TWI470232B - 具有高密度傳導部的測試插座及其製造方法 - Google Patents

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Description

具有高密度傳導部的測試插座及其製造方法 【相關申請案的交叉參考】
本申請案主張2012年4月3日於韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案10-2012-0034578號的權益，其相關內容全文併入本文中以作為參考。
本發明是關於一種包含高密度傳導部的測試插座及其製造方法，且更特定言之，是關於一種包含可關於受測元件(device under test；DUT)的端子增強電接觸效能且具有極佳的耐久性的高密度傳導部的測試插座及其製造方法。
一般而言，為了測試受測元件(DUT)的電性質，應建立在DUT與測試裝置之間的穩定的電耦接。通常，測試插座用作DUT與測試裝置之間的耦接部。
此測試插座將DUT的端子耦接至測試裝置的襯墊，且使 電信號能夠在兩個方向上流動。為此，彈性傳導薄片或彈簧銷用作測試插座中所使用的接觸部。此彈性傳導薄片將彈性傳導部連接至DUT的端子，且由於彈簧銷中具有彈簧，因此彈簧銷確保在DUT與測試裝置之間的平穩耦接，可減輕在執行耦接時可能發生的機械衝擊，且因此已用於大多數測試插座。
作為測試插座的實例，圖1所示的測試插座20包含：傳導矽部8，其與球狀柵格陣列(ball grid array；BGA)半導體元件2的端子4接觸；以及介電矽部6，其不與半導體元件2的端子4接觸以能夠支撐傳導矽部8且充當介電層。環型傳導環7安置於傳導矽部8的上表面上，傳導矽部8將插座板(其對半導體元件2執行測試)的接觸襯墊電耦接至半導體元件2的端子4。
測試插座在按壓若干半導體元件以建立電接觸的測試系統中為有效的，所述測試插座的傳導矽部中的每一者被獨立地按壓，容易與周邊裝置的平坦性匹配，且因此可增強所述測試插座的電性質。另外，由於測試插座在由半導體的引線端子按壓時防止金屬環的傳導矽部展開且使位移最小化，因此所述測試插座的特徵在於接觸器的壽命得以延長。
作為另一典型實例揭露的圖2的測試插座藉由電鍍、蝕刻或塗佈技術而在傳導矽部8的上表面及下表面上包含導體22，傳導矽部8將對半導體元件2執行測試的插座板的接觸襯墊10電耦接至半導體元件2的端子4。
根據上文所述的典型測試插座，由於剛性導體22藉由電 鍍、蝕刻或塗佈技術而安置於完工的傳導矽部的上表面及下表面上，因此與無導體的矽部相比，接觸部的彈性減小。因此，意欲與半導體元件的端子以及測試板的襯墊彈性接觸的整合式矽接觸器的優點減少，且歸因於頻繁接觸，其具有限制在於：經電鍍、經蝕刻或經塗佈的表面以及對應半導體元件的端子或測試板的襯墊被損壞，且異物可能進入。
為了解決此等限制，揭露如圖3所示的測試插座。此測試插座包含：傳導矽部8，其與BGA半導體元件2的端子4接觸且藉由混合矽與傳導金屬粉末而形成；以及介電矽部6，其不與半導體元件2的端子4接觸以能夠支撐傳導矽部8且充當介電層。在此狀況下，傳導矽部8的上部部分或下部部分中的一者或兩者具有傳導加強層30，其中傳導加強層30的密度高於傳導矽部8的傳導粉末的密度。如圖3所示的此測試插座具有增強傳導性的效應。
然而，此典型技術具有以下限制。
儘管傳導性藉由傳導加強層而增強，但傳導加強層可能在與半導體元件2的端子的頻繁接觸程序中容易變形或損壞，此是因為傳導加強層自傳導矽部的上部部分突起。特定言之，歸因於與端子的頻繁接觸，突出的傳導加強層可能損壞且可能不維持其適當的形狀。
本發明提供一種包含改良電接觸且增強耐久性的高密度傳導部的測試插座及其製造方法。
根據本發明的態樣，提供一種測試插座，配置於受測元件(DUT)與測試裝置之間且將所述DUT的端子電耦接至所述測試裝置的襯墊，所述測試插座包含：彈性傳導薄片，包含：第一傳導部，經配置以面對所述DUT的所述端子，其中多個第一傳導粒子在厚度方向上配置於彈性材料中，以及介電支撐部，支撐所述第一傳導部且使所述第一傳導部與相鄰的第一傳導部絕緣；支撐薄片，附著至所述彈性傳導薄片的頂部以及底部中的至少一者，其中所述支撐薄片具有面對所述DUT的所述端子的通孔；以及第二傳導部，配置於所述支撐薄片的所述通孔中，其中多個第二傳導粒子在厚度方向上配置於彈性材料中，且其中所述第二傳導粒子以高於所述第一傳導粒子的密度配置於所述彈性材料中。
所述第二傳導粒子的平均液滴直徑(mean droplet diameter)可小於所述第一傳導粒子的平均液滴直徑。
所述第二傳導粒子的所述平均液滴直徑可為所述第一傳導粒子的所述平均液滴直徑的十分之一至二分之一。
所述第二傳導部可整體附著至所述通孔中。
所述第二傳導部可整體附著至所述第一傳導部中。
所述支撐薄片可具有高於所述介電支撐部的強度。
分離區段可形成於所述支撐薄片中，以允許相鄰的第二傳導部獨立地操作。
所述分離區段可為藉由切割所述支撐薄片而形成的切割溝槽或切割孔。
根據本發明的另一態樣，提供一種製造測試插座的方法，所述測試插座配置於DUT與測試裝置之間且將所述DUT的端子電耦接至所述測試裝置的襯墊，所述方法包含：在薄片型支撐薄片上形成多個通孔以面對所述DUT的端子；提供具有空穴的模具且將所述薄片型支撐薄片配置於所述空穴中；在所述通孔中裝入散佈有多個第二傳導粒子的液體彈性材料；在所述空穴中裝入散佈有第一傳導粒子的液體彈性材料；以及藉由施加磁場而以列來配置所述第一傳導粒子以面對所述DUT的所述端子，且其中散佈於所述液體彈性材料中的所述第二傳導粒子的數目經判定以允許所述第二傳導粒子以高於以列配置的所述第一傳導粒子的密度來配置。
所述第二傳導粒子的平均液滴直徑可小於所述第一傳導粒子的平均液滴直徑。
所述第二傳導粒子的平均液滴直徑可等於所述第一傳導粒子的平均液滴直徑。
根據本發明的另一態樣，提供一種製造測試插座的方法，所述測試插座配置於DUT與測試裝置之間且將所述DUT的端子電耦接至所述測試裝置的襯墊，所述方法包含：在薄片型支撐薄片上形成多個通孔以面對所述DUT的端子；在所述通孔中裝入散佈有多個第二傳導粒子的液體彈性材料，且使所述液體彈性 材料固化；在模具中裝入散佈有多個第一傳導粒子的液體彈性材料，藉由將磁場施加至對應於所述DUT的所述端子的部分而以列配置所述第一傳導粒子，且使所述液體彈性材料固化以製造彈性傳導薄片；以及將所述支撐薄片附著至所述彈性傳導薄片的頂部以及底部中的至少一者。
所述彈性傳導薄片以及所述支撐薄片可藉由黏著材料而彼此黏著。
2‧‧‧球狀柵格陣列半導體元件
4‧‧‧端子
6‧‧‧介電矽部
7‧‧‧環型傳導環
8‧‧‧傳導矽部
10‧‧‧接觸襯墊
20‧‧‧測試插座
22‧‧‧導體
30‧‧‧傳導加強層
100‧‧‧測試插座
110‧‧‧彈性傳導薄片
111‧‧‧第一傳導部
111'‧‧‧液體彈性材料/第二液體彈性材料
111a‧‧‧第一傳導粒子
112‧‧‧介電支撐部
120‧‧‧支撐薄片
121‧‧‧通孔
130‧‧‧第二傳導部
130'‧‧‧第一液體彈性材料
131‧‧‧第二傳導粒子
140‧‧‧金屬框架
220‧‧‧支撐薄片
222‧‧‧分離區段
230‧‧‧第二傳導部
310‧‧‧彈性傳導薄片
311‧‧‧第一傳導部
320‧‧‧導引銷
321、340‧‧‧支撐薄片
330‧‧‧第二傳導部
350‧‧‧第二傳導部
400‧‧‧模具
410‧‧‧基板
411‧‧‧鐵磁性層
412‧‧‧非鐵磁性層
413‧‧‧間隔物
414‧‧‧間隔物
415‧‧‧非鐵磁性層
416‧‧‧鐵磁性層
417‧‧‧基板
800‧‧‧測試裝置
810‧‧‧襯墊
900‧‧‧受測元件
910‧‧‧端子
C‧‧‧空腔
藉由參看附圖詳細描述本發明的例示性實施例，本發明的以上以及其他特徵以及優點將變得更顯而易見。
圖1至圖3為典型測試插座的視圖。
圖4為根據本發明的實施例的測試插座的視圖。
圖5為圖4的操作視圖。
圖6至圖8為製造圖4的測試插座的實施例的視圖。
圖9及圖10為製造圖4的測試插座的其他實施例的視圖。
圖11為根據本發明的另一實施例的測試插座的視圖。
圖12為根據本發明的另一實施例的測試插座的視圖。
下文將參看附圖來詳細描述根據本發明的實施例的測試插座。
圖4為根據本發明的實施例的測試插座100的視圖，且圖5為圖4的操作視圖。根據本實施例的測試插座100配置於受測元件(DUT)900與測試裝置800之間，且將DUT 900的端子910電耦接至測試裝置800的襯墊810。
此測試插座100包含彈性傳導薄片110、支撐薄片120以及第二傳導部130。
彈性傳導薄片110實現厚度方向上的電流，且無法實現垂直於厚度方向的表面方向上的電流。彈性傳導薄片110經設計以能夠吸收自DUT 900的端子910施加的衝擊，同時被彈性壓縮。此彈性傳導薄片110包含第一傳導部111以及介電支撐部112。
第一傳導部111經配置以面對DUT 900的端子910，且多個第一傳導粒子111a在厚度方向上以列配置於彈性材料中。
具有橋式結構的耐熱聚合材料可用作形成第一傳導部111的彈性材料。各種材料可用作形成可用以獲得此橋式結構聚合材料的部件的熱固性聚合材料，且在本實施例中，選擇液體矽橡膠。液體矽橡膠可為加成型或縮合型，且在本實施例中，選擇加成型液體矽橡膠。在第一傳導部111由液體矽橡膠的硫化材料(下文中，稱為「矽橡膠硫化材料」)形成的狀況下，矽硫化材料在150℃下的壓縮永久變形(compression set)可小於或等於10%、8%或6%。若壓縮永久變形超過10%，則當所得的各向異性傳導連接器重複地使用多次或在高溫環境下重複地使用時，在第一傳導部111處的傳導粒子鏈變得無序。因此，變得難以維持所要傳導性。 在展現磁性的核心粒子的表面上塗佈有高傳導性金屬的材料可用作第一傳導粒子111a。在此狀況下，高傳導性金屬指示電導率在0℃下高於5×106歐姆/公尺的金屬。用於獲得傳導粒子P的磁性核心粒子可具有3微米至40微米的數目平均粒子直徑。在此狀況下，磁性核心粒子的數目平均粒子直徑指示藉由雷射繞射技術而量測的值。雖然鋼、鎳、鈷或藉由塗佈有銅或樹脂而獲得的材料可用作磁性核心粒子，但可選擇飽和磁化強度等於或大於0.1韋伯/平方公尺(Wb/m2)、0.3韋伯/平方公尺或0.5韋伯/平方公尺的材料，且可尤其選擇鋼、鎳、鈷或其合金。
金、銀、銠、鉑、鉻等可用作塗佈於磁性核心粒子的表面上的高傳導性金屬，且可尤其選擇金，此是因為金為化學穩定的且具有高電導率。
介電支撐部112起在傳導部之間維持介電性質同時支撐傳導部的作用。此介電支撐部112可使用與第一傳導部111的彈性材料相同的材料，但本發明不限於此，且可使用具有良好的彈性以及極佳介電性質的任何材料。
支撐薄片120可附著至彈性傳導薄片110的頂部。通孔121可形成於支撐薄片120中，以面對DUT 900的端子910。支撐薄片120執行支撐下文將描述的第二傳導部130的功能，且具有高於第二傳導部130的強度的材料可用於支撐薄片120。舉例而言，可使用諸如聚醯亞胺的合成樹脂材料。然而，本發明不限於此，且可使用矽、胺基甲酸酯(urethane)或其他彈性材料。
支撐薄片120的通孔121可藉由使用雷射而形成，或可藉由另一形式的機械加工而形成。
第二傳導部130配置於支撐薄片120的通孔121中，且多個第二傳導粒子131在厚度方向上配置於彈性材料中。形成此第二傳導部130的彈性材料可與第一傳導部111的彈性材料相同或類似。另外，可按需要使用具有高於第一傳導部111的強度的材料。每單位面積配置於第二傳導部130中的彈性材料的量可小於配置於第一傳導部111中的彈性材料的量。
第二傳導粒子131的材料可與第一傳導粒子111a的材料相同或類似。然而，第二傳導粒子131可按照高於第一傳導粒子111a的密度配置於彈性材料中。舉例而言，由第二傳導粒子131每單位面積佔據的部分可大於由第一傳導粒子111a佔據的部分。因此，可密集地配置第二傳導粒子131。
此第二傳導粒子131的平均液滴直徑可小於第一傳導粒子111a的平均液滴直徑。舉例而言，具有小於第一傳導粒子111a的粒子直徑的第二傳導粒子131可密集地配置於彈性材料中。在此狀況下，第二傳導粒子131的平均液滴直徑可為第一傳導粒子111a的平均液滴直徑的十分之一至二分之一。
第二傳導部130可整體附著至支撐薄片120的第一通孔121且附著至第一傳導部111。由於第二傳導部130整體附著至支撐薄片120以及第一傳導部111，因此即使與DUT900的端子910頻繁接觸，第二傳導部130仍不會容易分離或損壞。
參考數字140及320分別指金屬框架及導引銷。金屬框架140形成彈性橡膠薄片110的周邊，且導引銷320自測試裝置800向上突起以對準測試插座與測試裝置。
可如下製造根據本發明的實施例的測試插座100。
首先，製造測試插座100的方法的實例繪示於圖6至圖8中。為了製造測試插座100，在薄片型支撐薄片120上形成多個通孔121以面對DUT 900的端子910。此等通孔121可藉由使用雷射或藉由機械加工而形成。
隨後，將薄片型支撐薄片120***至如圖6所示的模具400中。在此狀況下，模具400包含形成一對且彼此面對的上部模具以及下部模具，且空穴C形成於上部模具與下部模具之間的內空間中。
針對上部模具，鐵磁性層411形成於基板410的底部上以面對DUT 900的端子910，且非鐵磁性層412形成於除鐵磁性層411以外的部分上。另外，針對下部模具，鐵磁性層416形成於基板417的頂部上以面對DUT 900的端子910，且非鐵磁性層415形成於除鐵磁性層416以外的部分上。一對間隔物413及414配置於非鐵磁性層的邊緣處，且金屬框架140配置於間隔物413與414之間。。
將支撐薄片配置於此模具400中。特定言之，將支撐薄片120安裝於模具400的空穴C中，以使得支撐薄片120的通孔121可面對鐵磁性層416。
隨後，將散佈有多個第二傳導粒子131的液體彈性材料130'裝入於通孔121中(參見圖6)。
隨後，將散佈有多個第一傳導粒子111a的液體彈性材料111'裝入於空穴中(參見圖7)。
隨後，藉由電磁體(未圖示)而施加磁場，且因此，在磁場在面對的鐵磁性層411與416之間通過時，第一傳導粒子111a可按照列配置(參見圖8)。
隨後，對第一液體彈性材料130'以及第二液體彈性材料111'進行加熱及固化，且因此完成製造。
在此狀況下，第二傳導粒子131可經配置以使得其可按照高於以列配置的第一傳導粒子111a的密度配置於彈性材料中。亦即，希望預先計算每單位面積待散佈的傳導粒子的數目，且判定第一傳導粒子111a以及第二傳導粒子131的數目，以使得第二傳導粒子131與第一傳導粒子111a相比可較密集地配置。
在此狀況下，第二傳導粒子131的平均液滴直徑可小於第一傳導粒子111a的平均液滴直徑，但本發明不限於此，且第二傳導粒子131的平均液滴直徑可等於第一傳導粒子111a的平均液滴直徑。
製造本發明的測試插座100的方法的另一實例繪示於圖9及圖10中。首先，如圖9所示，在薄片型支撐薄片120中形成多個通孔121以面對DUT 900的端子，且隨後，將散佈有多個第二傳導粒子131的液體彈性材料裝入於通孔121中且使液體彈性 材料固化。
另外，將散佈有多個第一傳導粒子111a的液體彈性材料裝入於模具中，且接著，將磁場施加至對應於DUT 900的端子910的部分以按照列配置第一傳導粒子111a。接著，使液體彈性材料固化以製造彈性傳導薄片110。製造彈性傳導薄片110的方法類似於圖6至圖8的方法，且因此，詳細描述將不在此處重複。將所製造的支撐薄片120靠近彈性傳導薄片110置放(參見圖9)。
隨後，將支撐薄片120附著至彈性傳導薄片110的頂部以及底部中的任一者。在此狀況下，支撐薄片120藉由接觸材料附著至彈性傳導薄片110(參見圖10)。
根據本發明的實施例的此測試插座具有以下優點。
首先，根據本發明的實施例的測試插座具有優點在於：電連接為極佳的，此是因為多個傳導粒子以高密度裝入於與DUT接觸的第二傳導部中。特定言之，所述測試插座具有優點在於：雖然頻繁地接觸DUT，但容易維持第二傳導部的原始外觀，此是因為傳導薄片的周邊由支撐薄片支撐。
特定言之，第二傳導粒子的大小可小於第一傳導粒子的大小，以使得第二傳導粒子可按照高密度配置。另外，若第二傳導粒子的平均液滴直徑小，則與DUT的端子進行點接觸的部分可增加。舉例而言，若第二傳導粒子的大小為小且第二傳導粒子被密集配置，則與DUT的端子接觸的第二傳導粒子的量增加，且因此，與DUT的端子接觸的部分增加。因此，本發明具有優點在於： 電連接可增強。
根據本發明的實施例的此測試插座可如下變化。
首先，如圖11所示，分離區段222可形成於支撐薄片220中，以使得相鄰的第二傳導部230可獨立地操作。此分離區段222可為藉由切割支撐薄片220的一部分而形成的切割溝槽或切割孔。若支撐薄片220由分離區段222分離，則相鄰的第二傳導部230可獨立地上下移動。亦即，第二傳導部230中的任一者並未下降至與另一第二傳導部230相同或相等的高度，而是可獨立地移動。
另外，如圖12所示，支撐薄片321以及340可分別配置於彈性傳導薄片310的頂部以及底部上。且，第二傳導部330以及350可分別鋪設至彈性傳導薄片310的第一傳導部311的頂部以及底部。另外，本發明不限於此，且支撐薄片可僅配置於彈性傳導薄片的底部上。
儘管已參考本發明的例示性實施例特定地繪示且描述了根據本發明的測試插座，但一般熟習此項技術者將理解，在不脫離如由隨附申請專利範圍界定的本發明的精神以及範疇的情況下，可對本發明進行形式及細節上的各種改變。
100‧‧‧測試插座
110‧‧‧彈性傳導薄片
111‧‧‧第一傳導部
111a‧‧‧第一傳導粒子
112‧‧‧介電支撐部
120‧‧‧支撐薄片
121‧‧‧通孔
130‧‧‧第二傳導部
131‧‧‧第二傳導粒子
140‧‧‧金屬框架
320‧‧‧導引銷
800‧‧‧測試裝置
810‧‧‧襯墊
900‧‧‧受測元件
910‧‧‧端子

Claims (12)

  1. 一種測試插座，配置於受測元件與測試裝置之間且將所述受測元件的端子電耦接至所述測試裝置的襯墊，所述測試插座包括：彈性傳導薄片，包含：第一傳導部，經配置以面對所述受測元件的所述端子，其中多個第一傳導粒子在厚度方向上配置於彈性材料中；以及介電支撐部，支撐所述第一傳導部且使所述第一傳導部與相鄰的第一傳導部絕緣；支撐薄片，附著至所述彈性傳導薄片的頂部以及底部中的至少一者，其中所述支撐薄片具有面對所述受測元件的所述端子的通孔；以及第二傳導部，配置於所述支撐薄片的所述通孔中，其中多個第二傳導粒子在厚度方向上配置於彈性材料中，以及其中所述第二傳導粒子以高於所述第一傳導粒子的密度配置於所述彈性材料中，所述支撐薄片具有高於所述介電支撐部的強度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的測試插座，其中所述第二傳導粒子的平均液滴直徑小於所述第一傳導粒子的平均液滴直徑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的測試插座，其中所述第二傳導粒子的所述平均液滴直徑為所述第一傳導粒子的所述平均液滴直徑的十分之一至二分之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的測試插座，其中所述第二傳導部整體附著至所述通孔中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的測試插座，其中所述第二傳導部整體附著至所述第一傳導部中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的測試插座，其中分離區段形成於所述支撐薄片中，以允許相鄰的第二傳導部獨立地操作。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的測試插座，其中所述分離區段為藉由切割所述支撐薄片而形成的切割溝槽或切割孔。
  8. 一種製造測試插座的方法，所述測試插座配置於受測元件與測試裝置之間且將所述受測元件的端子電耦接至所述測試裝置的襯墊，所述製造測試插座的方法包括：在薄片型支撐薄片上形成多個通孔以面對所述受測元件的所述端子；提供具有空穴的模具且將所述薄片型支撐薄片配置於所述空穴中；在所述通孔中裝入散佈有多個第二傳導粒子的液體彈性材料；在所述空穴中裝入散佈有第一傳導粒子的液體彈性材料；以及藉由施加磁場而以列來配置所述第一傳導粒子以面對所述受測元件的所述端子，以及其中散佈於所述液體彈性材料中的所述第二傳導粒子的數目 經判定以允許所述第二傳導粒子以高於以列配置的所述第一傳導粒子的密度來配置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的製造測試插座的方法，其中所述第二傳導粒子的平均液滴直徑小於所述第一傳導粒子的平均液滴直徑。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的製造測試插座的方法，其中所述第二傳導粒子的平均液滴直徑等於所述第一傳導粒子的平均液滴直徑。
  11. 一種製造測試插座的方法，所述測試插座配置於受測元件與測試裝置之間且將所述受測元件的端子電耦接至所述測試裝置的襯墊，所述製造測試插座的方法包括：在薄片型的支撐薄片上形成多個通孔以面對所述受測元件的所述端子；在所述通孔中裝入散佈有多個第二傳導粒子的液體彈性材料，且使所述液體彈性材料固化；在模具中裝入散佈有多個第一傳導粒子的液體彈性材料，藉由將磁場施加至對應於所述受測元件的所述端子的部分而以列配置所述第一傳導粒子，且使所述液體彈性材料固化以製造彈性傳導薄片；以及將所述支撐薄片附著至所述彈性傳導薄片的頂部以及底部中的至少一者。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的製造測試插座的方法，其 中所述彈性傳導薄片以及所述支撐薄片藉由黏著材料而彼此黏著。
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