CN114280453B - 一种微型柔性电极阵列及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种微型柔性电极阵列及测试方法，涉及芯片和芯片检测工具。微型柔性电极阵列包括：透明基板；透明基板上表面设金属线路层，金属线路层远离透明基板的一面设透明或半透明柔性缓冲层；缓冲层在金属线路层上表面，金属电极层在缓冲层上表面及侧面，金属电极层与金属线路层连接，金属电极层正对于待检测微型芯片电极，绝缘层在两层金属线路层中间。移动透明基板使金属电极层与待检测微型芯片电极对准接触，对待测微型芯片通电测试特性，筛选芯片。柔性结构避免待测微型芯片被探针损伤，利于与待测微型芯片不平整电极的可靠接触，透明基板、透明或半透明缓冲层方便与待测微型芯片电极准确对准；电极阵列有利待测微型芯片批量测试，提高芯片检测速度。
Description
技术领域
本发明涉及芯片技术领域和芯片检测工具技术领域，尤其是涉及一种微型柔性电极阵列及测试方法。
背景技术
随着光电子和生物技术高速发展，微型芯片和生物芯片尺寸变得越来越小，如当前的Micro-LED(Light Emitting Diode,LED)技术，即LED微缩化和矩阵化技术。LED转移至目标基板前，应确保每颗LED光电性能一致性。类似地，微型IC芯片在焊接或者嵌入电路板之前需保证每颗芯片正常可用，对微型IC芯片功能特性检测必不可少。微型芯片的传统电测试方法采用探针接触，但当芯片尺寸小于30微米时，电极尺寸仅有几微米大小，探针检测方法难以满足要求。
如图1所示，传统的芯片电特性检测通过使用探针108接触芯片的芯片负电极106和芯片正电极107，此过程中传统的检测方法需要用探针108逐个对芯片基板104上的芯片进行通电，并检测每个芯片的特性。如图2所示，该传统的检测方法也需要探针逐个对基板上的芯片110进行通电。因此，对于微型芯片来说，芯片110的尺寸非常小，探针对准芯片110的电极难度大且耗时长，在使用探针对芯片基板上的芯片进行通电的过程中，也存在因探针直径大于芯片110产生短路及戳伤芯片110的风险。此外，芯片表面并非完全平整，探针要能适应电极之间的高度差。另外，传统的检测方法需要机械地移动探针位置，从而导致批量芯片检测速度较慢。
现有微型电极的制作工艺有采用激光直写技术在制备好的铜膜上制备出所设计的微型电极，制备大面积的微米尺度的线路[一种大面积激光直写制备柔性微型电极电路的方法，发明专利，公布号：CN108633186A]，以及采用铌酸锂基片为阴极，浸入盛有电镀液的电镀槽中，与阳极构成回路，进行无氰电镀工艺制作微型电极[一种微型电极电镀工艺，实用新型，公布号：CN203360615U]。又例如用于触控显示面板识别传感的大面积微型电极[触控面板，发明专利，公布号:CN109871148A]。现有柔性电极的尺寸大、非阵列式结构，制作工艺难达到微米级。例如在刚性基底上旋涂覆盖PDMS层，然后以PDMS层作为柔性基底生长金膜，最后剥落PDMS层形成柔性电极[一种柔性电极制备方法及柔性电极,发明专利,公布号：CN106950267B]，例如平面凹槽大面积大尺寸的柔性电极薄膜[一种柔性电极薄膜及应用，发明专利，公布号：CN111354508A]以及通过光刻方法制作由柔性衬底、金属钛、金组成的单一大面积电极用于心电监护仪[一种柔性电极及其制造方法，发明专利，公布号：CN109350046A]。再例如通过化学浴沉积复合，将碳布/过渡金属氧化物前驱体复合物进行煅烧得到随机排布的柔性电极[一种柔性电极的制备方法及其产品和应用，发明专利，公布号：CN111276342A]。还有通过丝网印刷技术制作柔性电极[一种柔性电极及其制备方法，发明专利，公布号：CN111916260A]。上述专利所制作电极仅能用于常规测试，尺寸难以达到微米级，并不能用在微型芯片测试方面。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供可实现微型芯片不平坦电极接触并进行批量电测试的一种微型柔性电极阵列及测试方法。采用柔性电极结构避免对待测微型芯片的损伤；采用透明基板、透明或半透明缓冲层能够准确对准待测微型芯片电极并提高芯片的检测速度，以利快速批量筛选芯片。
一种微型柔性电极阵列，包括：
透明基板；
金属线路层，所述金属线路层设在透明基板上表面，所述金属线路层远离透明基板的一面设置有透明或半透明柔性缓冲层；
透明或半透明柔性缓冲层，所述缓冲层设在金属线路层上表面，所述缓冲层远离金属线路层的一面以及缓冲层的一侧面设有金属电极层；
金属电极层，所述金属电极层设在缓冲层的上表面及侧面，所述金属电极层与金属线路层连接，所述金属电极层正对于待检测微型芯片的电极；
绝缘层，所述绝缘层设在两层金属线路层中间。
微型柔性电极阵列的布局符合批量芯片的特定规律排布，所述阵列是包含一系列规律排布的柔性电极，该电极尺寸大小和数量根据待测微型芯片尺寸和数量进行调整。
所述微型柔性电极阵列包含一系列规律排布的柔性电极，该阵列可以对批量待测微型芯片通电检测特性。
所述柔性电极包含透明基板，该透明基板用于柔性电极方便快捷对准待测微型芯片电极。
所述柔性电极包含透明或半透明柔性缓冲层，该层有助于柔性电极方便快捷对准待测微型芯片电极，并适应不同电极高度的待测微型芯片。
进一步的，所述待检测微型芯片包括：
芯片本体，所述芯片本体设在芯片基板上端面；以及
待检测电极，所述待检测电极设在芯片本体上端面或下端面；
其中，所述待检测电极包括：
芯片正电极，所述芯片正电极正对于柔性电极的正电极；以及
芯片负电极，所述芯片负电极正对于柔性电极的负电极。
进一步的，所述透明基板由非金属材料制成，所述非金属材料至少包括二氧化硅、硅酸盐、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等中的一种。
进一步的，所述透明或半透明柔性缓冲层由高分子材料制成，所述高分子材料至少包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种，制作工艺包括且不限于刻蚀、旋涂、沉积、镀膜、喷墨打印、蒸镀等。
进一步，所述绝缘层由绝缘材料制成，所述绝缘材料至少包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或树脂中的一种，制作工艺包括且不限于刻蚀、旋涂、沉积、镀膜、喷墨打印、蒸镀。
一种微型柔性电极阵列的测试方法，是通过移动透明基板，使所述金属电极层与所述待测微型芯片电极对准接触，对待测微型芯片通电测试芯片特性，从而筛选芯片；具体包括以下步骤：
1)提供源表和多路复用选通模块，多路复用选通模块与金属线路层按照规则互连互通；多路复用选通模块与外接源表互通，通过控制多路复用选通模块实现待测芯片正对的金属电极层与源表互通，所述源表具备电源和万用表测试功能；
2)提供一三维移动平台、监控摄像头、分束器、透镜和光学检测设备，三维移动平台通过机械臂操作透明基板，监控摄像头观察透明基板与待测芯片相对位置，分束器接收待测芯片发出的光并且分光，光学检测设备接收通过透镜由分束器发出的光并测试待测芯片光学特性，从而筛选芯片；所述光学检测设备包括但不限于光谱仪、工业相机。
进一步的，所述三维移动平台通过机械臂操作透明基板，在监控摄像头辅助下使金属电极层与待测芯片电极对准接触，源表和多路复用选通模块给待测芯片阵列轮流选通并测试芯片阵列电特性；所述光学检测设备接收到待测芯片发出的光并测试待测芯片的光学特性，从而筛选芯片。
本发明的有益之处在于：
1、采用柔性结构避免了待测微型芯片被探针损伤，并且有利于与待测微型芯片不平整电极的可靠电接触。
2、采用透明基板、透明或半透明缓冲层方便与待测微型芯片电极准确对准。
3、电极阵列有利待测微型芯片批量测试，大大提高了芯片的检测速度。
附图说明
图1是传统微型芯片检测方法的结构示意图之1。
图2是传统微型芯片检测方法的结构示意图之2。
图3是本发明中微型柔性电极阵列示意图之1。
图4是本发明中微型柔性电极阵列示意图之2。
图5是本发明中微型柔性电极阵列示意图之3。
图6是本发明中微型柔性电极阵列示意图之4。
图7是本发明中微型柔性电极阵列示意图之5。
图8是本发明中微型柔性电极阵列示意图之6。
图9是本发明中微型柔性电极阵列示意图之7。
图10是本发明中微型柔性电极阵列示意图之8。
图11是本发明中微型柔性电极阵列示意图之9。
图12是本发明中微型柔性电极阵列示意图之10。
附图中各标记为：100、透明基板；101、金属线路层；102、金属电极层；103、透明或半透明柔性缓冲层；104、芯片基板；105、芯片本体；106、芯片负电极；107、芯片正电极；108、探针；109、检测电路板；110、芯片；111、连接线；112、绝缘层；113、多路复用选通模块；114、源表；115、光；116、光学检测设备；117、监控摄像头；118、三维移动平台；119、分束器；120、透镜。
具体实施方式
本发明实施例提供一种微型柔性电极阵列，该阵列可以依照不同大小的芯片和不同数量的芯片制作相应尺寸的检测电极阵列进行芯片特性的批量检测，并能够适应不同电极高度的芯片，待测芯片可以是倒装结构，也可以是垂直结构。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”与“所述”可泛指单一个或复数个。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参见图3～6，微型柔性电极阵列的柔性电极包括透明基板100、金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103。具体地，所述透明基板100设置在所述金属线路层101下端，所述金属线路层101远离所述透明基板100的一面设置有透明或者半透明柔性缓冲层103，所述透明或者半透明柔性缓冲层103在所述金属线路层101上表面，所述透明或者半透明柔性缓冲层103远离所述金属线路层101的一面以及所述缓冲层103的一侧面设置有金属电极层102，所述金属电极层102在所述透明或者半透明柔性缓冲层103上表面及侧面，所述金属电极层102与所述金属线路层101连接且连接方式可以是垂直连接或者带一定坡度连接，所述金属电极层102正对于待检测微型芯片的电极。
通过上述技术方案，移动所述透明基板100，使所述金属电极层102与所述待检测微型芯片电极对准接触，对待测微型芯片通电测试特性，从而筛选芯片。另外，本发明采用柔性结构避免待测微型芯片被探针损伤，并且有利于与待测微型芯片不平整电极的可靠接触，采用透明基板、透明或半透明缓冲层方便与待测微型芯片电极准确对准；并且电极阵列有利待测微型芯片批量测试，大大提高了芯片的检测速度。
参见图7和8，在一个实施例的具体实施方式中，所述微型柔性电极阵列包括透明基板100、金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103、检测电路板109、连接线111、绝缘层112。具体地，所述金属电极层102正对于所述待检测微型芯片的电极，所述绝缘层112在两层所述金属线路层101中间，所述金属线路层101通过透明基板100和连接线111分别与所述检测电路板109连接。根据实际需求，微型芯片的设计会存在不同，例如，芯片的面积大小和间距都会存在不同，因而所述金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103、绝缘层112设置位置也会有所不同；另外，待测微型芯片的数量不同，所述金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103、绝缘层112设置数量也有所不同。本申请采用移动所述透明基板100，使所述金属电极层102与所述待检测微型芯片电极对准接触，对待测微型芯片通电测试特性，从而筛选芯片。
参见图9，在一个实施例的具体实施方式中，所述微型柔性电极阵列包括透明基板100、金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103、检测电路板109、连接线111。具体地，所述金属电极层102正对于所述待检测微型芯片的电极，所述金属线路层101通过透明基板100和连接线111分别与所述检测电路板109连接。根据实际需求，微型芯片的设计会存在不同，例如，芯片的面积大小和间距都会存在不同，因而所述金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103、绝缘层112设置位置也会有所不同；另外，待测微型芯片的数量不同，所述金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103、绝缘层112设置数量也有所不同。本申请采用移动所述透明基板100，使所述金属电极层102与所述待检测微型芯片电极对准接触，对待测微型芯片通电测试特性，从而筛选芯片。
参见图10，在一个实施例的具体实施方式中，所述微型柔性电极阵列的柔性电极结构包括透明基板100、金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103、芯片基板104、芯片本体105、芯片负电极106、芯片正电极107、检测电路板109、连接线111。具体地，所述芯片负电极106和所述芯片正电极在所述芯片本体105的同一侧，所述金属电极层102正对于所述待检测芯片的负电极106及正电极107，所述金属线路层101通过透明基板100和连接线111分别与所述检测电路板109连接。根据实际需求，微型芯片的设计会存在不同，例如，芯片的面积大小和间距都会存在不同，因而所述金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103设置位置也会有所不同。本申请采用移动所述透明基板100，使所述金属电极层102与所述待检测微型芯片电极对准接触，对待测微型芯片通电测试特性，从而筛选芯片。
参见图11，在一个实施例的具体实施方式中，所述微型柔性电极阵列的柔性电极结构包括透明基板100、金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103、芯片本体105、芯片负电极106、芯片正电极107、检测电路板109、连接线111。具体地，所述芯片负电极106和所述芯片正电极在所述芯片本体105的不同侧，所述金属电极层102正对于所述待检测芯片的负电极106及正电极107，所述金属线路层101通过透明基板100和连接线111分别与所述检测电路板109连接。根据实际需求，微型芯片的设计会存在不同，例如，芯片的面积大小、间距和高度都会存在不同，因而所述金属线路层101、金属电极层102、透明或半透明柔性缓冲层103设置位置也会有所不同。本申请采用移动所述透明基板100，使所述金属电极层102与所述待检测微型芯片电极对准接触，对待测微型芯片通电测试特性，从而筛选芯片。
参见图12，本发明还提供一种微型柔性电极阵列的测试方法，该方法包括：
提供一源表114和多路复用选通模块113，所述多路复用选通模块113和所述金属线路层101按照特定规则互连互通；而且所述多路复用选通模块113与所述源表114互通，通过控制所述多路复用选通模块113实现待测芯片正对的所述金属电极层102与所述源表114互通。
提供一三维移动平台118、监控摄像头117、分束器119、透镜120和光学检测设备116，所述三维移动平台118可通过机械臂操作透明基板100，所述监控摄像头117观察透明基板100与待测芯片相对位置，所述分束器119接收待测芯片发出的光115并且分光115，所述光学检测设备116接收通过所述透镜120由所述分束器119发出的光115并测试待测芯片光学特性。
在一个实施例的具体实施方式中，所述三维移动平台118通过机械臂操作透明基板100，在监控摄像头117辅助下使金属电极层102与待测芯片电极对准接触。所述源表114和多路复用选通模块113给待测芯片阵列轮流选通并测试芯片阵列电特性。所述光学检测设备116接收到所述待测芯片发出的光115并测试待测芯片的光学特性，从而筛选芯片。
在一个实施例的具体实施方式中，所述透明基板由非金属材料制成，所述非金属材料可以为二氧化硅、硅酸盐、聚甲基丙烯甲脂(PMMA)等，所述透明或半透明柔性缓冲层由高分子材料制成，所述高分子材料至少包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种，所述绝缘层由绝缘材料制成，所述绝缘材料至少包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和树脂中的一种。
综上所述，本发明所述提供的一种微型柔性电极阵列，该微型柔性电极阵列，包括：透明基板100；金属线路层101，所述金属线路层101在所述透明基板100上表面；透明或半透明柔性缓冲层103，所述透明或半透明柔性缓冲层103在所述金属线路层101上表面，所述透明或半透明柔性缓冲层103远离所述金属线路层101的一面以及所述透明或半透明柔性缓冲层103的一侧面设置有金属电极层102；金属电极层102，所述金属电极层102在所述透明或半透明柔性缓冲层103上表面及侧面，所述金属电极层102与所述金属线路层101连接，所述金属电极层102正对于待检测微型芯片的电极；绝缘层112，所述绝缘层112在两层所述金属线路层101中间。本发明采用移动透明基板100，使所述金属电极层102与所述待检测微型芯片电极对准接触，对待测微型芯片通电测试特性，从而筛选芯片。另外，本发明采用柔性结构避免了待测微型芯片被探针损伤，并且有利于与待测微型芯片不平整电极的可靠接触，采用透明基板、透明或半透明缓冲层方便与待测微型芯片电极准确对准；并且电极阵列有利待测微型芯片批量测试，大大提高芯片的检测速度。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种微型柔性电极阵列，其特征在于包括透明基板、金属线路层、透明或半透明柔性缓冲层、金属电极层、绝缘层；所述金属线路层设在透明基板上表面，所述金属线路层远离透明基板的一面设置有透明或半透明柔性缓冲层；所述缓冲层设在金属线路层上表面，所述缓冲层远离金属线路层的一面以及缓冲层的一侧面设有金属电极层；所述金属电极层设在缓冲层的上表面及侧面，所述金属电极层与金属线路层连接，连接方式可以是垂直连接或者带一定坡度连接，所述金属电极层正对于待检测微型芯片的电极；所述绝缘层设在两层金属线路层中间；
所述透明或半透明柔性缓冲层由高分子材料制成，用于柔性电极方便快捷对准接触待测微型芯片电极，并适应不同电极高度的待测微型芯片；
所述高分子材料至少包括聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种，制作工艺包括且不限于刻蚀、旋涂、沉积、镀膜、喷墨打印、蒸镀；
所述微型柔性电极阵列包含一系列规律排布的柔性电极，柔性电极尺寸大小和数量根据待测微型芯片尺寸和数量进行调整。
2.如权利要求1所述的微型柔性电极阵列，其特征在于所述微型柔性电极阵列包含一系列规律排布的柔性电极，用于对批量待测微型芯片通电检测特性。
3.如权利要求1所述的微型柔性电极阵列，其特征在于所述透明基板由非金属材料制成，透明基板用于柔性电极方便快捷对准待测微型芯片电极。
4.如权利要求3所述的微型柔性电极阵列，其特征在于所述非金属材料至少包括二氧化硅、硅酸盐、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
5.如权利要求1所述的微型柔性电极阵列，其特征在于所述绝缘层由绝缘材料制成，所述绝缘材料至少包括聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯或树脂中的一种，制作工艺包括且不限于刻蚀、旋涂、沉积、镀膜、喷墨打印、蒸镀。
6.一种微型柔性电极阵列的测试方法，采用如权利要求1所述的微型柔性电极阵列，其特征在于包括以下步骤：
1）提供源表和多路复用选通模块，多路复用选通模块与金属线路层按照规则互连互通；多路复用选通模块与外接源表互通，通过控制多路复用选通模块实现待测芯片正对的金属电极层与源表互通，所述源表具备电源和万用表测试功能；
2）提供一三维移动平台、监控摄像头、分束器、透镜和光学检测设备，三维移动平台通过机械臂操作透明基板，监控摄像头观察透明基板与待测芯片相对位置，分束器接收待测芯片发出的光并且分光，光学检测设备接收通过透镜由分束器发出的光并测试待测芯片光学特性，从而筛选芯片；所述光学检测设备包括但不限于光谱仪、工业相机。
7.如权利要求6所述一种微型柔性电极阵列的测试方法，其特征在于所述三维移动平台通过机械臂操作透明基板，在监控摄像头辅助下使金属电极层与待测芯片电极对准接触，源表和多路复用选通模块给待测芯片阵列轮流选通并测试芯片阵列电特性；光学检测设备接收到待测芯片发出的光并测试待测芯片的光学特性，从而筛选芯片。
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