將直徑 25 µm 的銅線，以 CNC 精密車床搭配滾筒進行繞線，
控制主軸每轉進給量為 50 µm，使相鄰 2 線中心距離為 50 µm。完 成幅寬 280 mm 的單層繞線後，將滾筒兩側無銅線纏繞裸露部分使 用鐵氟龍膠帶遮蔽。於銅線區域滴入適量矽膠基紫外光硬化膠(UV 膠)後，使用刮片均勻地將 UV 膠塗布在完成的線圈上。最後以 100W 的 UV 光源照射 UV 膠，固化後結果如圖 4-1 所示。
圖 4-1 繞線後上膠固化結果
完成 UV 膠固化後，撕去滾筒兩旁鐵氟龍膠帶，再以美工刀沿 滾筒軸向將膜片切開。將繞線膜片拆下後，形成寬 280mm，長 500 mm 的單層導電膜片，如圖 4-2 所示。由圖 4-2(b) 顯微結構可見微 細銅線的確以單一方向週期性規則排列。
(a) (b)
圖 4-2 單層導電膜片(a)為完整單層膜片外觀圖，(b)為顯微結構圖。
將單層導電膜片裁成長 100 mm, 寬 30 mm 的大小，並在膜片 上塗布液態 RTV Silicone rubber 黏著劑後，依次堆疊加壓，如圖 4-3 所示。堆疊形成之導電膜塊總層數約 500 層。
圖 4-3 堆疊與加壓後之導電膜塊
將堆疊形成之導電膜塊四周以 PMMA 膠包圍並固化後，再以 水刀進行切片。切片面垂直於長軸，厚度 1~2 mm。切片上下兩個 面經過研磨後外觀如圖 4-4(a)所示。圖 4-4(b)則為導電膜片在顯微鏡 下的結構，其中黃色圓形結構即為直徑 25 µm 的微細銅線之橫斷 面。由圖可知每一層內的銅線基本上都是呈現週期性的排列，中心
因是，單層導電膜片在堆疊時目前並沒有有效的方法可以進行上下 層銅線的對位，而只能隨機進行堆疊。
(a) (b)
圖 4-4 切片後導電膜片(a)外觀圖--長 30mm,寬 30mm,厚 1mm，(b)顯 微鏡下結構圖。
4-2 單軸向導電膜片平衡接觸力及路徑電阻值
本實驗利用 SE Testsystems Model:715A 荷重試驗機(參考 3-2 節 及圖 3-6)，進行導電膜片之“接觸力-過壓行程”以及“訊號路徑電阻-過壓行程”的量測。測試結果如圖 4-5 所示：
(1) 接觸力：同一試片隨機取 4 個不同位置進行“接觸力-過壓行程”量 測，結果顯示(參考圖 4-5 中 F1~F4)，在過壓行程低於 50 µm 時，
過壓行程愈大時接觸力愈大。此時，『平衡接觸力』(每增加 1 mil
“過壓行程”時，增加的接觸力)為 5.2~15.7 gf/mil，其平均值 10.49 gf/mil。當過壓行程大於 50 µm 以後，接觸力基本上已經不再增加，
其飽合接觸力值約為 12.5~25 gf，具有相當的變異量。探究其原
Overdrive (µm)
Force (g)
0
Resistance (mΩ)
F 1
Overdrive (µm)
Force (g)
0
Resistance (mΩ)
F 1
到 50 µm 附近時，電阻值急遽下降並穩定於 23.5~26 mΩ。此一電 阻值與「直徑 25 µm 長 1 mm 的單根銅線」的電阻 34.6 mΩ十分 接近，相當於 1.5 根銅線的電阻。
綜合而言，導電膜片與待測晶圓之間的接觸力，會隨著半球形凸 塊與導電膜片接觸的位置之不同而有 1~2 倍(12.5~25 gf)的值的變 異；同時，平衡接觸力有 1~3 倍(5.2~15.7 gf/mil)的變異。在接觸電阻 方面，當過壓行程增大至接觸力已飽合時，電阻會因接觸密合度的提 高而明顯下降至穩定的 23.5~26 mΩ。
4-3 平衡接觸力之有限元素模擬分析
如前所述，為了瞭解單軸向導電膜片進行平衡接觸力量測時，為 何不同位置量測的結果會有相當程度的變異，我們嘗試以有限元素軟 體 ANSYS Workbench 建立一個模擬分析模型，並與量測結果加以比 較驗證。
模擬是根據 3-3-3 節所建立的的單軸向導電膜片幾何模型(圖 3-7)、材料性質(表 3-1)、接觸條件(表 3-3)及邊界條件設定，來進行靜 態結構有限元素分析。
為了探討探針針尖的落點與導電膜上微細銅線之間的相對位置 對於接觸力的影響，模擬時也刻意將針尖(半球形凸塊)中心相對於微 細銅線的位置做不同的偏移，如圖 4-6 所示。偏移量為每 5 µm 做一
偏移。 (Large deflection)選項取消(OFF)；同時也不考慮絕緣膠的材料非線 性。當針尖落點向右偏移 25 µm (參考圖 4-6)，過壓行程 30 µm，等 效應力分布如圖 4-7 所示。由圖 4-7 可知，最大 von Mises 等效應力 發生於微細銅線與半球形凸塊(針尖)接觸點。圖 4-8 則是將絕緣膠體 隱藏後的結果。由圖 4-8 可以觀察到微細銅線的變形主要都侷限於與 半球形凸塊(針尖)接觸的附近。其原因是模擬時，微細銅線與絕緣膠 體是被假設為完全 Bonded，彼此不能有相對運動(滑移、穿透、分離)，
因此使微細銅線的變形無法有效向下延伸。
圖 4-7 探針針尖(半球形凸塊)落點 25 µm 時之等效應力分布圖
圖 4-8 探針針尖(半球形凸塊)落點與微細銅線的相對位置
針對上述的模擬，以半球形凸塊球殼(針尖)所承受的反作用力為
Overdrive (µm)
Fo rc e (g)
Measured F 1 Measured F 2 Measured F 3 Measured F 4 Cu E14 Cu E13 Cu E12
接觸方程式、接觸剛度、穿透容差…等等，運算結果往往因絕緣膠的 元素發生異常巨大變形或因無法收歛而結束。
於上述啓動幾何非線性(亦即將 Analysis settings 中的 Large deflection 選項設為 ON)後的試誤過程中，發覺調降絕緣膠的楊氏係 數對於接觸力的影響很小。其原因是絕緣膠的楊氏係數 6.49 GPa 僅
Overdrive (µm)
Fo rc e (g)
Measured F1
Measured F2
Measured F3
Measured F4
0-0
4-3-2 針尖落點對接觸力的影響
Overdrive (µm)
Force (g)
Measured F1 Measured F2 Measured F3 Measured F4 0-0
而實際的導電膜片因為有絕緣膠牽制，會讓銅線間有不同程度的連 動，進而使轉折程度趨緩。
此外，圖 4-11 仍然顯示，即便我們已經將絕緣膠移除，各模擬 值仍然都略大於實測值。這原因相信是因為模擬時我們將半球形凸塊 與銅線之間的接觸類型設定為 Rough，亦即接觸後彼此間不能有相對 滑移。而可以想像半球形凸塊與銅線之間實際上應該會有些許相對滑 移的現象存在，因而會釋放少量的應力，使接觸力降低。
4-4 單軸向導電膜片探針卡與實測
本研究為了驗證單軸向導電膜片探針卡的構想可行性，嘗試針對 工研院的一顆 Echo IC(如圖 4-12 所示)進行導電膜片探針卡設計、製 造與組裝(如圖 4-13 所示)，並架設於全自動針測儀(Prober) [型號 TOKYO SEIMITSU 公司 A-PM-90A]進行測試。測試項目包括：
(1)Open/Short (Continuity)， (2)內建計數器功能 (Counter)，(3)內建 SRAM 功能(SRAM)，(4)工作/待命電流(ICC, ICCS)，(5)輸出參考電 壓(直流)(Vref)，(6)2MHz 振盪頻率(Clock)，(7)類比訊號失真度(THD_
SRAM)，(8)輸出 AC 電壓(Vout)，(9)回音延遲時間(Delay time)。圖 4-14 顯示 Echo IC 以導電膜片探針卡進行測試後，微細銅線會在銲墊 上留下針痕。測試結果 (如圖 4-15 所示) 顯示，導電膜片探針卡可以
一如傳統的懸臂式探針卡一樣對 Echo IC 正常地進行性能測試，而且 500 顆內測試良率可以達 90%，與傳統採用環氧樹脂環探針卡進行量 測之結果相同。由此可證明單軸向導電膜片探針卡的構想確實可行。
圖 4-12 單軸向導電膜片探針卡測試載具─Echo IC
(a)探針卡正面 (b) 探針卡背面 圖 4-13 單軸向導電膜片探針卡
圖 4-14 測試後 Echo IC 的銲墊及微細銅線在其上留下之針痕
圖 4-15 Echo IC 以單軸向導電膜片探針卡進行功能測試之結果