CN110911866A - 单层粒子导电弹性体及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种单层粒子导电弹性体及其制作方法，包括弹性膜及多个导电粒子，其中弹性膜为具可压缩性及电气绝缘性的聚合物所构成，而该等导电粒子是以单层方式均匀分布于弹性膜，且在弹性膜中是相互分隔开而不接触。尤其是，弹性膜的厚度等于或小于导电粒子的粒径，导电粒子在受到测试基板的测试电路以及晶片的接脚相互垂直挤压下，会挤压弹性膜并靠近弹性膜的上表面或下表面，进而等效上将测试电路电气连接至接脚，而且导电粒子在失去测试电路电及接脚的相互挤压下，可弹回到在弹性膜中的原始位置，并多次重复使用。

Description

单层粒子导电弹性体及其制作方法

技术领域

本发明关于一种单层粒子导电弹性体及其制作方法，尤其是利用具可压缩性及电气绝缘性的弹性膜当作承载薄膜，用以配置单层排列的导电粒子，且弹性膜的厚度是等于或小于导电粒子的粒径，导电粒子受到测试基板的测试电路以及晶片的接脚相互垂直挤压下而挤压弹性膜并靠近弹性膜的上表面及下表面，进而等效上将测试电路电气连接至接脚，而且导电粒子在失去测试电路电及接脚的相互挤压下，可弹回到在弹性膜中的原始位置，并多次重复使用。

背景技术

通常，在利用检验设备(inspection apparatus)以检验、测试晶片的电气特性时，需要稳定的电气连接，一般作法是使用电测试插座以连接检验设备至待检验的晶片。

进一步而言，现有技术的电测试插座是将晶片的接脚连接至检验设备的衬垫，使得电气信号能在晶片及检验设备之间双向传输，可使用弹性导电片(elastic conductivesheet)或弹簧式顶针(pogo pin)包含于电测试插座中，当作接触构件用，可将检验设备平滑地连接至待检验晶片，藉以减少在连接动作期间机械冲击的影响。

上述的电测试插座一般是包含绝缘硅酮部、多个导电部以及多个衬垫，其中多个导电部是设置于绝缘硅酮部中，并包含多个导电粒子，以形成导电柱而贯穿绝缘硅酮部，此外、衬垫是位于导电部的端部，用以接触晶片的接脚。

在电测试插座用于检验时，需要降低待检验晶片以使得接脚接触到导电部，并且进一步降低晶片以压缩导电部，使得导电部的导电粒子相互接触，藉以当作电导体，此时，检验设备可产生电气信号，并经由导电部而传送至晶片，且而执行电气测试。换言之，未被压缩的导电部，其中的导电粒子仍保持分离而不接触的原始状态，呈现不导电的电气绝缘性。

然而，上述现有技术的缺点在于电测试插座无法进一步变薄，其厚度通常是在300微米以上，此外电阻值仍然不小，无法再降低，因为受限于导电粒子相互接触的表面积，而且接触状态也不完全。此外，导电部很难再进一步缩小，无满足具有10微米至100微米之微小间距(Fine Picth)的晶片接脚。

因此，需样一种新创的单层粒子导电弹性体及其制作方法，利用具可压缩性及电气绝缘性的弹性膜当作承载薄膜，用以配置单层排列的导电粒子，且弹性膜的厚度是等于或小于导电粒子的粒径，导电粒子受到测试基板的测试电路以及晶片的接脚相互垂直挤压下而挤压弹性膜并靠近弹性膜的上表面及下表面，进而等效上将测试电路电气连接至接脚，而且导电粒子在失去测试电路电及接脚的相互挤压下，可弹回到在弹性膜中的原始位置，并多次重复使用，尤其是单层粒子导电弹性体的整体厚度可降到达10微米至100微米之间，而且由于使用单层的导电粒子，所以能满足10微米至100微米之微小间距的需求，藉以解决上述现有技术的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单层粒子导电弹性体，主要是包括弹性膜以及多个导电粒子，其中弹性膜包含具可压缩性及电气绝缘性的聚合物，且具有低于室温的一玻璃转移温度(Tg)，而所述导电粒子是以单一层的方式均匀分布在弹性膜中，尤其，所述导电粒子在弹性膜中是相互分隔开而不接触，且在弹性膜的垂直方向上只配置单一导电粒子。

简言之，所述导电粒子在弹性膜中是配置成接近同一水平方向排列。较佳的，等导电粒子可为阵列方式的相等间距分隔排列，或者，相邻导电粒子的间距可为不相等。此外，导电粒子是未露出于弹性膜的下表面。

进一步，弹性膜的厚度是等于或小于导电粒子的粒径。较佳的，导电粒子可包含金、银、铜、铁、钴及镍的至少其中之一或合金。

此外，测试基板具有测试线路，是位于弹性膜的上表面，而晶片具有多个接脚，是位于弹性膜的下表面，且当测试线路及所述接脚在垂直方向上相互挤压时，会挤压所述导电粒子，并使得弹性膜收缩变形，进而测试线路在等效上是经由所述导电粒子而电气连接至所述接脚，因为间隔相当短时，会发生穿隧效应。尤其，当测试线路及所述接脚不再相互挤压时，比如测试线路脱离弹性膜，或是所述接脚脱离弹性膜，所述导电粒子可弹回至原始位置。换言之，所述导电粒子可在弹性膜中被多次、重复的挤压、移动、回弹。

因此，本发明的单层粒子导电弹性体很适合用于测试机台对晶片的电气测试，可取代传统的测试探针，尤其是针对微小间距的晶片。

此外，本发明的另一目的在于提供一种单层粒子导电弹性体的制作方法，包含：利用搅拌机搅拌具可压缩性及电气绝缘性的聚合物，以备制配方胶，且聚合物具有低于室温的玻璃转移温度(Tg)；利用刮刀涂布配方胶以形成具特定厚度的弹性膜，且弹性膜具有上表面以及下表面；利用金、银、铜、铁、钴及镍的至少其中之一或合金以备制多个导电粒子，导电粒子具有粒径，且弹性膜的厚度是等于或小于导电粒子的粒径；利用金属材料或塑胶材料以备制配置网，配置网具有多个穿孔，且相邻的穿孔之间具有相等或不相等的间距，穿孔具有孔径，穿孔的孔径是大于粒径；将配置网安置于弹性膜上，将导电粒子均匀洒落在配置网上，每个穿孔只穿过单一的导电粒子而落到弹性膜的上表面，移除未穿过穿孔的剩余导电粒子，利用铁氟隆板加压弹性膜上的导电粒子而至少部分埋入弹性膜中，藉以在弹性膜上完成配置单层的导电粒子；以及利用烘箱以加热已配置导电粒子的弹性膜至加热温度，并持续加热时间，藉以烘烤成形而获得单层粒子导电弹性体。

较佳的，上述的加热温度为60至150℃之间，而加热时间为1至6小时之间。

附图说明

图1为本发明第一实施例单层粒子导电弹性体的示意图。

图2为本发明第一实施例单层粒子导电弹性体的应用实例示意图。

图3为本发明第二实施例单层粒子导电弹性体的制作方法的流程图。

具体实施方式

以下藉由特定的具体实施例说明本发明之实施方式，熟悉本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实例加以施行或应用，本发明说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

须知，本说明书所附图式绘示的结构、比例、大小、元件数量等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小之调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

请参考图1，本发明第一实施例单层粒子导电弹性体的示意图。如图1所示，本发明第一实施例的单层粒子导电弹性体包括弹性膜10以及多个导电粒子20，其中弹性膜10是包含具可压缩性及电气绝缘性的聚合物，比如硅橡胶或丙烯酸树脂，而所述导电粒子20是以单一层的方式均匀分布在弹性膜10中。具体而言，所述导电粒子20在弹性膜10中是相互分隔开而不接触，且在弹性膜10的垂直方向上只配置单一导电粒子20，换言之，所述导电粒子20在弹性膜10中是配置成接近同一水平方向排列。较佳的，所述导电粒子20可为阵列方式的相等间距分隔排列，不过本发明并未受限于此，所以相邻导电粒子20的间距可为相等或不相等。

再者，弹性膜10的厚度是等于或小于该导电粒子20的粒径，所以当弹性膜10的厚度等于导电粒子20的粒径时，所有的导电粒子20刚好被弹性膜10包埋住，而如果弹性膜10的厚度小于导电粒子20的粒径，则导电粒子20的部分表面会露出弹性膜10的上表面及下表面的至少其中之一，而图1显示导电粒子20的顶部露出于弹性膜10的上表面，但导电粒子20的底部并未露出于弹性膜20的下表面。

尤其，弹性膜10的聚合物具有低于室温的玻璃转移温度(Tg)，所以在室温时，导电粒子20可在外部垂直施压下被推挤到靠近弹性膜10的上表面及下表面，亦即，弹性膜10受到导电粒子20的推挤而压缩变形，因而等效上，导电粒子20可如同在弹性膜10中适当游动。不过，当导电粒子20不再受外力挤压时，导电粒子20会因弹性膜10本身的可压缩性而弹回到在弹性膜10中的原始位置。

进一步，导电粒子20可包含金、银、铜、铁、钴及镍的至少其中之一，亦即，导电粒子20可为金、银、铜、铁、钴或镍的单一金属的混合物，也可为金、银、铜、铁、钴及镍的金属以任意比例混合调配所构成的合金。

较佳的，上述弹性膜10的厚度可为3微米至100微米之间。另外，导电粒子20的粒径可为3微米至200微米之间。

参考图2，本发明第一实施例的应用实例，显示本发明的单层粒子导电弹性体可用以电气连接测试机台的测试基板30以及晶片40，供测试基板30测试晶片40的电气特性，即，结合测试基板30及单层粒子导电弹性体可取代传统的测试探针。具体而言，测试基板30具有测试线路31，是位于弹性膜10的上表面，且晶片40具有多个接脚41，是位于弹性膜10的下表面。

在图2的应用实例中，弹性膜10的厚度是小于导电粒子20的粒径，因而导电粒子20的部分表面会露出弹性膜10的上表面。由于弹性膜10具可压缩性，所以当导电粒子20受到测试基板30的测试线路31的垂直挤压时，会进一步挤压弹性膜10而靠近弹性膜10的下表面，同时也靠近晶片40的接脚41，使得导电粒子20在等效上电气连接至接脚41，比如在导电粒子20非常靠近接脚41下可产生穿隧效应，进而测试线路31也电气连接至接脚41。特别要注意的是，未被加压的导电粒子20仍留在原来的位置而不移动，尤其是不会水平方向移动，保持水平方向上的电气绝缘特性，可避免相邻的接脚41发生短路。

此外，在电气测试完毕后，可将测试基板30往上拉开而脱离单层粒子导电弹性体，或者，测试基板30结合单层粒子导电弹性体一起脱离晶片40，此时，导电粒子20不再受外力挤压，且会因弹性膜10本身的可压缩性而弹回到到如图1所示的原始位置。因此，本发明的单层粒子导电弹性体可多次重复使用于电气测试。

一般而言，测试线路31及接脚41的横向尺寸是大于导电粒子20的粒径，因此，每个测试线路31及接脚41可相互挤压多个导电粒子20，比如图中有三个导电粒子20，藉以改善导电性，确保电气连接及电气信号传输的品质。

另外，本发明的单层导电粒子可配置成规则性排列，比如等间距的阵列式排列，使得单位面积的导电粒子数目保持一致，因而本发明具有优异的垂直导电性，同时能保持横方向上的电气绝缘性，非常适合用以测试具微小间距的晶片。

进一步参考图3，本发明第二实施例单层粒子导电弹性体的制作方法的流程图。如图3所示，本发明第二实施例单层粒子导电弹性体的制作方法包括依序进行的步骤S10、S20、S30、S40、S50以及S60，分别备制配方胶、形成弹性膜、备制导电粒子、备制配置网、配置导电粒子以及烘烤成形，用以制作单层粒子导电弹性体。

首先，进行步骤S10，利用搅拌机，比如行星式搅拌机，搅拌具可压缩性及电气绝缘性的聚合物，藉以备制配方胶，尤其，聚合物具有低于室温的玻璃转移温度(Tg)。接着，在步骤S20中，利用刮刀涂布配方胶以形成具有特定厚度的弹性膜，比如厚度为3微米至100微米之间，而且弹性膜具有上表面以及下表面。然后进入步骤S30，利用金、银、铜、铁、钴及镍的至少其中之一或合金以备制多个导电粒子，其中导电粒子具有粒径，且而弹性膜的厚度是等于或小于导电粒子的粒径，比如粒径为3微米至200微米之间。

之后，执行步骤S40，利用金属材料或塑胶材料以备制配置网，其中配置网具有多个穿孔，且相邻的穿孔之间具有相等或不相等的间距，而且穿孔具有孔径，并且是大于导电粒子的粒径。在步骤S50中，将配置网安置于弹性膜上，并将导电粒子均匀洒落在配置网上，使得每个穿孔只穿过单一的导电粒子而落到弹性膜的上表面，再移除未穿过穿孔的所有剩余导电粒子，并利用铁氟隆板加压入弹性膜上的导电粒子而至少部分埋入弹性膜中，藉以在弹性膜上完成配置单层导电粒子。

最后，在步骤S60中，利用烘箱，加热已配置导电粒子的弹性膜至加热温度，并持续加热时间，藉以烘烤成形而获得所需的单层粒子导电弹性体，其中加热温度为60至150℃之间，而加热时间为1至6小时之间。

此外，本发明的制作方法也可在步骤S40中采用具有多个盲孔的配置网，以取代上述具有多个穿孔的配置网，其中每个盲孔具有孔径，且盲孔的孔径是是小于导电粒子的粒径。因此，在配置导电粒子的步骤S50中，需要额外使用转印模，具体而言，是先将导电粒子均匀分布于配置网上，且每个盲孔只容置单一导电粒子，尤其，导电粒子的部分表面是露出盲孔，接着移除未落在盲孔中的所有剩余导电粒子，之后，利用转印模贴附在配置网上以包夹住导电粒子，再移除配置网而将导电粒子留在转印模上，然后将转印模贴附到弹性膜上，使得导电粒子被包夹在转印模及弹性膜之间，最后移除转印模，得到均匀配置导电粒子的弹性膜。

综上所述，上述制作方法的处理步骤未使用额外的特殊工具，可利用一般设备达成，所以整体而言，是相当简单而可具体实施，相当具有市场竞争力及产业利用性。

以上所述仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上之限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

其中，附图标记说明如下：

10 弹性膜

20 导电粒子

30 测试基板

31 测试线路

40 晶片

41 接脚

D 粒径

T 厚度

S10～S60 步骤

Claims (10)

1.一种单层粒子导电弹性体，其特征在于，包括：

一弹性膜，包含具可压缩性及电气绝缘性的一聚合物，且具有低于室温的一玻璃转移温度(Tg)；以及

多个导电粒子，是以单一层的方式均匀分布在该弹性膜中，并是相互分隔开而不接触，且在该弹性膜的一垂直方向上只配置单一的该导电粒子，

其中该弹性膜具有一厚度，该导电粒子具有一粒径，该厚度是等于或小于该粒径，该弹性膜具有一上表面以及一下表面，该导电粒子未露出于该弹性膜的下表面，该导电粒子包含金、银、铜、铁、钴及镍的至少其中之一或合金，该测试基板具有一测试线路，是位于该弹性膜的上表面，该晶片具有多个接脚，是位于该弹性膜的下表面，该测试线路及所述接脚是在该垂直方向上相互挤压而挤压所述导电粒子以收缩变形该弹性膜，而该测试线路在等效上经由所述导电粒子而电气连接至所述接脚，所述导电粒子是在该测试线路及所述接脚不相互挤压下弹回至一原始位置。

2.根据权利要求1所述的单层粒子导电弹性体，其特征在于，该聚合物包含硅橡胶或丙烯酸树脂。

3.根据权利要求1所述的单层粒子导电弹性体，其特征在于，该厚度为3微米至100微米之间。

4.根据权利要求1所述的单层粒子导电弹性体，其特征在于，该粒径为3微米至200微米之间。

5.一种单层粒子导电弹性体的制作方法，其特征在于，包括：

利用一搅拌机，搅拌具可压缩性及电气绝缘性的一聚合物，藉以备制一配方胶，且该聚合物具有低于室温的一玻璃转移温度(Tg)；

利用一刮刀涂布该配方胶以形成具一厚度的一弹性膜，且该弹性膜具有一上表面以及一下表面；

利用金、银、铜、铁、钴及镍的至少其中之一或合金以备制多个导电粒子，所述导电粒子具有一粒径，且该弹性膜的厚度是等于或小于该导电粒子的粒径；

利用一金属材料或一塑胶材料以备制一配置网，该配置网具有多个穿孔，且相邻的所述穿孔之间具有相等或不相等的一间距，该穿孔具有一孔径，该穿孔的孔径是大于该粒径；

将该配置网安置于该弹性膜上，将所述导电粒子均匀洒落在该配置网上，每个该穿孔只穿过单一的该导电粒子而落到该弹性膜的上表面，移除未穿过所述穿孔的剩余导电粒子，利用一铁氟隆板加压该弹性膜上的所述导电粒子而至少部分埋入该弹性膜中，藉以在该弹性膜上完成配置单层的所述导电粒子；以及

利用一烘箱以加热已配置所述导电粒子的该弹性膜至一加热温度，并持续一加热时间，藉以烘烤成形而获得一单层粒子导电弹性体。

6.根据权利要求5所述的单层粒子导电弹性体的制作方法，其特征在于，该聚合物包含硅橡胶或丙烯酸树脂。

7.根据权利要求5所述的单层粒子导电弹性体的制作方法，其特征在于，该搅拌机包含一行星式搅拌机。

8.根据权利要求5所述的单层粒子导电弹性体的制作方法，其特征在于，该厚度为3微米至100微米之间。

9.根据权利要求5所述的单层粒子导电弹性体的制作方法，其特征在于，该粒径为3微米至200微米之间。

10.根据权利要求5所述的单层粒子导电弹性体的制作方法，其特征在于，该加热温度为60至150℃之间，而该加热时间为1至6小时之间。

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