專利名稱:各向異性導電性連接器以及晶片檢測裝置的制作方法
技術領域:
本發明涉及晶片檢測裝置以及能夠適用于該晶片檢測裝置的各向異性導電性連接器,具體來說,是涉及對形成在晶片上的多個集成電路的一部分或全部一并進行探測試驗的晶片檢測裝置,或者對形成在晶片上的多個集成電路的一部分或者全部一并進行老化試驗的晶片檢測裝置,以及能夠適用于這些晶片檢測裝置的各向異性導電性連接器。
背景技術:
一般來說,在半導體集成電路裝置的制造過程中,在晶片上形成多個集成電路后,對各個集成電路進行探測試驗。接著通過切割這個晶片形成半導體芯片,將這個半導體芯片容納在合適的封裝內并密封,然后對每一個封裝后的半導體集成電路裝置進行老化試驗。而且,為了保證半導體集成電路裝置的品質,除了通過老化試驗檢測該半導體集成電路裝置的電特性以外,檢測半導體芯片自身的電特性也是非常重要的。另外,近幾年開發了一種安裝法,將半導體芯片自身作為集成電路裝置來使用,將該半導體芯片構成的電路裝置例如直接安裝在印刷電路基板上,因此,需要保證半導體芯片自身的品質。
但是,由于半導體芯片很小,而且處理起來不方便,由半導體芯片構成的電路裝置的檢測很麻煩,需要很長時間,因此檢測成本很高。
由于以上原因,最近,WLBI(Wafer Level Burn-in)試驗引起人們注意,即,在晶片的狀態下檢測半導體芯片構成的電路裝置的電特性。
另外,對形成在晶片上的集成電路進行的探測試驗中,一般采用下述方法,對形成在晶片上的多個集成電路中的如16個或32個集成電路一并進行探測試驗,然后依次對其他集成電路進行探測試驗。
而且,近幾年,為了提高檢測效率、降低檢測成本,需要對形成在晶片上的多個集成電路中的如64個、124個或者全部集成電路一并進行探測試驗。
圖18表示用于說明對形成多個集成電路的晶片進行WLBI試驗或者探測試驗的以往的晶片檢測裝置的一例的大致結構的剖面圖。這種晶片檢測裝置如專利文獻1及專利文獻2所述。
該晶片檢測裝置具有表面(圖中的下面)上形成多個檢測用電極81的檢測用電路基板80,該檢測用電路基板80的表面上隔著連接器85設置了探測卡90。該探測卡90包括連接用電路基板91和設置在該連接用電路基板91的表面(圖中的下面)、具有與作為檢測對象的晶片1中集成電路的被檢測電極(省略圖示)接觸的多個接點(省略圖示)的接觸部件95。接觸部件95的下方設置了作為檢測對象的晶片1和兼為加熱板的晶片托盤96。另外,97為向檢測用電路基板80下方加壓的加壓裝置。
探測卡90中的連接用電路基板91的背面按照與檢測用電路基板80的檢測用電極81的圖案對應的圖案形成了多個端子電極92,該連接用電路基板91借助于導向釘93,各端子電極92與檢測用電路基板80的檢測用電極81對置設置。
連接器85中,被稱為“凸釘”的、在長度方向上能夠彈性壓縮的多個連接釘86按照與檢測用電路基板80的檢測用電極81的圖案對應的圖案排列。而且,連接器85中,各連接釘86設置在檢測用電路基板80的檢測用電極81與連接用電路基板91的端子電極92之間。
圖18所示的晶片檢測裝置中,作為檢測對象的晶片1設置在晶片托盤96上,通過由加壓裝置97對檢測用電路基板80向下方加壓,連接器85的各連接釘86在長度方向上被彈性壓縮,由此,檢測用電路基板80的各檢測用電極81與連接用電路基板91的各端子電極92電連接,同時形成在晶片1上的一部分集成電路的各被檢測電極與接觸部件95的各接點接觸,由此,能夠實現所需要的電連接。而且由晶片托盤96將晶片1加熱到規定溫度,在此狀態下對晶片1進行所需要的電檢測(WLBI試驗或者探測試驗)。
但是,圖18所示的以往的晶片檢測裝置中,有以下問題。
即,該晶片檢測裝置中,為了實現檢測用電路基板80的檢測用電極81與連接用電路基板91的端子電極92的穩定電連接,必須以例如每個0.8N(約0.08kgf)左右的外加壓力向各連接釘86加壓,因此,例如檢測用電路基板80的檢測用電極81的數量為5000個時,一共需要4000N左右的外加壓力。因此,用于施加這樣的外加壓力的加壓裝置97必須是大型的,整個檢測裝置也就變得很大。
另外,因為連接釘86向檢測用電路基板80的各檢測用電極81施加大的外加壓力,各檢測用電極81容易受損,因此檢測用電路基板80的使用壽命縮短,導致檢測成本增大。
另外,由于結構上的限制,連接釘86的最短長度是有限度的,實際上連接釘必須要3cm左右的長度。因此,檢測用電路基板80與連接用電路基板91的間隔距離變得很長,結果晶片檢測裝置的高度方向的尺寸難以縮小,從這一點上就無法實現整個檢測裝置的小型化。尤其是最近,為了在很小的工作空間同時進行多個晶片的檢測,提出了一種晶片檢測裝置,即,由多個圖18所示的各結構部件構成的檢測單元重疊形成。這種晶片檢測裝置中,由于各檢測單元的高度方向的尺寸很大使得整個晶片檢測裝置很大,所以為了實現裝置的小型化,縮小各檢測單元高度方向上的尺寸是非常重要的。
另外,連接釘86的長度必須很大,所以信號傳輸系統的距離也變得很長,因此很難與需要高速處理的高功能集成電路的電檢測對應。
專利文獻1特開2000-147063號公報專利文獻2特開2000-323535號公報發明內容本發明是基于以上問題而實施的,目的在于提供一種晶片檢測裝置,在這種對形成在晶片上的多個集成電路進行電檢測的晶片檢測裝置中,能夠實現裝置整體的小型化,檢測用電路基板的使用壽命不會縮短,能夠對多個被檢測電極一并進行檢測,具有良好的電特性,能夠進行高功能的集成電路的電檢測;還提供適用于該晶片檢測裝置的各向異性導電性連接器。
本發明的各向異性導電性連接器包括彈性各向異性導電膜,由沿平面方向互相分開設置、沿厚度方向延伸的多個連接用導電部以及形成在這些連接用導電部之間的絕緣部構成;框架板,用于支撐該彈性各向異性導電膜;其特征在于,上述框架板由線性熱膨脹系數為3×10-6~2×10-5K-1的金屬材料構成;上述彈性各向異性導電膜中的連接用導電部是通過在彈性高分子物質中緊密填充了數平均顆粒直徑為20~80μm的具有磁性的導電性顆粒而制成的,該導電性顆粒的表面形成有由厚度大于等于20nm的貴金屬構成的覆蓋層,該連接用導電部的肖氏硬度為10~35,相鄰的連接用導電部間的電阻大于等于10MΩ。
本發明的各向異性導電性連接器中,優選上述框架板至少具有1個沿厚度方向延伸的通孔,且上述彈性各向異性導電膜的連接用導電部設置在上述框架板的通孔內。
另外,優選上述框架板具有分別沿厚度方向延伸的多個通孔,且上述彈性各向異性導電膜的連接用導電部設置在上述框架板的各通孔內。
另外,本發明的各向異性導電性連接器中,優選以20g的負荷沿厚度方向對上述連接用導電部加壓時,該連接用導電部的容許電流值大于等于1A。
另外,優選沿厚度方向對上述連接用導電部的加壓,使其變形率為20%時,該連接用導電部的容許電流值大于等于1A。
本發明的各向異性導電性連接器中,優選以20g的負荷沿厚度方向對上述連接用導電部加壓的狀態下測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻小于等于0.1Ω,且優選在溫度80℃的環境下,以20g的負荷沿厚度方向對連接用導電部加壓15分鐘,然后在解除加壓的狀態下保持5分鐘,重復上述操作3000次以后,以20g的負荷沿厚度方向對該連接用導電部加壓的狀態下測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻小于等于0.1Ω。
另外,本發明的各向異性導電性連接器中,優選沿厚度方向對上述連接用導電部加壓使其變形率為20%的狀態下測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻小于等于0.1Ω,且優選在溫度80℃的環境下,沿厚度方向對連接用導電部加壓使其變形率為20%的狀態下、向該連接用導電部外加1A的電流3000小時后測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻小于等于0.1Ω。
本發明的晶片檢測裝置是用于對形成在晶片上的多個集成電路進行電檢測的晶片檢測裝置,其特征在于具有檢測用電路基板,其表面上有多個檢測用電極;探測卡,包括其背面按照與上述檢測用電路基板的檢測用電極圖案對應的圖案形成的多個端子電極的連接用電路基板,和設置在該連接用電路基板的表面、具有與作為檢測對象的晶片中的集成電路的被檢測電極接觸的多個接點的接觸部件,其中,該連接用電路基板的各端子電極與上述檢測用電路基板的檢測用電極對置;以及各向異性導電性連接器,設置在上述檢測用電路基板與上述探測卡中的連接用電路基板之間,使各檢測用電極與各端子電極電連接。
本發明的晶片檢測裝置可以是如下的結構,即,用檢測用電路基板與連接用電路基板夾住各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜并施加壓力,在此狀態下,該檢測用電路基板、該各向異性導電性連接器及該連接用電路基板三者被固定,由此,該檢測用電路基板中的各檢測用電極與該連接用電路基板中的各端子電極通過該各向異性導電性連接器中的連接用導電部電連接。
另外,本發明的晶片檢測裝置可以具有加壓裝置,通過向檢測用電路基板加壓,使探測卡中的接觸部件的各接點與作為檢測對象的晶片中的各被檢測電極電連接,
通過由該加壓裝置向檢測用電路基板加壓,由該檢測用電路基板與連接用電路基板夾住各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜,由此,該檢測用電路基板中的各檢測用電極與該連接用電路基板中的各端子電極通過該各向異性導電性連接器中的連接用導電部電連接。
根據本發明的各向異性導電性連接器,由于彈性各向異性導電膜由金屬材料構成的框架板來支撐,所以保持該框架板時,整個各向異性導電性連接器不會有很大變形,由此,能夠容易進行該各向異性導電性連接器與連接對象電極的位置對準。
另外,由于構成框架板的金屬材料的線性熱膨脹系數很小,所以對于溫度環境變化,尺寸上有很好的穩定性,由此,能夠很好地維持電連接狀態的穩定。
另外,彈性各向異性導電膜中的連接用導電部是在肖氏硬度在規定范圍內的彈性高分子物質中填充了特定的導電性顆粒而形成的,所以能夠得到很高的導電性,同時能夠得到對于連接對象電極的穩定的電連接狀態。
另外,由于連接用導電部間的電阻大于等于10MΩ,所以對于連接對象電極,能夠得到很高的連接信賴度。
因此,本發明的各向異性導電性連接器能夠適用于晶片檢測裝置。
根據本發明的晶片檢測裝置,由于使檢測用電路基板與連接用電路基板電連接的連接器為上述各向異性導電性連接器,能夠以很小的外加壓力實現檢測用電路基板的檢測用電極與連接用電路基板的端子電極電連接,因此不需要使用大型的加壓裝置。而且,由于檢測用電路基板與連接用電路基板的間隔距離很短,所以能夠縮小該晶片檢測裝置高度方向的尺寸。因此,能夠實現整個晶片檢測裝置的小型化。
另外,由于作用于檢測用電路基板的檢測用電極的外加壓力很小,所以該檢測用電極不會有損傷,從而該檢測用電路基板的使用壽命不會變短。
另外,檢測用電路基板的檢測用電極通過由特定的各向異性導電性連接器電連接,能夠以高密度設置該檢測用電極,因此,由于能夠形成多個檢測用電極,所以能夠對多個被檢測電極一并進行檢測。
另外,由于特定的各向異性導電性連接器的電連接的接觸電阻很小,而且能夠實現穩定的連接狀態,所以能夠得到良好的電特性。
另外,由于檢測用電路基板的檢測用電極與連接用電路基板的端子電極通過特定的各向異性導電性連接器電連接,所以信號傳輸系統的距離很短,因此,能夠與需要高速處理的高功能集成電路的電檢測對應。
是表示涉及本發明的各向異性導電性連接器的一例的平面圖。
是圖1所示的各向異性導電性連接器的X-X剖面圖。
是圖1所示的各向異性導電性連接器中的框架板的平面圖。
是表示具有強度分布的平行磁場對形成在模具內的成形材料層起作用的狀態的說明用剖面圖。
是表示彈性各向異性導電膜成形用的模具的其他例子中的結構的說明用剖面圖。
是表示圖8所示的晶片檢測裝置中的檢測用電路基板與連接用電路基板的連接狀態的說明用剖面圖。
是表示用于本發明的晶片檢測裝置的探測卡的一例中的主要部分的結構的說明用剖面圖。
是表示用于本發明的晶片檢測裝置的探測卡的其他例子中的主要部分的結構的說明用剖面圖。
是將圖12所示的各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜放大表示的說明用剖面圖。
是表示涉及本發明的各向異性導電性連接器其他例子的平面圖。
是將圖14所示的各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜放大表示的說明用剖面圖。
是表示實施例中,為了進行試驗2而使用的裝置的結構的說明圖。
是表示實施例中,為了進行試驗4而使用的裝置的結構的說明圖。
是表示以往的晶片檢測裝置的一例中的結構的說明用剖面圖。
符號說明1晶片 10各向異性導電性連接器15彈性各向異性導電膜15A成形材料層16連接用導電部 16A,16B突出部分17絕緣部18非連接用導電部20框架板21通孔22通孔30檢測用電路基板31檢測用電極35加壓裝置 36晶片托盤40探測卡41連接用電路基板42端子電極 43導向釘44連接用電極45接觸部件
46a梁部46b接點47各向異性導電性薄板 47a連接用導電部47b絕緣部48片狀連接器48a絕緣性薄板49接點 49a表面電極49b背面電極49c短路部50模具 51上模52鐵磁性材料基板 53非磁性材料基板53A磁性部件容納用凹部53B突出部分形成用凹部54A球狀的磁性部件 54B蓋部56下模57鐵磁性材料基板 58非磁性材料基板58A磁性部件容納用凹部58B突出部分形成用凹部59A球狀的磁性部件 59B蓋部60模具 61上模62鐵磁性材料基板 63鐵磁性材料層64非磁性材料基板66下模 67鐵磁性材料基板68鐵磁性材料層 69鐵磁性材料層80檢測用電路基板 81檢測用電極85連接器 86連接釘90探測卡 91連接用電路基板92端子電極 93導向釘95接觸部件 96晶片托盤97加壓裝置 K用于定位的孔P導電性顆粒
100一個試驗用電極板101圖案電極102引線電極105另一個試驗用電極板106共同電極110電壓計115直流電流116恒流控制裝置120隔板具體實施方式
下面詳細說明本發明的實施方式。
圖1為表示涉及本發明的各向異性導電性連接器的一例的平面圖,圖2為圖1所示的各向異性導電性連接器的X-X剖面圖。
該各向異性導電性連接器10包括在厚度方向上具有導電性的彈性各向異性導電膜15和支撐該彈性各向異性導電膜15且由金屬材料構成的矩形框架板20。
如圖3所示,框架板20上縱橫排列了沿厚度方向延伸且剖面為矩形的多個通孔21。而且,圖示的例子中,框架板20的周邊部上形成多個用于定位的孔K,用于與該各向異性導電性連接器10的位置對準。
彈性各向異性導電膜15中,分別沿厚度方向延伸的多個連接用導電部16,按照與連接對象電極的圖案對應的圖案,互相分離地設置在平面方向上。具體來說,縱橫排列了多個連接用導電部群,這些連接用導電部群由按照同一個圖案的格點位置設置的多個連接用導電部16構成。另外,本例中,在設置了各連接用導電部群的位置以外的位置上,分別沿厚度方向延伸的多個非連接用導電部18與連接用導電部16以相同的間距,互相間隔地排列在平面方向上,圍住各連接用導電部群。各連接用導電部16和非連接用導電部18通過設置在他們之間的絕緣部17互相絕緣。如圖4放大所示,各連接用導電部16和非連接用導電部18是通過在絕緣性彈性高分子物質中緊密地含有沿厚度方向取向的具有磁性的導電性顆粒P而形成的,絕緣部17由絕緣性的彈性高分子物質構成。圖示的例子中,各連接用導電部16上形成從絕緣部17的兩面突出的突出部分16A、16B。
而且,彈性各向異性導電膜15中,框架板20的各通孔21內設置了各連接用導電部群,且與該框架板20固定成一個整體,由該框架板20支撐,使各非連接用導電部18位于框架板20上。
構成框架板20的金屬材料的線性熱膨脹系數為3×10-6~2×10-5K-1,最好是3.5×10-6~1.5×10-5K-1。
該線性熱膨脹系數超過2×10-5K-1的情況下,作為后述的晶片檢測裝置中的連接器使用時,加熱晶片使各向異性導電性連接器10的周圍溫度上升時,由于該各向異性導電性連接器10的熱膨脹引起連接用導電部16與連接對象電極錯位,所以難以維持穩定的電連接狀態。
構成框架板20的金屬材料的具體例子,如殷鋼、超殷鋼、鎳鉻恒彈性合金、科伐鐵鎳鈷合金、42合金、不銹鋼等。
另外,框架板20的厚度為0.05~1mm比較合適,最好為0.1~0.8mm。此厚度小于0.05mm時,無法得到高強度的框架板20。另外,此厚度超過1mm時,彈性各向異性導電膜15中的連接用導電部16的厚度變得相當大,難以得到具有良好導電性的連接用導電部16。
構成彈性各向異性導電膜15中的連接用導電部16、非連接用導電部18及絕緣部17的彈性高分子物質最好具有交聯結構。用于得到這種架橋彈性高分子物質的固化性高分子物質形成材料可以使用各種物質,具體來說有硅橡膠、聚丁二烯膠、天然橡膠、聚異戊二烯膠、丁苯共聚物橡膠、丁腈共聚物橡膠等共軛二烯系橡膠及其氫化物,丁苯-二烯塊共聚物橡膠、苯乙烯-異戊二烯塊共聚物等塊共聚物橡膠及其氫化物,氯丁二烯、聚氨酯橡膠、聚酯系橡膠、表氯醇橡膠、乙、丙共聚物橡膠、乙丙二烯共聚物橡膠、軟質液體環氧橡膠等。
其中,在成形加工性和電特性這點上,硅橡膠較好。
硅橡膠最好是將液體硅橡膠進行架橋或者縮合。液體硅橡膠的粘度最好變形速度為10-1sec、105泊以下,也可以是縮合型、附加型或者含有乙烯基和羥基。具體來說,有二甲基硅生橡膠、甲基·乙烯基硅生橡膠、甲基·苯基·乙烯基硅生橡膠等。
其中,含有乙烯基的液體硅橡膠(含有乙烯基的聚二甲基硅氧烷),通常是在二甲基乙烯基二氯硅烷或二甲基乙烯基烷氧基硅烷的存在下,將二甲基二氯硅烷或二甲基烷氧基硅烷加水分解和縮合反應,例如通過分別連續重復溶解-沉淀來得到。
另外,兩端含有乙烯基的液體硅橡膠,是在催化劑的存在下使八甲基環四硅氧烷之類的環狀硅氧烷陰離子聚合,鏈終止劑如使用二甲基丁二烯硅氧烷,通過適當選擇其他反應條件(如環狀硅氧烷的量及鏈終止劑的量)來得到。這里,陰離子聚合的催化劑可以使用氫化四甲基銨和氫化正丁基磷鎓等的強堿或者這些物質的硅烷醇鹽溶液等,反應溫度例如為80~130℃。
這些含有乙烯基的聚二甲基硅氧烷,其分子量Mw(即標準聚苯乙烯換算重量平均分子量,以下同)最好為10000~40000。另外,從得到彈性各向異性導電膜15的耐熱性的觀點來看,分子量分布指數(即標準聚苯乙烯換算重量平均分子量Mw與標準聚苯乙烯換算數平均分子量Mn的比Mw/Mn的值,以下同)最好小于等于2。
另外,含有羥基的液體硅橡膠(含有羥基的聚二甲基硅氧烷),通常是在二甲基氫二氯硅烷或二甲基氫烷氧基硅烷的存在下,將二甲基二氯硅烷或二甲基二烷氧基硅烷加水分解和縮合反應,例如通過分別連續重復溶解-沉淀來得到。
另外,在催化劑的存在下使環狀硅氧烷陰離子聚合,鏈終止劑如使用二甲基氫二氯硅烷、甲基二氫氯硅烷或或二甲基氫烷氧基硅烷等,通過適當選擇其他反應條件(如環狀硅氧烷的量及鏈終止劑的量)來得到。這里,陰離子聚合的催化劑可以使用氧化四甲基銨和氧化正丁基磷鎓等的強堿或者這些物質的硅烷醇鹽溶液等,反應溫度例如為80~130℃。
這些含有羥基的聚二甲基硅氧烷,其分子量Mw最好為10000~40000。另外,從得到彈性各向異性導電膜15的耐熱性的觀點來看,分子量分布指數最好小于等于2。
本發明中,可以使用上述含有乙烯基的聚二甲基硅氧烷或者含有羥基的聚二甲基硅氧烷,也可以兩者并用。
上述高分子物質形成材料中,可以含有固化催化劑,用于使該高分子物質形成材料固化。這種固化催化劑可以使用有機過氧化物、脂肪酸偶氮化合物、氫化甲硅烷化催化劑等。
作為固化催化劑使用的有機過氧化物的具體例子有過氧化苯甲酰基、過氧化苯甲酰過氧化物、過氧化二異丙苯、過氧化二叔丁基等。
作為固化催化劑使用的脂肪酸偶氮化合物的具體例子有偶氮雙異丁腈等。
作為氫化甲硅烷化化反應的催化劑使用的具體例子有氯鉑酸及其鹽、含有鉑-不飽和基的復合硅氧烷、乙烯基硅氧烷與鉑的配合物、鉑與1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷的配合物、三有機膦或膦與鉑的配合物、乙酰乙酸鉑螯合、環狀二烯與鉑的配合物等眾所周知的物質。
固化催化劑的使用量,考慮高分子物質形成材料的種類、固化催化劑的種類、其他的固化處理條件后適當選擇,但對于高分子物質形成材料的100個質量份,使用量為3~15個質量份。
另外,高分子物質形成材料中,根據需要可以含有通常的石英粉、膠態硅、氣凝膠硅、礬土等無機填料。含有這些無機填料,確保了后述的成形材料的觸變性,其粘度變高,而且提高了導電性顆粒的分散穩定性,同時經固化處理后的彈性各向異性導電膜15的強度變大。
這些無機填料的使用量沒有特定,但是使用太多時,后述的制造方法中無法完全實現磁場對導電性顆粒P的定向,因此不要使用太多。
構成連接用導電部16和非連接用導電部18的、具有磁性的導電性顆粒P,是在具有磁性的芯顆粒的表面上形成由貴金屬構成的覆蓋層而形成的。
這里,構成芯顆粒的材料由鐵、鎳、鈷或者這些的合金等鐵磁性材料金屬構成,可以使用在非磁性金屬顆粒或玻璃珠等無機物質顆粒或者聚合物顆粒表面上鍍鐵磁性金屬的材料。另外,構成覆蓋層的貴金屬可以使用金、銀、鉑、鈀、銠、銦及其合金等。
向芯顆粒表面鍍導電性金屬的方法沒有特定,例如可以由無電解鍍、置換鍍、電鍍等濕式法、濺射等的干式法等進行。
導電性顆粒P中的覆蓋層厚度大于等于20nm,大于等于30nm較好,最好大于等于50nm。該覆蓋層的厚度大于等于20nm時,由于該導電性顆粒的導電性十分高,所以能夠得到在厚度方向上具有很高導電性的連接用導電部。這里,導電性顆粒的覆蓋層厚度由下式(1)計算出。
式(1)t=[1/(Sw·ρ)]×[N/(1-N)][t表示覆蓋層的厚度(m)、Sw表示芯顆粒的BET比表面(m2/kg)、ρ表示形成覆蓋層的貴金屬的比重(kg/m3)、N表示覆蓋層的覆蓋率(覆蓋層的重量/導電性顆粒的重量)]上述的式(1)由以下方式導出。
(a)芯顆粒的重量為Mp(kg)時,芯顆粒的表面積S(m2)根據下式求出。
S=Sw·Mp......式(1)(b)覆蓋層的重量為m(kg)時,該覆蓋層的體積V(m3)由下式求出。
V=m/ρ......式(2)(c)這里,假定整個導電性顆粒的表面的覆蓋層厚度均勻,將上述式(1)和式(2)代入t=V/S時,覆蓋層的厚度由下式求出。
t=(m/ρ)/(Sw·Mp)=m/(Sw·ρ·Mp)......式(3)(d)另外,覆蓋層的覆蓋率N是覆蓋層重量與導電性顆粒重量的比,所以該覆蓋率N由下式求出。
N=m/(Mp+m)......式(4)(e)將式(4)右邊的分子、分母除以Mp,變成N=(m/Mp)/(1+m/Mp),將兩邊乘以(1+m/Mp),變成N(1+m/Mp)=m/Mp,成為N+N(m/Mp)=m/Mp,將N(m/Mp)移到右邊,變成N=m/Mp-N(m/Mp)=(m/Mp)(1-N),將兩邊除以(1-N),變成N/(1-N)=m/Mp,因此,芯顆粒的重量Mp由下式求出。
Mp=m/[N/(1-N)]=m(1-N)/N......式(5)(f)然后,將式(5)代入式(3),導出t=1/[Sw·ρ·(1-N)/N]=[1/(Sw·ρ)]×[N/(1-N)]另外,覆蓋層的覆蓋率N為2.5~50質量%較好,為3~30質量%、3.5~25質量%更好,最好為4~20質量%。覆蓋的貴金屬為金時,其覆蓋率為3~30質量%較好,為3.5~25質量%、4~20質量%更好,最好為4.5~10質量%。
另外,導電性顆粒P的數平均顆粒直徑為20~80μm,為30~60μm較好,最好為35~50μm。
導電性顆粒P的數平均顆粒直徑小于20μm時,形成在連接用導電部的導電通路中,由于導電性顆粒之間的接點數很多,導電性顆粒間的接觸電阻總和變得很大,所以在厚度方向上無法得到很高的導電性。當導電性顆粒P的數平均顆粒直徑超過80μm時,由于連接用導電部中所含的導電性顆粒的數量很少,連接用導電部間容易發生導電性偏差,或者連接用導電部的硬度容易變高,無法得到與連接對象電極穩定的電連接。
另外,導電性顆粒P的含水率小于等于5%較好,小于等于3%或2%更好,最好小于等于1%。使用滿足這些條件的導電性顆粒P,在后述的制造方法中,對成形材料層進行固化處理時,能夠防止或抑制該成形材料層內產生氣泡。
另外,導電性顆粒P的表面可以使用由硅烷偶聯劑等偶聯劑處理后的物質。導電性顆粒表面經偶聯劑處理后,該導電性顆粒P和彈性高分子物質的粘著性變高,結果,得到的連接用導電部16在重復使用中比較耐用。
偶聯劑的使用量,可以在不影響導電性顆粒P的導電性的范圍內適當選擇,但導電性顆粒P表面的偶聯劑的覆蓋率(偶聯劑的覆蓋面積與導電性芯顆粒表面積的比率)大于等于5%較好,上述覆蓋率為7~100%、10~100%更好,最好為20~100%。
這樣的導電性顆粒P在連接用導電部16中的體積比率為15~50%,最好為20~40%。此比率小于15%時,可能無法完全得到電阻值小的連接用導電部16。另外,該比率超過50%時,得到的連接用導電部比較脆弱,連接用導電部不能具有必要的彈性。
各連接用導電部16的肖氏硬度為10-~35,最好為20~30。該肖氏硬度小于10時,在對連接用導電部16加壓的狀態下、在高溫環境下長時間保持時,由于該連接用導電部16中會產生很大的永久變形,所以難以維持良好的電連接狀態。當該肖氏硬度超過35時,由于小的外加壓力下,連接用導電部16不會充分變形,所以該連接用導電部中不會形成電阻小的導電通路,其結果,難以實現穩定的電連接狀態。
本發明中,“肖氏硬度”是根據JIS K6253的肖氏硬度試驗,由A類肖氏表測量出的。
另外,相鄰的連接用導電部16間的電阻大于等于10MΩ,最好大于等于20MΩ。該電阻小于10MΩ時,與連接對象電極連接的信賴度降低。
另外,以20g的負荷沿厚度方向對連接用導電部16加壓時,該連接用導電部16的容許電流值最好大于等于1A。
另外,沿厚度方向對連接用導電部16的加壓,使其變形率為20%時,該連接用導電部16的容許電流值最好大于等于1A。
這里,連接用導電部的容許電流值表示,室溫環境下,對連接用導電部沿厚度方向加壓的狀態下,向該連接用導電部外加20秒的電流后,該連接用導電部中的電阻不超過0.1Ω的最大電流值。
上述容許電流值過小的情況下,該各向異性導電性連接器10如用于晶片的電檢測時,外加該檢測所必需的值的電流時,連接用導電部16發熱,容易在早期產生故障,無法得到很長的使用壽命。因此,必須頻繁更新發生故障的各向異性導電性連接器10,導致檢測效率低下。
本發明的各向異性導電性連接器中,以20g的負荷對連接用導電部沿厚度方向加壓的狀態下測定的該連接用導電部厚度方向上的電阻(以下也稱為“電阻Ra”)小于等于0.1Ω較好,最好小于等于0.08Ω。
該電阻Ra超過0.1Ω時,該各向異性導電性連接器10如用于晶片的電檢測的情況下,外加該檢測所必需的值的電流時,連接用導電部16發熱,容易損壞,無法得到很長的使用壽命。因此,必須頻繁更新發生故障的各向異性導電性連接器10,導致檢測效率低下。
另外,在溫度80℃的環境下,以20g的負荷對連接用導電部沿厚度方向加壓15分鐘,然后在解除加壓的狀態下保持5分鐘,重復上述操作3000次以后,以20g的負荷對該連接用導電部沿厚度方向加壓的狀態下測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻(以下也稱為“電阻Rb”)小于等于0.1Ω較好,最好小于等于0.08Ω。
該電阻Rb超過0.1Ω時,該各向異性導電性連接器10如用于晶片的電檢測的情況下,外加該檢測所必需的值的電流時,連接用導電部16發熱,容易損壞,無法得到很長的使用壽命。因此,必須頻繁更新發生故障的各向異性導電性連接器10,導致檢測效率低下。
對連接用導電部沿厚度方向加壓,使其變形率為20%的狀態下測量的該連接用導電部厚度方向上的電阻(以下也稱為“電阻Rc”)小于等于0.1Ω較好,最好小于等于0.08Ω。
該電阻Rc超過0.1Ω時,該各向異性導電性連接器10如用于晶片的電檢測的情況下,外加該檢測所必需的值的電流時,連接用導電部16發熱,容易損壞,無法得到很長的使用壽命。因此,必須頻繁更新發生故障的各向異性導電性連接器10,導致檢測效率低下。
在溫度80℃的環境下,對連接用導電部沿厚度方向加壓使其變形率為20%的狀態下、向該連接用導電部外加1A的電流3000小時后測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻(以下也稱為“電阻Rd”)小于等于0.1Ω較好,最好小于等于0.08Ω。
該電阻Rd超過0.1Ω時,該各向異性導電性連接器10如用于晶片的電檢測的情況下,外加該檢測所必需的值的電流時,連接用導電部16發熱,容易損壞,無法得到很長的使用壽命。因此,必須頻繁更新發生故障的各向異性導電性連接器10,導致檢測效率低下。
另外,上述各電阻Ra、電阻Rb、電阻Rc以及電阻Rd對于該各向異性導電性連接器10所有的連接用導電部的變動系數最好小于等于50%。該變動系數超過50%時,該各向異性導電性連接器,由于連接用導電部間的導電性偏差較大,所以無法得到很高的連接信賴度。
彈性各向異性導電膜15的全厚(圖示的例子中為連接用導電部16的厚度)為0.2~1.5mm較好,最好為0.3~1.0mm。此厚度大于等于0.2mm時,能夠得到強度很大的彈性各向異性導電膜15。另外,該厚度小于等于1.5mm時,能夠得到具有所需要的導電性的連接用導電部16。
連接用導電部16中突出部分16A、16B的突出高度之和大于等于該連接用導電部16的厚度的20%較好,最好大于等于25%。通過形成具有這個突出高度的突出部分16A、16B,由于以很小的壓力就能充分壓縮該連接用導電部16,所以能夠得到良好的導電性。
上述各向異性導電性連接器10例如可以通過下述方法制造。
首先制造圖3所示的框架板20。這里。形成框架板20的通孔21的方法有使用沖切模具的方法、沖孔加工法、鉆孔加工法、壁板溝槽銑法加工法、激光加工法等物理加工法、化學腐蝕法等化學加工方法等。
接著,通過固化處理,對將要成為絕緣性彈性高分子物質的液體高分子物質形成材料中分散了具有磁性的導電性顆粒的流動性成形材料進行調制。然后,如圖5所示,準備彈性各向異性導電膜成形用的模具50,使框架板20隔著隔板(省略圖示)對準位置地設置在該模具50的下模56的上面,隔著隔板(省略圖示)使上模51對準位置地設置在該框架板20上的同時,在上模51、下模56、隔板以及框架板20形成的成形空間內,填充調制好的成形材料,形成成形材料層15A。
這里,說明一下模具50。上模51中,非磁性材料基板53例如由螺釘機構(省略圖示)固定在鐵磁性材料基板52的下面。該非磁性材料基板53的上面,按照與應形成的彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16以及非連接用導電部18的設置圖案對應的圖案,形成容納后述磁性部件54A的多個磁性部件容納用凹部53A;非磁性材料基板53的下面,按照與應形成的彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16的設置圖案對應的圖案,形成突出部分形成用凹部53B,用于形成該連接用導電部16的突出部分16A。而且,非磁性材料基板53的磁性部件容納用凹部53A內,容納了直徑適合于該磁性部件容納用凹部53A的直徑的球狀磁性部件54A,而且,用于將磁性部件54A固定在磁性部件容納用凹部53A的柱狀蓋部件54B,設置為堵住該磁性部件容納用凹部53A的開口。
另外,下模56中,非磁性材料基板58例如由通過螺釘機構(省略圖示)固定在鐵磁性材料基板57的上面。該非磁性材料基板58的下面,按照與應形成的彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16以及非連接用導電部18的設置圖案對應的圖案,形成容納磁性部件59A的多個磁性部件容納用凹部58A;非磁性材料基板58的上面,按照與應形成的彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16的設置圖案對應的圖案,形成突出部分形成用凹部58B,用于形成該連接用導電部16的突出部分16B。而且,非磁性材料基板58的磁性部件容納用凹部58A內,容納了直徑適合于該磁性部件容納用凹部58A的直徑的球狀磁性部件59A,而且,用于將磁性部件59A固定在磁性部件容納用凹部58A的柱狀蓋部件59B,設置為堵住該磁性部件容納用凹部58A的開口。
構成各上模51和下模56中的鐵磁性材料基板52、57和磁性部件54A、59A的材料可以使用鐵、鎳、鈷及其合金等。
另外,構成各上模51和下模56中的非磁性材料基板53、58的材料可以使用銅、黃銅等銅合金、鋁、杜拉鋁等鋁合金等。
另外,構成蓋部54B、59B的材料最好使用鐵磁性材料,具體來說,有鐵、鎳、鈷及其合金等。
接著,在上模51中鐵磁性材料基板52的上面和下模56中鐵磁性材料基板57的下面設置電磁鐵或永磁鐵,在成形材料層15A的厚度方向上作用具有強度分布的平行磁場,即上模51的磁性部件54A和與之對應的下模56的磁性部件59A之間具有很大強度的平行磁場。結果,成形材料層15A中,如圖6所示,分散在該成形材料層15A中的導電性顆粒P,集中在上模51的磁性部件54A和與之對應的下模56的磁性部件59A之間的部分,同時以沿厚度方向排列的方式取向。
而且,該狀態中,通過固化處理成形材料層15A,各向異性導電膜15被固定在框架板20上,該各向異性導電膜15包括設置在上模51的磁性部件54A和與之對應的下模56的磁性部件59A之間、緊密地含有導電性顆粒P的連接用導電部16以及非連接用導電部18,和存在于這些連接用導電部16和非連接用導電部18之間、完全不存在或幾乎不存在導電性顆粒P的絕緣部17。于是,制造出各向異性導電性連接器10。
上述說明中,作用于成形材料層15A上的平行磁場的強度,在上模51的磁性部件54A和與之對應的下模56的磁性部件59A之間,平均強度最好為0.02~2.0T。
成形材料層15A的固化處理,可以在平行磁場作用的狀態下進行,也可以在停止了平行磁場的作用后進行。
成形材料層15A的固化處理可以根據使用的材料來適當選擇,通常由加熱處理進行。具體的加熱溫度和加熱時間,根據構成成形材料層15A的高分子物質用材料等的種類、導電性顆粒P的移動所需要的時間等來選擇。
用于使彈性各向異性導電膜15成形的模具,可以使用圖7所示的模具60代替圖5所示的模具50。
該模具60,具體來說,是由上模61和下模66相對設置構成。
上模61中,鐵磁性材料基板62的下面,按照與作為目的的彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16及非連接用導電部18的設置圖案對應的圖案,形成鐵磁性材料層63,該鐵磁性材料層63以外的部分,形成厚度比該鐵磁性材料層63的厚度大的非磁性材料層64。
另外,下模66中,鐵磁性材料基板67的下面,按照與作為目的的彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16及非連接用導電部18的設置圖案相同的圖案,形成鐵磁性材料層68,該鐵磁性材料層68以外的部分,形成厚度比該鐵磁性材料層68的厚度大的非磁性材料層69。
構成各上模61和下模66中的鐵磁性材料基板62、67和鐵磁性材料層63、68的材料可以使用鐵、鎳、鈷及其合金等。
另外,構成各上模61和下模66中的非磁性材料部分64、69的材料可以使用銅等非磁性金屬、聚亞胺等耐熱性樹脂、射線固化性樹脂等。
根據上述各向異性導電性連接器10,由于彈性各向異性導電膜15由金屬材料構成的框架板20支撐,保持該框架板20時,整個各向異性導電性連接器10不會有很大變形,由此,能夠容易與該各向異性導電性連接器10的連接對象電極、如檢測用電路基板的檢測用電極和連接用電路基板的端子電極進行位置對準。
另外,由于構成框架板20的金屬材料的線性熱膨脹系數較小,對溫度環境的變化有很好的尺寸穩定性,由此,能夠穩定保持良好的電連接。
另外,由于彈性各向異性導電膜15中的連接用導電部16中填充了特定的導電性顆粒P,而且,構成該連接用導電部16的彈性高分子物質的肖氏硬度在特定的范圍內,所以能夠得到很高的導電性,而且能夠得到與連接對象電極穩定的電連接狀態。
另外,由于連接用導電部16間的電阻大于等于10MΩ,所以能夠得到與連接對象電極很高的連接信賴度。
圖8為表示涉及本發明的晶片檢測裝置的一例中的結構的說明用剖面圖,該晶片檢測裝置用于對形成了多個集成電路的晶片進行WLB1試驗或探測試驗。
該晶片檢測裝置具有表面(圖中的下面)上形成了多個檢測用電極31的檢測用電路基板30,該檢測用電路基板30的表面,隔著圖1及圖2所示的各向異性導電性連接器10設置了探測卡40。另外,檢測用電路基板30的上方設置了對該檢測用電路基板向下方加壓的加壓裝置35。
探測卡40包括連接用電路基板41和設置在該連接用電路基板41的表面(圖中的下面)、具有多個接點(省略圖示)的接觸部件45,該接點與作為檢測對象的晶片1中的集成電路的被檢測電極(省略圖示)接觸。接觸部件45的下方,設置了承載作為檢測對象的晶片1、兼作加熱板的晶片托盤36。
如圖9中放大顯示,探測卡40中的連接用電路基板41的背面,按照與檢測用電路基板30的檢測用電極31的圖案對應的圖案,形成多個端子電極42,借助于導向釘43,該連接用電路基板41的各端子電極42與檢測用電路基板30的檢測用電極31相對。
各向異性導電性連接器10中的彈性各向異性導向膜15上,按照與檢測用電路基板30的檢測用電極31的圖案對應的圖案,形成多個連接用導電部16。而且,借助于導向釘43,各向異性導電性連接器10的彈性各向異性導電膜15中的各連接用導電部16,以定位的方式設置在檢測用電路基板30的檢測用電極31與連接用電路基板41的端子電極42之間。
本例中的晶片檢測裝置中,各向異性導電性連接器10中的彈性各向異性導電膜15夾在檢測用電路基板30與連接用電路基板41之間,在此狀態下,該檢測用電路基板30、該各向異性導電性連接器10以及該連接用電路基板41三者被固定,由此,該檢測用電路基板30中的各檢測用電極31與該連接用電路基板41中的各端子電極42通過該各向異性導電性連接器10中的連接用導電部16電連接。
這里,各向異性導電性連接器10中的彈性各向異性導電膜15最好被夾成其連接用導電部16的電阻值小于等于0.1Ω的狀態,具體來說,檢測用電路基板30和連接用電路基板41對彈性各向異性導電膜15的壓力最好是對每個連接用導電部16為0.03~0.4N。此值過小時,連接用導電部16的電阻值容易產生偏差,而且連接用導電部16的電阻值變高時,難以進行必需的電檢測。另外,此值過大時,由于檢測用電路基板30及連接用電路基板41會變形,所以難以保證穩定的電連接。
另外,為了調整對彈性各向異性導電膜15的壓力,可以在檢測用電路基板30與連接用電路基板41之間設置隔板。
另外,固定檢測用電路基板30、各向異性導電性連接器10以及連接用電路基板41的方法有使用螺釘的方法,使用螺栓作為導向釘43并由螺母固定的方法等。
檢測用電路基板30中的檢測用電極31的間距為0.5~5mm較好,最好為1~2mm。通過以這種間距形成檢測用電極31,能夠實現該檢測用電極31與該連接用電路基板41的端子電極42間所需要的電連接,同時由于能夠以高密度設置檢測用電極31,所以能夠形成與作為檢測對象的晶片1的被檢測電極數對應的多個檢測用電極31。
探測卡40中的接觸部件45的各接點,通過連接用電路基板41中的電路,與檢測用電路基板30的各檢測用電極31電連接。
接觸部件45并沒有特別限定,可以采用各種結構,例如,可以使用排列了葉片或釘及微型彈簧釘構成的接點的接觸部件,接點由各向異性導電性片構成的接觸部件,由片狀連接器構成的接觸部件、該片狀連接器設置了由貫穿絕緣性片厚度方向的金屬體構成的接點,層疊了各向異性導電性片和片狀連接器的接觸部件等。
下面說明能夠適用于本發明的晶片檢測裝置的探測卡的具體例子。
圖10為表示探測卡的一例中的主要部分結構的說明用剖面圖。此探測卡中,連接用電路基板41的表面上,按照合適的圖案形成突起狀的多個連接用電極44,各連接用電極44的頂端上設置了接觸部件45。各接觸部件45包括由板簧構成的梁部46a和形成在該梁部46a一端上的接點46b。圖示的例子中,接點46b形成為截錐體狀或者平截頭棱錐體狀,但并不限定于該形狀,例如可以形成為圓錐狀或者棱錐狀。形成在接觸部件45中的梁部46a一端上的接點46b,按照與作為檢測對象的晶片的被檢測電極圖案對應的圖案來設置,梁部46a的另一端,固定在連接用電極44的頂端。
這種探測卡及其制造方法,如特開2003-215161號公報所記載。
圖11為表示探測卡的一例中的主要部分結構的說明用剖面圖。該探測卡中,連接用電路基板41的表面上,按照與作為檢測對象的晶片的被檢測電極的圖案對應的圖案形成平片狀的多個連接用電極44,該連接用電路基板41的表面上,設置了接觸部件45,該接觸部件45由各向異性導電性薄板47和片狀連接器48層疊而成。
接觸部件45中的各向異性導電性薄板47按照與作為檢測對象的晶片的被檢測電極的圖案對應的圖案設置,包括多個連接用導電部47a和絕緣部47b,連接用導電部47a是通過在彈性高分子物質中緊密地含有導電性顆粒P而構成的,絕緣部47b由使這些連接用導電部47a互相絕緣的彈性高分子物質構成。
另外,接觸部件45中的片狀連接器48由接點49構成,該接點49由沿厚度方向貫穿絕緣性薄板48a而延伸的金屬材料構成。片狀連接器48中的接點49包括從絕緣性薄板48a表面露出的半球狀表面電極49a,從絕緣性薄板48a背面露出的平板狀背面電極49b,使表面電極49a和背面電極48b互相連接、沿厚度方向貫穿絕緣性薄板48a而延伸的短路部49c。
而且接觸部件45中的各向異性導電性薄板47設置在連接用電路基板41表面,各連接用導電部47a位于各連接用電極44上,片狀連接器48設置在各向異性導電性薄板47表面,各接點49位于各連接用導電部47a上。
上述探測卡及其制造方法,如特開2002-324600號公報所記載。
上述晶片檢測裝置中,通過在晶片托盤36上設置作為檢測對象的晶片1、由加壓裝置36對該檢測用電路基板30向下方加壓,接觸部件45的各接點與形成在晶片1上的一部分集成電路的各被檢測電極接觸,由此,能夠實現所需要的電連接。而且,由晶片托盤36將晶片1加熱到規定溫度,在此狀態下,對晶片1進行規定的電檢測(WLBI試驗或者探測試驗)。
上述中,加壓裝置36施加的外加壓力可以在接觸部件45與晶片1能夠獲得穩定的電連接的范圍內選擇。
根據上述晶片檢測裝置,使檢測用電路基板30與連接用電路基板41電連接的連接器為圖1及圖2所示的各向異性導電性連接器10,由于由很小的外加壓力能夠實現檢測用電路基板30的檢測用電極31與連接用電路基板41的端子電極42的電連接,所以不需要使用大型的加壓裝置。而且,由于檢測用電路基板30與連接用電路基板41的間隔距離很短,所以能夠縮小該晶片檢測裝置高度方向的尺寸。因此,能夠實現整個晶片檢測裝置的小型化。
另外,由于作用于檢測用電路基板30的檢測用電極31上的外加壓力很小,所以不會損傷該檢測用電極31,不會縮短該檢測用電路基板30的使用壽命。
另外,檢測用電路基板30的檢測用電極31通過特定的各向異性導電性連接器10進行電連接,所以能夠以高密度設置該檢測用電極31,由于能夠形成多個檢測用電極31,所以能夠對多個被檢測電極一并進行檢測。
另外,由于各向異性導電性連接器10的電連接的接觸電阻很小,而且能夠實現穩定的連接狀態,所以能夠得到良好的電特性。
由于連接用電路基板30的檢測用電極31與連接用電路基板41的端子電極42通過各向異性導電性連接器10電連接,所以信號傳輸系統的距離很短,因此能夠與需要高速處理的高功能集成電路的電檢測對應。
另外,由于各向異性導電性連接器10中的框架板20由線性熱膨脹系數很小的材料構成,所以,即使溫度環境變化,也能夠穩定維持檢測用電路基板30與連接用電路基板41良好的電連接狀態。
由于各向異性導電性連接器10的彈性各向異性導電膜15中的連接用導電部16中填充了特定的導電性顆粒P,而且該連接用導電部16的肖氏硬度在規定的范圍內,所以能夠得到很高的導電性,同時能夠得到檢測用電路基板30與連接用電路基板41穩定的電連接狀態。
另外,由于連接用導電部16間的電阻大于等于10MΩ,所以,對于檢測用電路基板30和連接用電路基板41能夠得到很高的連接信賴度。
本發明中,并不限定于上述例子,可以進行各種改變。
例如,在各向異性導電性連接器10中,彈性各向異性導電膜15中的非連接用導電部18并不是必要的。
另外,使用具有多個通孔21的框架板20時,可以形成每個通孔21互相獨立的彈性各向異性導電膜。
另外,各向異性導電性連接器10中,如圖12及圖13所示,可以按照與彈性各向異性導電膜15中的連接用導電部16的圖案對應的圖案形成框架板20的通孔21,每個通孔21上設置1個連接用導電部16。
框架板20可以是形成單一通孔的框狀框架板。
另外,檢測用電路基板30或者連接用電路基板41上搭載了片狀電容等電子部件時,如圖14及圖15所示,框架板20上除了用于設置連接導電部的通孔21,還可以形成用于容納電子部件的通孔22。
晶片檢測裝置中,形成各向異性導電性連接器10中的彈性各向異性導電膜15的彈性高分子物質使用具有粘著性的物質,由此,該彈性各向異性導電性膜15可以裝卸自由地與檢測用電路基板30或連接用電路基板41粘接。
另外,不一定要固定檢測用電路基板30、各向異性導電性連接器10和連接用電路基板41這三者。具體來說,可以在非檢測狀態下,不對各向異性導電性連接器10中的彈性各向異性導電膜15加壓,由加壓裝置36對檢測用電路基板30加壓,由該檢測用電路基板30和連接用電路基板41夾住各向異性導電性連接器10中的彈性各向異性導電膜15,由此,該檢測用電路基板30中的各檢測用電極31和該連接用電路基板41中的各端子電極42通過該各向異性導電性連接器10中的連接用導電部16電連接。
在上述晶片檢測裝置中,通過由加壓裝置36對檢測用電路基板30向下方加壓,各向異性導電性連接器10中的各連接用導電部16沿厚度方向被加壓,由此,檢測用電路基板30的各檢測用電極31與連接用電路基板41的各端子電極42電連接,同時,接觸部件45的各接點與形成在晶片1上的一部分集成電路的各被檢測電極接觸,由此,能夠實現所需要的電連接。而且,由晶片托盤36將晶片1加熱到規定溫度,在此狀態下,對晶片1進行規定的電檢測(WLBI試驗或者探測試驗)。
實施例下面說明本發明的具體實施例,但本發明并不限定于此。
準備厚度為3.0mm的黃銅板,由鉆孔裝置分別在非磁性材料基板的一面上的X-X方向(表示與圖1所示的X-X方向對應的方向。以下同)和Y-Y方向(表示與X-X方向垂直的方向。以下同)上以0.8mm為間距形成直徑為0.3mm、深2.7mm的剖面為圓形的多個用于容納磁性部件的凹部,同時在非磁性材料基板的另一面上的X-X方向和Y-Y方向上以0.8mm為間距形成直徑為0.3mm、深0.05mm的剖面為圓形的多個用于形成突出部分的凹部,就這樣制成非磁性材料基板。在該非磁性材料基板的各磁性部件容納用凹部內,設置了由鐵構成的直徑為0.3mm的球狀磁性部件,而且設置了厚度2.4mm、直徑為0.3mm的圓柱狀的蓋部件,用于塞住各磁性部件容納用凹部的開口。
而且,將該非磁性材料基板設置在厚度為6mm、由鐵構成的鐵磁性材料基板上,通過由螺釘機構固定制成上模,同時用同樣的方法制成下模,這樣就制成圖5所示結構的模具。將該模具稱為“模具a”。
準備厚度為6mm的鐵板,使用干膜光刻膠及氯化鐵對該鐵板的一面實施光刻處理,由此,在厚度為5.9mm、由鐵構成的鐵磁性材料基板上的X-X方向和Y-Y方向上以0.65mm為間距形成厚度為0.1mm、直徑0.25mm的圓片狀的多個鐵磁性材料層,制成中間體。
該中間體的一面上,在鐵磁性材料層以外的區域上,利用光刻膠形成厚度為0.15mm的非磁性材料層,由此制成上模,同時用同樣的方法制成下模,這樣就制成圖7所示結構的模具。將該模具稱為“模具b”。
準備厚度為6mm的鐵板,使用干膜光刻膠及氯化鐵對該鐵板的一面實施光刻處理,由此,在厚度為5.9mm、由鐵構成的鐵磁性材料基板上的X-X方向和Y-Y方向上以1.00mm為間距形成厚度為0.1mm、直徑0.40mm的圓片狀的多個鐵磁性材料層,制成中間體。
在該中間體的一面上,在鐵磁性材料層以外的區域上,利用光刻膠形成厚度為0.2mm的非磁性材料層,由此制成上模,同時用同樣的方法制成下模,這樣就制成圖7所示結構的模具。將該模具稱為“模具c”。
制造出由厚度為0.15mm的不銹鋼(SUS-304、線性熱膨脹系數1.73×10-5K-1)構成、縱橫(4個×4個)排列了16個12.5mm×11.5mm的矩形通孔的框架板,同時制造出2個由厚度為0.1mm的不銹鋼(SUS-304)構成、具有1個57mm×53mm的矩形通孔的隔板。
另外,在12g附加型液體硅橡膠“X-34-1632”(信越化學工業株式會社制)內添加4.5g數平均顆粒直徑為30μm的導電性顆粒并混合,由此調制出彈性各向異性導電膜成形用的成形材料。這里,導電性顆粒可以在由鎳構成的芯顆粒的表面上形成厚度為75nm的金構成的覆蓋層。
然后,使框架板隔著隔板與模具a的下模的上面進行位置對準,使上模在框架板上隔著隔板進行位置對準,同時在上模、下模、2個隔板以及框架板形成的成形空間內,填充調制好的成形材料,形成成形材料層。
接著,在上模的鐵磁性材料基板的上面及下模中的鐵磁性材料基板的下面設置電磁鐵并使其發揮作用,由此,對于成形材料層施加上模的磁性部件和與之對應的下模的磁性部件之間產生的1特斯拉的平行磁場,同時以100℃、1.5小時的條件對成形材料層進行固化處理,由此在框架板上形成彈性各向異性導電膜,制造出圖1所示結構的各向異性導電性連接器。
制造出由厚度為0.1mm的42合金(線性熱膨脹系數5×10-6K-1)構成、縱橫(縱8個×橫8個)排列了64個8.5mm×8.5mm的矩形通孔的框架板,同時制造出2個由厚度為0.1mm的磷青銅構成、具有1個83mm×83mm的矩形通孔的隔板。
另外,在16g附加型液體硅橡膠“KE-2000-20”(信越化學工業株式會社制)內添加8.8g數平均顆粒直徑為40μm的導電性顆粒并混合,由此調制出彈性各向異性導電膜成形用的成形材料。這里,導電性顆粒可以在由鎳構成的芯顆粒的表面上形成厚度為84nm的由金構成的覆蓋層。
然后,通過隔板使框架板與模具b的下模的上面位置對準,使上模在該框架板上隔著隔板進行位置對準,同時在上模、下模、2個隔板以及框架板形成的成形空間內,填充調制好的成形材料,形成成形材料層。
接著,在上模的鐵磁性材料基板的上面及下模中的鐵磁性材料基板的下面設置電磁鐵并使其發揮作用,由此,對于成形材料層施加上模的磁性部件和與之對應的下模的磁性部件之間產生的1特斯拉的平行磁場,同時以100℃、1.5小時的條件對成形材料層進行固化處理,由此在框架板上形成彈性各向異性導電膜,制造出圖1所示結構的各向異性導電性連接器。
制造出由厚度為0.10mm的不銹鋼(SUS-304、線性熱膨脹系數1.73×10-5K-1)構成、以0.8mm的間距縱橫排列了多個直徑為0.5mm的圓形通孔的框架板,在該框架板上與實施例1一樣形成彈性各向異性導電膜,制造出圖12所示結構的各向異性導電性連接器。
制造出縱橫(12組×12組)排列了144組通孔組的由厚度為0.15mm的不銹鋼(SUS-304、線性熱膨脹系數1.73×10-5K-1)構成的框架板,1個通孔組是橫方向交替排列了2個相互分開設置的、縱橫尺寸為6.0mm×4.0mm的矩形的、用于設置連接用導電部的通孔和1個縱橫尺寸為6.0mm×1.7mm的矩形的、用于容納電子部件的通孔(以下,由這3個通孔構成的組成為“通孔組”);同時制造出2個由厚度為0.1mm的不銹鋼(SUS-304)構成、具有1個144mm×84mm的矩形通孔的隔板。上述框架板中的1個通孔組中的通孔的間隔距離為0.5mm,通孔組的間距(相鄰通孔組中用于容納電子部件的通孔的中心點間距離)為橫方向11.9mm、縱方向6.9mm。
另外,在16g附加型液體硅橡膠“KE-2000-20”(信越化學工業株式會社制)內添加10.0g數平均顆粒直徑為40μm的導電性顆粒并混合,由此調制出彈性各向異性導電膜成形用的成形材料。這里,導電性顆粒使用了在由鎳構成的芯顆粒的表面上形成厚度為84nm的由金構成的覆蓋層的顆粒。
然后,使框架板隔著隔板與模具c的下模的上面位置對準,使上模在該框架板上隔著隔板進行位置對準,同時在上模、下模、2個隔板以及框架板形成的成形空間內,填充調制好的成形材料,形成成形材料層。
接著,在上模的鐵磁性材料基板的上面及下模中的鐵磁性材料基板的下面設置電磁鐵并使其發揮作用,由此,對成形材料層施加上模的磁性部件和與之對應的下模的磁性部件之間形成的1特斯拉的平行磁場,同時以100℃、1.5小時的條件對成形材料層進行固化處理,由此在框架板上形成彈性各向異性導電膜。
然后,通過對形成的彈性導電膜進行激光加工,在該彈性各向異性導電膜上形成與框架板的用于容納電子部件的通孔連通、縱橫尺寸為6.0mm×1.7mm的矩形通孔,制造出圖14所示結構的各向異性導電性連接器。
上述中,對彈性各向異性導電膜的激光加工使用三菱電機社制造的二氧化碳氣激光裝置,在輸出為10A、頻率為100Hz、掃描速度為2400mm/min、射束直徑為150μm的條件下進行。
框架板由厚度為0.15mm的PET[聚對苯二甲酸乙酯(線性熱膨脹系數6×10-5K-1)構成,其上縱橫(縱4個×橫4個)排列了16個12.5mm×11.5mm的矩形通孔,其他與實施例1一樣制造出各向異性導電性連接器。
得到的各向異性導電性連接器由于成型材料層的固化處理中,硅橡膠的固化收縮導致彈性各向異性導電膜中產生變形,結果該各向異性導電性連接器中產生彎曲,無法保證其表面的平面性,而且彈性各向異性導電膜的連接用導電部偏離所期望的位置,所以難以實現晶片檢測裝置中的檢測用電路基板與連接用電路基板的電連接。
在12g附加型液體硅橡膠“X-34-1632”,(信越化學工業株式會社制)內添加4.5g數平均顆粒直徑為120μm的導電性顆粒并混合,由此調制出彈性各向異性導電膜成形用的成形材料。這里,導電性顆粒使用了在由鎳構成的芯顆粒的表面上形成厚度為125nm的由金構成的覆蓋層的顆粒。
除了使用上述成型材料外其他與實施例1一樣制成各向異性導電性連接器。
在12g附加型液體硅橡膠“KE-2000-60”(信越化學工業株式會社制)內添加4.5g數平均顆粒直徑為30μm的導電性顆粒并混合,由此調制出彈性各向異性導電膜成形用的成形材料。這里,導電性顆粒使用了在由鎳構成的芯顆粒的表面上形成了厚度為75nm的由金構成的覆蓋層的顆粒。
除了使用上述成型材料外其他與實施例1一樣制成各向異性導電性連接器。
實施例1~4以及比較例1~3的各向異性導電性連接器中的各部分尺寸、連接用導電部中的導電性顆粒的比率以及連接用導電部的肖氏硬度如表1所示。
在200℃、2個小時的條件下對實施例1~4及比較例2~3所涉及的各向異性導電性連接器進行固化處理后,對這些各向異性導電性連接器進行下述試驗1及試驗2。另外,對實施例1~4及比較例2所涉及的各向異性導電性連接器進行下述試驗3及試驗4。
試驗1準備兩個試驗用電極板,其中一個試驗用電極板的一面上按照與彈性各向異性導電膜的連接用導電部的圖案相同的圖案形成表面鍍金的多個圖案電極,另一個試驗用電極板的一面上按照與彈性各向異性導電膜的連接用導電部的圖案對應的圖案形成表面鍍金的多個圖案電極,將各向異性導電性連接器設置在一個試驗用電極板上并進行位置對準,使各向異性導電性連接器的彈性各向異性導電膜的各連接用導電部位于該一個試驗用電極板的圖案電極上,在該各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜上設置另一個試驗用電極板并進行位置對準,使其各圖案電極位于連接用導電部上。
接著,在80℃的環境下,利用另一個試驗用電極板對各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜向其厚度方向施加壓力,使每個連接用導電部的負荷為20g,保持這種狀態15分鐘后,測量該連接用導電部厚度方向的電阻(以下稱為“導通電阻”)和相鄰的連接用導電部間的電阻(以下稱為“絕緣電阻”)。該測量完成后,解除另一個試驗用電極板對彈性各向異性導電膜的加壓,保持這種狀態5分鐘。將上述操作作為1個循環,重復3000次。
第1個循環中的導通電阻的平均值、最大值、最小值以及絕緣電阻的最小值和第3000個循環中的導通電阻的平均值、最大值、最小值以及絕緣電阻的最小值如表2所示。
試驗2如圖16所示,準備試驗用電極板100和105,在試驗用電極板100的一面的中央區域上,按照與彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16的圖案相同的圖案形成鍍金的多個圖案電極101,在這一面的周圍區域上形成多個引線電極102,由印刷配線(省略圖示)與各個該圖案電極101電連接,試驗用電極板105的一個面上形成鍍金的共同電極106,將各向異性導電性連接器10設置在試驗用電極板100上,并進行位置對準,使各向異性導電性連接器的在彈性各向異性導電膜15的各連接用導電部16位于該試驗用電極板100的圖案電極101上,在該各向異性導電性連接器10的彈性各向異性導電膜15上設置試驗用電極板105,將試驗用電極板100中的各引線電極102和試驗用電極板105中的共同電極106與電壓計110電連接,同時,與該電壓計110并聯地通過恒流控制裝置116與直流電源115電連接。
然后,在室溫環境下,由另一個試驗用電極板105沿厚度方向對各向異性導電性連接器10中的彈性各向異性導電膜15施加壓力,使每個連接用導電部16的負荷為20g,在此狀態下,由直流電源115和恒流控制裝置116向彈性各向異性導電膜15的1個連接用導電部16外加20秒的1A直流電流后,用電壓計110測量該連接用導電部16中的電壓。依次對所有連接用導電部16進行電壓測量。將外加到連接用導電部16的直流電流定為I1(=1A)、將測量的連接用導電部16的電壓值(V)定為V1,由下式(II)求出導通電阻R1。另外,與上述試驗1一樣,向彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16施壓3000次后,按上述方式求出該彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16的導通電阻R1。該導通電阻R1的值小于等于100mΩ時,該連接用導電部16的容許電流值大于等于1A。導通電阻R1的平均值如下表2所示。
式(II)R1=V1/I1
試驗3準備兩個試驗用電極板,其中一個試驗用電極板的一面上按照與彈性各向異性導電膜的連接用導電部的圖案相同的圖案形成表面鍍金的多個圖案電極,另一個試驗用電極板的一面上按照與彈性各向異性導電膜的連接用導電部的圖案對應的圖案形成表面鍍金的多個圖案電極,將各向異性導電性連接器設置在一個試驗用電極板上并進行位置對準,使各向異性導電性連接器的彈性各向異性導電膜的各連接用導電部位于該試驗用電極板的圖案電極位置上,在該各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜上設置另一個試驗用電極板并進行位置對準,使其圖案電極位于連接用導電部上。
接著,在80℃的環境下,用另一個試驗用電極板沿厚度方向對各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜厚度方向施加壓力,使連接用導電部的變形率為20%,測量該連接用導電部中的導通電阻和絕緣電阻。在對各向異性導電性連接器加壓3000小時后,測量該連接用導電部中的導通電阻和絕緣電阻。
初期的導通電阻的平均值、最大值、最小值以及絕緣電阻的最小值和經過3000個小時后的導通電阻的平均值、最大值、最小值以及絕緣電阻的最小值如表3所示。
試驗4如圖17所示,準備尺寸均比各向異性導電性連接器10大的試驗用電極板100和105,在試驗用電極板100的一面的中央區域上,按照與彈性各向異性導電膜15的連接用導電部16的圖案相同的圖案形成表面鍍金的多個圖案電極101,在這一面的周圍區域上形成多個引線電極102,通過印刷布線(省略圖示)與該圖案電極101電連接,試驗用電極板105的整個一個面上形成鍍金的共同電極106,將各向異性導電性連接器10設置在試驗用電極板100上并進行位置對準,使各向異性導電性連接器10的各連接用導電部16位于該試驗用電極板100的圖案電極101上,在該各向異性導電性連接器10的彈性各向異性導電膜15上設置試驗用電極板105,將試驗用電極板100中的各引線電極102和試驗用電極板105的共同電極106與電壓計110電連接,同時,與該電壓計110并聯地通過恒流控制裝置116與直流電源115電連接。而且,在試驗用電極100和試驗用電極105之間,設置了厚度為各向異性導電性連接器10中的彈性各向異性導電膜15厚度的80%的、電絕緣的框狀隔板120。
然后,在室溫環境下,在試驗用電極板105的另一面的隔板120外側的位置上,向試驗用電極板105的厚度方向施加壓力,使該各向異性導電性連接器10壓縮變形,由此,使該試驗用電極板105的共同電極106與隔板120接觸。在此狀態下,各向異性導電性連接器10中的連接用導電部16的變形率為20%。
接著,用直流電源115和恒流控制裝置116向各向異性導電性連接器10的1個連接用導電部16外加20秒1A的直流電流后,用電壓計110測量該連接用導電部16中的電壓。依次對所有連接用導電部16進行電壓測量。將外加到連接用導電部16的直流電流定為I2(=1A)、將測量的連接用導電部16的電壓值(V)定為V2,由下式(III)求出導通電阻R2。另外,與上述試驗3一樣,向各向異性導電性連接器10的連接用導電部16施壓3000次后,按上述方式求出該各向異性導電性連接器10的導通電阻R2。該導通電阻R2的值小于等于100mΩ時,該連接用導電部16的容許電流值大于等于1A。導通電阻R2的平均值如下表3所示。
試驗3及試驗4中,向另一個試驗用電極板加壓,使各向異性導電性連接器10的連接用導電部16的變形率為20%時,該試驗用電極板的加壓導致的變形很大時,該試驗用電極板可能會破損,所以加壓引起的試驗用電極板的變形(彎曲)大于等于0.1mm時,中止試驗。
式(III)R2=V2/I2
由表2及表3可以得知,根據實施例1~4所涉及的各向異性導電性連接器,能夠得到良好的電連接狀態,同時,在高溫環境下長時間使用時,也能夠穩定地維持良好的電連接狀態。
與之相對,比較例1所涉及的各向異性導電性連接器中,由于支撐彈性各向異性導電膜的框架由聚對苯二甲酸乙酯構成,所以在彈性各向異性導電膜的形成過程中,硅橡膠的固化收縮引起框架板發生很大變形,難以進行試驗用電極板的電極的位置對準和固定。
另外,比較例2中所涉及的各向異性導電性連接器中,由于連接用導電部中含有的導電性顆粒的顆粒直徑很大,所以各連接用導電部間厚度方向的導電性偏差很大,而且長時間使用時,連接用導電部的電阻值增加,無法維持穩定的電連接。
比較例3中所涉及的各向異性導電性連接器中,由于連接用導電部的肖氏硬度很高,所以如果不是通過加壓而使試驗用電極板變形,就難以使各向異性導電性連接器的連接用導電部的變形率為20%。這種各向異性導電性連接器在用于晶片檢測裝置中時,如果不使檢測用電路基板及連接用電路基板變形或破損就難以實現對晶片的電連接,因此,在實際使用中有很大問題。
權利要求
1.一種各向異性導電性連接器,包括彈性各向異性導電膜,由沿平面方向互相分開設置、沿厚度方向延伸的多個連接用導電部以及形成在這些連接用導電部之間的絕緣部構成;框架板,用于支撐該彈性各向異性導電膜;其特征在于,上述框架板由線性熱膨脹系數為3×10-6~2×10-5K-1的金屬材料構成;上述彈性各向異性導電膜中的連接用導電部是在彈性高分子物質中緊密填充了數平均顆粒直徑為20~80μm的具有磁性的導電性顆粒而制成的,該導電性顆粒的表面形成有厚度大于等于20nm的貴金屬構成的覆蓋層,該連接用導電部的肖氏硬度為10~35,相鄰的連接用導電部間的電阻大于等于10MΩ。
2.根據權利要求1所述的各向異性導電性連接器,其特征在于,框架板至少具有1個沿厚度方向延伸的通孔,彈性各向異性導電膜的連接用導電部設置在上述框架板的通孔內。
3.根據權利要求1所述的各向異性導電性連接器,其特征在于,框架板具有分別沿厚度方向延伸的多個通孔,彈性各向異性導電膜的連接用導電部設置在上述框架板的各通孔內。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的各向異性導電性連接器,其特征在于,以20g的負荷向連接用導電部厚度方向加壓時,該連接用導電部的容許電流值大于等于1A。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的各向異性導電性連接器,其特征在于,沿厚度方向對連接用導電部加壓,使其變形率為20%時,該連接用導電部的容許電流值大于等于1A。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的各向異性導電性連接器,其特征在于,在以20g的負荷沿厚度方向對連接用導電部加壓的狀態下測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻小于等于0.1Ω,在溫度80℃的環境下,以20g的負荷沿厚度方向對連接用導電部加壓15分鐘,然后在解除加壓的狀態下保持5分鐘,重復上述操作3000次以后,以20g的負荷沿厚度方向對該連接用導電部加壓的狀態下測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻小于等于0.1Ω。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的各向異性導電性連接器,其特征在于,沿厚度方向對連接用導電部加壓使其變形率為20%的狀態下測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻小于等于0.1Ω,在溫度80℃的環境下,沿厚度方向對連接用導電部加壓使其變形率為20%的狀態下、向該連接用導電部施加1A的電流3000小時后測量的該連接用導電部的厚度方向上的電阻小于等于0.1Ω。
8.一種晶片檢測裝置,是用于對形成在晶片上的多個集成電路進行電檢測的晶片檢測裝置,其特征在于,具有檢測用電路基板,表面上有多個檢測用電極;探測卡,包括其背面按照與上述檢測用電路基板的檢測用電極圖案對應的圖案形成的多個端子電極的連接用電路基板,和設置在該連接用電路基板的表面、具有與作為檢測對象的晶片中的集成電路的被檢測電極接觸的多個接點的接觸部件,其中,該連接用電路基板的各端子電極與上述檢測用電路基板的檢測用電極對置;以及各向異性導電性連接器,設置在上述檢測用電路基板與上述探測卡的連接用電路基板之間,將各個該檢測用電極與各端子電極電連接。
9.根據權利要求8所述的晶片檢測裝置,其特征在于,用檢測用電路基板與連接用電路基板夾住各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜并施加壓力,在此狀態下,該檢測用電路基板、該各向異性導電性連接器及該連接用電路基板三者被固定,由此,該檢測用電路基板中的各檢測用電極與該連接用電路基板中的各端子電極通過該各向異性導電性連接器中的連接用導電部電連接。
10.根據權利要求8所述的晶片檢測裝置,其特征在于,具有加壓裝置,通過向檢測用電路基板加壓,使探測卡中的接觸部件的各接點與作為檢測對象的晶片中的各被檢測電極電連接,通過由該加壓裝置向檢測用電路基板加壓,用該檢測用電路基板與連接用電路基板夾住各向異性導電性連接器中的彈性各向異性導電膜并施加壓力,由此,該檢測用電路基板中的各檢測用電極與該連接用電路基板中的各端子電極通過該各向異性導電性連接器中的連接用導電部電連接。
全文摘要
公開了一種晶片檢測裝置及用于該晶片檢測裝置的各向異性導電性連接器,該晶片檢測裝置的特征為小型,不會縮短檢測用電路基板的使用壽命,能夠對多個被檢測電極一并進行檢測,具有良好的電特性,能夠對高功能集成電路進行電檢測。本發明的各向異性導電性連接器包括彈性各向異性導電膜,由互相分開設置、沿厚度方向延伸的多個連接用導電部以及形成在它們之間的絕緣部構成;框架板,用于支撐該彈性各向異性導電膜,其中,框架板由線性熱膨脹系數為3×10
文檔編號H01R11/01GK1806178SQ20048001616
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月1日 優先權日2003年6月9日
發明者五十嵐久夫, 佐藤克己, 井上和夫 申請人:Jsr株式會社