TWI668711B - 單層粒子導電彈性體及其製作方法 - Google Patents

Abstract

本發明係揭示一種單層粒子導電彈性體及其製作方法，包括彈性膜及多個導電粒子，其中彈性膜為具可壓縮性及電氣絕緣性的聚合物所構成，而該等導電粒子是以單層方式均勻分佈於彈性膜，且在彈性膜中是相互分隔開而不接觸。尤其是，彈性膜的厚度等於或小於導電粒子的粒徑，導電粒子在受到測試基板的測試電路以及晶片的接腳相互垂直擠壓下，會擠壓彈性膜並靠近彈性膜的上表面或下表面，進而等效上將測試電路電氣連接至接腳，而且導電粒子在失去測試電路電及接腳的相互擠壓下，可彈回到在彈性膜中的原始位置，並多次重複使用。

Description

單層粒子導電彈性體及其製作方法

本發明係關於一種單層粒子導電彈性體及其製作方法，尤其是利用具可壓縮性及電氣絕緣性的彈性膜當作承載薄膜，用以配置單層排列的導電粒子，且彈性膜的厚度是等於或小於導電粒子的粒徑，導電粒子受到測試基板的測試電路以及晶片的接腳相互垂直擠壓下而擠壓彈性膜並靠近彈性膜的上表面及下表面，進而等效上將測試電路電氣連接至接腳，而且導電粒子在失去測試電路電及接腳的相互擠壓下，可彈回到在彈性膜中的原始位置，並多次重複使用。

通常，在利用檢驗設備(inspection apparatus)以檢驗、測試晶片的電氣特性時，需要穩定的電氣連接，一般作法是使用電測試插座以連接檢驗設備至待檢驗的晶片。

進一步而言，習用技術的電測試插座是將晶片的接腳連接至檢驗設備的襯墊，使得電氣信號能在晶片及檢驗設備之間雙向傳輸，可使用彈性導電片(elastic conductive sheet)或彈簧式頂針(pogo pin)包含於電測試插座中，當作接觸構件用，可將檢驗設備平滑地連接至待檢驗晶片，藉以減少在連接動作期間機械衝擊的影響。

上述的電測試插座一般是包含絕緣矽酮部、多個導電部以及多個襯墊，其中多個導電部是設置於絕緣矽酮部中，並包含多個導電粒子，以形成導電柱而貫穿絕緣矽酮部，此外、襯墊是位於導電部的端部 ，用以接觸晶片的接腳。

在電測試插座用於檢驗時，需要降低待檢驗晶片以使得接腳接觸到導電部，並且進一步降低晶片以壓縮導電部，使得導電部的導電粒子相互接觸，藉以當作電導體，此時，檢驗設備可產生電氣信號，並經由導電部而傳送至晶片，且而執行電氣測試。換言之，未被壓縮的導電部，其中的導電粒子仍保持分離而不接觸的原始狀態，呈現不導電的電氣絕緣性。

然而，上述習用技術的缺點在於電測試插座無法進一步變薄，其厚度通常是在300微米以上，此外電阻值仍然不小，無法再降低，因為受限於導電粒子相互接觸的表面積，而且接觸狀態也不完全。此外，導電部很難再進一步縮小，無滿足具有10微米至100微米之微小間距(Fine Picth)的晶片接腳。

因此，需樣一種新創的單層粒子導電彈性體及其製作方法，利用具可壓縮性及電氣絕緣性的彈性膜當作承載薄膜，用以配置單層排列的導電粒子，且彈性膜的厚度是等於或小於導電粒子的粒徑，導電粒子受到測試基板的測試電路以及晶片的接腳相互垂直擠壓下而擠壓彈性膜並靠近彈性膜的上表面及下表面，進而等效上將測試電路電氣連接至接腳，而且導電粒子在失去測試電路電及接腳的相互擠壓下，可彈回到在彈性膜中的原始位置，並多次重複使用，尤其是單層粒子導電彈性體的整體厚度可降到達10微米至100微米之間，而且由於使用單層的導電粒子，所以能滿足10微米至100微米之微小間距的需求，藉以解決上述習用技術的問題。

本發明之主要目的在於提供一種單層粒子導電彈性體，主要是包括彈性膜以及多個導電粒子，其中彈性膜包含具可壓縮性及電氣絕緣性的聚合物，且具有低於室溫的一玻璃轉移溫度(Tg)，而該等導電粒子是以單一層的方式均勻分佈在彈性膜中，尤其，該等導電粒子在彈性膜中是相互分隔開而不接觸，且在彈性膜的垂直方向上只配置單一導電粒子。

簡言之，該等導電粒子在彈性膜中是配置成接近同一水平方向排列。較佳的，等導電粒子可為陣列方式的相等間距分隔排列，或者，相鄰導電粒子的間距可為不相等。此外，導電粒子是未露出於彈性膜的下表面。

進一步，彈性膜的厚度是等於或小於導電粒子的粒徑。較佳的，導電粒子可包含金、銀、銅、鐵、鈷及鎳的至少其中之一或合金。

此外，測試基板具有測試線路，是位於彈性膜的上表面，而晶片具有多個接腳，是位於彈性膜的下表面，且當測試線路及該等接腳在垂直方向上相互擠壓時，會擠壓該等導電粒子，並使得彈性膜收縮變形，進而測試線路在等效上是經由該等導電粒子而電氣連接至該等接腳，因為間隔相當短時，會發生穿隧效應。尤其，當測試線路及該等接腳不再相互擠壓時，比如測試線路脫離彈性膜，或是該等接腳脫離彈性膜，該等導電粒子可彈回至原始位置。換言之，該等導電粒子可在彈性膜中被多次、重複的擠壓、移動、回彈。

因此，本發明的單層粒子導電彈性體很適合用於測試機台對晶片的電氣測試，可取代傳統的測試探針，尤其是針對微小間距的晶片。

此外，本發明之另一目的在於提供一種單層粒子導電彈性體的製作方法，包含：利用攪拌機攪拌具可壓縮性及電氣絕緣性的聚合物，以備製配方膠，且聚合物具有低於室溫的玻璃轉移溫度(Tg)；利用刮刀塗佈配方膠以形成具特定厚度的彈性膜，且彈性膜具有上表面以及下表面；利用金、銀、銅、鐵、鈷及鎳的至少其中之一或合金以備製多個導電粒子，導電粒子具有粒徑，且彈性膜的厚度是等於或小於導電粒子的粒徑；利用金屬材料或塑膠材料以備製配置網，配置網具有多個穿孔，且相鄰的穿孔之間具有相等或不相等的間距，穿孔具有孔徑，穿孔的孔徑是大於粒徑；將配置網安置於彈性膜上，將導電粒子均勻灑落在配置網上，每個穿孔只穿過單一的導電粒子而落到彈性膜的上表面，移除未穿過穿孔的剩餘導電粒子，利用鐵氟隆板加壓彈性膜上的導電粒子而至少部分埋入彈性膜中，藉以在彈性膜上完成配置單層的導電粒子；以及利用烘箱以加熱已配置導電粒子的彈性膜至加熱溫度，並持續加熱時間，藉以烘烤成形而獲得單層粒子導電彈性體。

較佳的，上述的加熱溫度為60至150℃之間，而加熱時間為1至6小時之間。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小、元件數量等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技術之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。

請參考第一圖，本發明第一實施例單層粒子導電彈性體的示意圖。如第一圖所示，本發明第一實施例的單層粒子導電彈性體包括彈性膜10以及多個導電粒子20，其中彈性膜10是包含具可壓縮性及電氣絕緣性的聚合物，比如矽橡膠或丙烯酸樹脂，而該等導電粒子20是以單一層的方式均勻分佈在彈性膜10中。具體而言，該等導電粒子20在彈性膜10中是相互分隔開而不接觸，且在彈性膜10的垂直方向上只配置單一導電粒子20，換言之，該等導電粒子20在彈性膜10中是配置成接近同一水平方向排列。較佳的，該等導電粒子20可為陣列方式的相等間距分隔排列，不過本發明並未受限於此，所以相鄰導電粒子20的間距可為相等或不相等。

再者，彈性膜10的厚度是等於或小於該導電粒子20的粒徑，所以當彈性膜10的厚度等於導電粒子20的粒徑時，所有的導電粒子20剛好被彈性膜10包埋住，而如果彈性膜10的厚度小於導電粒子20的粒徑，則導電粒子20的部分表面會露出彈性膜10的上表面及下表面的至少其中之一，而第一圖顯示導電粒子20的頂部露出於彈性膜10的上表面，但導電粒子20的底部並未露出於彈性膜20的下表面。

尤其，彈性膜10的聚合物具有低於室溫的玻璃轉移溫度(Tg)，所以在室溫時，導電粒子20可在外部垂直施壓下被推擠到靠近彈性膜10的上表面及下表面，亦即，彈性膜10受到導電粒子20的推擠而壓縮變形，因而等效上，導電粒子20可如同在彈性膜10中適當游動。不過，當導電粒子20不再受外力擠壓時，導電粒子20會因彈性膜10本身的可壓縮性而彈回到在彈性膜10中的原始位置。

進一步，導電粒子20可包含金、銀、銅、鐵、鈷及鎳的至少其中之一，亦即，導電粒子20可為金、銀、銅、鐵、鈷或鎳的單一金屬的混合物，也可為金、銀、銅、鐵、鈷及鎳的金屬以任意比例混合調配所構成的合金。

較佳的，上述彈性膜10的厚度可為3微米至100微米之間。另外，導電粒子20的粒徑可為3微米至200微米之間。

參考第二圖，本發明第一實施例的應用實例，顯示本發明的單層粒子導電彈性體可用以電氣連接測試機台的測試基板30以及晶片40，供測試基板30測試晶片40的電氣特性，亦即，結合測試基板30及單層粒子導電彈性體可取代傳統的測試探針。具體而言，測試基板30具有測試線路31，是位於彈性膜10的上表面，且晶片40具有多個接腳41，是位於彈性膜10的下表面。

在第二圖的應用實例中，彈性膜10的厚度是小於導電粒子20的粒徑，因而導電粒子20的部分表面會露出彈性膜10的上表面。由於彈性膜10具可壓縮性，所以當導電粒子20受到測試基板30的測試線路31的垂直擠壓時，會進一步擠壓彈性膜10而靠近彈性膜10的下表面，同時也靠近晶片40的接腳41，使得導電粒子20在等效上電氣連接至接腳41，比如在導電粒子20非常靠近接腳41下可產生穿隧效應，進而測試線路31也電氣連接至接腳41。特別要注意的是，未被加壓的導電粒子20仍留在原來的位置而不移動，尤其是不會水平方向移動，保持水平方向上的電氣絕緣特性，可避免相鄰的接腳41發生短路。

此外，在電氣測試完畢後，可將測試基板30往上拉開而脫離單層粒子導電彈性體，或者，測試基板30結合單層粒子導電彈性體一起脫離晶片40，此時，導電粒子20不再受外力擠壓，且會因彈性膜10本身的可壓縮性而彈回到到如第一圖所示的原始位置。因此，本發明的單層粒子導電彈性體可多次重複使用於電氣測試。

一般而言，測試線路31及接腳41的橫向尺寸是大於導電粒子20的粒徑，因此，每個測試線路31及接腳41可相互擠壓多個導電粒子20，比如圖中有三個導電粒子20，藉以改善導電性，確保電氣連接及電氣信號傳輸的品質。

另外，本發明的單層導電粒子可配置成規則性排列，比如等間距的陣列式排列，使得單位面積的導電粒子數目保持一致，因而本發明具有優異的垂直導電性，同時能保持橫方向上的電氣絕緣性，非常適合用以測試具微小間距的晶片。

進一步參考第三圖，本發明第二實施例單層粒子導電彈性體的製作方法的流程圖。如第三圖所示，本發明第二實施例單層粒子導電彈性體的製作方法包括依序進行的步驟S10、S20、S30、S40、S50以及S60，分別備製配方膠、形成彈性膜、備製導電粒子、備製配置網、配置導電粒子以及烘烤成形，用以製作單層粒子導電彈性體。

首先，進行步驟S10，利用攪拌機，比如行星式攪拌機，攪拌具可壓縮性及電氣絕緣性的聚合物，藉以備製配方膠，尤其，聚合物具有低於室溫的玻璃轉移溫度(Tg)。接著，在步驟S20中，利用刮刀塗佈配方膠以形成具有特定厚度的彈性膜，比如厚度為3微米至100微米之間，而且彈性膜具有上表面以及下表面。然後進入步驟S30，利用金、銀、銅、鐵、鈷及鎳的至少其中之一或合金以備製多個導電粒子，其中導電粒子具有粒徑，且而彈性膜的厚度是等於或小於導電粒子的粒徑，比如粒徑為3微米至200微米之間。

之後，執行步驟S40，利用金屬材料或塑膠材料以備製配置網，其中配置網具有多個穿孔，且相鄰的穿孔之間具有相等或不相等的間距，而且穿孔具有孔徑，並且是大於導電粒子的粒徑。在步驟S50中，將配置網安置於彈性膜上，並將導電粒子均勻灑落在配置網上，使得每個穿孔只穿過單一的導電粒子而落到彈性膜的上表面，再移除未穿過穿孔的所有剩餘導電粒子，並利用鐵氟隆板加壓入彈性膜上的導電粒子而至少部分埋入彈性膜中，藉以在彈性膜上完成配置單層導電粒子。

最後，在步驟S60中，利用烘箱，加熱已配置導電粒子的彈性膜至加熱溫度，並持續加熱時間，藉以烘烤成形而獲得所需的單層粒子導電彈性體，其中加熱溫度為60至150℃之間，而加熱時間為1至6小時之間。

此外，本發明的製作方法也可在步驟S40中採用具有多個盲孔的配置網，以取代上述具有多個穿孔的配置網，其中每個盲孔具有孔徑，且盲孔的孔徑是是小於導電粒子的粒徑。因此，在配置導電粒子的步驟S50中，需要額外使用轉印模，具體而言，是先將導電粒子均勻分佈於配置網上，且每個盲孔只容置單一導電粒子，尤其，導電粒子的部分表面是露出盲孔，接著移除未落在盲孔中的所有剩餘導電粒子，之後，利用轉印模貼附在配置網上以包夾住導電粒子，再移除配置網而將導電粒子留在轉印模上，然後將轉印模貼附到彈性膜上，使得導電粒子被包夾在轉印模及彈性膜之間，最後移除轉印模，得到均勻配置導電粒子的彈性膜。

綜上所述，上述製作方法的處理步驟未使用額外的特殊工具，可利用一般設備達成，所以整體而言，是相當簡單而可具體實施，相當具有市場競爭力及產業利用性。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10‧‧‧彈性膜

20‧‧‧導電粒子

30‧‧‧測試基板

31‧‧‧測試線路

40‧‧‧晶片

41‧‧‧接腳

D‧‧‧粒徑

T‧‧‧厚度

S10~S60‧‧‧步驟

第一圖為本發明第一實施例單層粒子導電彈性體的示意圖。 第二圖為本發明第一實施例單層粒子導電彈性體的應用實例示意圖。 第三圖為本發明第二實施例單層粒子導電彈性體的製作方法的流程圖。

Claims (10)

1. 一種單層粒子導電彈性體，包括： 一彈性膜，係包含具可壓縮性及電氣絕緣性的一聚合物，且具有低於室溫的一玻璃轉移溫度(Tg)；以及 多個導電粒子，是以單一層的方式均勻分佈在該彈性膜中，並是相互分隔開而不接觸，且在該彈性膜的一垂直方向上只配置單一的該導電粒子， 其中該彈性膜具有一厚度，該導電粒子具有一粒徑，該厚度是等於或小於該粒徑，該彈性膜具有一上表面以及一下表面，該導電粒子未露出於該彈性膜的下表面，該導電粒子包含金、銀、銅、鐵、鈷及鎳的至少其中之一或合金，該測試基板具有一測試線路，是位於該彈性膜的上表面，該晶片具有多個接腳，是位於該彈性膜的下表面，該測試線路及該等接腳是在該垂直方向上相互擠壓而擠壓該等導電粒子以收縮變形該彈性膜，而該測試線路在等效上經由該等導電粒子而電氣連接至該等接腳，該等導電粒子是在該測試線路及該等接腳不相互擠壓下彈回至一原始位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述的單層粒子導電彈性體，其中該聚合物包含矽橡膠或丙烯酸樹脂。
3. 如申請專利範圍第1項所述的單層粒子導電彈性體，其中該厚度為3微米至100微米之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述的單層粒子導電彈性體，其中該粒徑為3微米至200微米之間。
5. 一種單層粒子導電彈性體的製作方法，包括： 利用一攪拌機，攪拌具可壓縮性及電氣絕緣性的一聚合物，藉以備製一配方膠，且該聚合物具有低於室溫的一玻璃轉移溫度(Tg)； 利用一刮刀塗佈該配方膠以形成具一厚度的一彈性膜，且該彈性膜具有一上表面以及一下表面； 利用金、銀、銅、鐵、鈷及鎳的至少其中之一或合金以備製多個導電粒子，該等導電粒子具有一粒徑，且該彈性膜的厚度是等於或小於該導電粒子的粒徑； 利用一金屬材料或一塑膠材料以備製一配置網，該配置網具有多個穿孔，且相鄰的該等穿孔之間具有相等或不相等的一間距，該穿孔具有一孔徑，該穿孔的孔徑是大於該粒徑； 將該配置網安置於該彈性膜上，將該等導電粒子均勻灑落在該配置網上，每個該穿孔只穿過單一的該導電粒子而落到該彈性膜的上表面，移除未穿過該等穿孔的剩餘導電粒子，利用一鐵氟隆板加壓該彈性膜上的該等導電粒子而至少部分埋入該彈性膜中，藉以在該彈性膜上完成配置單層的該等導電粒子；以及 利用一烘箱以加熱已配置該等導電粒子的該彈性膜至一加熱溫度，並持續一加熱時間，藉以烘烤成形而獲得一單層粒子導電彈性體。
6. 如申請專利範圍第5項所述的單層粒子導電彈性體的製作方法，其中該聚合物包含矽橡膠或丙烯酸樹脂。
7. 如申請專利範圍第5項所述的單層粒子導電彈性體的製作方法，其中該攪拌機包含一行星式攪拌機。
8. 如申請專利範圍第5項所述的單層粒子導電彈性體的製作方法，其中該厚度為3微米至100微米之間。
9. 如申請專利範圍第5項所述的單層粒子導電彈性體的製作方法，其中該粒徑為3微米至200微米之間。
10. 如申請專利範圍第5項所述的單層粒子導電彈性體的製作方法，其中該加熱溫度為60至150℃之間，而該加熱時間為1至6小時之間。