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专利名称：一种用于测量tsv电镀铜残余应力的试样夹持与定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及先进三维电子封装技术中的TSV电镀铜工艺残余应力测试技术以及复合材料增强纤维与基体界面应力测试技术。
背景技术：
在一种针对TSV-Cu在制作过程中产生的工艺残余应力进行测试的实验中，需要得到将电镀铜柱从TSV通孔中压出时的Cu-Si界面上的平均切应力和铜柱-TSV通孔相对位移之间的关系曲线，图I为实验原理示意图。图2为TSV转接板的顶面示意图，图3为A-A剖面的剖面示意图，其中6为TSV转接板的硅板，7为电镀铜柱。试验时使用的试样为尺寸长、宽均为8毫米，厚度为100微米 200微米的TSV转接板，TSV直径为30微米，一块TSV转接板上有上百个TSV通孔，因此，在进行实验的时候保证TSV通孔与载台通孔的对中的问题以及使一次装卡即可满足对多个通孔的应力测量非常困难。为解决上述问题，需要设计一种方便铜柱与载台精确对中并能满足对多个铜柱进行试验的载台及试样装卡的方法。

发明内容
本发明提出一种用于测量TSV铜柱的压出应力的试样夹具及用于精确调整试样在夹具上的位置的调整台，使用调整台可以实现TSV转接板上的多排电镀铜柱分别和夹具上的缝隙对齐。实验时先将装卡上试样的夹具放在调整台上在显微镜下调整电镀铜柱的位置，然后取下夹具放在纳米压痕仪上使用圆柱形压头压出铜柱，并得到电镀铜柱压出时的载荷位移曲线，从而保证TSV残余应力测试实验简便可行，并保证结果准确可信。本发明采用如下技术方案一种用于测量TSV电镀铜残余应力的TSV转接板8夹持与定位装置，其特征在于其由夹具和调整台两部分组成；其中夹具部分包括夹具底座10和弹簧片9，其中夹具底座10上面有深度和簧片9厚度相同的定位簧片的凹槽23，簧片9用于在安装时卡入定位簧片的凹槽23中固定TSV转接板8，簧片9将TSV转接板8进行定位，夹具底座10上有螺纹孔21，夹具底座10和簧片9通过螺钉Ill固定；夹具底座10为圆柱形，可以放在纳米压痕仪的载台上进行实验，夹具底座10上有沿半径方向贯穿的方形的用于TSV转接板8滑动的导轨22，凹槽23位于导轨22两侧；实验时TSV转接板8TSV转接板8可以沿导轨22滑动，TSV转接板8由在硅板6上阵列布置电镀铜柱7组成，导轨22的底面上沿着导轨22宽度方向设置有宽度比电镀铜柱7尺寸大的缝隙25，缝隙25的长度和导轨22的宽度相同，缝隙25沿夹具底座10的轴向方向贯穿夹具底座10 ;在导轨22的一端有一段用于装卡TSV转接板8的坡道，在装卡TSV转接板8的时候将TSV转接板8从这段坡道插入导轨22，TSV转接板8高度沿着坡道上升并顶起固定在夹具底座10上的簧片9，簧片9上有沿着导轨两侧面向下的用于压紧TSV转接板8的条形凸台20，条形凸台20对TSV转接板8有向下的压力，将TSV转接板8压在导轨22上，实现对TSV转接板8的固定。在所述的坡道上有一个矩形凹槽26，在精确调整TSV转接板8位置时，调整台上的调整臂14的接触头33可以沿矩形凹槽26移动，并且推动TSV转接板8在导轨22上缓慢移动。在导轨22的两侧分别有和导轨22底面上的缝隙25同样宽度并且和导轨22底面上的缝隙25在同一直线上的定位标识28，在实验时可以使TSV转接板8上的一排电镀铜柱7通过导轨22两侧的定位标识28对准导轨22底面上的缝隙25，这样在铜柱7压出时铜柱7可以通过缝隙25落下。夹具底座10的底面上有沿半径方向的贯穿底座的条形凹槽27，在夹具放在夹具座13上的时候，夹具座上的定位条30可以卡在夹具底座上的条形凹槽内27内，从而保证夹具上导轨22的方向和位移台上的台面16移动的方向在同一直线上，便于TSV转接板8在夹具上位置的调整。调整台部分包括位移台、夹具座13、调整臂14 ;夹具座13和调整臂14都是通过螺钉II12和位移台固定，夹具座13上面有半径和夹具底座10半径相同的用于放置夹具底座10的圆孔31，圆孔31底部有宽度和条形凹槽27宽度相同的定位条30，定位条30在夹具放在夹具座13上的时候刚好可以卡在夹具底面上的凹槽27内，这样既能保证夹具上导轨22的方向，又能保证夹具不会从夹具座13底面与夹具的底座重合。调整臂14通过螺钉1112固定在位移台的台面16上，位移台台面沿着平行于夹具上导轨22的方向移动，随位移台的 台面16—起移动，调整臂14的另一端是长方形的结构，在调整TSV转接板8在夹具上面的位置时，这段长方形的结构有一部分在沿夹具底座10的凹槽26移动，推动TSV转接板8运动。本发明可以取得如下有益效果I、本发明夹具上的导轨结构可满足一次装卡即可对TSV转接板上的所有铜柱的压出应力进行测量，导轨底面上的缝隙可满足调整一次TSV转接板的位置即可对一排铜柱的压出应力进行测量，使铜柱与载台通孔的对中简单、精确，大大简化了实验的过程，节省实验成本。2、本发明使用簧片结构，既能满足TSV转接板的定位固定，又可以满足TSV转接板在导轨上滑动定位，结构简单，使用方便。3、本发明夹具和调整台结构简单，安装方便，使用可靠。


图I为实验原理示意图。图2为实验使用的TSV试样的结构示意图。图3为实验使用的TSV式样的剖面图。图4为夹具安装到调整台上的结构示意图。图5为簧片的结构示意图。图6为夹具底座的结构示意图。图7为黃片和夹具底座安装在一起的立体图。图8为TSV转接板安装到夹具上之后的示意图。图9为夹具座的示意图。图10为调整臂的示意图。图11为夹具座和调整臂安装到位移台上的示意图。图中I—纳米压痕仪压头，2一铜柱,3一基板,4一式样载台，5—载台通孔，6一娃板,7—电镀铜柱，8 — TSV转接板，9一簧片，10—夹具底座，11一螺钉I，12—螺钉II，13—夹具座，14一调整臂，15一位移台底座，16一位移台台面，17一调整旋钮，18一连接通孔I，19一方形通孔，20一条形凸台，21 一螺纹孔,22一导轨,23一定位簧片的凹槽，24一方形凸台，25一缝隙，26一方形凹槽，27一条形凹槽28—定位标识，29一连接通孔II，30一定位条，31 一圆孔，32—连接通孔III，33—接触头
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细说明图I为实验原理示意图，实验时将试样载台4放在纳米压痕仪的位移台上，将铜柱2与纳米压痕仪压头I对中，并保证铜柱2与载台上的通孔5对中，施加图示方向的力将铜柱从TSV通孔中压出，并在压出时记录载荷和位移的变化，得到载荷位移的曲线。如图4所示为夹具安装到调整台上的结构示意图。 图5为根据本发明实施例绘制的簧片的结构图，在簧片安装在夹具底座上的时候，方形通孔19和夹具底座上的方形凸台24配合，可以实现簧片的精确定位。条形凸台20沿着导轨22的边缘向下延伸，在TSV转接板8装卡在底座上时，簧片9向上翘起，条形凸台20和TSV转接板8接触，对TSV转接板8产生向下的压力，固定TSV转接板8。图6为夹具底座的结构不意图，黃片9安装时，黃片刚好卡在凹槽23内，起到固定和精确定位簧片9的作用。TSV转接板8装卡到夹具上之后，可以沿导轨22方向滑动，在导轨22的一侧，有一段斜坡，在装卡TSV转接板8的时候，TSV转接板8沿着斜坡上升顶起簧片9，斜坡的设计便于TSV转接板8的装卡。在簧片安装到底座上之后，方形凸台24和簧片9上的方形通孔19配合，同样起到固定和精确定位簧片9位置的作用。在方形凸台24上加工有定位标识28，该标识和导轨22底面上的缝隙25的宽度相同，并且在TSV转接板8沿导轨22滑动的方向上和导轨22底面上的缝隙25重合，在调整TSV转接板8在夹具上的位置的时候，将夹具安装在调整台上，使用显微镜观察电镀铜柱7和定位标识28的相对位置，当电镀铜柱7和两个定位标识28的连线重合的时候，电镀铜柱7压出时就能沿着导轨22底面上的缝隙25下落。缝隙25的宽度比试样上电镀铜柱7的直径略宽，实验时，使试样上的电镀铜柱7与缝隙25对齐，电镀铜柱7在压出时可以沿着该缝隙25下落。导轨上带斜坡一侧有方形凹槽26，因为实验时TSV转接板8的厚度只有O. 2mm左右，为了保证在调整TSV转接板8的位置时调整臂14与TSV转接板8的边缘良好的接触而不会造成其损坏，调整臂14的底面应该比导轨22的底面略低，该方形凹槽26可以满足这一条件，在调整TSV转接板8位置的时候，调整臂14的接触头33可以沿该方形凹槽26移动。在夹具底座底面上有条形凹槽27，在夹具安装在调整台上调整TSV转接板8的位置的时候，该条形凹槽27和夹具座上的定位条30配合，使夹具上导轨22的方向和调整台上调整臂14的移动的方向重合，同时保证夹具在竖直方向的位置不变，方便快速定位。图7为夹具的结构不意图，图中黃片9通过螺钉Ill固定到夹具底座10上。图8为装卡上TSV转接板8的夹具的结构示意图，图中簧片9产生向上的变形，对TSV转接板8产生向下的压力。图9为夹具座的结构示意图，圆形通孔31的半径比夹具底座10的半径略大
O.05-0. Imm0安装时螺钉1112通过通孔1129将夹具座13固定在精密位移台的基座15上。定位条30的宽度和高度和夹具底座10上的条形凹槽27的尺寸相同，在调整TSV转接板8的时候，将夹具从圆形通孔31放入夹具座13，使定位条30卡入夹具底座上的条形凹槽27中，即可保证夹具的定位。图10为调整臂的结构示意图，图中调整臂与试样接触的接触头33的宽度比凹槽26的尺寸略窄。安装时螺钉12通过圆形通孔1129将调整臂14固定在精密位移的台面16 上。
权利要求
1.一种用于测量TSV电镀铜残余应力的试样夹持与定位装置，其特征在于其由夹具和调整台两部分组成； 其中夹具部分包括夹具底座(10)和弹簧片(9)，其中夹具底座(10)上面有深度和簧片(9)厚度相同的定位簧片的凹槽(23)，簧片(9)用于在安装时卡入定位簧片的凹槽(23)中固定TSV转接板(8)，簧片(9)将TSV转接板(8)进行定位，夹具底座(10)和簧片(9)固定；夹具底座(10)为圆柱形，夹具底座(10)上有沿半径方向贯穿的方形的用于TSV转接板(8)滑动的导轨(22)，凹槽(23)位于导轨(22)两侧；TSV转接板(8)由在硅板(6)上阵列布置电镀铜柱(7)组成；导轨(22)的底面上沿着导轨(22)宽度方向设置有宽度比TSV铜柱(7)尺寸大的用于TSV铜柱(7)落下的缝隙(25)，缝隙(25)的长度和导轨(22)的宽度相同，缝隙(25)沿夹具底座(10)的轴向方向贯穿夹具底座(10);在导轨(22)的一端有一段用于装卡TSV转接板(8 )的坡道，在装卡TSV转接板(8 )的时候将TSV转接板(8 )从这段坡道插入导轨(22)，TSV转接板(8)高度沿着坡道上升并顶起固定在夹具底座(10)上的簧片(9)，簧片(9)上有沿着导轨两侧面向下的用于压紧TSV转接板(8)的条形凸台(20);在所述的坡道上有一个矩形凹槽(26);夹具底座(10)的底面上有沿半径方向的贯穿底座的条形凹槽(27)； 调整台部分包括位移台、夹具座(13)、调整臂(14);夹具座(13)和调整臂(14)均和位移台固定，夹具座(13 )上面有半径和夹具底座(10 )半径相同的用于放置夹具底座(10 )的圆孔(31)，圆孔(31)底部有宽度和条形凹槽(27)宽度相同的定位条(30)，定位条(30)在夹具放在夹具座(13)上的时候刚好可以卡在夹具底面上的条形凹槽(27)内；调整臂(14)固定在位移台的台面(16)上，位移台台面沿着平行于夹具上导轨(22)的方向移动，随位移台的台面(16)—起移动，调整臂(14)的另一端是长方形的结构，在调整TSV转接板(8)在夹具上面的位置时，这段长方形的结构有一部分在沿夹具底座(10)的凹槽(26)移动，推动TSV转接板(8)运动。
2.根据权利要求I所述的一种用于测量TSV电镀铜残余应力的试样夹持与定位装置，其特征在于在导轨(22)的两侧分别有和导轨(22)底面上的缝隙(25)同样宽度并且和导轨(22)底面上的缝隙(25)在同一直线上的定位标识(28)。
3.根据权利要求I所述的一种用于测量TSV电镀铜残余应力的试样夹持与定位装置，其特征在于夹具底座(10)上有螺纹孔(21)，夹具底座(10)和簧片(9)通过螺钉I (11)固定。
4.根据权利要求I所述的一种用于测量TSV电镀铜残余应力的试样夹持与定位装置，其特征在于夹具座(13)和调整臂(14)都是通过螺钉II (12)和位移台固定。
5.根据权利要求4所述的一种用于测量TSV电镀铜残余应力的试样夹持与定位装置，其特征在于调整臂(14)通过螺钉IIl (2)固定在位移台的台面(16)上。
全文摘要
一种用于测量TSV电镀铜残余应力的试样夹持与定位装置，属于三维电子封装测试领域。其包括簧片、夹具底座、精密位移台、夹具座、调整臂、螺钉，其中夹具底座上有导轨，导轨底面上有长方形缝隙，实验时试样可沿导轨滑动，试样上的每排铜柱可分别与缝隙对齐，进行实验。簧片通过螺钉固定在夹具底座上，实验时簧片对试样施加向下的压力，固定试样。夹具座和调整臂通过螺栓固定在精密位移台上，夹具座上有圆形通孔和定位条，同于在调整试样位置的时候定位夹具。本发明结构简单、易于操作、并能实现试样在微米尺度上的精确定位。
文档编号G01L1/00GK102944336SQ20121046003
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者秦飞, 黄传实, 武伟, 安彤, 刘程艳 申请人:北京工业大学