一种用于TSV填充铜残余应力测量的加热装置，属于封装设备技术领域，包括夹具部分、加热部分和调整载台部分。本发明专利技术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，使用定位弹簧片结构，既能满足TSV转接板左右和上下方向的定位，又可以满足TSV转接板在平面上滑动，结构简单，使用方便。本发明专利技术可以对试样进行加热，加热部分可精确控制试样温度，夹具上的加紧弹簧片和定位弹簧片可以有效的消除试样加热时由于试样和夹具材料热膨胀系数的不同而产生的额外应力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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电镀铜柱-TSV通孔相对位移之间的关系曲线，加载时采用小力值缓慢加载的方法，使界面发生扩散滑移。在实验时为了使界面更容易发生滑移，需要对式样进行加热。图1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通孔和夹具的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。同时，由于式样的热膨胀系数与夹具的热膨胀系数相差很大，在加热式样的时候如何保证式样中的铜柱与夹具上通孔对中后的相对位置不发生改变是一个很难解决的问题。为解决上述问题，需要设计一种方便铜柱与夹具的通孔精确对中并可以对多个铜柱进行试验，同时保证在加热式样的时候能有效的消除由于式样和夹具的热膨胀系数的不同而产生式样的位置改变和夹具对式样造成的额外应力的夹具及试样的夹持、调整合加热的方法。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于测量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方法、提出了一种方便调整式样在夹具上的位置、能满足式样的准确牢固定位同时可以消除由于式样和夹具的热膨胀系数的不同而产生式样的位置改变和夹具对式样造成的额外应力的式样定位方法与加紧方法、提出了一种能准确控制式样温度并对式样载台进行保护的式样加热方法。使用调整台可以实现TSV转接板上的多排铜柱分别和夹具上的缝隙对齐。实验时先将用于加紧的弹簧片抬起，将式样放在夹具的导轨上，将定位弹簧片卡在式样上面，将整个载台放在显微镜下使用细牙螺杆对式样的位置进行调整与定位，然后放下加紧弹簧对把式样加紧，然后将整个式样载台放在纳米压痕仪上先对式样进行加热，使用直流稳压电源对固定在夹具底面上的聚亚酰胺加热膜通电，从贴在式样表面上的热电偶得到式样温度的准确值，调整电路中的电流大小直到式样上的温度达到实验需要的准确值。使用PAI板实现夹具座与载台座之间的隔热，阻止热量通过载台座传递到压痕仪上造成压痕仪损坏和加热膜功率的浪费，使式样能尽快达到需要的温度。电热膜与PAI板之间使用石棉垫隔热，保护PAI板不致其温度过高，在石棉网和PAI板之间使用温控传感器，温控传感器的设定温度低于PAI板材料的玻璃化温度，当温度达到温控传感器的设定温度时，电路断开，实现对PAI板的保护。当式样加热到需要的温度以后，使用圆柱形压头压出铜柱，并得到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。本专利技术包括夹具部分、加热部分和调整载台部分。其中夹具部分包括夹具座17，夹紧弹黃片11、定位弹黃片16、卸力拨杆12。夹紧弹黃片11和定位弹黃片16固定在夹具座17上，卸力拨杆12的由圆弧面29和平面30组成的部分圆轴插入夹具座17的上的圆弧槽I 36中。其中夹具座17的上半部分是一个凸台结构，凸台布置在夹具座17的一侧，凸台的顶部加工有轨道平面34，轨道平面34上有沿着垂直于夹具座17底面方向贯穿夹具座17的缝隙33，缝隙33的作用是压出电镀铜柱7的时候保证电镀铜柱7沿着缝隙下落，不受阻力。轨道平面34的一侧与凸台的内倾的向下延伸的侧面40相接，另一侧是内倾的向上延伸的定位侧面38。在缝隙33两端，有用于定位的定位标识35其作用是在调整TSV转接板8在轨道平面34上的位置的时候用于显示TSV转接板上面电镀铜柱7和缝隙33的相对位置。当TSV转接板放在轨道平面34上面调整位置的时候，卸力拨杆12向上扭转，抬起夹紧弹簧片11，作用在TSV转接板8上的夹紧力被卸掉，此时定位弹簧片16产生向上和向外的变形，定位弹簧片16的折边27对TSV转接板8产生向下的压力，定位弹簧片16的竖边对TSV转接板8产生向内的推力，同时TSV转接板8的另一边和定位侧面38接触，定位侧面38向内的倾斜角度可以保证TSV转接板8紧贴在轨道平面34上面，定位弹簧片16对TSV转接板8产生的向下的压力和向左的推力都很小，起到对TSV转接板8进行定位的同时并不影响TSV转接板8贴着定位侧面38和轨道平面34滑动。在夹具座17的顶面上加工有部分圆弧槽I 36，圆弧槽I 36的半径比卸力拨杆12的部分圆弧面29大0.1毫米，当卸力拨杆12安装到圆弧槽I 36中的时候，卸力拨杆上的圆弧面29结构可以使卸力拨杆12沿圆弧面29轴线的方向转动，当卸力拨杆上的平面30和夹具座17的顶面平行的时候，平面30的高度低于夹具座17的顶面的高度，夹紧弹簧11的折边23和TSV转接板8接触，对TSV转接板8有向下的压紧力，此时TSV转接板8被夹紧，不可以调整位置；当卸力拨杆12向上转动时，圆弧面29从夹具座17的顶面凸出，向上顶起加紧弹簧11，此时加紧弹簧11的折边23和TSV转接板8分离，对TSV转接板8没有向下的压力，此时TSV转接板8未被固定，可以调整位置。夹具座17的凸台上面，在缝隙33的两面，沿垂直于缝隙33的方向上加工有部分圆弧槽II 39，载台座15上的细牙螺杆14在部分圆弧槽II 39轴线的位置沿轴线深入到部分圆弧槽II 39中，此时，细牙螺杆14的一部分圆弧高于平面34，位于TSV转接板8两侧的细牙螺杆14分别顶住TSV转接板8的两边，实现TSV转接板8的定位，当需要精确调整TSV转接板8在夹具上的位置的时候，先旋转卸力拨杆12将加紧弹簧片11顶起，将一边的细牙螺杆14退出一段距离，然后另一边的细牙螺杆14推动TSV转接板8前进一段距离，在显微镜下观察电镀铜柱7和定位标识35的相对位置，当调整到位时，旋转之前退出的细牙螺杆14使其重新顶住TSV转接8，然后旋转卸力拨杆12使加紧弹簧片11重新夹紧TSV转接板8，完成TSV转接板8位置的调整和定位。专利技术的加热台部分包括加热座13、电加热膜21、石棉隔热垫18、温控传感器19。加热座13的作用是阻止热量传播，支撑夹具。加热座13的上表面设计有凹槽I 44，凹槽I 44的底面靠近通孔46的位置设计有凹槽I 45，凹槽I 45附近设计有通孔42。安装的时候，将温控传感器19布置在凹槽I 45中，在凹槽I 44的底面上铺上石棉垫18和电加热膜21，温控传感器19和电加热膜21的导线通过通孔42穿出，将温控传感器19和电加热膜21串联，与直流稳压电源连接，通过控制电路中电流的大小来控制电加热膜21上的功率的大小，结合贴在TSV转接板8上面的热电偶可以精确的监控和调整TSV转接板8的温度变化。将温控传感器19的动作温度设定低于加热座13的材料的玻璃化温度，当温度达到动作温度的时候，温控传感器19断开，电路断电，实现对加热座13的保护。夹具座17的底面可以陷入加热座13的凹槽I 44中，夹具座17和加热座13之间紧固在一起，夹具座17的底面和电加热膜21紧贴在一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于TSV填充铜残余应力测量的加热装置，包括夹具部分、加热部分和调整载台部分；其特征在于：所述夹具部分包括夹具座（17），夹紧弹簧片（11）、定位弹簧片（16）、卸力拨杆（12）；夹紧弹簧片（11）和定位弹簧片（16）固定在夹具座（17）上，卸力拨杆（12）的由圆弧面（29）和平面（30）组成的部分圆轴插入夹具座（17）的上的圆弧槽Ⅰ（36）中；其中夹具座（17）的上半部分是一个凸台结构，凸台布置在夹具座（17）的一侧，凸台的顶部加工有轨道平面（34），轨道平面（34）上有沿着垂直于夹具座（17）底面方向贯穿夹具座（17）的缝隙（33），缝隙（33）的作用是压出电镀铜柱（7）的时候保证电镀铜柱（7）沿着缝隙下落，不受阻力；轨道平面（34）的一侧与凸台的内倾的向下延伸的侧面（40）相接，另一侧是内倾的向上延伸的定位侧面（38）；在缝隙（33）两端，有用于定位的定位标识（35）其作用是在调整TSV转接板（8）在轨道平面（34）上的位置的时候用于显示TSV转接板上面电镀铜柱（7）和缝隙（33）的相对位置；当TSV转接板放在轨道平面（34）上面调整位置的时候，卸力拨杆（12）向上扭转，抬起夹紧弹簧片（11）,作用在TSV转接板（8）上的夹紧力被卸掉，此时定位弹簧片（16）产生向上和向外的变形，定位弹簧片（16）的折边（27）对TSV转接板（8）产生向下的压力，定位弹簧片（16）的竖边对TSV转接板（8）产生推力，同时TSV转接板（8）的另一边和定位侧面（38）接触，定位侧面（38）向内的倾斜角度保证TSV转接板（8）紧贴在轨道平面（34）上面，定位弹簧片（16）对TSV转 接板（8）进行定位的同时并不影响TSV转接板（8）贴着定位侧面（38）和轨道平面（34）滑动；在夹具座（17）的顶面上加工有部分圆弧槽Ⅰ（36），圆弧槽Ⅰ（36）的半径比卸力拨杆（12）的部分圆弧面（29）大，当卸力拨杆（12）安装到圆弧槽Ⅰ（36）中的时候，卸力拨杆上的圆弧面（29）结构可以使卸力拨杆（12）沿圆弧面（29）轴线的方向转动，当卸力拨杆上的平面（30）和夹具座（17）的顶面平行的时候，平面（30）的高度低于夹具座（17）的顶面的高度，夹紧弹簧（11）的折边（23）和TSV转接板（8）接触，对TSV转接板（8）有向下的压紧力，此时TSV转接板（8）被夹紧，不可以调整位置；当卸力拨杆（12）向上转动时，圆弧面（29）从夹具座（17）的顶面凸出，向上顶起加紧弹簧（11），此时加紧弹簧（11）的折边（23）和TSV转接板（8）分离，对TSV转接板（8）没有向下的压力，此时TSV转接板（8）未被固定，可以调整位置；夹具座（17）的凸台上面，在缝隙（33）的两面，沿垂直于缝隙（33）的方向上加工有部分圆弧槽Ⅱ（39），载台座（15）上的细牙螺杆（14）在部分圆弧槽Ⅱ（39）轴线的位置沿轴线深入到部分圆弧槽Ⅱ（39）中，此时，细牙螺杆（14）的一部分圆弧高于平面（34），位于TSV转接板（8）两侧的细牙螺杆（14）分别顶住TSV转接板（8）的两边，实现TSV转接板（8）的定位，当需要精确调整TSV转接板（8）在夹具上的位置的时候，先旋转卸力拨杆（12）将加紧弹簧片（11）顶起，将一边的细牙螺杆（14）退出一段距离，然后另一边的细牙螺杆（14）推动TSV转接板（8）前进一段距离，在显微镜下观察电镀铜柱（7） 和定位标识（35）的相对位置，当调整到位时，旋转之前退出的细牙螺杆（14）使其重新顶住TSV转接（8），然后旋转卸力拨杆（12）使加紧弹簧片（11）重新夹紧TSV转接板（8），完成TSV转接板（8）位置的调整和定位；所述加热台部分包括加热座（13）、电加热膜（21）、石棉隔热垫（18）、温控传感器（19）；加热座（13）的作用是阻止热量传播，支撑夹具；加热座（13）的上表面设计有凹槽Ⅰ（44），凹槽Ⅰ（44）的底面靠近通孔（46）的位置设计有凹槽Ⅰ（45），凹槽Ⅰ（45）附近设计有通孔（42）；温控传感器（19）布置在凹槽Ⅰ（45）中，在凹槽Ⅰ（44）的底面上铺上石棉垫（18）和电加热膜（21），温控传感器（19）和电加热膜（21）的导线通过通孔（42）穿出，将温控传感器（19）和电加热膜（21）串联，与直流稳压电源连接，通过控制电路中电流的大小来控制电加热膜（21）上的功率的大小，结合贴在TSV转接板（8）上面的热电偶监控和调整TSV转接板（8）的温度变化；将温控传感器（19）的动作温度设定低于加热座（13）的材料的玻璃化温度，当温度达到动作温度的...
【技术特征摘要】
1.一种用于TSV填充铜残余应力测量的加热装置，包括夹具部分、加热部分和调整载台部分；其特征在于: 所述夹具部分包括夹具座(17)，夹紧弹黃片(11 )、定位弹黃片(16)、卸力拨杆(12);夹紧弹簧片(11)和定位弹簧片(16)固定在夹具座(17)上，卸力拨杆(12)的由圆弧面(29)和平面(30)组成的部分圆轴插入夹具座(17)的上的圆弧槽I (36)中；其中夹具座(17)的上半部分是一个凸台结构，凸台布置在夹具座(17)的一侧，凸台的顶部加工有轨道平面(34)，轨道平面(34)上有沿着垂直于夹具座(17)底面方向贯穿夹具座(17)的缝隙(33)，缝隙(33)的作用是压出电镀铜柱(7)的时候保证电镀铜柱(7)沿着缝隙下落，不受阻力；轨道平面(34)的一侧与凸台的内倾的向下延伸的侧面(40 )相接，另一侧是内倾的向上延伸的定位侧面(38 );在缝隙(33 )两端，有用于定位的定位标识(35 )其作用是在调整TSV转接板(8)在轨道平面(34)上的位置的时候用于显示TSV转接板上面电镀铜柱(7)和缝隙(33)的相对位置；当TSV转接板放在轨道平面(34)上面调整位置的时候，卸力拨杆(12)向上扭转，抬起夹紧弹簧片(11)，作用在TSV转接板(8)上的夹紧力被卸掉，此时定位弹簧片(16)产生向上和向外的变形，定位弹簧片(16)的折边(27)对TSV转接板(8)产生向下的压力，定位弹簧片(16)的竖边对TSV转接板(8)产生推力，同时TSV转接板(8)的另一边和定位侧面(38)接触，定位侧面(38)向内的倾斜角度保证TSV转接板(8)紧贴在轨道平面(34)上面，定位弹簧片(16)对TSV转接板(8)进行定位的同时并不影响TSV转接板(8)贴着定位侧面(38)和轨道平面(34)滑动；在夹具座(17)的顶面上加工有部分圆弧槽I (36)，圆弧槽I (36)的半径比卸力拨杆(12)的部分圆弧面(29)大，当卸力拨杆(12)安装到圆弧槽I(36)中的时候，卸力拨杆上的圆弧面(29)结构可以使卸力拨杆(12)沿圆弧面(29)轴线的方向转动，当卸力拨杆上的平面(30)和夹具座(17)的顶面平行的时候，平面(30)的高度低于夹具座(17 )的顶面的高度，夹紧弹簧(11)的折边(23 )和TSV转接板(8 )接触，对TSV转接板(8)有向下的压紧力，此时TSV转接板(8)被夹紧，不可以调整位置；当卸力拨杆(12)向上转动时，圆弧面(29)从夹具座(17)的顶面凸出，向上顶起加紧弹簧(11)，此时加紧弹簧(11)的折边(23 )和TSV转 接板(8 )分离，对TSV转接板(8 )没有向下的压力，此时TSV转接板(8)未被固定，可以调整位置；夹具座(...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦飞，黄传实，武伟，安彤，刘程艳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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