專利名稱：用于測(cè)試電子基底上的沉淀物的拉伸測(cè)試裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電子設(shè)備的小金屬粘結(jié)上實(shí)施拉伸測(cè)試的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在諸如手機(jī)的電子設(shè)備中使用的基底通常限定了用于連接其電子 部件的電路。通過(guò)焊料連接或焊接連接，在小型裝置中形成與基底的 電連接，為此目的，當(dāng)組裝到配合基底上時(shí)，金屬球例如焊料形成于 部件上并被回流或焊接。
通常 地，部件可以是處在5-50毫米之間的范圍并在其上具有焊球。 這種部件經(jīng)常被稱為BGA (球狀柵極陣列)。這些球體具有低圓形拱 頂或扁球狀的外形，并具有范圍在0.1-1.0毫米之間的直徑。
需要測(cè)試焊球和基底之間的粘結(jié)的機(jī)械強(qiáng)度，以便確認(rèn)生產(chǎn)粘結(jié) 方法是適當(dāng)?shù)那艺辰Y(jié)強(qiáng)度是足夠的。 一種測(cè)試通過(guò)抓緊和牽拉將拉伸 荷載應(yīng)用到焊球。在使用中，強(qiáng)粘結(jié)將導(dǎo)致焊球的延性失效，利用漸 進(jìn)的變形，直至該焊球脫離；部分焊球保持粘附到基底。脆弱的粘結(jié) 通常將表現(xiàn)出脆性破壞并從基底扯離，留下殘留物粘附到基底。
非常小尺寸的焊球和/或低測(cè)定力導(dǎo)致專家測(cè)試設(shè)備的開(kāi)發(fā)，這 種設(shè)備可以是半自動(dòng)的，以使部件上的連續(xù)球逐個(gè)被指示到測(cè)試位置， 用于牽拉測(cè)試。
具體地說(shuō)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)利用夾爪抓緊焊球的裝置，以便施加牽拉(拉 伸)荷載。該牽拉荷載基本垂直于粘結(jié)面被應(yīng)用。通過(guò)使用特別低摩擦技術(shù)檢測(cè)非常小的力。
當(dāng)測(cè)試裝置的夾頭緩慢地移動(dòng)時(shí)，使用測(cè)力傳感器能夠成功地和 準(zhǔn)確地測(cè)量這些非常小的力。然而，如果需要大的牽拉測(cè)試速度(大 于15毫米/秒)，那么移動(dòng)零件的慣性質(zhì)量可以掩飾需要將機(jī)械粘結(jié)破 壞的力。本發(fā)明的一個(gè)目的因此是提供能夠在夾頭處實(shí)施大抓握力還
能夠高速測(cè)試的低質(zhì)量布置。
現(xiàn)存的測(cè)試裝置會(huì)存在的問(wèn)題是夾頭的移位是通過(guò)有測(cè)力傳感器 的移位構(gòu)件(或梁)。如果夾頭從被測(cè)試的樣品上的未夾緊狀態(tài)到夾 緊狀態(tài)下的移動(dòng)將應(yīng)力引進(jìn)移位構(gòu)件，那么該應(yīng)力將由測(cè)力傳感器測(cè) 試，并影響在測(cè)試期間記錄的拉伸應(yīng)力的絕對(duì)值。例如，關(guān)于夾緊的 小的初始應(yīng)力可以扭曲拉伸值，盡管應(yīng)變儀輸出在測(cè)試開(kāi)始之前被調(diào) 整到零點(diǎn)。期望在夾緊和力的測(cè)量期間最大程度地分離夾頭的位移。 這在以下更詳細(xì)地描述的本發(fā)明的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。這種特點(diǎn)對(duì)于低速測(cè) 試的和高速測(cè)試都是有利的。
然而，另外潛在的難點(diǎn)是提高潛在測(cè)試的速度。夾頭的剛度是重 要的因素，這是因?yàn)槿绻x擇的測(cè)試速度與夾頭的共振頻率同階， 那么測(cè)試結(jié)果將不準(zhǔn)確。因此，夾頭應(yīng)該是堅(jiān)硬的。然而，因?yàn)檎諔T 例所力的測(cè)量依賴于梁的應(yīng)力，即彎曲，太硬將降低敏感度。因此， 期望允許具有高共振頻率和高硬度的夾頭的折衷，其導(dǎo)致系統(tǒng)具有用 于高速度測(cè)試的適當(dāng)?shù)膸?，但其也能夠被用于常?guī)的低速度測(cè)試。
通常地，"高速"指的是大于15毫米/秒且高至1000毫米/秒的速 度。常規(guī)的測(cè)試中，夾具從基底將沉淀物牽拉開(kāi)，該測(cè)試通常在0.1-15
毫米/秒范圍之間，比較而言，在本說(shuō)明書中它是指"低速"測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明包括一種拉伸測(cè)試裝置的夾爪，該夾爪包括單一的大致"H"形的構(gòu)件，所述構(gòu)件具有適合于安裝到應(yīng)變測(cè)量懸 臂梁的橫向件、和兩個(gè)立柱，適合于促使該立柱的上端彈性地分離， 以便使立柱的下端彼此朝向以抓緊測(cè)試樣品。 一旦該夾爪抓緊該樣品， 懸臂梁就通過(guò)測(cè)試裝置向上運(yùn)動(dòng)，以使向上的拉伸力被傳遞到橫向件， 并因此通過(guò)立柱的下端被傳遞到測(cè)試樣品。被牽拉分離以導(dǎo)致夾爪抓 緊樣品的立柱的上端與這種拉伸力荷載路徑大致脫離。
這種夾爪能夠通過(guò)光蝕刻由例如不銹鋼板制成。立柱被布置為以 活動(dòng)鉸鏈的方式關(guān)于橫向件彈性地彎曲。橫向件的截面通常至少在立 柱的端處小于立柱。然而，立柱本身相對(duì)硬，以便能夠不彎曲就可以 抓緊測(cè)試樣品，且截面相對(duì)于橫向件的端比較大。立柱可以包括孔， 以便減少質(zhì)量，尤其通過(guò)從例如在其中性軸上的低應(yīng)力區(qū)域移除材料。
優(yōu)選地，夾爪的重量不多于10g，在一個(gè)實(shí)施例中，該重量少于5g。
該立柱的所述其他端可以靠近，以便限定適合于將被抓緊的樣品 的最大尺寸的狹窄的夾爪縫隙。其他端可以成形為更符合樣品的形狀。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，夾爪是對(duì)稱的。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的夾爪被安裝到懸臂梁的自由端， 梁的軸線與所述立柱的軸線和該橫向件的軸線大致正交，該梁包括力 的測(cè)量元件。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，梁結(jié)合一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變儀，以便將其變 形聯(lián)系到作用力。這樣，通過(guò)所述夾爪作用于所述樣品的牽拉力通過(guò) 梁被應(yīng)用，并可以以大致無(wú)摩擦的方式被決定。因此牽拉力獨(dú)立于通 過(guò)促使立柱分離而被應(yīng)用的夾緊力。在一個(gè)實(shí)施例中，懸臂梁包括多部件的裝置，該多部件的裝置具 有主梁元件，該主梁元件包括懸臂彈簧和次梁元件，該次梁元件的端 連接到主梁元件，并且該多部件裝置起力的檢測(cè)構(gòu)件的作用。次梁元 件通常是應(yīng)力儀，以便允許其彎曲與應(yīng)用于樣品的力相有關(guān)。主梁元 件可以在兩側(cè)中的任一側(cè)具有次梁元件。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，梁 包括三個(gè)平行的梁元件，該梁元件的端在一側(cè)連接到夾爪且另一側(cè)可 連接到主框架元件。期望多個(gè)平行的梁元件，以便確保夾爪的運(yùn)動(dòng)是 在單個(gè)(通常豎直的)軸線上，而不是在弧內(nèi)。
優(yōu)選地，立柱由被指向相對(duì)的相應(yīng)的拉伸元件啟動(dòng)。通過(guò)利用拉 伸元件，其質(zhì)量和硬度與壓縮元件相比會(huì)是低的。柔性的拉伸元件通 過(guò)抵抗來(lái)自啟動(dòng)器的力的而不是被使用于啟動(dòng)夾爪的拉伸力傳遞到夾 爪有效地從夾爪和懸臂梁的質(zhì)量中分離拉伸元件的啟動(dòng)器的質(zhì)量。因 此，壓縮力和彎曲力不能通過(guò)拉伸元件以任何可觀的量被傳遞到夾爪。 拉伸元件非常順從的，通過(guò)這點(diǎn)，意味著阻止其它的力的傳遞是足夠
相容的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于以上所指出的夾爪的啟 動(dòng)框架，該框架具有在其內(nèi)對(duì)稱地樞轉(zhuǎn)的兩個(gè)基本平行的肢，該肢的 上端通過(guò)氣動(dòng)啟動(dòng)器在樞軸的一側(cè)被連接，該肢的下端通過(guò)拉伸構(gòu)件 以絞線的形式適合連接到彈簧夾爪的立柱，其中，在使用中，啟動(dòng)器 將肢的上端牽拉到一起，以便引起肢的下端向外樞轉(zhuǎn)以拉伸絞線并繼 續(xù)牽拉彈簧夾爪的立柱。
優(yōu)選地，合適的返回彈簧促使該肢到靜止?fàn)顟B(tài)，其中，拉伸力沒(méi) 有應(yīng)用到該絞線。在一個(gè)實(shí)施例中，所述返回彈簧包括錨固肢和所述 框架之中的一個(gè)的螺旋線拉伸彈簧。
啟動(dòng)框架還可以包括確定所述肢的靜止?fàn)顟B(tài)的設(shè)置裝置。在一個(gè) 優(yōu)選的實(shí)施例中，所述設(shè)置裝置包括螺紋調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器錨固在該框架內(nèi)并相對(duì)于其可運(yùn)動(dòng)以支撐在相應(yīng)的肢上。另外，所述拉伸構(gòu)件 可以包括可調(diào)節(jié)的錨，以允許預(yù)載荷被應(yīng)用到所述肢。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種測(cè)量需要將沉淀物從基底牽 拉下的拉伸力的方法，該方法包括步驟
提供用于抓緊沉淀物的單一夾爪，該夾爪具有打開(kāi)和關(guān)閉的狀態(tài)、 以及牽拉的方向，
將夾爪安裝在垂直于所述方向延伸的懸臂梁的自由端上，該梁上 具有應(yīng)變儀，該應(yīng)變儀將其彎曲聯(lián)系到作用力，
提供用于通過(guò)在相互地垂直于梁的延伸方向和牽拉方向的方向上 應(yīng)用拉伸荷載關(guān)閉夾爪且可操作的啟動(dòng)器，
將沉淀物定位于夾爪內(nèi)，該夾爪在打開(kāi)的狀態(tài)下，
操作啟動(dòng)器，以便關(guān)于沉淀物關(guān)閉夾爪，
通過(guò)梁在所述牽拉方向上應(yīng)用增加的牽拉力，以及
記錄應(yīng)變儀的電輸出。
本方法可以包括相對(duì)于沉淀物驅(qū)動(dòng)夾爪以便將夾爪定位在沉淀物 內(nèi)的預(yù)備步驟。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，沉淀物首先被定位在夾爪下一距離處且在 垂直于所述牽拉方向的平面中，所述夾爪隨后在打開(kāi)狀態(tài)中朝向所述 沉淀物且在所述沉淀物上方相對(duì)地運(yùn)動(dòng)，以便隨后在所述沉淀物上關(guān) 閉。
優(yōu)選地，沉淀物相對(duì)于機(jī)器框架是靜止的，夾爪向下運(yùn)動(dòng)，以便 抓緊沉淀物。
仍然根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種測(cè)量需要將沉淀物從基 底牽拉下的拉伸力的方法，該方法包括步驟
提供用于抓緊沉淀物的單一夾爪，該夾爪具有打開(kāi)和關(guān)閉的狀態(tài)、以及牽拉的方向，
將所述夾爪安裝在懸臂梁的自由端上，所述梁具上具有應(yīng)變儀，
該應(yīng)變儀將其彎曲聯(lián)系到作用力，
提供用于通過(guò)應(yīng)用拉伸荷載關(guān)閉夾爪的啟動(dòng)器， 將沉淀物定位在所述夾爪內(nèi)，該夾爪在打開(kāi)的狀態(tài)下， 操作啟動(dòng)器，以便關(guān)于所述沉淀物關(guān)閉所述夾爪， 使所述夾爪和所述沉淀物在所述牽拉方向上以預(yù)定速度一起運(yùn)
動(dòng)，
突然停止所述沉淀物， 以及
記錄所述應(yīng)變儀的電輸出。


通過(guò)僅通過(guò)示例在附圖中所示的優(yōu)選實(shí)施例的以下說(shuō)明，本發(fā)明 的其它特點(diǎn)將顯而易見(jiàn)，其中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的、蓋打開(kāi)的測(cè)試套筒的等距前視圖2是從圖1的夾爪布置的一側(cè)的放大的視圖3是從一種可選的夾爪布置的一側(cè)的放大的視圖4是示出連接的懸臂梁的圖3的夾爪的放大的側(cè)視圖5是圖3的夾爪的放大的前視圖6是蓋關(guān)閉的圖1的套筒的前視圖7是蓋關(guān)閉的相對(duì)應(yīng)于圖3的套筒的前視圖8是圖1的夾爪的放大的前視圖9示意性地示出了測(cè)試設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
參看圖l和圖6，測(cè)試套筒IO適合安裝在具有足夠的移動(dòng)軸線以 便在相對(duì)于測(cè)試件的期望方向上移動(dòng)套筒的測(cè)試機(jī)器內(nèi)。測(cè)試件可以 例如被安裝在固定底板上，套筒可以繞著X軸和Y軸運(yùn)動(dòng)，以便將抓 緊夾爪定位在測(cè)試位置上，并在Z軸線允許夾爪靠近和抓緊測(cè)試球，并應(yīng)用牽拉測(cè)試?，F(xiàn)有技術(shù)的測(cè)試機(jī)器的實(shí)例是由英國(guó)Dage Precision Industries of Aylesbury公司出售的系列4000機(jī)器。
或者，測(cè)試件可以是在X-Y臺(tái)上是可運(yùn)動(dòng)的，測(cè)試套筒被限制到 Z軸的運(yùn)動(dòng)。示出了典型的X軸、Y軸和Z軸。
套筒IO包括具有隱藏和保護(hù)敏感的部件的鉸接蓋12的底盤11， 在圖1中，該蓋顯示為處于打開(kāi)的狀態(tài)下。
安裝在底盤上的是具有兩個(gè)立柱15的框架。通常，豎立的腿17 位于每個(gè)立柱15的內(nèi)側(cè)，并通過(guò)在框架11中的孔16。腿17通過(guò)銷 18相對(duì)于立柱15被樞轉(zhuǎn)，并且腿17在樞銷19處通過(guò)定位在立柱15 之間的氣動(dòng)錘20而相連。
作為氣動(dòng)錘20的代替，該裝置可以選擇地使用諸如電動(dòng)機(jī)或電磁 鐵的其它設(shè)備。
腿17的下端穿過(guò)底盤11的下凸緣21，腿17的各下端聯(lián)結(jié)到作用 在夾爪23 (圖6)的相應(yīng)臂上的拉伸構(gòu)件22。
在圖2和圖8中，更清楚地示出了夾爪23，夾爪23包括單一的大 致"H"形的對(duì)稱的金屬部件，該金屬部件具有從橫向件25的上側(cè)邊 延伸的中心安裝肢24。各臂26鏡像對(duì)稱，并具有靠近中心線的下部 27。這些下部27在它們之間限定了小縫隙28和適合抓緊在基底31上 的突出球沉淀物29的適當(dāng)形狀的凹進(jìn)(未示出)。美國(guó)專利第6,237,422 號(hào)示出了這種凹進(jìn)的實(shí)例。
臂26的上部32聯(lián)結(jié)到相應(yīng)的拉伸構(gòu)件22，如所示出的。拉伸構(gòu) 件可以是圓柱形截面線，或可以是扁矩形截面。假如是安全的，結(jié)合 的方法不重要；粘合劑或焊接是適合的，但優(yōu)選地使用機(jī)械吊鉤和/，在外端提供機(jī)械夾子，當(dāng)夾爪處?kù)o止?fàn)顟B(tài) 時(shí)，該機(jī)械夾子可以被擰緊。
安裝肢24具有三個(gè)孔33，其中兩個(gè)孔是用于到插口銷上的基本準(zhǔn) 確的滑動(dòng)位置，第三個(gè)孔是用于接納定位螺釘；該螺釘通常穿過(guò)最中 心的孔被定位。
夾爪被設(shè)計(jì)為小質(zhì)量的，且通過(guò)利用在臂26中的孔進(jìn)一步減少夾
爪的質(zhì)量。
堅(jiān)固的安裝臺(tái)34被固定到底盤，并在安裝臺(tái)34上安裝具有中心 梁36和上下臂37的懸臂應(yīng)變儀元件35 (圖2)，上下臂37上安裝有 適合的應(yīng)變儀。美國(guó)專利6,301,971討論了在這種類型的測(cè)試設(shè)備中的 諸如臂37的構(gòu)件上的應(yīng)變儀的使用。 一種類型的應(yīng)變儀包括支持金屬 箔模式的絕緣柔性背襯。例如，當(dāng)該箔因?yàn)樵谙卤?7上的應(yīng)力變形時(shí)， 該應(yīng)變儀的阻抗改變。這種阻抗中的改變通常使用惠斯登電橋來(lái)測(cè)量。 這種阻抗中的改變能夠與臂37上的應(yīng)力有關(guān)，并與通過(guò)夾爪23應(yīng)用 于焊球的拉伸力相關(guān)聯(lián)。也可以使用半導(dǎo)體應(yīng)變儀。
夾爪23安裝到元件35的自由端，使夾爪23關(guān)閉方向大致與懸臂 延伸方向正交，這兩個(gè)方向都與懸臂彎曲的方向大致正交。
將理解，通過(guò)將軸收縮進(jìn)錘20的氣壓缸而縮短的錘20將使腿17 的下端向外樞轉(zhuǎn)，將拉伸施加到構(gòu)件22，并因此將圍繞狹窄的橫向件 25彎曲臂26，以便關(guān)閉夾爪縫隙28。
橫向件25比較薄，以便允許臂26的彎曲，而不超過(guò)其屈服強(qiáng)度。
連接到一個(gè)臂26的是延伸穿過(guò)另外一個(gè)臂26的平板30;該另外 的臂輕微地偏壓板30，以便允許夾爪在摩擦力下關(guān)閉，并因此具有橫向控制的改善程度。因此獲得更準(zhǔn)確的夾爪關(guān)閉。
也被安裝在底盤上的是具有進(jìn)口連接、出口連接、螺栓調(diào)節(jié)器40
的空氣壓力調(diào)整器41和壓力計(jì)42 (沒(méi)有示出其表面)。調(diào)整器41、 壓力計(jì)42和錘20通過(guò)所示出的配管在壓力下被連接到空氣源。
夾爪23的彈性確定了腿17的自然靜止?fàn)顟B(tài)?？p隙28可以由作用 在立柱15和腿17之間的平頭螺釘43調(diào)節(jié)。這種平頭螺釘被布置為單 獨(dú)地可調(diào)整的，并具有適合的鎖定螺母?；蛘撸筋^螺釘可以作用在 腿17和立柱15的上端處。
還被設(shè)置在立柱15的上端和相鄰?fù)?7之間的是相應(yīng)的螺旋彈簧 37。右彈簧(如所見(jiàn))具有相對(duì)地固定的端部，但左螺釘具有通過(guò)螺 紋調(diào)節(jié)器38連接的一個(gè)端部。通過(guò)將調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)用到夾爪23的 一個(gè)臂的預(yù)應(yīng)力可以被改變，調(diào)節(jié)關(guān)閉位置?；蛘?，左彈簧可以是可 調(diào)節(jié)的，右彈簧是不可調(diào)節(jié)的；在這種情況下，當(dāng)調(diào)節(jié)器被關(guān)閉時(shí)被 隱藏在蓋子內(nèi)。
凸緣21上設(shè)置有防護(hù)裝置44，防護(hù)裝置44適合于從靜止位置(示 出的)向下?lián)u擺到在夾爪23下的活動(dòng)位置。當(dāng)套筒適當(dāng)?shù)剡B接到測(cè)試 機(jī)器時(shí)，該防護(hù)裝置優(yōu)選地被設(shè)置為自動(dòng)地移動(dòng)到靜止位置，但另外 地是在活動(dòng)位置，以便保護(hù)夾爪避免接觸損壞。
圖6示出了具有在關(guān)閉狀態(tài)下的蓋12的套筒10的前視圖，提供 了容易接近的壓力調(diào)整器41，并且壓力計(jì)42通過(guò)蓋的孔是可見(jiàn)的。
套筒10的典型尺寸是240毫米x 160毫米x 60毫米，夾爪23為 大約33毫米高和大約20毫米寬。
夾爪的厚度通常是大約1毫米，夾爪優(yōu)選地由1毫米的不銹鋼量規(guī)格板通過(guò)光蝕刻制成。夾爪的質(zhì)量是大約1.5g。
套筒梁35優(yōu)選地是鋁的，并具有大約2.2g的質(zhì)量。
典型的空氣壓力是大約lbar，以便依賴于夾爪幾何形狀、焊球形 狀等等在夾爪處獲得4.5kg的抓握力。
夾爪可以包括不同材料和/或截面的尖端附件45 (圖8)。這允 許夾爪被磨損優(yōu)化，并允許加工適當(dāng)?shù)亻g隔的夾爪腔。如果需要非常 精密加工的腔，嵌入件可以是工具鋼或不銹鋼，或可以是碳化合金。
圖3-5和7示出了尺寸比夾爪23更小但可安裝在標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸 的套筒50內(nèi)的替代夾爪51。將理解的是，減少了與低粘結(jié)力相當(dāng)?shù)淖?用的抓握力，因此可以相應(yīng)地設(shè)計(jì)氣動(dòng)錘的尺寸。
圖5示出了有點(diǎn)被簡(jiǎn)化的夾爪，該夾爪更小，不需要孔以減少其 質(zhì)量。"H"形截面和可移除的尖端附件52和控制板53是一樣的。在 附件52的相對(duì)側(cè)的相對(duì)向內(nèi)面向的延伸54限制了夾爪在打開(kāi)方向的 沖程，以便避免其過(guò)度壓力。夾爪51被安裝到應(yīng)變儀元件55，應(yīng)變儀元件55包括單個(gè)懸臂56， 該單個(gè)懸臂56被適當(dāng)?shù)販y(cè)量應(yīng)變，以便指示由夾爪實(shí)施的牽拉力。圖 3示出了連接到底盤的安裝臺(tái)57上的元件55。使用中移動(dòng)的范圍是小 的，使在使用中的牽拉荷載大致垂直。
圖3也示出了可以是扁的和板狀的拉伸構(gòu)件58。
圖7示出了展開(kāi)狀態(tài)下的防護(hù)裝置44，其中，夾爪被保護(hù)，避免 意外的接觸磨損。
16另外參看圖9，在實(shí)施拉伸測(cè)試中裝置的使用如下。
典型的拉伸測(cè)試機(jī)器60包括框架61，框架61上具有壓板62，測(cè) 試樣品63通過(guò)適合的夾子(未示出)被牢固地連接到壓板62。壓板 62在適合的電動(dòng)機(jī)的控制下在X和Y方向上(如所示出的從左到右、 進(jìn)出如所示出的拉伸平面)是可移動(dòng)的。適合于常規(guī)的垂直軸線的銑 床的精確定位系統(tǒng)是適合的。
框架61在壓板62上方延伸，并包括在適當(dāng)?shù)木_的電動(dòng)機(jī)的控 制下在Z方向(如所示的上下)上可移動(dòng)的頭部68。堅(jiān)固地安裝在該 頭部上的是測(cè)試套筒IO。如上所述，安裝頭部的行為使得防護(hù)裝置44 向上搖擺，以便暴露夾爪23、 51。
安裝夾爪23、 51的應(yīng)變儀元件35、 55具有被記錄在通常是個(gè)人 計(jì)算機(jī)64的適合的設(shè)備上的電輸出，并可以通過(guò)屏幕65給出除了記 錄時(shí)間、位移和的力的特點(diǎn)之外的直接的可視化輸出，用于后續(xù)分析。
在使用中，X-Y臺(tái)被驅(qū)動(dòng)以將所選擇的焊球定位在打開(kāi)的夾爪23、 51的正下面。可以使用適合的視覺(jué)系統(tǒng)，但更優(yōu)選地，可以使用例如 可以根據(jù)在樣品上的刺激物或根據(jù)關(guān)于試樣的排列的尺寸和間距的信 息被啟動(dòng)的自動(dòng)對(duì)齊系統(tǒng)。
一旦測(cè)試套筒被豎直地對(duì)齊，該測(cè)試套筒利用開(kāi)口朝向在樣品的 基底上的預(yù)定間距的夾爪被向下驅(qū)動(dòng)，悍球形成于樣品的底盤上。在 這個(gè)階段，應(yīng)變儀元件是無(wú)應(yīng)力的。
夾爪23、 51通過(guò)錘20的啟動(dòng)關(guān)于焊球被關(guān)閉，而沒(méi)有測(cè)試套筒 IO的進(jìn)一步的移動(dòng)。盡管有被施加的高加緊力(例如5kgf)，夾爪的 橫向件大致沒(méi)有受這種夾緊運(yùn)動(dòng)的影響。在這個(gè)階段，應(yīng)變儀元件保 持無(wú)應(yīng)力和與夾緊力基本分離。拉伸測(cè)試通過(guò)測(cè)試套筒的豎直向上的移動(dòng)在樣品上實(shí)施。向上的
移動(dòng)引起應(yīng)變儀元件35、 55彎曲和發(fā)出與施加的力成比例的電信號(hào)。
最后，球沉淀物和基底之間的連接將斷裂，并允許由應(yīng)變儀(s)的輸
出計(jì)算斷裂力。
夾爪的非常小的比較質(zhì)量從錘20和關(guān)聯(lián)啟動(dòng)元件的質(zhì)量中被分
離，使被測(cè)量力更接近地代表粘結(jié)平面中的實(shí)際力。
圖9的設(shè)備可以被修改，以便實(shí)施沖擊測(cè)試，借此，拉伸測(cè)試以 高速(以應(yīng)力的增加的高速率)實(shí)施。這種測(cè)試可以包括壓板和測(cè)試 套筒的快速向上的移動(dòng)、和壓板的突然停止，如國(guó)際公布 WO/2005/093436中所描述的，其內(nèi)容通過(guò)引用被結(jié)合到本發(fā)明中。
選擇測(cè)試的速度，以便模仿可以由設(shè)備體驗(yàn)的沖擊力，相當(dāng)于測(cè) 試樣品的電元件被安裝到該設(shè)備。這種速度可以例如模擬手機(jī)當(dāng)落到 地面時(shí)的沖擊力，并在某種程度上被在設(shè)備內(nèi)的電元件的安裝布置和 其任何減震性能影響。適合的測(cè)試速度在從幾乎為零到1000毫米/秒的 范圍內(nèi)是可選擇的。在上述測(cè)試期間，夾爪被夾緊到樣品，并有效地 是其質(zhì)量的部分。
通過(guò)最大限度地降低夾爪的質(zhì)量，將夾爪從夾爪關(guān)閉設(shè)備中隔離， 降低在實(shí)踐中傾向于將阻抗增加到移動(dòng)的夾爪的慣性效應(yīng)。本發(fā)明的 設(shè)備因此提供更接近地模仿實(shí)際失效模型的拉伸測(cè)試。
單一的夾爪尤其有利的，這是因?yàn)闆](méi)有提供樞軸(如在剪刀中)， 因此沒(méi)有運(yùn)行、摩擦力或無(wú)效運(yùn)動(dòng)。另外，消除了檢取的風(fēng)險(xiǎn)。仍然 另外的優(yōu)點(diǎn)是，單一的夾爪固有地有彈性的，并因此不需要返回彈 簧一一可以確保簡(jiǎn)單性和小質(zhì)量。最后，當(dāng)無(wú)應(yīng)力時(shí)單一夾爪具有固 定的靜止?fàn)顟B(tài)，并因此不需要設(shè)置或托架維持預(yù)定的夾爪打開(kāi)。這些都是在所有測(cè)試速度中實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
意圖理解，本發(fā)明并不限制于這里描述的實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域的技 術(shù)人員而言清楚的是能夠在本發(fā)明的精神內(nèi)和所附的權(quán)利要求的設(shè)備 和方法的范圍內(nèi)進(jìn)行變型。例如，本發(fā)明的夾爪被示出為處于豎直的 方向上、向上牽拉的，但其它牽拉方向是可能的。
權(quán)利要求
1. 一種拉伸測(cè)試裝置的夾爪，所述夾爪包括單一的基本“H”形的構(gòu)件，該單一的基本“H”形的構(gòu)件具有適合于安裝到應(yīng)變測(cè)量懸臂梁的橫向件；以及兩個(gè)立柱，所述立柱的端部適合于被彈性地推動(dòng)分開(kāi)，以便使所述立柱的下端朝向彼此以在使用中抓緊測(cè)試樣品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的夾爪，其中，所述立柱限定孔，以降低 其質(zhì)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的夾爪，并且該夾爪具有格柵狀的構(gòu)架。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項(xiàng)所述的夾爪，并且該夾爪還包 括在所述一側(cè)的止動(dòng)構(gòu)件，所述止動(dòng)構(gòu)件指向彼此，以限定所述其它 端部的最大開(kāi)口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一項(xiàng)的所述的夾爪，并且該夾爪具 有10g或更小的質(zhì)量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的夾爪，并且該夾爪具有5g或更小的質(zhì)
7. —種夾爪組件，該夾爪組件包括根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng) 所述的夾爪；以及懸臂梁，所述夾爪被安裝到所述梁的自由端部，所 述梁的軸線基本與所述立柱的軸線和所述橫向件的軸線正交，并且所 述梁包括阻抗測(cè)量元件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的夾爪組件，其中，所述梁結(jié)合了一個(gè)或 多個(gè)應(yīng)變儀，該應(yīng)變儀用于使其偏轉(zhuǎn)與施加的作用力相關(guān)聯(lián)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的夾爪組件，其中，所述梁包括多部件裝置，該多部件裝置具有主梁元件，該主梁元件包括懸臂彈簧，以及 次梁元件，該次梁元件在其端部處連接到所述主梁元件，并且用作力 檢測(cè)構(gòu)件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的夾爪組件，其中，所述次梁元件具有應(yīng)用在其上的應(yīng)變儀，以允許使其彎曲與施加的作用力相關(guān)聯(lián)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的夾爪組件，其中，所述主梁元件在其任一側(cè)上具有次梁元件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的夾爪組件，其中，所述梁包括三個(gè)平行的梁元件，所述三個(gè)平行的梁元件具有在一側(cè)處連接到所述夾爪的 端部，且適于在另一側(cè)處連接到主框架元件。
13. 根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的夾爪組件，并且該夾爪組 件還包括相對(duì)指向的拉伸元件，所述拉伸元件連接到所述立柱，并用 于該立柱的啟動(dòng)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的夾爪組件，其中，所述拉伸元件是柔 性的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的夾爪組件，其中，所述拉伸構(gòu)件適合 于在拉伸中是剛性的且在彎曲中是非常順從的，以便抵抗非拉伸力在 其中的傳遞。
16. —種用于根據(jù)權(quán)利要求13-15中的任何一項(xiàng)所述的夾爪的啟 動(dòng)設(shè)備，并且該啟動(dòng)設(shè)備包括啟動(dòng)框架和啟動(dòng)器，所述框架具有在其 中對(duì)稱地樞轉(zhuǎn)的兩個(gè)大致平行的肢，所述肢通過(guò)氣動(dòng)啟動(dòng)器在樞軸的 一側(cè)處相連，并且另一側(cè)適合于通過(guò)所述拉伸元件連接到夾爪的立柱，其中，在使用中，所述啟動(dòng)器將所述肢牽拉在一起，以便拉伸所述元 件。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，并且該設(shè)備還包括將相應(yīng)的所述肢推到靜止?fàn)顟B(tài)的返回彈簧。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述彈簧包括將每個(gè)都 錨固在肢和所述框架之間的螺旋線拉伸彈簧。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16-18中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，并且該設(shè)備還 包括用于確定所述肢的靜止?fàn)顟B(tài)的設(shè)置裝置，所述設(shè)置裝置包括螺紋 調(diào)節(jié)器，該螺紋調(diào)節(jié)器錨固在所述框架中并且能夠相對(duì)于所述框架運(yùn) 動(dòng)，以支承在相應(yīng)的肢上。
20. —種結(jié)合了根據(jù)權(quán)利要求14-17中的任何一項(xiàng)所述的啟動(dòng)設(shè) 備的拉伸測(cè)試機(jī)器。
21. —種拉伸測(cè)試機(jī)器，該拉伸測(cè)試機(jī)器具有用于抓緊在基底上 的沉淀物的夾爪，所述夾爪連接到支撐在所述機(jī)器上的梁，力測(cè)量元 件設(shè)置在所述梁上，所述夾爪具有兩個(gè)剛性構(gòu)件和連接所述兩個(gè)剛性 構(gòu)件的中心構(gòu)件，所述剛性構(gòu)件中的每個(gè)具有第一端和相對(duì)地設(shè)置的 第二端，所述剛性構(gòu)件的第一端通過(guò)拉伸構(gòu)件被連接到支撐在所述機(jī) 器上的啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述啟動(dòng)機(jī)構(gòu)適合于將拉伸力施加到所述拉伸構(gòu)件， 以便牽拉所述剛性構(gòu)件的所述第一端彼此分離，所述第一端的彼此分 離的所述運(yùn)動(dòng)引起所述第二端相向運(yùn)動(dòng)，以便抓緊所述沉淀物。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的機(jī)器，并且該機(jī)器還包括用于安裝基 底的壓板，該基底具有要在使用中被所述夾爪抓緊的沉淀物，所述梁 能夠在朝向和離開(kāi)所述壓板的第一方向上相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便定位用于抓 緊的所述夾爪。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的機(jī)器，其中，所述壓板能夠在垂直于 所述方向的平面中相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便將所述夾爪定位在要被測(cè)試的沉淀 物的上方。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的機(jī)器，并且該機(jī)器包 括機(jī)器框架，所述壓板在所述機(jī)器框架上在所述平面中能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 并且所述梁在所述機(jī)器框架上在所述方向上能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
25. —種測(cè)量用于將沉淀物牽拉離開(kāi)基底所需的拉伸力的方法， 包括以下步驟提供用于抓緊沉淀物的單一夾爪，所述夾爪具有打開(kāi)狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)以及牽拉方向，將所述夾爪安裝在懸臂梁的自由端部上，所述梁上具有應(yīng)變儀，該應(yīng)變儀使其彎曲與施加的作用力相關(guān)聯(lián)，提供用于通過(guò)施加拉伸荷載關(guān)閉所述夾爪的啟動(dòng)器， 將沉淀物定位在所述夾爪中，所述夾爪處于打開(kāi)狀態(tài)中， 操作所述啟動(dòng)器，以便圍繞所述沉淀物關(guān)閉所述夾爪， 通過(guò)所述梁在所述牽拉方向上施加增加的牽拉力，以及 記錄所述應(yīng)變儀的電輸出。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，包括相對(duì)于所述沉淀物驅(qū)動(dòng)所 述夾爪以便使所述沉淀物定位在所述夾爪內(nèi)的預(yù)備步驟。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述沉淀物首先被以一 距離定位在所述夾爪下方且在垂直于所述牽拉方向的平面中，并且所 述夾爪隨后在打開(kāi)狀態(tài)中朝向所述沉淀物且在所述沉淀物上方相對(duì)地 運(yùn)動(dòng)，以便隨后在所述沉淀物上關(guān)閉。
28. —種測(cè)量用于將沉淀物牽拉離開(kāi)基底所需的拉伸力的方法，包括以下步驟提供用于抓緊所述沉淀物的單一夾爪，所述夾爪具有打開(kāi)狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)以及牽拉方向，將所述夾爪安裝在懸臂梁的自由端部上，所述梁上具有應(yīng)變儀，該應(yīng)變儀使其彎曲與施加的作用力相關(guān)聯(lián)，提供用于通過(guò)施加拉伸荷載關(guān)閉所述夾爪的啟動(dòng)器， 將沉淀物定位在所述夾爪中，所述夾爪處于打開(kāi)狀態(tài)中， 操作所述啟動(dòng)器，以便圍繞所述沉淀物關(guān)閉所述夾爪， 使所述夾爪和沉淀物在所述牽拉方向上以預(yù)定速度一起運(yùn)動(dòng)， 突然停止所述沉淀物，以及 記錄所述應(yīng)變儀的電輸出。
全文摘要
一種拉伸測(cè)試機(jī)器具有夾爪，該夾爪包括具有橫向件(25)和兩個(gè)立柱(26)的單一的“H”形截面的構(gòu)件。該橫向件被安裝到支持在該測(cè)試機(jī)器上并具有力的測(cè)量元件的懸臂梁。氣動(dòng)啟動(dòng)器(20)通過(guò)絞線(22)將拉伸力應(yīng)用到該夾爪(23)的第一端，以便促使它們分開(kāi)。當(dāng)該立柱的第一端被促使分開(kāi)時(shí)，它們相對(duì)地布置的第二端一起被促使以抓緊在拉伸測(cè)試內(nèi)將被從基底上牽拉下的樣品沉淀物(29)。在使用中，該夾爪可以500毫米/秒級(jí)別的速度按順序被移動(dòng)，以便將沉淀物從基底牽拉下。在該拉伸測(cè)試中將沉淀物牽拉離開(kāi)基底所需的力由梁(35)上的力測(cè)量元件測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N3/04GK101484788SQ200780025070
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者羅伯特·約翰·賽科斯 申請(qǐng)人:達(dá)格精度工業(yè)有限公司