專利名稱：一種用于tsv填充銅殘余應(yīng)力測(cè)量的加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及先進(jìn)三維電子封裝技術(shù)中的TSV電鍍銅工藝殘余應(yīng)力測(cè)試技術(shù)以及復(fù)合材料增強(qiáng)纖維與基體界面應(yīng)力測(cè)試技術(shù)。
背景技術(shù)：
在一種針對(duì)TSV-Cu在制作過(guò)程中產(chǎn)生的工藝殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試的實(shí)驗(yàn)中，需要得到將電鍍銅柱從TSV通孔中壓出時(shí)的Cu-Si界面上的平均切應(yīng)力和電鍍銅柱-TSV通孔相對(duì)位移之間的關(guān)系曲線，加載時(shí)采用小力值緩慢加載的方法，使界面發(fā)生擴(kuò)散滑移。在實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使界面更容易發(fā)生滑移，需要對(duì)式樣進(jìn)行加熱。圖1為實(shí)驗(yàn)原理示意圖。圖2為TSV轉(zhuǎn)接板的頂面示意圖，圖3為A-A剖面的剖面示意圖，其中6為TSV轉(zhuǎn)接板的硅板，7為電鍍銅柱。試驗(yàn)時(shí)使用的試樣為尺寸長(zhǎng)、寬均為8毫米，厚度為100微米 200微米的TSV轉(zhuǎn)接板，TSV直徑為30微米，一塊TSV轉(zhuǎn)接板上有上百個(gè)TSV通孔，因此，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候保證TSV通孔和夾具的通孔的對(duì)中的問(wèn)題以及使一次裝卡即可滿足對(duì)多個(gè)通孔的應(yīng)力測(cè)量非常困難。同時(shí)，由于式樣的熱膨脹系數(shù)與夾具的熱膨脹系數(shù)相差很大，在加熱式樣的時(shí)候如何保證式樣中的銅柱與夾具上通孔對(duì)中后的相對(duì)位置不發(fā)生改變是一個(gè)很難解決的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一種方便銅柱與夾具的通孔精確對(duì)中并可以對(duì)多個(gè)銅柱進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)保證在加熱式樣的時(shí)候能有效的消除由于式樣和夾具的熱膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生式樣的位置改變和夾具對(duì)式樣造成的額外應(yīng)力的夾具及試樣的夾持、調(diào)整合加熱的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種用于測(cè)量TSV銅柱的壓出應(yīng)力的試樣夾具及用于精確調(diào)整試樣在夾具上的位置的調(diào)整方法、提出了一種方便調(diào)整式樣在夾具上的位置、能滿足式樣的準(zhǔn)確牢固定位同時(shí)可以消除由于式樣和夾具的熱膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生式樣的位置改變和夾具對(duì)式樣造成的額外應(yīng)力的式樣定位方法與加緊方法、提出了一種能準(zhǔn)確控制式樣溫度并對(duì)式樣載臺(tái)進(jìn)行保護(hù)的式樣加熱方法。使用調(diào)整臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)TSV轉(zhuǎn)接板上的多排銅柱分別和夾具上的縫隙對(duì)齊。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將用于加緊的彈簧片抬起，將式樣放在夾具的導(dǎo)軌上，將定位彈簧片卡在式樣上面，將整個(gè)載臺(tái)放在顯微鏡下使用細(xì)牙螺桿對(duì)式樣的位置進(jìn)行調(diào)整與定位，然后放下加緊彈簧對(duì)把式樣加緊，然后將整個(gè)式樣載臺(tái)放在納米壓痕儀上先對(duì)式樣進(jìn)行加熱，使用直流穩(wěn)壓電源對(duì)固定在夾具底面上的聚亞酰胺加熱膜通電，從貼在式樣表面上的熱電偶得到式樣溫度的準(zhǔn)確值，調(diào)整電路中的電流大小直到式樣上的溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)需要的準(zhǔn)確值。使用PAI板實(shí)現(xiàn)夾具座與載臺(tái)座之間的隔熱，阻止熱量通過(guò)載臺(tái)座傳遞到壓痕儀上造成壓痕儀損壞和加熱膜功率的浪費(fèi)，使式樣能盡快達(dá)到需要的溫度。電熱膜與PAI板之間使用石棉墊隔熱，保護(hù)PAI板不致其溫度過(guò)高，在石棉網(wǎng)和PAI板之間使用溫控傳感器，溫控傳感器的設(shè)定溫度低于PAI板材料的玻璃化溫度，當(dāng)溫度達(dá)到溫控傳感器的設(shè)定溫度時(shí)，電路斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PAI板的保護(hù)。當(dāng)式樣加熱到需要的溫度以后，使用圓柱形壓頭壓出銅柱，并得到銅柱壓出時(shí)的載荷位移曲線，從而保證TSV殘余應(yīng)力測(cè)試實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便可行，并保證結(jié)果準(zhǔn)確可信。本發(fā)明包括夾具部分、加熱部分和調(diào)整載臺(tái)部分。其中夾具部分包括夾具座17，夾緊彈黃片11、定位彈黃片16、卸力撥桿12。夾緊彈黃片11和定位彈黃片16固定在夾具座17上，卸力撥桿12的由圓弧面29和平面30組成的部分圓軸插入夾具座17的上的圓弧槽I 36中。其中夾具座17的上半部分是一個(gè)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，凸臺(tái)布置在夾具座17的一側(cè)，凸臺(tái)的頂部加工有軌道平面34，軌道平面34上有沿著垂直于夾具座17底面方向貫穿夾具座17的縫隙33，縫隙33的作用是壓出電鍍銅柱7的時(shí)候保證電鍍銅柱7沿著縫隙下落，不受阻力。軌道平面34的一側(cè)與凸臺(tái)的內(nèi)傾的向下延伸的側(cè)面40相接，另一側(cè)是內(nèi)傾的向上延伸的定位側(cè)面38。在縫隙33兩端，有用于定位的定位標(biāo)識(shí)35其作用是在調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板8在軌道平面34上的位置的時(shí)候用于顯示TSV轉(zhuǎn)接板上面電鍍銅柱7和縫隙33的相對(duì)位置。當(dāng)TSV轉(zhuǎn)接板放在軌道平面34上面調(diào)整位置的時(shí)候，卸力撥桿12向上扭轉(zhuǎn)，抬起夾緊彈簧片11，作用在TSV轉(zhuǎn)接板8上的夾緊力被卸掉，此時(shí)定位彈簧片16產(chǎn)生向上和向外的變形，定位彈簧片16的折邊27對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8產(chǎn)生向下的壓力，定位彈簧片16的豎邊對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8產(chǎn)生向內(nèi)的推力，同時(shí)TSV轉(zhuǎn)接板8的另一邊和定位側(cè)面38接觸，定位側(cè)面38向內(nèi)的傾斜角度可以保證TSV轉(zhuǎn)接板8緊貼在軌道平面34上面，定位彈簧片16對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8產(chǎn)生的向下的壓力和向左的推力都很小，起到對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8進(jìn)行定位的同時(shí)并不影響TSV轉(zhuǎn)接板8貼著定位側(cè)面38和軌道平面34滑動(dòng)。在夾具座17的頂面上加工有部分圓弧槽I 36，圓弧槽I 36的半徑比卸力撥桿12的部分圓弧面29大0.1毫米，當(dāng)卸力撥桿12安裝到圓弧槽I 36中的時(shí)候，卸力撥桿上的圓弧面29結(jié)構(gòu)可以使卸力撥桿12沿圓弧面29軸線的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)卸力撥桿上的平面30和夾具座17的頂面平行的時(shí)候，平面30的高度低于夾具座17的頂面的高度，夾緊彈簧11的折邊23和TSV轉(zhuǎn)接板8接觸，對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8有向下的壓緊力，此時(shí)TSV轉(zhuǎn)接板8被夾緊，不可以調(diào)整位置；當(dāng)卸力撥桿12向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓弧面29從夾具座17的頂面凸出，向上頂起加緊彈簧11，此時(shí)加緊彈簧11的折邊23和TSV轉(zhuǎn)接板8分離，對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8沒(méi)有向下的壓力，此時(shí)TSV轉(zhuǎn)接板8未被固定，可以調(diào)整位置。夾具座17的凸臺(tái)上面，在縫隙33的兩面，沿垂直于縫隙33的方向上加工有部分圓弧槽II 39，載臺(tái)座15上的細(xì)牙螺桿14在部分圓弧槽II 39軸線的位置沿軸線深入到部分圓弧槽II 39中，此時(shí)，細(xì)牙螺桿14的一部分圓弧高于平面34，位于TSV轉(zhuǎn)接板8兩側(cè)的細(xì)牙螺桿14分別頂住TSV轉(zhuǎn)接板8的兩邊，實(shí)現(xiàn)TSV轉(zhuǎn)接板8的定位，當(dāng)需要精確調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板8在夾具上的位置的時(shí)候，先旋轉(zhuǎn)卸力撥桿12將加緊彈簧片11頂起，將一邊的細(xì)牙螺桿14退出一段距離，然后另一邊的細(xì)牙螺桿14推動(dòng)TSV轉(zhuǎn)接板8前進(jìn)一段距離，在顯微鏡下觀察電鍍銅柱7和定位標(biāo)識(shí)35的相對(duì)位置，當(dāng)調(diào)整到位時(shí)，旋轉(zhuǎn)之前退出的細(xì)牙螺桿14使其重新頂住TSV轉(zhuǎn)接8，然后旋轉(zhuǎn)卸力撥桿12使加緊彈簧片11重新夾緊TSV轉(zhuǎn)接板8，完成TSV轉(zhuǎn)接板8位置的調(diào)整和定位。發(fā)明的加熱臺(tái)部分包括加熱座13、電加熱膜21、石棉隔熱墊18、溫控傳感器19。加熱座13的作用是阻止熱量傳播，支撐夾具。加熱座13的上表面設(shè)計(jì)有凹槽I 44，凹槽I 44的底面靠近通孔46的位置設(shè)計(jì)有凹槽I 45，凹槽I 45附近設(shè)計(jì)有通孔42。安裝的時(shí)候，將溫控傳感器19布置在凹槽I 45中，在凹槽I 44的底面上鋪上石棉墊18和電加熱膜21，溫控傳感器19和電加熱膜21的導(dǎo)線通過(guò)通孔42穿出，將溫控傳感器19和電加熱膜21串聯(lián)，與直流穩(wěn)壓電源連接，通過(guò)控制電路中電流的大小來(lái)控制電加熱膜21上的功率的大小，結(jié)合貼在TSV轉(zhuǎn)接板8上面的熱電偶可以精確的監(jiān)控和調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板8的溫度變化。將溫控傳感器19的動(dòng)作溫度設(shè)定低于加熱座13的材料的玻璃化溫度，當(dāng)溫度達(dá)到動(dòng)作溫度的時(shí)候，溫控傳感器19斷開(kāi)，電路斷電，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱座13的保護(hù)。夾具座17的底面可以陷入加熱座13的凹槽I 44中，夾具座17和加熱座13之間緊固在一起，夾具座17的底面和電加熱膜21緊貼在一起，有利于熱量的傳導(dǎo)。發(fā)明的調(diào)整載臺(tái)部分包括載臺(tái)座15、細(xì)牙螺桿14。載臺(tái)座的底座是和納米壓痕儀配合的燕尾槽滑塊47，燕尾槽滑塊47上表面設(shè)計(jì)有兩個(gè)調(diào)整凸臺(tái)48。調(diào)整凸臺(tái)48上面有用于安裝細(xì)牙螺桿14的螺紋通孔50。安裝時(shí)載臺(tái)座15和加熱座13固定在一起。本發(fā)明可以取得如下有益效果:1、本發(fā)明夾具上的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可滿足一次裝卡即可對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板上的所有銅柱的壓出應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，導(dǎo)軌底面上的縫隙可滿足調(diào)整一次TSV轉(zhuǎn)接板的位置即可對(duì)一排銅柱的壓出應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，使銅柱與載臺(tái)通孔的對(duì)中簡(jiǎn)單、精確，大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本。2、本發(fā)明使用定位彈簧片結(jié)構(gòu)，既能滿足TSV轉(zhuǎn)接板左右和上下方向的定位，又可以滿足TSV轉(zhuǎn)接板在平面上滑動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。3、本發(fā)明使用的加緊彈簧片結(jié)構(gòu)，方便TSV轉(zhuǎn)接板的位置的調(diào)整和加緊定位，保證式樣安全、實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠。4、本發(fā)明使用的部分圓柱形狀的卸力撥桿結(jié)構(gòu)方便TSV轉(zhuǎn)接板的加緊和調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作。5、本發(fā)明使用的單邊加緊的加緊方法，有效的消除了在TSV轉(zhuǎn)接板加熱的時(shí)候由于TSV轉(zhuǎn)接板和夾具的材料的熱膨脹系數(shù)的不同而造成的可能的TSV轉(zhuǎn)接板的位置的改變和可能造成TSV轉(zhuǎn)接板產(chǎn)生額外的應(yīng)力。6、本發(fā)明使用的電加熱膜的加熱方法和溫度控制的方法提高了加熱速度和控溫精度，可以有效的保護(hù)試驗(yàn)裝置。7、本發(fā)明使用的隔熱方法，有效的阻止了熱量的散失，節(jié)省能量，提高了加熱速度。8、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝和使用方便，安全可靠。


:圖1為實(shí)驗(yàn)原理示意圖。圖2為實(shí)驗(yàn)使用的TSV轉(zhuǎn)接板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實(shí)驗(yàn)使用的TSV轉(zhuǎn)接板的剖面圖。圖4為TSV轉(zhuǎn)接板安裝到裝置上的示意圖。圖5為夾具座、電加熱膜、石棉墊和溫控傳感器的安裝位置示意圖。圖6為加緊彈簧片結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為定位彈簧片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為卸力撥桿的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為夾具座的示意圖。
圖10為TSV轉(zhuǎn)接板在夾具上加緊與定位的原理示意圖。圖11為加熱座的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為載臺(tái)座的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:I—納米壓痕儀壓頭，2一銅柱,3一基板,4一式樣載臺(tái)，5—載臺(tái)通孔，6一娃板,7—電鍍銅柱，8 — TSV轉(zhuǎn)接板，9一內(nèi)六角沉頭螺釘，10—十字槽平頭螺釘，11 一加緊彈簧片，12 一卸力撥桿，13—加熱座，14 一細(xì)牙螺桿，15—載臺(tái)座，16 一定位彈簧片，17 一夾具座，18一石棉塾，19一溫控傳感器，20一十字頭沉頭螺釘，21—電加熱膜，22一通孔I，23—折邊I，24—定位開(kāi)口 I，25—定位彈簧片邊線法蘭，26—定位開(kāi)口 II，27—折邊II，28—通孔II，29一圓弧面，30一平面，31 一手柄，32一螺紋通孔I，33—縫隙，34一軌道平面，35一定位標(biāo)識(shí)，36—圓弧槽I，37—螺紋孔I，38—定位側(cè)面，39—圓弧槽II，40—側(cè)面，41一通孔III，42—通孔IV，43—通孔V，44一凹槽I，45—凹槽II，46—通孔VI，47—燕尾槽滑塊，48—調(diào)整凸臺(tái)，49一螺紋孔II，50—螺紋通孔II。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:圖1為實(shí)驗(yàn)原理示意圖，實(shí)驗(yàn)時(shí)將試樣載臺(tái)4放在納米壓痕儀的位移臺(tái)上，將銅柱2與納米壓痕儀壓頭I對(duì)中，并保證銅柱2與載臺(tái)上的通孔5對(duì)中，施加圖示方向的力將銅柱從TSV通孔中壓出，并在壓出時(shí)記錄載荷和位移的變化，得到載荷位移的曲線。圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例繪制的TSV轉(zhuǎn)接板8安裝到裝置上面的示意圖，圖中加緊彈簧片11和定位彈簧片16通過(guò)十字槽平頭螺釘10固定在夾具座17上。調(diào)整撥桿12的圓弧面29部分插入到圓弧槽I 36中，此時(shí)調(diào)整撥桿12上面的平面30和夾具座17的頂面平行，加緊彈簧片11未被頂起。定位彈簧片16產(chǎn)生變形，對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8產(chǎn)生垂直于軌道平面34的壓力和平行于軌道平面34垂直于定位側(cè)面38的推力，使TSV轉(zhuǎn)接板8緊靠在軌道平面34和定位側(cè)面38上并可以沿著兩平面滑動(dòng)；加緊彈簧片11產(chǎn)生向上的變形，對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8產(chǎn)生向下的壓力，由于加緊彈簧片11的厚度較厚，對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板產(chǎn)生向下的壓力較大，此時(shí)TSV轉(zhuǎn)接板被夾緊不能調(diào)整位置。圖中加熱座13通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺釘9固定在載臺(tái)座15上面，細(xì)牙螺桿14通過(guò)定位凸臺(tái)48上面的螺紋通孔50固定在載臺(tái)座上面。螺紋通孔50和圓弧槽II 39同軸線，這樣可以保證細(xì)牙螺桿14和圓弧槽II 39同軸線，便于式樣位置的調(diào)整。圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例繪制的夾具座17、電加熱膜21、石棉墊18、溫控傳感器19的安裝位置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中夾具座17和加熱座13通過(guò)十字槽沉頭螺釘20緊固在一起，加熱座13上的凹槽I 45內(nèi)布置有溫控傳感器19，溫控傳感器19靠近通孔46，溫控傳感器的動(dòng)作溫度設(shè)定為低于加熱座13材料的玻璃化溫度，當(dāng)加熱座上面的溫度達(dá)到設(shè)定的動(dòng)作溫度的時(shí)候，溫控傳感器19切斷加熱電路中的電流，保證加熱座13上面的溫度始終低于其材料的玻璃化溫度。因?yàn)橥?6附近的溫度最高，所以把溫控傳感器19布置在這里可以準(zhǔn)確的控制加熱座13上面的最高溫度，保護(hù)裝置。在夾具座17的底面和加熱座13的凹槽I 44的底面之間設(shè)計(jì)有電加熱膜21和石棉墊18，通過(guò)螺釘20的預(yù)緊力被夾緊，其中電加熱膜21緊貼夾具座17的底面，在電加熱膜21和加熱座13之間墊有石棉墊18，石棉墊18為耐高溫材料，其作用是阻止熱量直接從電加熱膜21向加熱座13傳播，起到保護(hù)加熱座的作用。圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例繪制的加緊彈簧片11的結(jié)構(gòu)示意圖，加緊彈簧片11上設(shè)計(jì)有三個(gè)通孔22，通孔22在一條直線上面，在安裝的時(shí)候十字槽平頭螺釘10通過(guò)通孔22將加緊彈簧片11固定在夾具座17上；加緊彈簧片11的一邊設(shè)計(jì)有折邊結(jié)構(gòu)23，折邊結(jié)構(gòu)23在加緊式樣的時(shí)候和式樣的上表面接觸，固定式樣；在加緊彈簧片11帶有折邊23的一側(cè)，設(shè)計(jì)有定位開(kāi)口 24，在調(diào)整式樣位置的時(shí)候，顯微鏡可以通過(guò)定位開(kāi)口 24看到夾具座17上的定位標(biāo)識(shí)35，可以確定TSV轉(zhuǎn)接板8上的電鍍銅柱7和夾具座17上的縫隙33是否對(duì)齊。圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例繪制的定位彈簧片16的結(jié)構(gòu)示意圖，定位彈簧片16上設(shè)計(jì)有三個(gè)通孔28，通孔28在一條直線上面，在安裝的時(shí)候十字槽平頭螺釘10通過(guò)通孔28將定位彈簧片16固定在夾具座17上；在通孔28的對(duì)邊設(shè)計(jì)有定位彈簧片邊線法蘭25，邊線法蘭25的作用是在TSV轉(zhuǎn)接板8安裝到夾具上的時(shí)候?qū)SV轉(zhuǎn)接板產(chǎn)8生平行于導(dǎo)軌平面34的向內(nèi)的推力，使TSV轉(zhuǎn)接板8緊貼在定位側(cè)面38上；在定位彈簧片邊線法蘭25的頂端，設(shè)計(jì)有折邊27，折邊27的作用是對(duì)安裝在夾具上的TSV轉(zhuǎn)接板8產(chǎn)生垂直于導(dǎo)軌平面34的向下的壓力，使TSV轉(zhuǎn)接板8緊貼在導(dǎo)軌平面34上面；在定位彈簧片16上面設(shè)計(jì)有定位開(kāi)口 26，，在調(diào)整式樣位置的時(shí)候，顯微鏡可以通過(guò)定位開(kāi)口 26看到夾具座17上的定位標(biāo)識(shí)35，可以確定TSV轉(zhuǎn)接板8上的電鍍銅柱7和夾具座17上的縫隙33是否對(duì)齊。圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例繪制的卸力撥桿12的結(jié)構(gòu)示意圖，在卸力撥桿12的調(diào)整軸部分，將圓柱體上面加工一個(gè)平面30，就得到了圓弧面29和平面30，在安裝的時(shí)候，將圓弧面29和平面30所包圍的柱體插入到夾具座17上的圓弧槽I 36中，圓弧面29的半徑比圓弧槽I 36的半徑小0.1毫米當(dāng)平面30和夾具座17的上表面平行的時(shí)候，平面30的高度低于夾具座17的上表面，此時(shí)加緊彈簧11未被頂起，TSV轉(zhuǎn)接板被夾緊，當(dāng)旋轉(zhuǎn)卸力撥桿12使平面30和夾具座17的頂面垂直的時(shí)候，圓弧面29有一部分高于夾具座17的頂面，此時(shí)加緊彈簧11被頂起，TSV轉(zhuǎn)接板的夾緊力被卸掉，可以調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板11在夾具上的位置；在卸力撥桿12上設(shè)計(jì)有方便手動(dòng)旋轉(zhuǎn)的手柄31。圖9為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例繪制的夾具座17的結(jié)構(gòu)示意圖，在夾具座17上面設(shè)計(jì)有螺紋通孔32，靠近夾具座四個(gè)角的螺紋通孔32用于夾具座17和加熱座13的緊固，其余的螺紋通孔32用于定位彈簧片16的固定；在夾具座17上面設(shè)計(jì)有螺紋孔37，螺紋孔37用于加緊彈簧片11的固定；在夾具座17上面設(shè)計(jì)有貫穿縫隙33，縫隙33的寬度比TSV轉(zhuǎn)接板8上面的電鍍銅柱7的直徑略寬，在壓出TSV轉(zhuǎn)接板8上面的電鍍銅柱7的時(shí)候，電鍍銅柱7可以沿著縫隙33下落，不會(huì)受到阻力的作用，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠；在夾具座17上面設(shè)計(jì)有導(dǎo)軌平面34，實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，TSV轉(zhuǎn)接板8的底面和導(dǎo)軌平面34接觸，TSV轉(zhuǎn)接板8在調(diào)整位置的時(shí)候可以再導(dǎo)軌平面34上滑動(dòng)；在導(dǎo)軌平面34的兩側(cè)縫隙33兩端的位置，設(shè)計(jì)有用于定位TSV轉(zhuǎn)接板8上面的電鍍銅柱7和縫隙33相對(duì)位置的定位標(biāo)識(shí)35，在調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板8的相對(duì)位置的時(shí)候，將裝置放在顯微鏡下面，當(dāng)電鍍銅柱7和兩個(gè)定位標(biāo)識(shí)35之間的連線重合的時(shí)候，說(shuō)明電鍍銅柱7和縫隙33已經(jīng)實(shí)現(xiàn)精確對(duì)中，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；在夾具座17上面設(shè)計(jì)有圓弧槽I 36，圓弧槽I 36中空部分為圓柱體的一部分，安裝時(shí)圓弧槽I 36和調(diào)整撥桿12配合，可以實(shí)現(xiàn)TSV轉(zhuǎn)接板8的夾緊力的施加和去除；在夾具座17上設(shè)計(jì)有定位側(cè)面38，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，尤其是在加熱式樣的時(shí)候，TSV轉(zhuǎn)接板8的一邊在定位彈簧16的作用下始終和定位側(cè)面38接觸，可以保證TSV轉(zhuǎn)接板8上面的成排的電鍍銅柱7排和縫隙33平行，可以滿足一次定位可對(duì)一排電鍍銅柱7進(jìn)行試驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求；在夾具座17上設(shè)計(jì)有圓弧槽II 39，圓弧槽II 39在縫隙33的兩側(cè)相對(duì)布置，在調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板8的位置的時(shí)候，和圓弧槽II 39同軸線布置的細(xì)牙螺桿14沿著圓弧槽深入，細(xì)牙螺桿14有一部分圓弧高于導(dǎo)軌平面34，高出部分和TSV轉(zhuǎn)接板8接觸，推動(dòng)TSV轉(zhuǎn)接板8移動(dòng)，當(dāng)調(diào)整到位的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)另一側(cè)的細(xì)牙螺桿14，在顯微鏡下觀察細(xì)牙螺桿14和TSV轉(zhuǎn)接板8的接觸情況，當(dāng)剛要接觸的時(shí)候停止，這樣可以實(shí)現(xiàn)TSV轉(zhuǎn)接板在垂直于縫隙33的方向上定位；在夾具座17上設(shè)計(jì)有傾斜的側(cè)面40，側(cè)面40的傾斜設(shè)計(jì)可以保證定位彈簧片16更可靠的定位。圖10為TSV轉(zhuǎn)接板8的定位和加緊的原理圖，在調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板8的位置的時(shí)候，加緊彈簧片11被頂起，加緊彈簧片11的折邊23和TSV轉(zhuǎn)接板8脫離接觸，此時(shí)定位彈簧片16產(chǎn)生變形，折邊27和TSV轉(zhuǎn)接板8的頂面接觸，對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8有向下的壓力，邊線法蘭25和TSV轉(zhuǎn)接板8的左邊接觸，對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板8有向右的推力，TSV轉(zhuǎn)接板8的右邊和定位側(cè)面38接觸，由于定位側(cè)面38的傾斜設(shè)計(jì)，使得TSV轉(zhuǎn)接板8始終緊貼導(dǎo)軌平面34。圖11為加熱座13的結(jié)構(gòu)示意圖，加熱座13上設(shè)計(jì)有通孔42，通孔42主要是用于溫控傳感器19和電加熱膜21的導(dǎo)線的穿出；加熱座13上設(shè)計(jì)有通孔43，安裝時(shí)內(nèi)六角沉頭螺釘9通過(guò)通孔43將加熱座13固定在載臺(tái)座15上；加熱座13上設(shè)計(jì)有凹槽I 44，凹槽I 44主要用于夾具座17的安裝和定位，同時(shí)下凹的節(jié)后設(shè)計(jì)可以阻止夾具座17上的熱量通過(guò)其側(cè)面散失到空氣中，節(jié)省了功率，提高了加熱速度；加熱座13上設(shè)計(jì)有凹槽I 45，凹槽I 45用于布置溫控傳感器19，其位置靠近通孔46，因?yàn)橥?6附近為加熱座12上面最熱的部分，在此布置溫控傳感器19可以有效的控制加熱座13上面的最高溫度；加熱座13上設(shè)計(jì)有通孔46，安裝時(shí)十字槽沉頭螺釘20通過(guò)通孔46將夾具座17固定在加熱座13上并把石棉墊18和電加熱膜21加緊。圖12為載臺(tái)座15的結(jié)構(gòu)示意圖，載臺(tái)座15的底座設(shè)計(jì)為燕尾槽滑塊47，燕尾槽滑塊47和納米壓痕儀上的燕尾槽配合，可以保證本裝置在納米壓痕儀上使用；載臺(tái)座15上設(shè)計(jì)有螺紋孔49，螺紋孔49用于將加熱座13固定在載臺(tái)座13上；載臺(tái)座15上設(shè)計(jì)有調(diào)整凸臺(tái)48，調(diào)整凸臺(tái)48上面設(shè)計(jì)有螺紋通孔50，螺紋通孔50用于固定細(xì)牙螺桿14。
權(quán)利要求
1.一種用于TSV填充銅殘余應(yīng)力測(cè)量的加熱裝置，包括夾具部分、加熱部分和調(diào)整載臺(tái)部分；其特征在于: 所述夾具部分包括夾具座(17)，夾緊彈黃片(11 )、定位彈黃片(16)、卸力撥桿(12);夾緊彈簧片(11)和定位彈簧片(16)固定在夾具座(17)上，卸力撥桿(12)的由圓弧面(29)和平面(30)組成的部分圓軸插入夾具座(17)的上的圓弧槽I (36)中；其中夾具座(17)的上半部分是一個(gè)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，凸臺(tái)布置在夾具座(17)的一側(cè)，凸臺(tái)的頂部加工有軌道平面(34)，軌道平面(34)上有沿著垂直于夾具座(17)底面方向貫穿夾具座(17)的縫隙(33)，縫隙(33)的作用是壓出電鍍銅柱(7)的時(shí)候保證電鍍銅柱(7)沿著縫隙下落，不受阻力；軌道平面(34)的一側(cè)與凸臺(tái)的內(nèi)傾的向下延伸的側(cè)面(40 )相接，另一側(cè)是內(nèi)傾的向上延伸的定位側(cè)面(38 );在縫隙(33 )兩端，有用于定位的定位標(biāo)識(shí)(35 )其作用是在調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板(8)在軌道平面(34)上的位置的時(shí)候用于顯示TSV轉(zhuǎn)接板上面電鍍銅柱(7)和縫隙(33)的相對(duì)位置；當(dāng)TSV轉(zhuǎn)接板放在軌道平面(34)上面調(diào)整位置的時(shí)候，卸力撥桿(12)向上扭轉(zhuǎn)，抬起夾緊彈簧片(11)，作用在TSV轉(zhuǎn)接板(8)上的夾緊力被卸掉，此時(shí)定位彈簧片(16)產(chǎn)生向上和向外的變形，定位彈簧片(16)的折邊(27)對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板(8)產(chǎn)生向下的壓力，定位彈簧片(16)的豎邊對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板(8)產(chǎn)生推力，同時(shí)TSV轉(zhuǎn)接板(8)的另一邊和定位側(cè)面(38)接觸，定位側(cè)面(38)向內(nèi)的傾斜角度保證TSV轉(zhuǎn)接板(8)緊貼在軌道平面(34)上面，定位彈簧片(16)對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板(8)進(jìn)行定位的同時(shí)并不影響TSV轉(zhuǎn)接板(8)貼著定位側(cè)面(38)和軌道平面(34)滑動(dòng)；在夾具座(17)的頂面上加工有部分圓弧槽I (36)，圓弧槽I (36)的半徑比卸力撥桿(12)的部分圓弧面(29)大，當(dāng)卸力撥桿(12)安裝到圓弧槽I(36)中的時(shí)候，卸力撥桿上的圓弧面(29)結(jié)構(gòu)可以使卸力撥桿(12)沿圓弧面(29)軸線的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)卸力撥桿上的平面(30)和夾具座(17)的頂面平行的時(shí)候，平面(30)的高度低于夾具座(17 )的頂面的高度，夾緊彈簧(11)的折邊(23 )和TSV轉(zhuǎn)接板(8 )接觸，對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板(8)有向下的壓緊力，此時(shí)TSV轉(zhuǎn)接板(8)被夾緊，不可以調(diào)整位置；當(dāng)卸力撥桿(12)向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓弧面(29)從夾具座(17)的頂面凸出，向上頂起加緊彈簧(11)，此時(shí)加緊彈簧(11)的折邊(23 )和TSV轉(zhuǎn) 接板(8 )分離，對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板(8 )沒(méi)有向下的壓力，此時(shí)TSV轉(zhuǎn)接板(8)未被固定，可以調(diào)整位置；夾具座(17)的凸臺(tái)上面，在縫隙(33)的兩面，沿垂直于縫隙(33)的方向上加工有部分圓弧槽II (39)，載臺(tái)座(15)上的細(xì)牙螺桿(14)在部分圓弧槽II (39)軸線的位置沿軸線深入到部分圓弧槽II (39)中，此時(shí)，細(xì)牙螺桿(14)的一部分圓弧高于平面(34)，位于TSV轉(zhuǎn)接板(8)兩側(cè)的細(xì)牙螺桿(14)分別頂住TSV轉(zhuǎn)接板(8)的兩邊，實(shí)現(xiàn)TSV轉(zhuǎn)接板(8)的定位，當(dāng)需要精確調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板(8)在夾具上的位置的時(shí)候，先旋轉(zhuǎn)卸力撥桿(12)將加緊彈簧片(11)頂起，將一邊的細(xì)牙螺桿(14)退出一段距離，然后另一邊的細(xì)牙螺桿(14)推動(dòng)TSV轉(zhuǎn)接板(8)前進(jìn)一段距離，在顯微鏡下觀察電鍍銅柱(7)和定位標(biāo)識(shí)(35)的相對(duì)位置，當(dāng)調(diào)整到位時(shí)，旋轉(zhuǎn)之前退出的細(xì)牙螺桿(14)使其重新頂住TSV轉(zhuǎn)接(8 )，然后旋轉(zhuǎn)卸力撥桿(12 )使加緊彈簧片(11)重新夾緊TSV轉(zhuǎn)接板(8 )，完成TSV轉(zhuǎn)接板(8)位置的調(diào)整和定位； 所述加熱臺(tái)部分包括加熱座(13)、電加熱膜(21)、石棉隔熱墊(18)、溫控傳感器(19)；加熱座(13)的作用是阻止熱量傳播，支撐夾具；加熱座(13)的上表面設(shè)計(jì)有凹槽I (44)，凹槽I (44)的底面靠近通孔(46)的位置設(shè)計(jì)有凹槽I (45)，凹槽I (45)附近設(shè)計(jì)有通孔(42);溫控傳感器(19)布置在凹槽I (45)中，在凹槽I (44)的底面上鋪上石棉墊(18)和電加熱膜(21)，溫控傳感器(19)和電加熱膜(21)的導(dǎo)線通過(guò)通孔(42)穿出，將溫控傳感器(19)和電加熱膜(21)串聯(lián)，與直流穩(wěn)壓電源連接，通過(guò)控制電路中電流的大小來(lái)控制電加熱膜(21)上的功率的大小，結(jié)合貼在TSV轉(zhuǎn)接板(8)上面的熱電偶監(jiān)控和調(diào)整TSV轉(zhuǎn)接板(8)的溫度變化；將溫控傳感器(19)的動(dòng)作溫度設(shè)定低于加熱座(13)的材料的玻璃化溫度，當(dāng)溫度達(dá)到動(dòng)作溫度的時(shí)候，溫控傳感器(19)斷開(kāi)，電路斷電，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱座(13)的保護(hù)；夾具座(17)的底面可以陷入加熱座(13)的凹槽I (44)中，夾具座(17)和加熱座(13)之間緊固在一起，夾具座(17)的底面和電加熱膜(21)緊貼在一起，有利于熱量的傳導(dǎo)； 所述調(diào)整載臺(tái)部分包括載臺(tái)座(15)、細(xì)牙螺桿(14);載臺(tái)座的底座是和納米壓痕儀配合的燕尾槽滑塊(47)，燕尾槽滑塊(47)上表面設(shè)計(jì)有兩個(gè)調(diào)整凸臺(tái)(48);調(diào)整凸臺(tái)(48)上面有用于安裝細(xì)牙螺桿(14)的螺紋通孔(50);安裝時(shí)載臺(tái)座(15)和加熱座(13)固定在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于TSV填充銅殘余應(yīng)力測(cè)量的加熱裝置，其特征在于:圓弧槽I (36)的半徑比卸力撥桿( 12)的部分圓弧面(29)大0.1毫米。
全文摘要
一種用于TSV填充銅殘余應(yīng)力測(cè)量的加熱裝置，屬于封裝設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括夾具部分、加熱部分和調(diào)整載臺(tái)部分。本發(fā)明夾具上的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可滿足一次裝卡即可對(duì)TSV轉(zhuǎn)接板上的所有銅柱的壓出應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，導(dǎo)軌底面上的縫隙可滿足調(diào)整一次TSV轉(zhuǎn)接板的位置即可對(duì)一排銅柱的壓出應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，使銅柱與載臺(tái)通孔的對(duì)中簡(jiǎn)單、精確，大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，使用定位彈簧片結(jié)構(gòu)，既能滿足TSV轉(zhuǎn)接板左右和上下方向的定位，又可以滿足TSV轉(zhuǎn)接板在平面上滑動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。本發(fā)明可以對(duì)試樣進(jìn)行加熱，加熱部分可精確控制試樣溫度，夾具上的加緊彈簧片和定位彈簧片可以有效的消除試樣加熱時(shí)由于試樣和夾具材料熱膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生的額外應(yīng)力。
文檔編號(hào)G01L1/00GK103090999SQ201310010900
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者秦飛, 黃傳實(shí), 武偉, 安彤, 劉程艷 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)