【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料性能测试，具体涉及一种用于表征硅片室温断裂强度的装置及应用。
技术介绍
1、室温下断裂强度是脆性材料机械性能的重要指标之一，硅作为常见的室温脆性材料广泛运用于集成电路和可穿戴电子封装的制造中，出于降低制备成本的考虑，硅单晶的尺寸逐渐变大、厚度逐渐变薄，这直接影响了硅片的断裂强度，同时也对硅晶圆片良率和可靠性带来了很大的挑战。鉴于掺杂对于硅片的机械强度(如：室温硬度、硅片翘曲以及抑制位错滑移等(chen j,yang d,ma x,et al.influence of germanium doping on themechanical strength of czochralski silicon wafers[j].journal of appliedphysics,2008,103(12):123521.))有较为显著的影响，因此研究掺杂对于硅片断裂强度的影响不仅有理论上的意义也对实际集成电路等制造中控制硅片成品率有重要的意义。
2、脆性材料断裂强度的表征方法主要分为单轴应力测试(三点弯曲加载、四点弯曲加载)和双轴应力测试方法(球对环、环对环和平对环加载)，而对于硅片的断裂强度测试通常使用的是单轴应力三点弯曲测试和双轴应力球对环加载。单轴应力的测试结果会很大程度上受到边缘切割缺陷的影响导致结果偏小，而硅片的边缘缺陷一方面不可避免，另一方面不同硅片的边缘缺陷又具有随机性且不具有统一特征，因此边缘缺陷会导致硅片断裂强度值的分散性加大，造成不同样品互相对比的不便。双轴应力球对环加载对于边缘缺陷不敏感，球
3、目前针对掺杂对于硅片断裂强度影响的研究报道很少，一方面，由于此类测量一般运用光刻法(komai k,minoshima k,inoue s.fracture and fatigue behavior ofsingle crystal silicon microelements and nanoscopic afm damage evaluation[j].microsystem technologies,1998,5(1):30–37.)制备样品，制备成本高，因此测试样品数量较少。然而断裂强度值分布具有离散型，在测试时就必须要求一定的样本容量来保证结果的稳定性。另一方面，常见的用于硅片断裂强度的球对环测试仪器往往结构复杂，存在操作困难，测试成本高的问题；而且该类仪器缺少防护组件，脆性材料断裂飞溅，造成收集断裂碎片困难，不利于断裂碎片的分析。
技术实现思路
1、针对目前研究掺杂对于硅片室温断裂强度影响测试方法的局限性，本专利技术的目的是提供一种能够准确分析硅片断裂强度，且操作和搭建简单、易于收集分析断裂碎片，制造成本低的测试仪器。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种用于表征硅片室温断裂强度的装置，包括加载组件、传动组件以及测试组件，所述加载组件包括用于放置硅片的加载台、用于对硅片施压的加载杆和套设于加载杆外围的透明防护罩，所述加载台端面上设有凹槽，凹槽中心具有圆形通孔且通孔顶沿设置环形结构的加载环；所述加载杆末端焊接有加载球，加载球与加载环对应设置，且加载杆、加载球和加载环中心处于同一轴线上；所述防护罩与加载台适配，工作时罩住加载台；所述传动组件包括竖直设置的重型双轨滑台模组和运动控制器，所述加载台固定安装在重型双轨滑台模组的滑块上，运动控制器驱动滑块沿竖直方向移动；所述测试组件包括与加载杆连接的力学传感器模块。
4、本专利技术依据球对环测试原理，提供了一种结构简单、易于操作的检测装置，在结构上分为传动部分、加载部分和力学测量部分。具体的，传动部分包括重型双轨滑台模组、运动控制器，所述重型双轨滑台模组包括平行布置的双轨道和螺杆，以及穿设于双轨道、螺杆上的滑块，螺杆上的外螺纹与滑块上的内螺纹配合，转动螺杆实现滑块沿轨道移动；所述螺杆的转动由运动控制器驱动。加载部分包括加载台、加载球、加载杆，所述加载台用于放置待测试硅片，固定安装于重型双轨滑台模组滑块上，随着滑块沿竖直方向移动；加载杆固定安装于加载台正上方，加载杆末端焊接加载球，加载球中心与加载台中心处在同一竖直线上，随着加载台的上升，加载球会接触放置在加载环上的待测试硅片，通过加载台相对于加载球的相对静止运动对硅片加压，实现球对环加载。力学测量部分包括力学传感器模块，该模块与加载杆连接，检测测试硅片受到的压力，记录并输出压力值。
5、优选的，本专利技术装置还包括垂直于地面的固定支架，所述重型双轨滑台模组固定安装于固定支架上，所述固定支架上设置具有悬臂结构的悬臂支架，所述加载杆通过力学传感器模块固定连接在悬臂支架的自由端上。
6、所述加载杆末端中心焊接加载球，另一端适配力学传感器的螺纹孔，与力学传感器固定。
7、为了避免测试过程中硅片断裂飞溅，本专利技术在加载部分设置透明防护罩，测试时盖住加载台，使得碎片集中掉落在加载台区域范围内。
8、优选的，所述透明防护罩顶部具有供加载杆穿过的通孔，防护罩通过细绳悬挂在悬臂支架自由端，随着加载台的上升自动盖住加载台。当测试硅片接触加载球进行加载测试时，防护罩盖住加载台；不加载时，防护罩处于悬挂状态，这种状态方便放置测试硅片以及调整硅片中心位置的操作，也方便压载完进行碎片收集。
9、所述防护罩材质可以但不限于采用硬质塑料。
10、优选的，所述重型双轨滑台模组连接dm860h驱动器和cm35d系列控制器。运动控制器控制滑块的上升与下降以调整加载台的位置。
11、优选的，所述传动组件还包括加载支架，所述加载支架包括两个相互垂直的平面，其中一垂直面与重型双轨滑台模组滑块固定连接，另一垂直面与加载台固定连接，两垂直面之间设置三角形固定支架。
12、所述加载支架材质可以但不限于采用不锈钢。具体的，加载支架有互相垂直的两面，三角形支撑稳定结构，一面预留固定螺孔与滑块螺孔对应，一面预留螺孔与加载台对应。
13、本专利技术测试时，待测试硅片放置于加载台凹槽结构内的加载环上，硅片的几何中心与加载环的中心重合。随着加载台的上升，加载球与硅片的几何中心接触。
14、优选的，所述加载环的截面呈圆弧形，表面光滑处理；加载环的高度低于凹槽高度。
15、优选的，所述加载台一体成型，材质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，包括加载组件、传动组件以及测试组件，所述加载组件包括用于放置硅片的加载台、用于对硅片施压的加载杆和套设于加载杆外围的透明防护罩，所述加载台端面上设有凹槽，凹槽中心具有圆形通孔且通孔顶沿设置环形结构的加载环；所述加载杆末端焊接有加载球，加载球与加载环对应设置，且加载杆、加载球和加载环中心处于同一轴线上；所述防护罩与加载台适配，工作时罩住加载台；所述传动组件包括竖直设置的重型双轨滑台模组和运动控制器，所述加载台固定安装在重型双轨滑台模组的滑块上，运动控制器驱动滑块沿竖直方向移动；所述测试组件包括与加载杆连接的力学传感器模块。
2.如权利要求1所述的用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，还包括垂直于地面的固定支架，所述重型双轨滑台模组固定安装于固定支架上，所述固定支架上设置具有悬臂结构的悬臂支架，所述加载杆通过力学传感器模块固定连接在悬臂支架的自由端上。
3.如权利要求2所述的用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，所述透明防护罩顶部具有供加载杆穿过的通孔，防护罩通过细绳悬挂在悬臂支架自由端，随着加载
4.如权利要求1所述的用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，所述重型双轨滑台模组连接DM860H驱动器和CM35D系列控制器。
5.如权利要求1所述的用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，所述传动组件还包括加载支架，所述加载支架包括两个相互垂直的平面，其中一垂直面与重型双轨滑台模组滑块固定连接，另一垂直面与加载台固定连接，两垂直面之间设置三角形固定支架。
6.如权利要求1所述的用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，所述加载杆和加载球材质为钨钢。
7.如权利要求1所述的用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，所述加载环的截面呈圆弧形，表面光滑处理；加载环的高度低于凹槽高度。
8.如权利要求1或7所述的用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，所述加载台一体成型，材质为不锈钢。
9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的装置测试硅片断裂强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，待测硅片的几何中心与加载环的中心重合，加载台的运动速度控制在0.1-0.5mm/min。
...【技术特征摘要】
1.一种用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，包括加载组件、传动组件以及测试组件，所述加载组件包括用于放置硅片的加载台、用于对硅片施压的加载杆和套设于加载杆外围的透明防护罩，所述加载台端面上设有凹槽，凹槽中心具有圆形通孔且通孔顶沿设置环形结构的加载环；所述加载杆末端焊接有加载球，加载球与加载环对应设置，且加载杆、加载球和加载环中心处于同一轴线上；所述防护罩与加载台适配，工作时罩住加载台；所述传动组件包括竖直设置的重型双轨滑台模组和运动控制器，所述加载台固定安装在重型双轨滑台模组的滑块上，运动控制器驱动滑块沿竖直方向移动；所述测试组件包括与加载杆连接的力学传感器模块。
2.如权利要求1所述的用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，还包括垂直于地面的固定支架，所述重型双轨滑台模组固定安装于固定支架上，所述固定支架上设置具有悬臂结构的悬臂支架，所述加载杆通过力学传感器模块固定连接在悬臂支架的自由端上。
3.如权利要求2所述的用于表征硅片室温断裂强度的装置，其特征在于，所述透明防护罩顶部具有供加载杆穿过的通孔，防护罩通过细绳悬挂在悬臂支架自由端，随着加载台的上升自动盖住加载台。
...【专利技术属性】
技术研发人员：马向阳，陈昊，吴德凡，聂群霖，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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