一拉動測試中，該測試工具係呈鉤之形狀且其在接合至一基板之一導線下方鉤住。該測試工具在該導線上向上拉動以自該基板上之一結合拉動該導線且量測使彼結合斷開所需之力。通常，已將該導線結合至該基板上之一焊料球。當拉動該導線時，其將一向下力施加於該測試工具上。此向下力正抵抗彈簧之力而向下拉動該工具。有時，此力可克服彈簧力且致使螺母向下移動而遠離其上部帶螺紋的表面與螺桿之間的接觸直至其進行關於其下部帶螺紋的表面與螺桿之接觸，從而封閉螺母之下部帶螺紋的表面與螺桿之螺紋之間的背隙空隙。用以封閉在螺母下面之背隙空隙之此移動曲解由稍後闡述之應變計或其他傳感器所提供之信號且造成不準確之力讀取。

此外，在剪切、推動及拉動測試之情形下，期望螺母與螺桿以一恆定方式保持接觸嚙合以便以一可重複方式準確地控制該測試工具之軸向移動。通常，此不可藉助先前技術之彈簧解決方案來達成。

本發明界定於應參考之隨附獨立項中。較佳特徵界定於附屬項中。

為解決先前技術之彈簧解決方案之上述問題，在本發明之較佳實施例中，使用一背隙控制元件來將一恆定偏壓力施加至沿一結合測試機器中之驅動螺桿行進之螺母，該結合測試機器可用於剪切測試、推動測試或拉動測試。

該背隙控制元件可係呈一氣動活塞與氣缸之形式，其中該氣缸相對於該驅動螺桿而固定於適當位置中，且該活塞經固定而用於隨沿該驅動螺桿行進之該螺母移動。此解決方案允許藉由設定該氣缸中之壓力來設定且然後不管該螺母沿該驅動螺桿之位置如何皆維持不變之一所期望偏壓力。因此，與先前技術之彈簧解決方案不同，施加至螺母之偏壓力可係特別選擇且一旦選定即可在螺母沿螺桿之長度移動時維持恆定。

藉由在沿螺桿之兩個軸向方向上提供螺母之恆定偏壓，相對於先前技術改良測試工具相對於基板之位置準確度。位置準確度上的此改良增加由結合測試裝置進行之力量測之可靠性及可重複性。

舉例而言，呈一活塞與氣缸之形式之一背隙控制元件亦可以如下之此一方式來使用：在剪切及推動測試期間，該活塞將偏壓沿向上方向施加至螺母，但在拉動測試期間不藉由自該氣缸排放空氣壓力以使得該活塞可自由移動來施加偏壓。當排放壓力時，替代藉助活塞與氣缸來施加偏壓，依賴於移動組件本身之重量來提供適當偏壓以封閉該背隙間隙。此在先前技術之彈簧解決方案之情況下係不可能的，此乃因對於支撐系統之移動組件之重量之至少一部分而言，彈簧通常因不可在拉動測試期間移除彈簧偏壓而係活動的。

舉例而言，呈一活塞與氣缸之形式之一背隙控制元件亦可用以增大由該螺桿與螺母驅動機構所供應之驅動力。舉例而言，若將該機器用於一拉動測試，則螺桿驅動欲將一給定量之向上力施加於螺母及測試工具上。若抵抗螺母沿向上方向偏壓活塞，則活塞之力將被添加至螺桿之驅動力以在結合上產生一更大總向上力。同樣，若將該機器用於推動測試，則螺桿驅動欲將一定量之向下力施加於螺母及測試工具。若抵抗螺母沿向下方向偏壓活塞，則活塞之力將被添加至螺桿之驅動力以在結合上產生一更大總向下力。

因此，在一個態樣中，本發明提供一種結合測試設備，其包括：一主體；一測試工具座架，其用於固持一測試工具；一軸向驅動機構，其較佳包括一螺桿與螺母總成，該驅動機構將該測試工具座架耦合至該主體且允許該測試工具座架與該主體之間沿一軸向方向之相對移動；及一背隙控制元件，其耦合至該主體及該測試工具座架，在操作中，該背隙控制元件相對於該主體沿一軸向方向偏壓該測試工具座架，其中該背隙控制元件係可在其中沿一第一軸向方向偏壓該測試工具座架之一第一狀態與其中沿一第二軸向方向偏壓該測試工具座架或其中該背隙控制元件不沿該軸向方向提供偏壓力之一第二狀態之間切換。

較佳地，該背隙控制元件包括一氣動操作之活塞與氣缸。

較佳地，可將由該背隙控制元件所施加之力設定為一所期望位準，但一旦已設定該力，即不管該測試工具之軸向位置如何皆可將彼力維持在一恆定位準處以改良結合測試之可靠性及可重複性。

較佳地，該背隙控制元件包括該設備之移動部分與該設備之不移動部分之間的一耦合件，且最佳地，包括支撐一螺桿與螺母驅動機構中的該螺母之一元件。

較佳地，該背隙控制元件包括一氣動操作之活塞與氣缸，其在一剪切測試或推動測試期間施加一向上偏壓力且在一拉動測試期間施加一向下偏壓力或不施加偏壓力。

較佳地，該設備進一步包括連接至一使用者介面之一控制器，該控制器及使用者介面經組態以允許一使用者選擇一結合測試類型，且其中該控制器連接至該背隙控制元件並依據所選擇之結合測試類型而控制該背隙控制元件在該第一狀態與該第二狀態之間的切換。

在另一態樣中，本發明提供一種使用一結合測試裝置藉由一剪切測試或一拉動測試來測試一基板上之一結合之結合強度之方法，該結合測試裝置包括藉由一耦合件而耦合至一主體之一測試工具，該方法包括以下步驟：選擇一剪切測試或一拉動測試；及若選擇一剪切測試，則將一偏壓力沿一第一方向施加於該測試工具上以自該耦合件移除背隙；相對於該結合定位該測試工具；提供在該測試工具與該基板之間的相對移動以自該基板剪斷該結合；及記錄由該結合施加至該測試工具之力。

較佳地，該方法進一步包括以下步驟：若選擇一拉動測試則將一偏壓力沿一第二方向施加於該測試工具上以自該耦合件移除背隙。

較佳地，該施加一偏壓力之步驟包括操作耦合於該測試工具與該主體之間的一氣動氣缸與活塞。

較佳地，該第一方向係一向上方向且該第二方向係一向下方向。

較佳地，該方法進一步包括在將一偏壓力施加於該測試工具上之前相對於該結合最初定位該測試工具，且在將一偏壓力施加於該測試工具上之後相對於該結合更準確地定位該測試工具之步驟。

本發明之配置允許一測試工具執行剪切測試及拉動測試，其中基本上消除背隙。其允許由具有良好位置準確度之相同設備執行拉動及剪切測試。

現將參考附圖僅以實例之方式詳細闡述本發明之實施例，附圖中：

圖1A係根據本發明之一結合測試裝置之一圖解。該裝置包括安裝至一匣盒11之一測試工具10，該匣盒本身安裝至裝置12之主體。該測試工具下面有一機動載物台13，其上可安裝欲測試之樣品或基板100。

安裝至匣盒11之測試工具10可係一剪切工具、推動工具或一拉動工具且可經切換以執行不同測試。美國專利第6,078,387號中闡述一適合剪切工具之一實例，該案內容以引用方式併入本文中。美國專利第6,301,971號中闡述一適合拉動工具之一實例，該案內容以引用方式併入本文中。

如圖1B中所示，測試工具10通常藉由一工具安裝托架70附接至匣盒11，該工具安裝托架具有藉由螺桿73在一個端處固定至匣盒11之懸伸臂72、74，其中臂72、74之自由端支撐一夾具76。如圖1C中所示，工具10藉助夾具螺桿78夾緊於夾具76中。圖2A顯示匣盒安裝板21上之保持通道71，匣盒11滑動至該通道中且然後使用一個或多個螺桿22來將其扣緊。匣盒安裝板21包含一資料埠23，其與匣盒11上之一電連接器耦合以用於將資料自匣盒11之傳感器(稍後闡 述)傳送至一PC。此類型之一匣盒及測試工具總成係先前技術中所熟知。舉例而言，參見可自Dage Holdings Limited,25 Faraday Road,Rabans Lane Industrial Area,Aylesbury,Buckinghamshire,United Kingdom購得之Dage 4000多功能結合測試器。然而，可將用於將一測試工具附接至匣盒安裝板之任何適合構件用於根據本發明之一系統中。

匣盒11係可沿垂直於載物台13上之基板100之表面之一方向移動。此允許相對於受測試之基板100定位測試工具10以使得其將在一測試期間接觸一特定結合。通常藉由移動台13來達成在測試工具10與台13之間的沿平行於基板100之平面之一方向之相對移動。使用經由一導螺桿與螺母耦合至台13之適合伺服馬達或步進馬達或如先前技術中亦熟知之適合帶驅動機構(未顯示)(諸如，上文所提及之Dage 4000多功能結合測試器)來達成台13之移動。

圖1A中亦顯示有控制裝置，包括：兩個操縱桿控制裝置14、15，其用以允許控制台13之移動；及一鍵盤16。亦顯示一顯示器17、用於照明受測試之基板100之一燈18及有助於測試工具10之準確定位之一顯微鏡。此等特徵亦皆係先前技術中所熟知，諸如上文所提及之Dage 4000多功能結合測試器。

圖2A顯示安裝板21及其至主體25之連接。如已闡述，該測試工具(圖2A中未顯示)必須係可朝向受測試之一基板及遠離該基板移動。此係藉由相對於該裝置之主體25沿朝向 及遠離基板之一方向(文本中稱為z軸方向或軸向方向)移動將測試工具10附接至其之匣盒安裝板21來達成。匣盒安裝板21使用螺桿75來緊牢地耦合至一移動塊24。移動塊24經由一球螺桿(或導螺桿)33及螺母34以及由一伺服馬達或步進馬達26驅動之螺母塊35來耦合至主體25。此在下文中參考圖4更詳細地闡述。

如上文所述，用於提供測試工具10之朝向及遠離基板100之移動之一螺桿與螺母配置之使用導致該機構中之背隙問題。

為移除背隙問題，包含一防背隙機構。此機構顯示於圖2A至2C及圖4中且較佳包括一氣動活塞27及氣缸28。活塞27耦合至系統之可垂直移動組件，其主要包括耦合板29、耦合塊30、移動塊24、安裝板21(及匣盒11與測試工具10)、螺母塊35及螺母34。雖然圖2A至2C中僅顯示活塞27之轉軸部分，但活塞27亦包含在其下部端處之一活塞頭部分，如圖2D中所示。氣缸28連接至系統之不垂直移動之組件。此等組件包括氣缸安裝板31(稍後闡述)、主體25及驅動螺桿33之組件。如下文將更詳細地闡述，活塞27經耦合以用於隨該移動塊或支撐螺母34之螺母塊35移動，且氣缸28係相對於垂直軸驅動機構之螺桿33而固定於適當位置中。以此方式，氣動驅動之活塞27能夠將一可控制偏壓力施加至螺母34以使得自該系統移除背隙。亦可關斷該偏壓力。

圖2B係圖2A之配置之一側視圖，其顯示活塞27經由耦 合板29及耦合塊30連接至移動塊24，該耦合塊藉由螺栓80來緊固至移動塊24。

圖2C係圖2A之總成之一後視圖，其顯示氣缸28經由氣缸安裝板31連接至主體25。亦可清晰地看到空氣入口連接32。

圖2D更詳細地顯示安裝板31如何將氣缸28附接至主體25。一端帽84扣緊至氣缸28之頂部，其中活塞27之轉軸向上延伸穿過端帽84。板31***於端帽84上方且藉由旋擰至端帽84上之螺母87來扣緊至該端帽。一個或多個螺桿86將安裝板31附接至主體25且藉此將氣缸28緊牢地附接至主體25。注意，一第二(可選)空氣入口埠90形成於端帽84中。端帽84可或可不包含此可選入口埠90。如下文更詳細地闡釋，圖3A顯示本發明之其中氣缸28具有僅一個空氣入口連接32之一實施例且圖3D顯示其中氣缸28具有額外空氣入口埠90之一實施例。

該活塞與氣缸耦合至空氣入口連接32(及視情況空氣入口埠90)處之一壓縮空氣供應源。該空氣供應源可使用連接至控制電子器件之適合閥來控制。適合之活塞與氣缸總成以及適合之電控制閥可自Bosch Rexroth,of 15 Cromwell Road,St.Neots,PE19 2ES,United Kingdom購得。替代供應商係Festo Ltd of Caswell Road,Brackmills,Northampton,NN4 7PY,United Kingdom及Pneumax Ltd.,Unit 7/8,Venture Industrial Park,Gosport,PO13 0BA,United Kingdom。

圖3A係針對氣動活塞與氣缸之控制系統之一示意性圖 解。活塞27在氣缸28內軸向地移動。空氣既供應至氣缸又透過空氣入口連接32自氣缸逃逸。空氣入口連接32耦合至一氣動控制系統，其包括一壓縮空氣供應源40、調節器97、一供應閥41及排氣閥42。供應閥41將該壓縮空氣供應源選擇性地連接至空氣入口連接32，以藉此在氣缸28內向上驅動活塞27以藉由在一調節器97處設定所期望空氣壓力來將所期望偏壓力提供至螺母34。排氣閥42將氣缸28中的空氣選擇性地排放至環境，藉此移除活塞27所供應之任何偏壓力。當氣缸之內部經由排氣閥42與環境進行開放式流體連通時，活塞27在氣缸28內自由移動。供應閥41、排氣閥42及調節器97連接至參考圖5所述之控制電子器件56。

在圖4中，可清晰地看到螺桿33及螺母34之配置。螺母34經由螺母塊35緊牢地耦合至移動塊24，而螺桿33由該裝置之主體25上之軸承36支撐且經允許以繞其軸旋轉。螺母塊35使用可沿主體25中之一槽83行進之螺桿82來緊牢地固定至移動塊24。槽83之頂部端顯示於圖4中。一伺服馬達26固定至主體25且經由一耦合件37耦合至螺桿33以使該螺桿旋轉，藉此使螺母34沿螺桿33之長度上下移動。固定至主體25之馬達總成包括馬達26、一編碼器38及一齒輪箱39，可自Trident Engineering Ltd.,Trident House,King Street Lane,Winnersh,Wokingham,Berkshire,RG41 5AS,United Kingdom購得。另一選擇是，可在沒有一齒輪箱之情況下使用一直接驅動馬達及編碼器總成。此類型之一總成可自Maxon Motors Ltd.,Maxon House,Hogwood Lane, Finchampstead,Berkshire,RG40 4QW,United Kingdom購得。使用適合控制電子器件準確地控制馬達26提供對匣盒安裝板21之垂直位置且藉此對測試工具10之準確控制。

在諸如美國專利第6,078,387號中所述之一剪切測試(其中工具10通常自一基板剪斷一焊料球沈積物)期間，受測試之結合將一向上力施加於該測試工具上。為確保該測試工具之尖端在一測試期間保持準確地定位且該測試係可重複的，活塞27將一向上偏壓力施加於移動本體24上，該向上偏壓力可設定為所期望位準且始終維持不變。如先前所提及，在一推動測試期間使用相同向上偏壓力。此向上偏壓力消除上文所述之在螺桿33與螺母34之間的背隙。

在諸如美國專利第6,301,971中所述之一拉動測試中，自將一導線附接至基板之一結合拉動該導線。在該測試期間，所拉動之導線將一向下力施加於測試工具10上。在此情形下，該測試工具之尖端將係在該導線下面鉤住之一鉤。為確保消除任何背隙問題，活塞27及氣缸28可經操作以將一向下偏壓力施加於螺母34上。然而，替代使用活塞27來施加一向下偏壓力，如上文所述，該系統之與測試工具10相關聯之垂直移動組件之重量可足以消除任何背隙。因此，在拉動測試中，關於本發明之一個選項係在閥41處關斷氣缸28之空氣壓力、打開排氣閥42以移除活塞27之活塞頭下面之空氣壓力且允許活塞27在氣缸28中自由移動。如上文所提及，允許移動組件之重量在拉動測試期間提供必需背隙控制之此選項在利用不斷地將一向上偏壓力提供 於螺母34上之一彈簧之先前技術機器之情況下係不可能的。

圖3B顯示其中垂直移動元件之重量不足以控制背隙之替代系統。在此情形下，在氣缸28之頂部處提供一額外空氣入口埠90以使得可將在調節器97處設定至所期望位準之空氣壓力施加至活塞27之活塞頭之頂部側。當欲使用活塞27將一向下偏壓施加至螺母34時，打開排氣閥42、關閉排氣閥92、將調節器97設定為所期望空氣壓力位準且控制閥94透過入口90將經加壓之空氣引導至氣缸28中以將所期望向下偏壓力施加至活塞27及螺母34。當欲使用活塞27將一向上偏壓施加至螺母34時，關閉排氣閥42、打開排氣閥92、在調節器97處將空氣壓力設定至所期望位準且控制閥94透過空氣入口連接32將經加壓之空氣引導至氣缸28中以將所期望向上偏壓力施加至活塞27及螺母塊35。

圖5A圖解說明根據本發明之一系統之控制元件。該系統由運行於包含一使用者介面之一個人電腦50上之應用軟體51來控制。測試工具10通常包含力感測組件52，諸如壓電晶體或一應變計。圖5B顯示具有安裝於其上之四個應變計110、112、114及116之一測試工具10之一個實例。由於此測試工具用於剪切測試，因此應變計110至116將隨該測試工具在自一基板剪斷一球沈積物時撓曲而變為扭曲的。使用熟知的技術，該等應變計之實體扭曲將產生電信號，該等電信號經習知電路處理以產生自基板剪斷球沈積物所需之力之一指示。如先前所提及，藉由在一剪切測試期間使 用本發明之防背隙解決方案來準確地控制該測試工具在該基板上面之均衡距離，由應變計所產生之電信號更準確地且更重複地量測自該基板剪斷球沈積物所需之力。美國專利第6,301,971號闡述其中在一拉動測試裝置中將應變計安裝於支撐測試工具之懸伸臂上之另一實例。同樣，使用本發明之防背隙解決方案準確地定位測試工具改良所產生之力量測之準確度及可重複性。WO 2006/016136 A2闡述其中將一壓電晶體安裝於測試工具上以量測若干剪切力之又一實例。同樣，使用本發明準確地控制測試工具之位置改良測試準確度及可重複性。

不管是將應變計還是將一壓電晶體用作力感測組件52，來自此組件52之電輸出皆由圖5A中之資料捕獲電子器件53來處理以在一測試程序期間偵測施加至測試工具之力。資料捕獲電子器件53與應用軟體51通信。應用軟體51亦控制測試工具10之移動及定位。在圖5A中，僅顯示用於驅動圖4中所示之螺桿33之Z軸馬達54。然而，運動控制電子器件55將亦控制移動載物台13之馬達。圖3A及3B之閥41、42、92及94以及調節器97構成圖5A中之氣動控制迴路56。此等閥及調節器經操作以將所期望向上或向下偏壓力施加至氣缸28內之防背隙活塞27或不施加偏壓力，如上文所述。活塞27及氣缸28稱為圖5A中之防背隙組件57。

個人電腦50連接至圖1中所示之鍵盤、操縱桿及顯示器以允許使用者組態及控制。

圖6A及6B顯示上文中所述之系統在執行一剪切、推動 或拉動測試時經歷之方法步驟。

參考圖6A(其闡述如在第一階段600中使用圖3A之氣動控制系統操作之系統)，使用一使用者介面(諸如，圖1中所示之鍵盤)來選擇測試類型。

若測試係一拉動測試，則背隙控制氣缸在此實施例中係不需要的且不被啟動。藉由該系統之將螺母偏壓至一向下位置中之垂直移動組件之重量來消除背隙，如上文所述。此顯示為步驟610。在此情形下，排氣閥42係打開的。

然而，若欲執行一推動或剪切測試，則在步驟620處，將測試工具10驅動至毗鄰欲測試之一結合之所期望測試位置中。一旦已正確地定位該測試工具，即可經由一適合使用者介面(諸如，鍵盤)在軟體控制下起始一自動測試程序，如步驟630中所示。該自動化測試程序中之第一步驟係將處於在調節器97處所設定之壓力下的經加壓空氣供應至防背隙氣缸28於活塞27之活塞頭下方，以使得活塞27操作以用所期望偏壓力將螺母34偏壓至一向上位置中。此顯示為步驟640。藉此自該系統移除背隙。在已執行步驟640之後，在步驟650中將該測試工具自欲測試之基板之表面提高一預定下降之距離，且然後在步驟660中，藉助在整個測試中維持不變之一恆定偏壓力來執行剪切測試。一旦該測試完成，即在步驟670中關閉空氣供應閥41且打開排氣閥42以自活塞27之活塞頭下面移除空氣壓力。在步驟680中重設該系統。然後，可執行一新測試，如方塊690中所指示。

參考圖6B(其闡述當藉助圖3B之氣動控制系統來操作時之系統)，諸多方法步驟與上文參考圖6A所述之方法步驟相同，然而，某些步驟係不同的。

在第一步驟700中，使用一使用者介面(諸如，圖1中所示之鍵盤)來選擇測試類型。

若測試係一剪切或推動測試，則在步驟720處，將測試工具10驅動至毗鄰欲測試之一結合之所期望測試位置中。一旦已正確地定位該測試工具，即可經由一適合使用者介面(諸如，鍵盤)在軟體控制下起始一自動測試程序，如步驟730中所示。該自動化測試程序中之第一步驟係透過空氣入口連接32將處於在調節器97處所設定之壓力下的經加壓空氣供應至防背隙氣缸28於活塞27之活塞頭下方，以使得活塞27操作以用所期望偏壓力來將螺母34偏壓至一向上位置中。在此步驟期間，排放閥92係打開的。步驟740處指示此等動作。藉此自該系統移除背隙。在已執行步驟740之後，在步驟750中將該測試工具自欲測試之基板之表面提高一預定下降之距離，且然後在步驟760中，藉助在整個測試中維持不變之一恆定偏壓力來執行剪切測試。一旦該測試完成，即在步驟770中關閉空氣供應閥41且打開排氣閥42以自活塞27之活塞頭下面移除空氣壓力。在步驟780中重設該系統。然後，可執行一新測試，如方塊790中所指示。

若在步驟700處選擇一拉動測試，則在步驟800處將測試工具10驅動至毗鄰欲測試之一結合之所期望測試位置中。 一旦已正確地定位該測試工具，即可經由一適合使用者介面(諸如，鍵盤)在軟體控制下起始一自動測試程序，如步驟810中所示。該自動化測試程序中之第一步驟係透過入口92將處於在調節器97處所設定之壓力下的經加壓空氣供應至防背隙氣缸28於活塞27之活塞頭上方，以使得活塞27操作以用所期望偏壓力來將螺母34偏壓至一向下位置中。排放閥42係打開的。步驟820處指示此等動作。藉此自該系統移除背隙。在已執行步驟820之後，在步驟830中將該測試工具自欲測試之基板之表面提高一預定下降之距離，且然後在步驟840中，藉助螺母34上之在整個測試中維持不變之一恆定偏壓力來執行拉動測試。一旦該測試完成，即在步驟850中關閉空氣供應閥41且打開排氣閥92以自活塞27之活塞頭上面移除空氣壓力。在步驟780中重設該系統。然後，可執行一新測試，如方塊790中所指示。

在上述說明中，用於移除背隙之構件係一氣動操作之活塞與氣缸。然而，相對於螺桿偏壓螺母之其他構件係可能的，諸如一壓縮彈簧，其可被機械地或手動地移動成與測試工具座架或主體嚙合及不嚙合以使得可接通及關斷偏壓。

界定本發明之較佳態樣之條款

1.一種結合測試設備，其包括：一主體，一測試工具座架，其用於固持一測試工具，一軸向驅動機構，該驅動機構將該測試工具座架耦合 至該主體且允許該測試工具座架與該主體之間沿一軸向方向之相對移動，及一背隙控制元件，其耦合至該主體及該測試工具座架，在操作中，該背隙控制元件相對於該主體沿一軸向方向偏壓該測試工具座架，其中該背隙控制元件可在其中沿一第一軸向方向偏壓該測試工具座架之一第一狀態與其中沿一第二軸向方向偏壓該測試工具座架或其中該控制元件不沿該軸向方向提供偏壓力至該測試工具座架之一第二狀態之間切換。

2.如條款1之結合測試設備，其中該背隙控制元件包括一氣動操作之活塞與氣缸。

3.如條款2之結合測試設備，其中該活塞經耦合以用於隨該測試工具座架移動且氣缸係相對於該主體固定於適當位置中。

4.如條款2或3之結合測試設備，其中該軸向驅動機構包括一螺桿與螺母總成，其中該活塞經耦合以用於隨該螺母移動且該氣缸係相對於該螺桿固定於適當位置中。

5.如任一前述條款之結合測試設備，其進一步包括連接至一使用者介面之一控制器，該控制器及使用者介面經組態以允許一使用者選擇一結合測試類型，且其中該控制器連接至該背隙控制元件並依據所選擇之該結合測試類型而控制該背隙控制元件在該第一狀態與該第二狀態之間的切換。

6.如任一前述條款之結合測試設備，其中該背隙控制元件提供可設定為不同力位準之一偏壓力。

7.如條款6之結合測試設備，其中該背隙控制元件包括一氣動操作之活塞與氣缸，且其中該氣缸可係藉助不同空氣壓力設定來充氣以提供不同偏壓力位準。

8.如任一前述條款之結合測試設備，其中該背隙控制元件提供可在該測試座架相對於該主體軸向移動時維持為一恆定力之一偏壓力。

9.如任一前述條款之結合測試設備，其中在該第一狀態中，該背隙控制元件施加一向上偏壓力至該測試工具座架，且在該第二狀態期間，該背隙控制元件不施加偏壓力至該測試工具座架。

10.如任一前述條款之結合測試設備，其進一步包括連接至一使用者介面之一控制器，該控制器及使用者介面經組態以允許一使用者選擇一結合測試類型，且其中該控制器連接至該背隙控制元件並依據所選擇之該結合測試類型而控制該背隙控制元件在該第一狀態與該第二狀態之間的切換，且其中當一使用者選擇一剪切測試時，該背隙控制元件施加向上偏壓至該測試工具座架，且當一使用者選擇一拉動測試時，該背隙控制元件不施加偏壓力至該測試工具座架。

11.一種結合測試設備，其包括：一主體，一測試工具座架，其用於固持一測試工具，一軸向驅動機構，該驅動機構將該測試工具座架耦合至該主體且允許該測試工具座架與該主體之間沿一軸向方向之相對移動，及一背隙控制元件，其耦合至該主體及該測試工具座架，在操作中，該背隙控制元件相對於該主體沿一軸向方向偏壓該測試工具座架，其中該背隙控制元件提供可設定為不同力位準之一偏壓力。

12.如條款11之結合測試設備，其中該背隙控制元件包括一氣動操作之活塞與氣缸，且其中該氣缸可係藉助不同空氣壓力設定來充氣以提供不同偏壓力位準。

13.如條款11或12之結合測試設備，其中該背隙控制元件可在其中沿一第一軸向方向偏壓該測試工具座架之一第一狀態與其中沿一第二軸向方向偏壓該測試工具座架或其中該控制元件不沿該軸向方向提供偏壓力之一第二狀態之間切換。

14.如條款11、12或13之結合測試設備，其中該背隙控制元件提供可在該測試座架相對於該主體軸向移動時維持為一恆定力之一偏壓力。

15.一種結合測試設備，其包括：一主體，一測試工具座架，其用於固持一測試工具，一軸向驅動機構，該驅動機構將該測試工具座架耦合至該主體且允許該測試工具座架與該主體之間沿一軸向方向之相對移動，一背隙控制元件，其耦合至該主體及該測試工具座架，在操作中，該背隙控制元件相對於該主體沿一軸向方向施加一偏壓力至該測試工具座架，其中該偏壓力可係設定為不同力位準，及一控制器，其連接至一使用者介面，該控制器及使用者介面經組態以允許一使用者選擇一拉動類型結合測試，其中在該選定拉動類型結合測試期間，該軸向驅動機構施加一向上軸向力至該測試工具座架且該背隙控制元件亦施加該選定向上軸向力至該測試工具座架。

16.如條款15之結合測試設備，其中該背隙控制元件提供可在該測試座架相對於該主體軸向移動時維持為一恆定力之一偏壓力。

17.如條款15或16之結合測試設備，其中該背隙控制元件可在其中沿一第一軸向方向偏壓該測試工具座架之一第一狀態與其中沿一第二軸向方向偏壓該測試工具座架或其中該控制元件不沿該軸向方向提供偏壓力之一第二狀態之間切換，且其中該控制器連接至該背隙控制元件並依據所選擇之該結合測試類型而控制該背隙控制元件在一第一狀態與該第二狀態之間的切換。

18.一種使用一結合測試裝置藉由一剪切測試或一拉動測試來測試一基板上之一結合之結合強度之方法，該結合測試裝置包括藉由一耦合件而耦合至一主體之一測試工具，該方法包括以下步驟：選擇一剪切測試或一拉動測試；若選擇一剪切測試，則沿一第一方向對該測試工具施加一偏壓力以自該耦合件移除背隙；相對於該結合定位該測試工具；提供該測試工具與該基板之間的相對移動以自該基板剪斷該結合；及記錄由該結合施加至該測試工具之力。

19.如條款18之方法，其進一步包括以下步驟：若選擇一拉動測試，則沿一第二方向對該測試工具施加一偏壓力以自該耦合件移除背隙。

20.如條款18或19之方法，其中該施加一偏壓力之步驟包括操作耦合於該測試工具與該主體之間的一氣動氣缸與活塞。

21.如條款18至20中任一條款之方法，其中該第一方向係一向上方向且該第二方向係一向下方向。

22.如條款18至21中任一條款之方法，其進一步包括以下步驟：在對該測試工具施加一偏壓力之前相對於該結合最初定位該測試工具，且在對該測試工具施加一偏壓力之後相對於該結合更準確地定位該測試工具。

10‧‧‧測試工具

11‧‧‧匣盒

12‧‧‧裝置

13‧‧‧機動載物台

14‧‧‧操縱桿控制裝置

15‧‧‧操縱桿控制裝置

16‧‧‧鍵盤

17‧‧‧顯示器

18‧‧‧燈

21‧‧‧匣盒安裝板

22‧‧‧螺桿

23‧‧‧資料埠

24‧‧‧移動塊/移動本體

25‧‧‧主體

26‧‧‧伺服馬達或步進馬達

27‧‧‧活塞

28‧‧‧氣缸

29‧‧‧耦合板

30‧‧‧耦合塊

31‧‧‧氣缸安裝板

32‧‧‧空氣入口連接

33‧‧‧螺桿

34‧‧‧螺母

35‧‧‧螺母塊

36‧‧‧軸承

37‧‧‧耦合件

38‧‧‧編碼器

39‧‧‧齒輪箱

40‧‧‧壓縮空氣供應源

41．．．供應閥

42．．．排氣閥

50．．．個人電腦

51．．．應用軟體

52．．．力感測組件

53．．．資料捕獲電子器件

54．．．Z軸馬達

56．．．氣動控制迴路

57．．．防背隙組件

71．．．保持通道

72．．．懸伸臂

74．．．懸伸臂

75．．．螺桿

76．．．夾具

78．．．夾具螺桿

80．．．螺栓

82．．．螺桿

83．．．槽

84．．．端帽

86．．．螺桿

87．．．螺母

90．．．第二(可選)空氣入口埠

92．．．排氣閥

94．．．控制閥

97．．．調節器

100．．．基板

110．．．應變計

112．．．應變計

114．．．應變計

116．．．應變計

圖1A係根據本發明之一測試設備之一正視圖；圖1B係顯示由工具安裝托架支撐之測試工具之一剖視圖；圖1C係顯示夾緊至工具安裝托架之測試工具之一透視圖；圖2A係根據本發明之包含一防背隙氣缸之一測試工具座架及驅動之一透視圖；圖2B係圖2A之總成之一側視圖；圖2C係圖2A之總成之一後視圖；圖2D係根據本發明之防背隙氣缸之一替代實施例之一剖視圖；圖3A係針對圖2C中所示之活塞與氣缸之氣動控制系統之一示意性圖解；圖3B係針對圖2D中所示之活塞與氣缸之氣動控制系統之一示意性圖解；圖4係圖2A至2C中所圖解說明之測試工具座架及驅動之一透視剖視圖；圖5A係圖解說明根據本發明之一系統之控制元件之一示意圖；圖5B係顯示附接至測試工具之應變計之剖視圖；圖6A係圖解說明在一結合測試程序期間由根據本發明之一設備所執行之步驟之一流程圖；且圖6B係圖解說明在一結合測試程序期間由根據本發明之一替代實施例之一設備所執行之步驟之一流程圖。

21‧‧‧匣盒安裝板

22‧‧‧螺桿

23‧‧‧資料埠

24‧‧‧移動塊/移動本體

25‧‧‧主體

26‧‧‧伺服馬達或步進馬達

27‧‧‧活塞

28‧‧‧氣缸

29‧‧‧耦合板

30‧‧‧耦合塊

31‧‧‧氣缸安裝板

32‧‧‧空氣入口連接

71‧‧‧保持通道

75‧‧‧螺桿

80‧‧‧螺栓

Claims (19)

1. 一種用於測試一基板上之一結合之結合強度之結合測試設備，其包括：一主體，一測試工具座架，其用於固持一測試工具，一軸向驅動機構，該驅動機構將該測試工具座架耦合至該主體且允許該測試工具座架與該主體之間沿一軸向方向之相對移動，及一偏壓元件，其耦合至該主體及該測試工具座架，在操作中，該偏壓元件相對於該主體沿一軸向方向偏壓該測試工具座架，其中該偏壓元件可在其中自該基板偏離該測試工具座架之一第一狀態與其中該偏壓元件不提供偏壓力自該基板至該測試工具座架之另一狀態之間由一使用者切換。
2. 如請求項1之結合測試設備，其中該偏壓元件包括一氣動操作之活塞與氣缸。
3. 如請求項2之結合測試設備，其中該活塞經耦合以用於隨該測試工具座架移動且氣缸係相對於該主體固定於適當位置中。
4. 如請求項2或3之結合測試設備，其中該軸向驅動機構包括一螺桿與螺母總成，其中該活塞經耦合以用於隨該螺母移動且該氣缸係相對於該螺桿固定於適當位置中。
5. 如請求項1、2或3之結合測試設備，其進一步包括連接至一使用者介面之一控制器，該控制器及使用者介面經 組態以允許一使用者選擇一結合測試類型，且其中該控制器連接至該偏壓元件並控制該偏壓元件的切換。
6. 如請求項1、2或3之結合測試設備，其中該偏壓元件提供可設定為不同力位準之一偏壓力。
7. 如請求項6之結合測試設備，其中該偏壓元件包括一氣動操作之活塞與氣缸，且其中該氣缸可係藉助不同空氣壓力設定來充氣以提供不同偏壓力位準。
8. 如請求項1、2或3之結合測試設備，其中該偏壓元件提供可在該測試座架相對於該主體軸向移動時維持為一恆定力之一偏壓力。
9. 如請求項1、2或3之結合測試設備，其中在該第一狀態中，該偏壓元件施加一向上偏壓力至該測試工具座架。
10. 如請求項1、2或3之結合測試設備，其進一步包括連接至一使用者介面之一控制器，該控制器及使用者介面經組態以允許一使用者選擇一結合測試類型，且其中該控制器連接至該偏壓元件並控制該偏壓元件的切換，且其中當一使用者選擇一剪切測試時，該偏壓元件施加向上偏壓至該測試工具座架，且當一使用者選擇一拉動測試時，該偏壓元件不施加偏壓力至該測試工具座架。
11. 如請求項1之結合測試設備，其中該偏壓元件可切換至另一狀態，其中該測試工具座架朝向該基板偏壓。
12. 一種使用一結合測試裝置藉由一剪切測試或一拉動測試來測試一基板上之一結合之結合強度之方法，該結合測試裝置包括藉由一耦合件而耦合至一主體之一測試工 具，該方法包括以下步驟：選擇一剪切測試或一拉動測試；若選擇一剪切測試，則沿一第一方向對該測試工具施加一偏壓力；相對於該結合定位該測試工具；提供該測試工具與該基板之間的相對移動以自該基板剪斷該結合；及記錄由該結合施加至該測試工具之力。
13. 如請求項12之方法，其中該施加一偏壓力之步驟包括操作耦合於該測試工具與該主體之間的一氣動氣缸與活塞。
14. 如請求項12之方法，其中該第一方向係一向上方向且該第二方向係一向下方向。
15. 如請求項12之方法，其進一步包括以下步驟：在對該測試工具施加一偏壓力之前相對於該結合最初定位該測試工具，且在對該測試工具施加一偏壓力之後相對於該結合更準確地定位該測試工具。
16. 一種使用一結合測試裝置藉由一剪切測試或一拉動測試來測試一基板上之一結合之結合強度之方法，該結合測試裝置包括藉由一耦合件而耦合至一主體之一測試工具，該方法包括以下步驟：選擇一剪切測試或一拉動測試；若選擇一拉動測試，則沿一不同於該第一方向之第二方向對該測試工具施加一偏壓力； 相對於該結合定位該測試工具；提供該測試工具與該基板之間的相對移動以自該基板剪斷該結合；及記錄由該結合施加至該測試工具之力。
17. 如請求項16之方法，其中該施加一偏壓力之步驟包括操作耦合於該測試工具與該主體之間的一氣動氣缸與活塞。
18. 如請求項16之方法，其中該第一方向係一向上方向且該第二方向係一向下方向。
19. 如請求項16之方法，其進一步包括以下步驟：在對該測試工具施加一偏壓力之前相對於該結合最初定位該測試工具，且在對該測試工具施加一偏壓力之後相對於該結合更準確地定位該測試工具。