KR100467997B1 - 초소형 전자 접촉 구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

스프링 접촉 요소들은 희생 기판 상에 형성된 개구 내로 금속 재료의 적어도 하나의 층을 적층시킴으로써 제조된다. 개구는 기판의 표면 내부에, 또는 희생 기판의 표면 상에 적층된 하나 이상의 층에 있을 수 있다. 각각의 스프링 접촉 요소는 기부 단부, 접촉 단부 및 중앙 본체부를 구비한다. 접촉 단부는 중앙 본체부보다 (상이한 높이에서) z축으로 오프셋된다. 양호하게는, 기부 단부는 중앙 본체부로부터 z축을 따라 대향 방향으로 오프셋된다. 이러한 방식으로, 복수개의 스프링 접촉 요소들은 희생 기판 상에 서로 규정된 공간적 관계로 제조되다. 스프링 접촉 요소들은 기부 단부에 의해 공간 변환기 또는 반도체 장치 등의 전자 부품 상의 대응 단자에 적절하게 장착되며, 이때 희생 기판은 스프링 접촉 요소의 접촉 단부가 전자 부품의 표면 위로 연장되도록 제거된다. 예시적인 사용에 있어서, 스프링 접촉 요소는 이에 의해 탐침 카드 조립체의 공간 변환기 부품 상에 배치되어, 이들의 접촉 단부가 전자 부품을 탐침 검사하는 목적을 위하여 다른 전자 부품의 대응 단자에 가압 접속을 수행하도록 한다.

Description

초소형 전자 접촉 구조체 및 그 제조 방법 {MICROELECTRONIC CONTACT STRUCTURE AND METHOD OF MAKING SAME}

본 발명은 전자 요소들 사이에서 가압 접촉을 수행하기에 적당한, 스프링 접촉 요소라고도 하는 탄성 전기 접촉(상호접촉) 요소에 관한 것으로, 특히 능동형 반도체 장치 등의 초소형 전자 부품들을 탐침 검사(probing, 탄성적으로 임시 접촉)하는 데 사용될 수 있는 것과 같은 초소형 스프링 접촉 요소에 관한 것이다.

본 특허 출원은 본 명세서에서 참조되어 합체된, 1996년 12월 31일자 출원된 공동 소유의 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제60/034,053호의 일부 계속 출원이다.

또한, 본 특허 출원은 1995년 5월 26일자 출원된 공동 소유의 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제08/452,255호와 이에 대응하는 1995년 11월 13일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US95/14909호의 일부 계속 출원이며, 상기 두 개의 출원 모두는 1994년 11월 15일자 출원된 공동 소유의 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제08/340,144호와 이에 대응하는 1994년 11월 16일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US94/13373호의 일부 계속 출원이며, 상기 두 개의 출원 모두는 1993년 11월16일자 출원된 공동 소유의 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제08/152,812호(현재는 1995년 12월 19일자의 미국 특허 제5,476,211호)의 일부 계속 출원이며, 이들 모두는 본 명세서에서 참조되어 합체되어 있다.

또한, 본 특허 출원은 공동 소유의 출원 계속 중인 다음의 미국 특허 출원의 일부 계속 출원이다.

1995년 9월 21일자 출원된 제08/526,246호 (PCT/US95/14843, 1995.11.13);

1995년 10월 18일자 출원된 제08/533,584호 (PCT/US95/14842, 1995.11.13);

1995년 11월 9일자 출원된 제08/554,902호 (PCT/US95/14844, 1995.11.13);

1995년 11월 15일자 출원된 제08/558,332호 (PCT/US95/14885, 1995.11.15);

1996년 2월 15일자 출원된 제08/602,179호 (PCT/US96/08328, 1996.5.28);

1996년 2월 21일자 출원된 제60/012027호 (PCT/US96/08117, 1996.5.24);

1996년 5월 17일자 출원된 제60/005,189호 (PCT/US96/08107, 1996.5.24); 및

1996년 8월 26일자 출원된 제60/024,555호.

(가특허 출원을 제외한) 이들 모두는 전술된 모출원의 일부 계속 출원이며, 이들 모두는 본 명세서에서 참조되어 합체되었다.

<발명의 배경>

칸드로스(Khandros)에 의해 모두 이루어진, 공동 소유의1993년 11월 16일자 출원된 미국 특허 출원 제08/152,812호(현재는 1995년 12월 19일자의 미국 특허 제4,576,211호)와 이에 대응하는 공동 소유의 출원 계속 중인1995년 6월 1일자 출원된 "분할" 미국 특허 출원 제08/457,479호(상태: 출원 계속 중) 및1995년 12월11일자 출원된 제08/570,230호(상태: 출원 계속 중)는, 길이가 신장된 가요성 코어 요소(예컨대, 와이어 "스템" 또는 "골격")의 일단부를 전자 부품 상의 단자에 장착하는 단계와, 생성된 스프링 접촉 요소의 설정 힘 대 변형 특성을 보장하도록 가요성 코어 요소 및 단자의 인접 표면을 두께, 항복 강도 및 탄성률의 설정된 조합을 갖는 하나 이상의 재료의 "쉘"로 코팅하는 단계를 포함하는 초소형 전자 분야를 위한 탄성 상호접촉 요소를 제조하는 방법을 기재하고 있다. 코어 요소를 위한 예시적인 재료는 금을 포함한다. 코팅을 위한 예시적인 재료는 니켈 및 그 합금을 포함한다. 생성된 스프링 접촉 요소는 반도체 장치를 포함하는 2 이상의 전자 부품들 사이에 가압 접촉 또는 탈착 가능 접촉을 수행하기 위해 적당하게 사용된다.

칸드로스 및 매튜(Mathieu)에 의해 모두 이루어진, 공동 소유의 출원 계속 중인1994년 11월 15일자 출원된 미국 특허 출원 제08/340,144호와 이에 대응하는1994년 11월 16일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US94/13373호(1995년 5월 26일자 공개된 제WO95/14314호)는, 전술된 스프링 접촉 요소에 대한 많은 응용을 기재하고 있으며, 스프링 접촉 요소의 단부들에 접촉 패드를 제조하는 기술도 기재하고 있다. 예컨대, 상기 특허 출원의 도14에서, 정점에서 종료하는 뒤집힌 피라미드 형태일 수 있는 복수의 네거티브 돌출부 또는 구멍이 희생층(기판)의 표면에 형성된다. 그리고 나서, 이들 구멍은 금 또는 로듐 및 니켈 등의 재료의 층을 포함하는 접촉 구조체로 충전된다. 길이가 신장된 가요성 요소가 생성된 접촉 구조체에 장착되어 전술된 방식으로 오버코팅될 수 있다. 최종 단계에서, 희생 기판이 제거된다. 생성된 스프링 접촉 요소는 자유 단부에서 제어된 기하학적 형상(예컨대, 날카로운 끝)을 갖는 접촉 패드를 구비한다.

엘드릿지(Eldridge), 그루브(Grube), 칸드로스 및 매튜에 의해 모두 이루어진, 공동 소유의 출원 계속 중인1995년 5월 26일자 출원된 미국 특허 출원 제08/452,255호와 이에 대응하는1995년 11월 13일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US95/14909호(1996년 6월 6일자 공개된 제WO96/17278호)는 희생 기판 상에 접촉 팁 구조체를 제조하는 추가 기술 및 야금술뿐만 아니라, 장착된 복수의 스프링 접촉 요소를 한꺼번에 전자 부품의 단자에 전달하는 기술을 기재하고 있다(예컨대, 상기 특허 출원의 도11a 내지 도11f 및 도12a 내지 도12c 참조).

엘드릿지, 칸드로스 및 매튜에 의해 모두 이루어진 공동 소유의 출원 계속 중인1996년 5월 17일자 출원된 미국 가특허 출원 제60/005,189호와 이에 대응하는 이에 대응하는1996년 5월 24일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US96/08107호(1996년 11월 28일자 공개된 제WO96/37332호)는 복수의 접촉 팁 구조체(예컨대, 상기 특허 출원의 도6b에서 #620 참조)를 전자 부품(#630)에 미리 장착된 대응하는 길이가 신장된 복수의 접촉 요소(상기 특허 출원의 도6D의 #632 참조)에 결합시키는 기술을 기재하고 있다. 또한, 상기 특허 출원은 예컨대 도7a 내지 도7e에서 외팔보 형태의 "신장된" 접촉 팁 구조체를 제조하는 기술을 기재하고 있다. 외팔보 팁 구조체는 그 일단부와 대향 단부 사이에서 테이퍼질 수 있다. 상기 특허 출원의 외팔보 팁 구조체는 전자 부품(예컨대, 도7f에서 #734 참조)의 대응하는 단자로부터 연장된(예컨대, 자유 직립한) 기존의 (즉, 미리 제조된) 상승된 상호접촉 요소에 장착하기에 적당하다.

엘드릿지, 칸드로스 및 매튜에 의해 이루어진 공동 소유의 출원 계속 중인1996년 8월 26일자 출원된 미국 가특허 출원 제60/024,555호는 예컨대 도2a 내지 도2c에서, 서로 상이한 길이를 갖는 복수의 신장된 팁 구조체를 이들의 외측 단부가 이들의 내측 단부보다 더 큰 피치로 배치되도록 배열시킬 수 있는 기술을 기재하고 있다. 이들의 내측 "접촉" 단부는 전자 부품의 중심선 등의 선을 따라 배치된 단자를 갖는 전자 부품에 접촉을 수행하도록 서로 일직선으로 될 수 있다.

본 발명은 미세-피치(fine-pitch)로 배치된 단자(결합 패드)들을 갖는 현대의 초소형 전자 장치에 상호접촉을 제공하는 것을 다루며, 이에 특히 적합하게 된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "미세-피치"란 용어는 65 ㎛(2.5 mil)와 같이 127 ㎛(5 mil)보다 작은 간격으로 배치된 단자들을 갖는 초소형 전자 장치에 관한 것이다. 이하의 설명으로부터 명백하게 되는 바와 같이, 이러한 것은 접촉 요소를 제조하는 데 있어서 기계적인 기술보다는 리소그래피(lithography)를 사용함으로써 용이하게 실현될 수 있는 정밀 공차의 이점을 취함으로써 양호하게 성취된다.

본 발명의 목적은 스프링 접촉 요소를 제조하는 개선된 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 초소형 전자 기술의 미세-피치 정밀-공차 분야에 본질적으로 적합한 공정을 사용하여 스프링 접촉 요소를 제조하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 장치 등의 전자 부품을 탐침 검사하는 데 적합하고, 미세-피치 외주 상호접촉 구조체를 탐침 검사하도록 용이하게 크기가 조절될 수 있는 스프링 접촉 요소를 제조하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 장치 상에서 번인(burn-in)을 수행하는 것처럼 반도체 장치 등의 전자 부품들을 소켓팅(socketing)하는 데 적당한 스프링 접촉 요소를 제조하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 초소형 전자 분야에 적당한 신장된 스프링 접촉 요소는 희생 기판에 (에칭 등에 의해 홈(trench)과 같은) 만입부를 형성하고 만입부 내에 (도금 등에 의해) 금속 재료를 적층시킴으로써 제조된다. 복수의 스프링 접촉 요소는 리소그래피에 의해 한정된 공차(예컨대, 치수, 간격)로 단일 희생 기판 상에 이러한 방식으로 제조될 수 있다.

그 다음 생성된 스프링 접촉 요소는 반도체 장치 등의 수동형 기판 또는 능동형 기판과 같은 다른 기판에 장착되고, 그 후에 희생 기판이 제거된다.

이러한 방식으로 형성된 예시적인 스프링 접촉 요소는 기부 단부와 접촉 단부 사이에서 길이 "L"을 갖는다. 양호하게는, 기부 단부는 스프링 접촉 요소의 중심부로부터 제1 방향으로 오프셋되고, 접촉 단부는 중심부로부터 반대 방향으로 오프셋된다. 이러한 방식으로, 전체적인 스프링 접촉 요소는 평탄하지 않으며, 기부 단부가 전자 부품에 장착될 때 접촉 단부는 스프링 접촉 요소가 장착될 전자 부품의 표면 위로 연장된다.

스프링 접촉 요소가 제조될 수 있는 예시적인 희생 기판은 실리콘 웨이퍼이며, 이 경우에 본 발명의 공정은 양호하게는 미세 기계 가공 공정에 사용되는 실리콘의 방향성 선택 에칭을 이용하여, 최종 스프링 접촉 요소를 도금하는 데 사용되는 전기 주조품(electoform)을 생성한다. 또는, 스프링 접촉 요소들 사이의 미세-피치 간격을 위해 요구되는 폭 대 높이의 높은 종횡비(aspect ratio)를 생성하기 위하여, 감광제(photoresist)의 리소그래피 현상과 대조되는 감광제의 레이저 융삭(ablation)을 채용할 수도 있다.

본 발명의 스프링 접촉 요소에 대한 예시적인 적용은 기판과 피시험 장치(device-under-test, DUT) 사이에 가압 접촉을 수행하기 위해 사용되는 탐침 요소이며, 이 경우에 스프링 접촉 요소는 전술된 제08/554,902호 및 제PCT/US95/14844호에서 설명된 바와 같이 탐침 카드 조립체의 공간 변환기(space transformer) 부품에 적당하게 장착된다. 또는, 스프링 접촉 요소는 적용 특정 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC)와 같은 능동형 전자 부품에 장착되어 이로부터 연장된다.

스프링 접촉 요소는, 생성된 접촉 구조체가 사용 시에 접촉(자유) 단부에 힘이 인가될 때 스프링으로서 기능하게 (즉, 탄성 변형을 나타내게) 할 수 있도록 선택된 금속 재료의 적어도 하나의 층으로 적당하게 형성된다.

생성된 스프링 접촉 요소는 양호하게는 "길이가 길고 높이가 낮으며",

· 일단부로부터 타단부까지 측정된 길이 "L"과,

· 희생 기판의 표면에 대해 수직(z축)인 (그리고 스프링 접촉 요소가 궁극적으로 장착되는 부픔에 대해 수직인) 방향으로 길이에 대해 횡방향으로 측정된 높이 "H"와,

· 스프링 요소의 중심부로부터 일 방향(예컨대, z축을 따른 음의 방향)으로 거리 "d1"만큼 오프셋된 접촉 단부와,

· 스프링 요소의 중심부로부터 일 방향(예컨대, z축을 따른 양의 방향)으로 거리 "d2"만큼 오프셋된 기부 단부

를 갖는다.

양호하게는, 스프링 접촉 요소는 일단부(기부 단부)로부터 타단부(접촉 단부)까지 테이퍼져 있고, 스프링 접촉 요소는 이하의 치수,

· 희생 기판의 표면에 대해 평행하게 그리고 스프링 요소의 길이방향 축에 대해 횡방향으로 측정된 기부 단부에서의 폭 "w1"과,

· 희생 기판의 표면에 대해 평행하게 그리고 스프링 요소의 길이방향 축에 대해 횡방향으로 측정된 접촉 단부에서의 폭 "w2"와,

· z축을 따라 측정된 기부 단부에서의 두께 "t1"과,

· z축을 따라 측정된 접촉 단부에서의 두께 "t2"

를 가져서,

· 폭방향 테이퍼 각도 "α(알파)" 및

· 두께 테이퍼 각도 "β(베타)"

가 생성된다.

또한, 스프링 접촉 요소는 접촉 단부에서 돌출 특징부를 적절히 구비하고, 상기 돌출 특징부는 z축을 따라 측정된 치수 "d3"을 갖는다.

따라서, 통상적으로 기부 단부에 의해 2개의 전자 부품들 중 하나에 장착되어 2개의 전자 부품들 사이에서 접촉을 수행하며, 접촉 단부에 의해 (예컨대, 돌출 특징부에 의해) 2개의 전자 부품들 중 다른 하나에 대한 가압 접촉을 수행하기에 적당하며, 이하의 치수(다른 언급이 없으면, mil 단위)를 갖는 예시적인 스프링 접촉 요소가 본 명세서에 기재되어 있다.

치수 범위 양호한 범위

L 254㎛ - 25.4mm(10 - 1000) 1524㎛ - 2540㎛(60 - 100)

H 101.6㎛ - 1016㎛(4 - 40) 127㎛ - 304.8㎛(5 - 12)

d1 76.2㎛ - 381㎛(3 - 15) 177.8㎛±25.4㎛(7±1)

d2 0 - 381㎛(0 - 15) 177.8㎛±25.4㎛(7±1)

d3 6.35㎛ - 127㎛(0.25 - 5) 76.2㎛(3)

w1 76.2㎛ - 508㎛(3 - 20) 203.2㎛ - 304.8㎛(8 - 12)

w2 25.4㎛ - 254㎛(1 - 10) 50.8㎛ - 203.2㎛(2 - 8)

t1 25.4㎛ - 254㎛(1 - 10) 50.8㎛ - 127㎛(2 - 5)

t2 25.4㎛ - 254㎛(1 - 10) 25.4㎛ - 127㎛(1 - 5)

α 0 - 30° 2 - 6°

β 0 - 30° 0 - 6°

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 이하의 설명에 비추어 명백해질 것이다.

그 예가 첨부 도면에 도시된 본 발명의 양호한 실시예에 대하여 상세히 참조하기로 한다. 도면은 예시하기 위한 것으로서, 제한하는 것은 아니다.

본 발명을 이러한 양호한 실시예와 관련하여 설명하지만 본 발명의 취지 및 범위를 특정 실시예로 제한하려는 것이 아님을 알아야 한다.

도면들 중 선택된 도면에 있어서의 어떠한 요소는 도시를 명료히 하기 위하여 척도에 따라 도시되지 않았다.

종종, 도면에 걸쳐 유사한 요소들은 유사한 도면 번호로 나타나 있다. 예컨대, 요소(199)는 다른 도면에서의 요소(299)와 많은 측면에서 유사할 수 있다. 또한, 종종, 유사한 요소들은 단일 도면에서 유사한 도면 번호로 나타나 있다. 예컨대, 복수의 요소(199)는 199a, 199b, 199c 등으로 나타날 수 있다.

도1a는 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소의 단면도이다.

도1b는 본 발명에 따른 도1a의 스프링 접촉 요소의 평면도이다.

도1c는 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소의 다른 실시예의 단면도이다.

도1d는 도1c의 스프링 접촉 요소의 확대 단면도이다.

도1e는 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소의 다른 실시예의 단면도이다.

도2a 내지 도2i는 본 발명에 따라 희생 기판 상에 스프링 접촉 요소를 제조하는 기술의 단면도이다.

도2j는 희생 기판 상에 위치하는 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소의 단면도이다.

도3a는 희생 기판 상에 위치하는 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소의 다른 실시예의 단면도이다.

도3b는 희생 기판의 도시를 생략한, 본 발명에 따른 도3a의 스프링 접촉 요소의 사시도이다.

도4a 및 도4b는 본 발명에 따른, 최초에 희생 기판 상에 위치하는 복수의 스프링 접촉 요소를 공간 변환기 등의 다른 부품에 장착하는 기술을 도시하는 단면도이다.

도4c는 본 발명에 따른, 사용 시에 반도체 장치 등의 다른 부품을 탐침 검사(임시 가압 접촉)하도록 공간 변환기 등의 부품에 장착된 복수의 스프링 접촉 요소의 단면도이다.

도4d는 본 발명에 따른, 복수의 스프링 접촉 요소를 공간 변환기 등의 다른 부품에 장착하는 기술의 다른 실시예(도4b와 비교)의 단면도이다.

도4e는 본 발명에 따른, 복수의 스프링 접촉 요소를 공간 변환기 등의 다른 부품에 장착하는 기술의 다른 실시예(도4b와 비교)의 단면도이다. 또한, 본 도면은 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소의 다른 실시예를 도시한다.

도4f는 본 발명에 따른, 복수의 스프링 접촉 요소를 공간 변환기 등의 다른 부품에 장착하는 기술의 다른 실시예(도4e와 비교)의 단면도이다. 또한, 본 도면은 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소의 다른 실시예를 도시한다.

도5는 본 발명의 스프링 접촉 요소에 대한 적용(사용)의 개략(정형화된) 평면도이다.

도6은 본 발명의 스프링 접촉 요소에 대한 다른 적용(사용)의 개략(정형화된) 평면도이다.

도7a는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소를 공간 변환기 등의 다른 부품에 장착하는 기술의 다른 실시예(도4d와 비교)의 단면도이다.

도7b는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소를 공간 변환기 등의 다른 부품에 장착하는 기술의 다른 실시예(도7a와 비교)의 단면도이다.

도7c는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소를 공간 변환기 등의 다른 부품에 장착하는 기술의 다른 실시예(도7a와 비교)의 단면도이다.

도7d는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소를 공간 변환기 등의 다른 부품에 장착하는 기술의 다른 실시예(도7a와 비교)의 단면도이다.

도8a는 희생 기판의 도시를 생략한, 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소의 다른 실시예(도3b와 비교)의 사시도이다.

도8b는 희생 기판의 도시를 생략한, 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소의 다른 실시예(도8a와 비교)의 사시도이다.

도9a는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소에서 제어된 임피던스를 성취하는 기술에서의 제1 단계의 측단면도이다.

도9b는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소에서 제어된 임피던스를 성취하는 기술에서의 다음 단계의 측단면도이다.

도9c는 본 발명에 따른, 도9b의 임피던스가 제어된 스프링 접촉 요소의 단부 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

102 : 기부 단부

104 : 접촉 단부

106 : 중심 본체부

150 : 스프링 접촉 요소

202 : 희생 기판

220, 230 : 홈

206, 258 : 마스킹 층

234 : 질화물 층

420 : 전자 부품

엘드릿지, 그루브, 칸드로스 및 매튜에 의해 모두 이루어진 공동 소유의 출원 계속 중인1995년 11월 9일자 출원된 미국 특허 출원 제08/554,902호와 이에 대응하는1995년 11월 13일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US95/14844호(1996년 5월 23일자 공개된 제WO96/15458호)는 "공간 변환기" 부품에 장착되는 신장된 탄성(스프링) 접촉 요소를 포함하는 탐침 카드 조립체를 기재하고 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 공간 변환기는 일 표면 상에 제1 피치로 배치된 단자와 대향 표면 상에 제2 피치로 배치된 대응 단자를 갖는 다층 상호접촉 기판이며, 제1 피치로부터 제2 피치까지 "피치-확장(pitch-spreading)"을 수행하는 데 사용된다. 사용 시에, 신장된 스프링 접촉 요소의 자유 단부(팁)는 탐침 검사될(시험될) 전자 부품 상의 대응 단자와 가압 접촉된다.

신장된 탄성 외팔보형 접촉 요소

도1a 및 도1b는 탐침 카드 조립체의 공간 변환기를 포함하는, 그러나 이러한 것으로 제한되지 않는 전자 부품에 자유 직립 구조체로서 부착하기에 적당한 신장된 탄성 (스프링) 접촉 요소(100)를 도시한다.

구조체(100)는 2개의 단부(102, 104)와, 이들 사이의 중심부(106)를 가지며, 2개의 단부들 사이에서 총 길이방향 길이 "L"을 갖는다. 길이 "L"은1016㎛ 내지 12.7mm(40 내지 500 mil)또는1016㎛ 내지 6350㎛(40 내지 250 mil)등의254㎛ 내지 25.4mm(10 내지 1000 mil)범위 내에 있으며, 양호하게는1524㎛ 내지 2540㎛(60 내지 100 mil)의 범위 내에 있다. 이하의 논의로부터 명백하게 되는 바와 같이, 사용 시에 상기 구조체는 "L"보다 작은 유효 길이 "L1"을 가지며, 이는 인가되는 힘에 응답하여 구조체가 굽혀질 수 있는 길이이다.

단부(102)는 접촉 요소(100)가 (도시되지 않은) 전자 부품에 장착되는 "기부"이다. 단부(104)는 다른 전자 부품(예컨대, 도시되지 않은 피시험 장치)과의 가압 접촉을 수행하는 "자유 단부(팁)"이다. 도시되지는 않았지만, 접촉 요소(100)는 중심부(106)에 대향하여 기부 단부(102)를 지나 연장되는 신장된 "미부(tail)"를 갖는 것도 가능하다.

구조체(100)는 총 높이 "H"를 갖는다. 높이 "H"는101.6㎛ 내지 1016㎛(4 내지 40 mil)의 범위 내에 있으며, 양호하게는127㎛ 내지 304.8㎛(5 내지 12 mil)의 범위 내에 있다(1 mil = 0.001 인치).

도1a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 구조체는 "단차형(stepped)"이다. 기부 부분(102)은 제1 높이에 있고, 팁(104)은 다른 높이에 있으며, 중간부(중심부,106)는 제1 높이와 제2 높이 사이의 제3 높이에 있다. 따라서, 구조체(100)는 도면에서 "d1" 및 "d2"로 표시된 2개의 "이격(standoff)" 높이를 갖는다. 바꿔 말하면, 스프링 접촉 요소(100)는 2개의 "단차", 즉 접촉 단부(104)로부터 중심 본체부(106)까지의 단차와, 중심 본체부(106)로부터 기부 단부(102)까지의 추가의 단차를 갖는다.

사용 시에, (도1a에서 볼 때) 팁(104)과 중심부(106) 사이의 "수직" 거리인 이격 높이 "d1"은 구조체(접촉 요소)가 팁 단부(104)에 의해 접촉될 부품의 표면과 충돌하는 것을 방지하는 기능을 수행한다.

사용 시에, (도1a에서 볼 때) 기부(102)와 중심부(106) 사이의 "수직" 거리인 이격 높이 "d2"는 빔(접촉 요소)이 요구되는 이동 거리로 굽혀지게 하는 기능을 수행한다.

이격 높이 "d1" 및 "d2"에 대한 치수는 다음과 같다.

· "d1"은76.2㎛ 내지 381㎛(3 내지 15 mil)의 범위 내에 있고, 양호하게는 약177.8㎛ ± 25.4㎛(7 mil ± 1 mil)이고,

· "d2"는0 내지 381㎛(0 내지 15 mil)의 범위 내에 있고, 양호하게는 약177.8㎛ ± 25.4㎛(7 mil ± 1 mil)이다. "d2"가 0 mil인 경우에, 구조체는 중심부(106)와 기부 부분(102) 사이에서 (도시된 단차 없이) 실질적으로 평탄하다.

도1b에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 양호하게는 구조체(100)에는 기부(102)에서 "결합 특징부"(110)가 마련된다. 결합 특징부는 탭(tab) 또는 선택적으로는 스터드(stud)일 수 있으며, 이는 조립 중에 기판(예컨대, 공간 변환기 또는 반도체장치)에 탐침 구조체를 납땜하는 것을 용이하게 하도록 사용된다. 또는, 구조체(100)가 장착되는 부품 또는 기판에는 기부(102)가 장착되는 스터드 등이 마련될 수 있다.

사용 시에, 구조체(100)는 외팔보 빔으로서 기능하도록 되어 있고, 양호하게는 구조체에는 도1b에서 "α"로 표시된 적어도 하나의 테이퍼 각도가 마련된다. 예컨대, 기부 단부(102)에서의 구조체(100)의 폭 "w1"은127㎛ 내지 508㎛(5 내지 20 mil)의 범위, 양호하게는203.2㎛ 내지 304.8㎛(8 내지 12 mil)의 범위 내에 있으며, 팁 단부(104)에서의 구조체의 폭 "w2"는25.4㎛ 내지 254㎛(1 내지 10 mil)의 범위, 양호하게는50.8㎛ 내지 203.2㎛(2 내지 8 mil)의 범위 내에 있고, 테이퍼 각도 "α"는 양호하게는2 내지 6°의 범위 내에 있다. 구조체(100)가 기부(102)로부터 팁(104)까지 좁아지는 것(테이퍼)은 기부(102)가 고정되고(이동 불가) 힘이 팁(104)에 작용하면 구조체(100)의 제어된 굽힘 및 (응력 집중과 대비하여) 보다 균일한 응력 분포를 허용한다.

이하의 논의에서 명백하게 되는 바와 같이, 구조체의 폭(그리고, 테이퍼 각도 "α")은 주지된 리소그래피를 채용하여 용이하게 제어된다.

양호하게는, 구조체(100)의 팁 단부(104)에는 (도시되지 않은) 전자 부품의 단자에 가압 접촉시키는 것을 돕기 위하여, 예컨대 피라미드의 기하학적 형태로 된 일체식 돌출 기하학적 특징부(108)가 마련된다.

도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이, 스프링 접촉 요소(100)는 x축, y축 및 z축으로 연장되는 3차원이다. 길이 "L"은 y축을 따르고, 폭("w1" 및 "W2")은 x축을따르며, 두께("t1" 및 "t2") 및 높이("H")는 z축을 따른다. 이하의 논의에서 명백하게 되는 바와 같이(예컨대, 도4b 참조), 스프링 접촉 요소(100)가 전자 부품에 장착될 때, 스프링 접촉 요소의 길이와 폭이 전자 부품의 표면에 대해 평행하고 그 높이가 전자 부품의 표면에 대해 수직이 되도록 전자 부품에 장착된다.

도1c는 도1a 및 도1b의 구조체(100)에 대하여 가장 유사한 접촉 구조체(150)를 도시한다. 구조체는 길이가 길며, 기부 단부(152, 102와 비교), 팁 단부(154, 104와 비교), 및 팁 단부에 합체된 기하학적 특징부(158, 108과 비교)를 구비한다. 도1c에 도시된 주요 차이점은 구조체에 제2 테이퍼 각도 "β"가 마련될 수 있다는 것이다.

도1c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 기부 단부(102)에서의 구조체(100)의 두께 "t1"은25.4㎛ 내지 254㎛(1 내지 10 mil)의 범위, 양호하게는50.8㎛ 내지 127㎛(2 내지 5 mil)의 범위 내에 있으며, 팁 단부(104)에서의 구조체의 두께 "t2"는25.4㎛ 내지 254㎛(1 내지 10 mil)의 범위, 양호하게는25.4㎛ 내지 127㎛(1 내지 5 mil)의 범위 내에 있고, 테이퍼 각도 "β"는 양호하게는2 내지 6°의 범위 내에 있다.

테이퍼 각도 "β"(도1c)는 두께 분포를 제어하는 여러 방법을 사용하여 생성될 수 있다. 예컨대, 구조체(100)가 도금에 의해 형성된다면, 적당한 도금 차폐체(plating shield)가 도금조 내로 포함될 수 있다. 구조체(100)가 도금 이외의 방법에 의해 형성된다면, 생성된 구조체의 두께의 공간적 분포를 제어하는 적절한 공지의 공정이 채용될 것이다. 예컨대, 구조체(100)의 샌드블라스팅 또는 방전기계 가공.

따라서, 구조체는 적당하게는 기부 단부(102)로부터 팁 단부(104)까지의 복합(이중) 테이퍼를 갖는다. 구조체는 이하에 기재된 부품 또는 기판에 장착되는 접촉 구조체의 설명으로부터 명백하게 되는 바와 같이, 접촉 구조체(100)가 장착되는 기판 또는 부품의 x-y 평면에 평행한 테이퍼 각도 "α"를 갖는다. 그리고, 구조체는 구조체의 횡단면(z축)이 좁아지는 것을 나타내는 테이퍼 각도 "β"를 갖는다.

구조체가 폭에 있어서 테이퍼가 형성되지 않는 것은 본 발명의 범위 내에 있으며, 이 경우 테이퍼 각도 "α"는 0이 될 것이다. 또한, 테이퍼 각도 "α"가 2 내지 6°보다 큰 것, 예컨대 30°정도로 큰 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 구조체가 두께에 있어서 테이퍼가 형성되지 않는 것도 본 발명의 범위 내에 있으며, 이 경우 테이퍼 각도 "β"는 0이 될 것이다. 또한, 테이퍼 각도 "β"가 2 내지 6°보다 큰 것, 예컨대 30°정도로 큰 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 구조체(접촉 요소)가 두께에서만 테이퍼가 형성되고 폭에서는 테이퍼가 형성되지 않거나, 폭에서만 테이퍼가 형성되고 두께에서는 테이퍼가 형성되지 않는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

접촉 요소가 기부 단부(102)에서보다 접촉 단부(104)에서 전술한 바와 같이 좁거나 얇게 되지 않고 넓거나 두껍게 테이퍼가 형성되는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 접촉 요소에 예컨대 기부 단부로부터 중심부까지 테이퍼지고(예컨대, 넓은 것으로부터 좁아짐) 나서, 접촉 단부를 향해 다시 테이퍼지는(예컨대, 좁은 것으로부터 넓어짐) 복수의 상이한 테이퍼가 마련되는 것도 가능하다.

접촉 구조체(100, 150)는 원칙적으로 양호하게는 전체가 금속이며, 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 다층 구조체로서 형성(제조)될 수 있다. 접촉 구조체의 하나 이상의 층을 위한 적당한 재료는,

니켈 및 그 합금,

구리, 코발트, 철 및 이들 합금,

우수한 전기 전도성 및 양호한 고유 저항 특성을 나타내는 은 및 금(특히, 단단한 금),

백금계 원소,

귀금속,

준귀금속(semi-noble metal) 및 이들 합금, 특히 팔라듐계 원소 및 그 합금, 및

텅스텐, 몰리브덴 및 다른 내화 금속, 및 이들 합금

을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.

납땜과 같은 마무리가 요구되는 경우에, 주석, 납, 비스무스, 인듐 및 이들 합금이 사용될 수도 있다.

도1d는 (본 출원에서 설명되는 다른 접촉 구조체의 접촉 단부에도 동일하게 적용 가능한) 접촉 구조체(150)의 접촉 단부(154)의 확대도를 도시한다. 상기 확대도에서, (도면에서 볼 때) 스프링 접촉 요소의 접촉 단부의 바닥 표면으로부터6.35㎛ 내지 127㎛(0.25 내지 5 mil)의 범위인, 양호하게는76.2㎛(3 mil)인 거리"d3"만큼 돌출한 접촉 특징부(154)는 적당하게 상당히 돌출되어 있고, 적당하게는 피라미드, 절두형 피라미드, 쐐기, 반구형 등의 기하학적 형상으로 되어 있음을 알 수 있다.

생성된 스프링 접촉 요소는 "d1", "d2" (및 "d3")와 중심 본체부의 두께의 합인 총 높이 "H"를 갖는다.

따라서, 통상적으로 기부 단부에 의해 2개의 전자 부품들 중 하나에 장착되어 2개의 전자 부품들 사이에서 접촉을 수행하며, 접촉 단부에 의해 2개의 전자 부품들 중 다른 하나에 가압 접촉을 수행하기에 적당하며, 이하의 치수(다른 언급이 없으면, mil 단위)를 갖는 예시적인 스프링 접촉 요소가 본 명세서에 기재되어 있다.

치수 범위 양호한 범위

L 254㎛ - 25.4mm(10 - 1000) 1524㎛ - 2540㎛(60 - 100)

H 101.6㎛ - 1016㎛(4 - 40) 127㎛ - 304.8㎛(5 - 12)

d1 76.2㎛ - 381㎛(3 - 15) 177.8㎛±25.4㎛(7±1)

d2 0 - 381㎛(0 - 15) 177.8㎛±25.4㎛(7±1)

d3 6.35㎛ - 127㎛(0.25 - 5) 76.2㎛(3)

w1 76.2㎛ - 508㎛(3 - 20) 203.2㎛ - 304.8㎛(8 - 12)

w2 25.4㎛ - 254㎛(1 - 10) 50.8㎛ - 203.2㎛(2 - 8)

t1 25.4㎛ - 254㎛(1 - 10) 50.8㎛ - 127㎛(2 - 5)

t2 25.4㎛ - 254㎛(1 - 10) 25.4㎛ - 127㎛(1 - 5)

α 0 - 30° 2 - 6°

β 0 - 30° 0 - 6°

이상으로부터 이하의 일반적인 관계가 명백해진다.

"L"은 "H"의 적어도 약 5배이고,

"d1"은 "H"의 1/5 내지 1/2 크기인 것처럼 "H"의 작은 부분이고,

"w2"는 "w1"의 약 1/2 크기이고, "H"의 1/10 내지 1/2 크기인 것처럼 "H"의 작은 부분이고,

"t2"는 "H"의 1/10 내지 1/2 크기인 것처럼 "t1"의 약 1/2 크기이다.

다른 치수, 즉 전체 팁 단부(104)의 폭 및 길이 (즉, 풋프린트(footprint))도 관심 대상이다. 팁 단부가 리세스된 전자 부품의 단자와 접촉하는 것으로 예상되는 경우 (예컨대, 결합 패드를 둘러싸는 패시베이션(passivation) 재료를 갖는 반도체 장치의 결합 패드의 경우)에, 팁 단부의 풋프린트가 이러한 접촉을 하기에 충분히 작도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대,101.6㎛×101.6㎛(4 mil×4 mil)미만. 그 밖에, 접촉 특징부(108)가 리세스된 단자와 접촉하도록 충분한 높이(d3)인 것이 보장되어야 한다. 일반적으로 말하면, 적절한 팁 단부 디자인의 선택은 주어진 적용의 특성에 의해 규정될 것이다. 예컨대, 실리콘 장치 상의 결합 패드와 접촉하기 위하여, 도1d에 도시된 팁 단부 디자인이 가장 적절할 것이다. C4 범프(bump)와 접촉하기 위하여, (후술되는) 도1e에 도시된 팁 단부 디자인이 가장 적절할 것이다.

도1e는 전술된 제PCT/US96/08107호에 설명된 바와 같은 분리형 접촉 팁 구조체(168)가 스프링 접촉 요소의 접촉 단부 부분(164)에 납땜부(170) 등에 의해 장착될 수 있는, 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이는 스프링 접촉 요소(150)와는 상이한 야금 특성을 갖는 접촉 팁 구조체(168)의 가능성을 제공한다. 예컨대, 스프링 접촉 요소(150)의 야금 특성은 기계적 (예컨대, 탄성, 스프링) 특성 및 전기 전도성에 대한 전반적인 능력에 목표를 두는 반면에, 이에 장착된 접촉 팁 구조체(168)의 야금 특성은 접촉될 전자 부품(예컨대, 이하의 422 참조)의 단자(예컨대, 이하의 420 참조)와 우수한 전기 접촉을 이루는 것에 목표를 두며, 필요하다면 우수한 내마모성을 가질 수 있다.

접촉 구조체의 제조

이상에서 설명된 것과 같은 접촉 요소는, 본 명세서에서 설명된 크기(치수)로는 스프링 재료의 호일로부터 펀치 가공하여 공간 변환기 등의 전자 부품 상의 정확한 위치에 장착하는 것이 곤란하다.

본 발명의 태양에 따르면, 포토 리소그래피와 같은 공정이 스프링 자체와 복수의 스프링의 상대 위치에 대한 공차를 가지고, 미세-피치 초소형 전자 공학과 관련한 상호 접촉부로서 사용하기에 적당한 본 발명의 스프링 접촉 요소를 제조하기 위해 채용된다.

도2a 내지 도2j는 전술한 탄성 접촉 구조체(100, 150)를 제조하는 예시적인 공정(200)을 도시한다. 본 발명은 이러한 예시적인 공정으로 제한되지 않는다.

도2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 등의 적당한 희생 기판(202)으로 시작하여, 실리콘 질화물("질화물")의 블랭킷 층(204)이 희생 기판의 표면에 인가된다. 이러한 층(204)은 공정의 후속 단계에서 에칭 정지부(etch stop)로서 작용한다. 감광제와 같은 마스킹 재료의 층(206)이 질화물 층(204) 위에 도포되어, 종래의 포토리소그래피(예컨대, 마스크를 통과하는 화학 방사광)를 사용하여 화상 형성되고 현상된다.

희생 기판이 실리콘, 알루미늄, 구리, 세라믹 등을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료인 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 예컨대, 실리콘 반도체 웨이퍼 형태의 실리콘 또는 호일 또는 시트 형태의 알루미늄 또는 구리이다. 또는, 다른 기판 상의 층 형태의 알루미늄 또는 구리이다. 또한, 희생 기판은 구리-인바르-구리 또는 알루미늄-알루미나-알루미늄 등의 "클래드(clad)" (다층) 구조체일 수 있으며, 양호하게는 접촉 구조체가 궁극적으로 장착되는 부품의 열팽창 계수와 부합하는 열팽창 계수를 갖는다. 희생 기판의 "기계 가공"과 관련하여 본 명세서에 기재된 예는 실리콘인 희생 기판에 적용할 수 있다. 본 발명이 가장 가깝게 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 (실리콘 이외의) 다른 재료로 형성된 희생 기판에 의해 동등한 결과를 성취하는 방법을 용이하게 이해할 것이다. 희생 기판이 과산화 수소에 의해 용이하게 에칭되는 티타늄-텅스텐으로 형성될 수 있는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

종래의 화학 에칭 기술을 사용하여, 희생 기판(202)의 표면에 대하여 개구(210)가 도2c에 도시된 바와 같이 층(206, 204) 모두를 통해서 생성될 수 있다. 개구(210)의 영역에서, 희생 기판의 표면이 노출된다. 희생 기판의 표면은 에칭에 의해 제거되지 않은 층(204, 206)의 잔류(나머지) 부분(204a, 206a)에 의해덮인다.

또는, 도2b에 도시된 바와 같이, 감광제(206)의 선택된 부분이 레이저, E-빔 등을 포함하는 공지의 기술과 같은 다른 기술을 채용하여 제거될 수 있으며, 질화물 층(204)의 생성된 노출 부분(더 이상 덮이지 않는 부분)은 화학 에칭 공정을 사용하여 제거될 수 있고, 그 결과는 도2c에 도시된 바와 같이 희생 기판(202)의 표면에 대하여 개구(210)가 생성될 수 있다는 것이다. 마스킹 층(206)의 부분들을 제거하기 위해(다른 부분(206a)은 잔류 부분임) 레이저를 사용하는 것은 생성된 개구(210)에 대해 보다 신중히 제어된 종횡비를 갖는, 예컨대 개구 내에서 더 가파르고 더 깊으며 보다 수직인 측벽을 얻을 가능성을 제공한다.

도2d에 도시된 공정(200)의 다음 단계에서, 희생 기판(202)은 기판을 선택적으로 에칭하는 공지의 화학 작용을 사용하여 질화물 층(204)을 통해 개구(210) 내에 에칭된다. 예컨대, 실리콘 기판은 수산화 칼륨(KOH)을 사용하여 (질화물에 대하여) 선택적으로 에칭될 수 있다. 이는 전술한 이격 높이 "d2"(도1a 참조)에 대응하도록 그 깊이가 제어되는 홈(220)을 기판(202) 내에 생성한다. 또한, 기판(202)으로서 실리콘 웨이퍼를 채용하는 경우에, 양호하게는 홈의 측벽(222)은 기판의 결정 구조에 있어서 고유하며 결정 구조에 의해 제어될 수 있는 것처럼, (90°이외의)54.74°등의 비수직 각도 "θ"를 나타낸다. 예컨대, 에칭될 때 <100> 결정 방향을 갖는 실리콘 기판은 <111> 면에서 에칭된다.

홈(220)을 생성한 후에, 양호하게는 에칭 정지부 층(204)의 잔류 부분(204a)이 제거된다.

도2e에 도시된 공정(200)의 다음 단계에서, 도2a 내지 도2d에 대하여 도시되고 설명된 이전 단계가 반복되어, 홈(220)으로부터 길이방향으로 오프셋되어 홈과 접촉하는 다른 홈(230)을 희생 기판(202)에 생성한다. 또는, 홈(230)은 미리 형성된 홈(220)의 단부(도면에서 볼 때 우측) 내에 형성될 수 있다. 바꿔 말하면, 에치 정지부 층(224, 204와 비교)이 도포되고, (도시되지 않은) 마스킹 층(206과 비교)이 에치 정지부 층위에 도포되며, 개구가 마스킹 층 및 에치 정지부 층을 통하여 형성되어 기판이 에칭된다. 이는 그 깊이가 전술한 이격 높이 "d1"(도1a 참조)에 대응하도록 제어된 홈(230)을 기판(202)에 생성시킨다. 또한, 전술된 바와 같이, 기판(202)으로서 실리콘 웨이퍼를 채용하는 경우에, 홈(230)의 측벽(232)은 양호하게는 수직이라기보다는 "경사져" 있다.

도2f에 도시된 공정(200)의 다음 단계에서, 도2a 내지 도2d에 대하여 도시되고 설명된 이전 단계들이 반복되어, 제2 홈(230)의 바닥에서 희생 기판(202) 내에 작은 기하학적 만입부(함몰부, 240)(도1d의 "d3"과 비교)를 생성한다. ("만입부"란 용어는 생성된 스프링 접촉 요소 상에 제조되는 돌출 특징부(108)의 "네거티브(negative)"에 대응하여 선택된다. 또한, 특징부(240)는 "함몰부", "리세스", "만입부" 또는 "음각부"로 고려될 수도 있다.) 즉, 에치 정지부 층(234; 204, 224와 비교)이 도포되며, (도시되지 않은) 마스킹 층(206과 비교)이 에치 정지부 층위에 도포되고, 마스킹 층 및 에치 정지부 층을 통하여 작은 개구가 형성되어 기판이 에칭된다. 만입부(240)의 형상은 적당하게는 (도면에서 볼 때) 뒤집힌 피라미드이며, 전술된 바와 같이 적당하게는 실리콘의 결정각에서 측면을 가질 수있다. 이하의 설명으로부터 명백하게 되는 바와 같이, 이러한 만입부(240)는 전술된 접촉 구조체(100)의 팁 상에 존재하는 (피라미드, 절두 피라미드 등의) 기하학적 특징부(108)를 한정한다. 마지막으로, 질화물 층(234)이 제거된다.

각각의 홈(220, 230)은 함몰부(240)를 또한 포함하는 더 큰 전체 홈의 "보조 홈(subtrench)"으로 여겨질 수 있다.

도2a 내지 도2f에 설명된 단계는 탄성 접촉 구조체가 제조되는 희생 기판의 제작을 설명한다. 전술된 단계의 일부가 인용된 순서와 다르게 수행될 수 있는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 예컨대, 홈(230)은 홈(220)을 형성하기 전에 형성될 수 있다.

이상에서 설명된 공정이 미리 내부에 형성된 능동형 장치를 갖는 실리콘 웨이퍼 상에서 수행될 수 있다는 것도 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 알아야 한다. 그러나, 명백한 바와 같이, 홈(220, 230) 및 특징부(240)의 형성은, (i) 이들이 능동형 장치를 포함하지 않는 웨이퍼 영역에서 형성되지 않거나, (ii) 스프링 접촉 요소가 희생 기판 상에서 제조되고 나서 능동형 장치(예컨대, 이하의 도4a 및 도4b 참조)에 부착되지 않거나, (iii) 전술된 희생 기판(202)의 기능을 수행하기에 적당한 재료 층이 웨이퍼의 표면에 먼저 도포되지 않는다면, 능동형 장치를 파괴하기 쉬울 수 있다.

전술된 바와 같이, 희생 기판에는 기판의 표면보다 낮은 (기판의 표면 내로 연장된) 제1 홈(220)과, 제1 홈(220)보다 낮고 (제1 홈 내로 더 깊게 연장되고) 제1 홈(220)과 접촉(단부 대 단부)하는 제2 홈(230)과, 기판 내로 더 깊게 연장되는 제2 홈(230) 내의 만입부(음각 돌출부, 함몰부: 240)가 제작되어 있다. 접촉 요소는 이러한 홈 내에서 제조되고 나서, 홈으로부터 "해제"되어야 한다.

도2g에 도시된 공정(200)의 다음 단계에서, 하나 이상의 금속 층, 예컨대, 구리 층(254)에 뒤이은 알루미늄 층(252)이 스퍼터링에 의해 기판(202) 상에 블랭킷 증착된다. 이들 층에 대한 예시적인 두께는,

· 제1 층(252)에 대해 5,000 내지 50,000 Å, 양호하게는 20,000 Å이고,

· 제2 층(254)에 대해 1,000 내지 50,000 Å, 양호하게는 5,000 Å이다.

이들 층(252, 254)의 목적은 일반적으로,

· 제1 층(252)은 (후술되는) "해제" 층으로서의 궁극적으로 이용되도록 선택된 (알루미늄과 같은) 재료이고,

· 제2 층(254)은 (후술되는) 후속 층(256)의 적층을 위한 "종자(seed)" 층으로서 역할하며, 이전의 알루미늄 층(252)의 경우에 이전의 "해제" 층(252)을 제거하는 결과로서 후속 층(256)이 "오염"되는 것을 방지한다. 이 층은 최종 스프링 접촉 요소로부터 제거될 수 있고, 해제 공정 중에 보호 "캡핑(capping)" 층으로서 작용할 수 있다.

더불어, 층(252, 254)들은 (후술되는 바와 같이) 사용 시에 희생 기판 상에 제조된 스프링 접촉 요소가 전자 부품의 단자에 장착된 후에 희생 기판이 제거되게 하는, 희생 기판 내로 합체된 "해제 기구"를 구성한다.

생성된 접촉 구조체(100, 150)를 형성하는 금속 재료는, 일반적으로 주지된 재료 증착 기술인, 수용액으로부터의 재료의 증착을 수반하는 여러 공정, 즉 전해도금, 무전해 도금, 화학 증착(CVD), 물리 증착(PVD), 액체 또는 고체 전구체(precursor)의 유도 분해를 통해 재료의 증착을 일으키는 공정 등을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지 않는 임의의 적당한 기술에 의해, 접촉 구조체 내에 형성된 홈 및 특징부 내로 적층될 수 있다. 일반적으로, 전기 도금이 양호한 기술이다.

다음으로, 도2h에 도시된 바와 같이, 감광제와 같은 마스킹 층(258, 206과 비교)이 기판에 도포되고, 생성된 스프링 접촉 요소(도1a 및 도1b 참조)의 필요한 길이 "L" 및 폭("w1" 및 "w2"와, 이들 사이의 폭)에 대응하는 개구(260)를 갖도록 패턴화된다. 비교적 두꺼운 "구조적" 금속 층(256)은, 니켈 등의 적당한 재료의 전기 도금과 같은 임의의 적당한 공정을 사용하여, 이전에 도포된 층(252, 254) 위에서 개구(260) 내부에 적층된다. 이러한 층(256)은 생성된 스프링 접촉 요소(100)의 기계적 특성을 제어(조절)하려는 것이다. 개구(260)는 홈(220), 홈(230), 함몰부(240), 및 제1 홈(220)에 인접하여 이와 접촉하는 기판(202)의 부분을 포함한다.

이러한 층(256)을 위한 예시적인 평균 두께((t1 + t2)/2)는25.4㎛ 내지 254㎛(1 내지 10 mil)이고, 양호하게는25.4㎛ 내지 127㎛(1 내지 5 mil)이다. 니켈 및 그 합금과 같은 층(256)을 위한 적당한 재료는 이상에서 설명되었다.

접촉 구조체의 구성에 있어서 추가의 층이 포함될 수 있는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 예컨대, 층(256)을 적층시키기 이전에, 전기 전도성의 우수한 전기적 특성, 낮은 접촉 저항, 납땜성 및 내식성을 위해 선택된 재료 층이 적층될 수있다. 예컨대, 금 또는 로듐(모두 우수한 접촉 재료임), 니켈-코발트(양호한 납땜 재료), 금(다른 양호한 납땜 재료) 등.

도2i에 도시된 공정(200)의 다음 단계에서, 마스킹 층(258)이 제거되어 층(252, 254)을 노출시킨다. 이들 층은 적당하게 선택적으로 화학 에칭되어, 기판 상에 남아 있는 모든 것은 일단부(272, 102와 비교), 타단부(274, 104와 비교), 중심부(276, 106과 비교), 및 단부(274)의 상승된 기하학적 특징부(278, 108과 비교)를 갖는 신장된 구조체(270, 100과 비교)가 된다. 이러한 신장된 구조체(270)는 생성된 스프링 접촉 요소이다.

도2j는 명료한 도시를 위해 층(252, 254)이 생략된, 여전히 기판 상에 남아 있는 생성된 구조체(270)의 다른 단면도이다. 이러한 구조체(270)와 도1a의 스프링 접촉 요소(100)의 유사성은 확실히 명백하다.

본 발명이 가장 근접하게 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는, 전술된 공정이 희생 기판 상의 복수의 위치에서 용이하게 수행될 수 있어서 기판(202) 상의 복수의 정밀하게 제어된 설정 위치에서 제조된 복수의 접촉 구조체(270)를 생성한다는 것을 인식할 것이다. 설명을 명료히 하기 위해, 상기 공정은 하나의 위치에서 제조된 하나의 예시적인 구조체(270)에 대하여 설명되었다.

단일의 생성된 접촉 요소에 각각 대응하는 복수의 홈을 갖도록 희생 기판을 패턴화하기보다, 희생 기판에 홈(220, 230, 240)의 단일한 매우 넓은 세트가 마련되고 나서, 금속(252, 254, 256)을 적층시킨 다음 개별적인 접촉 요소를 형성하도록 추가적인 최종 마스킹 및 에칭 단계를 수행하는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 금속 층(256)의 블랭킷 증착 이후에 개별적인 접촉 요소를 형성하도록 마스킹 및 에칭이 뒤따르는 이러한 공정은 도2a 내지 도2g에 대하여 전술된 공정과 유사하게 보인다.

다른 실시예

도3a 및 도3b는 전술된 기술에 의해 제조된 접촉 구조체(300)에 대한 많은 가능한 실시예들 중 다른 하나를 도시한다. 평탄 접촉 탭(110 참조) 대신에, 다소 절두 피라미드형 결합 특징부(스터드, 310)가 접촉 구조체(300)의 기부(304)에서 부착 특징부로서 제조된다. 접촉 구조체(300)가 공간 변환기와 같은 기판에 장착될 때, 이러한 스터드(310)는 조립 중에 약간의 오정렬 공차를 허용한다. 접촉 구조체(300)의 나머지 부분은 접촉 구조체(270)에 대하여 전술된 것과 비교될 수 있다. 즉, 중심 본체부(306, 276과 비교), 접촉 단부 부분(304, 274와 비교) 및 특징부(308, 278과 비교).

따라서, 희생 기판 상에 신장된 탄성(스프링) 상호접촉(접촉) 요소를 제조하는 예시적인 공정이 도시되었다. 이는 다음과 같이 추후의 사용을 대기하는 "중간" 제품인 것으로 여겨질 수 있다.

대안 A:이들 스프링 접촉 요소는 희생 기판으로부터 간단히 제거될 수 있어, 서로에 대하여 리소그래피에 의해 위치된 (즉, 매우 정밀한 공차로) 복수의 스프링 접촉 요소를 갖는 이점이 상실되지만, 자동 설비에 의한 것처럼 전자 부품에 부착될 수 있는 "대량의 스프링"을 생성한다.

대안 B:희생 기판 상에 남아 있는 접촉 구조체가 (기부 단부에 의해) 전자 부품 또는 기판에 장착된 후에 희생 기판을 제거하는 것을 포함하는, 스프링 접촉 요소를 전자 부품 상에 설치하는 더욱 "실용적인" 기술이 도4a 내지 도4c에 대하여 이하에서 설명된다.

희생 기판의 제거

전술된 대안들 중 하나("A" 또는 "B")에 대하여, 희생 기판을 제거하기 위하여 (즉, 접촉 요소들이 남아 있는 희생 기판으로부터 제조한 접촉 요소들을 해제하기 위하여) 적당한 기구가 채용되어야 한다. 예시적인 적당한 기구는 이하의 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

· 접촉 구조체(예컨대, 270)를 희생 기판(202)으로부터 해제시키는 화학 에칭. 전술된 바와 같이, 알루미늄 층(252)은 접촉 구조체(270)를 기판(202)으로부터 분리하도록 용이하게 선택적으로 에칭된다. (구리 층(254)은 이러한 공정에서 층(256)의 오염을 방지하는 것을 돕고, 분리된 접촉 구조체(270)로부터 궁극적으로 에칭될 수 있다.)

· 전술된 알루미늄 및 구리 층 대신에, 서로에 대해 습윤되지 않고 그리고/또는 가열되었을 때 둥글게 뭉치는 재료(예컨대, 납, 인듐, 주석)의 층을 채용한 다음 접촉 구조체(270)가 기판(202)으로부터 해제되도록 기판(202)을 가열한다.

기판으로의 접촉 요소의 장착

전술된 바와 같이, 희생 기판(예컨대, 202) 상에 제조된 복수의 접촉 구조체(예컨대, 270)는 공간 변환기와 같은 전자 부품 또는 다른 기판에 장착(부착)될 수 있다.

도4a는 복수(여러 개 중 2개만 도시됨)의 접촉 구조체(402; 100, 150, 270, 300과 비교)가 희생 기판(404, 202와 비교) 상에서 제조되는 기술(400)을 도시한다. 접촉 구조체(402)의 기부 단부(310과 비교)는 탐침 카드 조립체의 전술한 공간 변환기와 같은 전자 부품(408) 상의 대응하는 복수의 단자(406)와 접촉하게 되고, 이때 기부 단부는 단자(406)에 적당하게 납땜 또는 경납땜(410)된다.

경납땜, 용접(예컨대, 점용접), 납땜, 전도성 에폭시를 포함하고 접촉 구조체를 임의의 적당한 방식으로 단자에 고정시켜서 도금(예컨대, 전기 도금) 등에 의해 접촉 구조체를 단자에 단단히 부착시키는, 접촉 구조체(402)의 기부 단부를 전자 부품의 단자에 부착시키는 임의의 적당한 기술 및/또는 재료가 채용될 수 있다는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

전술된 것과 같은 임의의 적당한 방식(예컨대, 화학 에칭, 가열)으로 희생 기판(404)이 제거되어, 도4b에 도시된 바와 같이 스프링 접촉 요소(402)가 부착된 전자 부품이 얻어진다.

도4b에서 명백한 바와 같이, 복수의 신장된 스프링 접촉 요소는 표면 상에서 복수의 단자를 갖는 전자 부품에 장착될 수 있다. 각각의 스프링 접촉 요소는 기부 단부 및 기부 단부에 대향한 접촉 단부를 구비하고, 기부 단부에 의해 전자 부품의 대응 단자에 장착된다. 각각의 스프링 접촉 요소의 접촉 단부는 기부 단부로부터 측방향으로 오프셋된 위치로 전자 부품의 표면 위에서 연장된다.

전술된 바와 같이, 장착될 때, 접촉 구조체(402, 100과 비교)는 "유효" 길이"L1"을 가지며, 이는 기부 단부(102와 비교)가 부품(408)에 부착된 최내측 위치와 팁 특징부(108과 비교) 사이의 길이이다. "유효" 길이는 접촉 구조체가 팁 단부(예컨대, 팁 특징부)에 작용된 압축력에 응답하여 변형될 수 있는 길이를 나타낸다.

도4c는 본 발명의 스프링 접촉 요소(탄성 접촉 구조체)에 대한 응용을 도시하는데, 여기서 스프링 접촉 요소는 도4b에 대하여 설명된 방식으로 (도시되지 않은) 탐침 카드 조립체의 공간 변환기(408)에 장착되어, 접촉 단부의 접촉 특징부(308과 비교)가 반도체 장치 등의 전자 부품(420)의 단자(422), 또는 복수의 반도체 장치를 포함하는 (도시되지 않은) 반도체 웨이퍼의 영역과 가압 접촉하도록 한다. 도1e에 대하여 이상에서 설명된 바와 같이, 분리된 별도의 접촉 팁 구조체(168)가 스프링 접촉 요소의 접촉 단부에 부착되는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

구조체(402)가 장착된 기판(부품), 예컨대 도4c에 도시된 부품(408)이 ASIC과 같은 능동형 부품인 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

또한, 도4c에 도시된 바와 같이, 구조체(예컨대 402)가 장착된 부품 또는 기판에 임피던스를 제어하는 (도시된 바와 같은) 연속형 또는 부분형 접지 평면이 마련될 수 있는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 이러한 접지 평면은 구조체(402) 바로 아래에 정렬된 복수의 접지 라인(412)으로 구성될 수 있지만, 구조체의 팁이 변형되기 위한 충분한 간극이 보장되어야 한다. 또는, 접지 평면(412)은 절연층으로 피복될 수 있다. 다른 접근법은 구조체(402)의 바로 아래로부터 약간(예컨대, x축으로 25.4㎛(1 mil)) 오프셋되고 구조체에 대해 평행하게 놓이도록 기판(408)의표면 상에 접지 평면 라인(414)을 배치하는 것이다.

도4d는 본 발명의 다른 실시예(440)를 도시하는데, 여기서 공동(홈, 442)은 접촉 구조체(450, 402와 비교)가 장착된 기판 또는 부품(444, 408과 비교)의 표면에 형성된다. 홈(442)은 접촉 구조체의 적어도 접촉 단부 부분(454, 104와 비교) 아래에 있도록 위치되며, 양호하게는 스프링 접촉 요소의 연속 중심 본체부(456, 106과 비교)의 상당 부분의 아래에서 연장된다. 홈은 사용 시에 접촉 단부 부분(454)이 전자 부품에 대하여 가압되면 접촉 단부 부분(454)의 더욱 큰 변형 범위를 허용하는 적당한 거리로 기판(444) 내에서 깊이 "d4"만큼 연장된다(예컨대, 도4c 참조). 도4d에서, 하나의 홈(442)이 복수(여러 개 중 2개만 도시됨)의 스프링 접촉 요소 아래에서 연장되는 것으로 도시되어 있다. 전자 부품(444)에 장착된 복수의 스프링 접촉 요소(450) 각각의 아래에 단일의 분리된 홈이 있는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

도4e는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서 스프링 접촉 요소(460)는 전자 부품(470)의 표면으로부터 연장된 스터드를 통해 전자 부품(470, 444와 비교)에 장착된다. 스프링 접촉 요소(460)의 기부 단부(462)는 스터드(472)에 적당하게 경납땜된다. 스터드(472)는 적당하게는76.2㎛ 내지 101.6㎛(3 내지 4 mil)의 범위 내의 높이를 갖는다.

또한, 도4e는 스프링 접촉 요소(460)가 (2개의 단차가 아닌) 단지 단일 단차 또는 오프셋을 가지고 형성되는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 기부 단부(462)의 중심 본체부(466)로부터의 오프셋(도1a에서의 "d2"와 비교)은 0이다. 바꿔 말하면, 기부 단부(462)는 중심 본체부(466)와 동일 평면에 있다. 기부 단부에서 오프셋이 없으므로, 기부 단부(462)는 전자 부품(470)의 표면 상의 스터드(472)에 장착되어, 본체부(466)가 부품(470)의 표면 위로 상승된다. 접촉 단부(464, 104와 비교)는 양호하게는 중심 본체부(466)로부터 거리 "d1"만큼 오프셋되어 유지된다. 본 도면에 의해 제안되는 바와 같이, 본 발명의 많은 변형예(다른 실시예)가 전자 부품에 부착된 스프링 접촉 요소의 요구되는 배열이 되도록 조합(혼합 및 결합)될 수 있다.

도4f는 스프링 접촉 요소(접촉 구조체, 480)가 임의의 단차 또는 오프셋 없이 형성되는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이전의 예에서처럼, 기부 단부(482)의 중심 본체부(486)로부터의 오프셋(도1a에서의 "d2"와 비교)은 0이며, 기부 단부(482)는 중심 본체부(486)와 동일 평면에 있다. 기부 단부에서 오프셋이 없으므로, 기부 단부(482)는 전자 부품(490)의 표면 상의 스터드(492)에 장착되어, 본체부(486)가 부품(490)의 표면 위로 상승된다. 또한, 접촉 단부(484, 104와 비교)의 중심 본체부(486)로부터의 오프셋(도1a의 "d1"과 비교)은 0이며, 접촉 단부(484)는 중심 본체부(486)와 동일 평면에 있다. 접촉 단부에 오프셋이 없으므로, 미리 제조된 접촉 팁 구조체(488, 168과 비교)가 접촉 단부(484)에 부착(예컨대, 경납땜에 의해 접합)되어, 본체부(486)가 접촉 구조체(480)에 의해 접촉되는 부품(도시되지 않음, 420과 비교)으로부터 멀리 이격될 수 있다.

탐침 적용

도5는 전술된 것과 같은 복수의 스프링 접촉 요소(500)가 공간 변환기와 같은 기판 상에 배열되어 전술된 방식으로 이에 부착되고, 이들의 접촉 단부가 외주를 따라 배열된 결합 패드를 갖는 반도체 장치의 결합 패드와 접촉하기에 적당한 방식으로 배치되는 적용을 도시한다.

각각의 접촉 요소(500, 100과 비교)는 기부 단부(502, 102와 비교)와 접촉 단부(504, 104와 비교)를 갖고, 탐침 카드 조립체의 (점선 510으로 개략 도시된) 공간 변환기 부품과 같은 전기 부품에 장착된다. 접촉 단부(504)들은 반도체 장치와 같은 (점선 520으로 개략 도시된) 전자 부품의 (원으로 개략 도시된) 결합 패드(522)의 패턴과 거울상인 패턴으로 서로 조밀하게 배열된다. 스프링 접촉 요소(500)는 기부 단부(502)가 접촉 단부(504)보다 (서로로부터 이격된) 더 큰 피치로 배치되도록 접촉 단부(504)로부터 "펼쳐진다".

도6은 전술된 것과 같은 복수의 스프링 접촉 요소(600)가 공간 변환기와 같은 기판 상에 배열되어 전술된 방식으로 이에 부착되고, 이들의 접촉 단부가 중심선을 따라 일렬로 배열된 결합 패드를 갖는 반도체 장치의 결합 패드와 접촉하기에 적당한 방식으로 배치되는 적용을 도시한다.

도면 부호 600으로 지시된 각각의 접촉 요소(100과 비교)는 기부 단부(602, 102와 비교)와 접촉 단부(604, 104와 비교)를 갖고, (도시되지 않은) 탐침 카드 조립체의 (점선 610으로 개략 도시된) 공간 변환기 부품과 같은 전자 부품에 장착된다. 접촉 단부(604)들은 반도체 장치와 같은 (점선 620으로 개략 도시된) 전자 부품의 (원으로 개략 도시된) 결합 패드(622)의 패턴과 거울상인 패턴으로 서로 조밀하게 배열된다. 스프링 접촉 요소(600)는 이하의 순서로 배열된다.

· 제1 스프링 접촉 요소(600a)는 비교적 짧으며(예컨대,1524㎛(60 mil)의 길이를 가짐), 전자 부품(620)의 일측면(도면에서 볼 때 우측)을 향해 연장되도록 배치되고,

· 제1 스프링 접촉 요소(600a)에 인접한 제2 스프링 접촉 요소(600b)도 비교적 짧고(예컨대,1524㎛(60 mil)의 길이를 가짐), 전자 부품(620)의 다른 측면(도면에서 볼 때 좌측)을 향해 연장되도록 배치되고,

· 제2 스프링 접촉 요소(600b)에 인접한 제3 스프링 접촉 요소(600c)는 비교적 길고(예컨대,2032㎛(80 mil)의 길이를 가짐), 전자 부품(620)의 일측면(도면에서 볼 때 우측)을 향해 연장되도록 배치되고,

· 제3 스프링 접촉 요소(600c)에 인접한 제4 스프링 접촉 요소(600d)도 비교적 길고(예컨대,2032㎛(80 mil)의 길이를 가짐), 전자 부품(620)의 다른 측면(도면에서 볼 때 좌측)을 향해 연장되도록 배치된다. 이러한 방식으로, 접촉 단부(604)는 결합 패드(622)와 동일한 정도의 미세 피치로 배치되고, 기부 단부(602)는 서로로부터 충분히 큰 피치로 배치된다.

2개의 상이한 길이의 접촉 구조체만을 도시한 것은 단지 예시적인 것이며, 2 이상의 상이한 길이를 갖는 복수의 스프링 접촉 요소들이 공통의 기판 상에 배치될 수 있는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 2개의 상이한 길이의 접촉 구조체만을 도시한 것은 단지 예시적인 것이다.

도5 및 도6에 도시된 기술이 복수의 탐침(스프링 접촉 요소)을 외주 장치 또는 중심 도선(lead-on-center, LOC) 장치의 탐침 검사에 요구되는 임의의 배열로생성하기 위해 사용될 수 있는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

추가의 특징 및 실시예

복수의 스프링 접촉 요소가 기판에 장착되어 있고 이들이 상이한 길이(예컨대, 도6 참조)를 갖는 경우에, 스프링 접촉 요소들의 단면 및 야금 특성이 서로 동일하다고 가정하면, 상이한 길이의 스프링 접촉 요소는 분명히 상이한 반작용력(스프링 상수, k)을 나타낼 것이다.

따라서, 상이한 스프링 상수를 나타내는 복수의 스프링 요소들의 스프링 상수들이 개별적인 기준으로 조절(맞춤)될 수 있어 이들을 서로 더욱 균일하게 하는 것이 본 발명의 범위 내에 있다.

도7a는 스프링 상수를 맞추는 기술을 도시한다. 본 예에서, 스프링 접촉 요소(700, 450과 비교)는 기부 단부(702, 452와 비교)에 의해 전자 부품(710, 444와 비교)에 장착된다. 전자 부품(710)의 표면에 홈(712)이 형성되며, 스프링 접촉 구조체(700)의 접촉 단부(704) 아래로부터 본체부(706)를 따라 스프링 접촉 요소(700)의 기부 단부(702)를 향해, 접촉 단부(704)로부터 예컨대1524㎛(60 mil)의 규정된 고정 거리에 배치된 위치(지점) "P"까지 연장된다. 힘이 접촉 단부(704)에 하방으로 작용하면, 전체 스프링 접촉 요소(700)는 본체부(706)가 지점 "P"에서 홈(712)의 단부와 접촉할 때까지 굽혀지며(변형되며), 이때 스프링 접촉 요소의 외측 부분(지점 "P"로부터 단부(704)까지)만이 변형된다. 스프링 접촉 요소의 외측 부분은 '유효' 길이 "L1"을 갖는다. 이러한 방식으로, 작용된 접촉력에 대한 반응은 (지점 "P"가 스프링 접촉 요소의 중심 본체부 내의 어떤 위치에 속하는 한) 여러 길이를 갖는 스프링 접촉 요소들 사이에서 균일하게 될 수 있다.

도7b는 스프링 상수를 맞추는 다른 기술을 도시한다. 본 예에서, 스프링 접촉 요소(720, 450과 비교)는 기부 단부(702, 452와 비교)에 의해 전자 부품(710, 444와 비교)에 장착된다.

구조체(732, 712와 비교)는 스프링 접촉 요소(720)의 중심 본체부(726, 706과 비교)와 스프링 접촉 구조체(720)의 기부 단부 사이 그리고 전자 부품(730)의 표면 사이의 한 위치에서 전자 부품(730, 710과 비교) 상에 형성되며, 접촉 단부(724)로부터 본체부(726, 706과 비교)를 따라 스프링 접촉 요소(720)의 접촉 단부(724)를 향해 예컨대 도7a에 대하여 이상에서 설명된 규정된 고정 거리와 같은 규정된 고정 거리에 배치된 위치(지점) "P"까지 연장된다. 구조체는 적당하게는 전자 부품(730)의 표면 상에 배치된 유리 또는 예비 절단 세라믹 링과 같은 경질 재료의 비드이다. 힘이 접촉 단부(724)로 하방으로 작용하면, 스프링 접촉 요소의 외측 부분(지점 "P"로부터 단부(724)까지)만이 변형된다. 이전의 실시예에서처럼, 작용된 접촉력에 대한 반응은 여러 길이를 갖는 스프링 접촉 요소들 사이에서 균일하게 될 수 있다.

도7c는 스프링 상수를 맞추는 또 다른 기술을 도시한다. 스프링 접촉 요소(740, 720과 비교)는 기부 단부(742, 722와 비교)에 의해 전자 부품(750, 730과 비교)에 장착된다. 캡슐화 구조체(752, 732와 비교)가 이전의 실시예의 구조체(732)와 유사한 방식으로 전자 부품(750)의 표면 상에 형성된다. 그러나, 이러한 경우에, 구조체(752)는 스프링 접촉 구조체(740)의 기부 단부(742)를 완전히 캡슐화하며, 본체부(746, 726과 비교)를 따라 접촉 단부(744)를 향해 예컨대 도7b에 대하여 이상에서 설명된 규정된 고정 거리와 같은 접촉 단부(744)로부터의 규정된 고정 거리에 배치된 위치(지점) "P"까지 연장된다. 스프링 접촉 요소의 외측 부분은 '유효' 길이 "L1"을 갖는다. 이전의 실시예에서처럼, 힘이 접촉 단부(744)에 하방으로 작용하면, 스프링 접촉 요소의 외측 부분(지점 "P"로부터 단부(744)까지)만이 변형된다. 이전의 실시예에서처럼, 작용된 접촉력에 대한 반응은 여러 길이를 갖는 스프링 접촉 요소들 사이에서 균일하게 될 수 있다.

도7d는 스프링 상수를 맞추는 또 다른 기술을 도시한다. 본 예에서, 스프링 접촉 요소(760, 740과 비교)는 기부 단부(762, 742와 비교)에 의해 전자 부품(770, 750과 비교)에 장착된다. 본 예에서, 본체부(766)에는 접촉 단부(764)로부터 도7c에 대하여 전술된 규정 거리와 같은 규정된 고정 거리에 배치된 위치(지점) "P"에서 "절곡부(kink, 772)"가 형성된다. 스프링 접촉 요소의 외측 부분은 '유효' 길이 "L1"을 갖는다. 이전의 실시예에서처럼, 힘이 접촉 단부(744)에 하방으로 작용하면, 스프링 접촉 요소의 외측 부분(지점 "P"로부터 단부(744)까지)만이 변형된다. (절곡부(772)는 절곡부(772)가 부품(770)의 표면과 접촉하기 전에 전체 접촉 구조체가 약간 변형되고 나서 스프링 요소의 외측 부분만이 계속 변형되도록 하는 크기 및 형상으로 될 수 있다.) 이전의 실시예에서처럼, 작용된 접촉력에 대한 반응은 여러 길이를 갖는 스프링 접촉 요소들 사이에서 균일하게 될 수 있다.

상이한 전체 길이("L")를 갖는 접촉 요소들 사이에서 스프링 상수를 "균일화"하기 위해 다른 기술이 채용될 수 있는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 예컨대, 이들의 폭 및/또는 "α" 테이퍼는 이러한 요구되는 결과를 성취하기 위하여 서로 상이할 수 있다.

다른 실시예

이상에서 도시되고 설명된 스프링 접촉 요소는 z축(즉, 스프링 접촉 요소가 장착되는 부품 또는 기판에 수직)으로의 이동(변형)을 수용하기에 가장 적합하도록 (y축을 따라 배치되어) 길이가 길고 직선형이다.

추가의 "차원성(dimensionality)" 및 적당한 추가의 이동 자유도가 생성된 스프링 접촉 요소 내에 포함되는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

도8a는 접촉 요소의 중심 본체부(806, 106과 비교)가 직선형이 아닌 것을 제외하고는 전술된 기술에 따라 제조된 스프링 접촉 요소(800)를 도시한다. 스프링 접촉 요소는 여전히 일 평면(예컨대, x-y 평면) 내에 놓일 수 있지만, 스프링 접촉 요소는 y축을 횡단하면서 x축을 따라 굴곡이 있는 것으로서 도시되어 있으며, 이 경우 기부 단부(802, 102와 비교)는 접촉 단부(804, 104와 비교) 또는 접촉 단부(804)에 배치된 접촉 특징부(808, 108과 비교)와는 상이한 x좌표를 갖는다.

도8b는 중심부(856)와 접촉 단부(854, 804와 비교) 사이의 단차에 더하여 중심 본체부(856, 806과 비교)와 기부 부분(852, 802와 비교) 사이에 단차가 있는 것을 제외하고는 도8a의 스프링 접촉 요소(800)와 많은 측면에서 유사한 스프링 접촉 요소(850)를 도시한다. 접촉 단부(854)에서 접촉 특징부(858)를 갖는 접촉 요소(850)가 도시되어 있다.

제어된 임피던스

반도체 장치를 탐침 검사할 때의 용도를 위하여, 특히 속도 시험에서, 스프링 접촉 요소는 제어된 임피던스를 갖는 것이 유리하다.

도9a 내지 도9c는 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소에서 제어된 임피던스를 달성하는 기술(900)을 도시한다.

도9a에서 가장 잘 도시된 제1 단계에서, 스프링 접촉 요소(900, 700과 비교)는 기부 단부(902, 702와 비교)에 의해 탐침 카드 조립체의 공간 변환기 부품과 같은 전자 부품(910)의 단자(912)에 장착된다. 접촉 팁 단부(904, 704와 비교)는 부품(910)의 표면 위로 상승되며, 접촉 특징부를 갖는 것으로서 도시되어 있다. 스프링 접촉 구조체는 기부 단부와 팁 단부 사이에서 중심 본체부(906, 706과 비교)를 갖는다.

도9b에서 가장 잘 도시된 다음 단계에서, 스프링 접촉 요소의 팁 단부(904)는 마스킹되고(도시 안됨), 파릴렌 등의 적당한 얇은(예컨대,25.4㎛ 내지 254㎛(1 내지 10 mil)) 절연층(920)이 증착 등에 의해 스프링 접촉 요소의 팁 단부(904)를 제외한 모든 부분과 전자 부품의 인접 표면 상에 증착된다.

도9b에서 가장 잘 도시된 다음 단계에서, 스프링 접촉 요소의 팁 단부(904)는 여전히 마스킹되어 있고(도시 안됨), 본 명세서에서 설명된 도전성 금속 재료 중 어느 하나와 같은 도전성 재료의 적당한 얇은(예컨대,0.25 mm 미만) 층(922)이 스퍼터링 등에 의해 스프링 접촉 요소의 팁 단부(904)를 제외한 모든 부분과 전자 부품의 인접 표면 상으로 증착된다. 마지막으로, 팁 단부(904)는 마스킹이 제거된다. 이는 도전성 층(922)에 의해 둘러싸인 스프링 접촉 요소의 중심 본체부를 생성하며, 이때 절연층(920)이 이들 사이에 있다.

도전성 층(922)은 접지 평면으로서 기능하고 생성된 스프링 접촉 요소의 임피던스를 제어하도록 접지부에 적당하게 연결된다. 예컨대, 도9b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 부품(910)에는 전기 접지된 제2 단자(914)가 마련된다. 이 단자(914)는 절연층(920)을 도포하기 전에 스프링 접촉 요소의 팁 단부(904)와 함께 적당하게 마스킹되어, 후속의 도전성 층(922)이 그 상부에 증착되어 이에 연결되게 한다.

명백하게는, 층(920, 922)의 이러한 두께는 연속적으로 되고 모색되는 추후 제어된 임피던스를 제공하기에 충분하기만 하면 되고, 스프링 접촉 요소의 기계적 작동과 간섭되지 않도록 너무 두껍게 되지 않아야 한다. 도9b 및 도9c의 도면은 척도에 따라 작도되지 않았다.

본 발명은 도면 및 이상의 설명에서 도시되고 설명되었지만, 이는 특성에 있어서 예시적인 것이며 제한하지 않는 것으로 여겨진다. 양호한 실시예들만이 도시되고 설명되었으며, 본 발명의 취지 내에 속하는 모든 변경 및 수정을 보호받고자 한다는 것을 알아야 한다. 확실히, 이상에 기재된 "주제"에 대한 많은 다른 "변경"은 본 발명이 가장 근접하게 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 갖는 자에 의해 이루어질 수 있으며, 이러한 변경은 본 명세서에 기재된 본 발명의 범위 내에 있게 된다.

예컨대, 생성된 스프링 접촉 요소는 스프링 접촉 요소들이 희생 기판 상에 있는 동안 또는 이들이 다른 기판 또는 전자 부품에 장착된 후에 스프링 접촉 요소의 기계적 특성을 증진시키기 위해 열처리될 수 있다. 또한, 스프링 접촉 요소를 부품에 (예컨대, 경납땜에 의해) 장착하는 데 발생되기 쉬운 임의의 열은 스프링 접촉 요소의 재료를 "열처리"하는 데 사용된다.

예컨대, 동등한 스프링 접촉 요소는 다층의 감광제(마스킹 재료)를 기판 상에 배치시키고, 그 내부에 개구를 형성하며, 전해 도금 등을 위한 개구를 생성하고, 개구 내에 금속체를 성장시키며, 감광제를 제거함으로써 희생 기판 내로 에칭하지 않고 제조될 수 있다. 이러한 기술은 능동형 반도체 장치 상에서 직접 스프링 접촉 요소를 제조하는 데 특히 적합하다.

예컨대, 접촉 구조체가 능동형 반도체 장치 상에 제조되거나 이에 부착될 수 있는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명에 따르면, 초소형 전자 기술의 미세-피치 정밀-공차 분야에 본질적으로 적합한 공정을 사용하여 스프링 접촉 요소를 제조하는 기술을 제공할 수 있다. 또한, 반도체 장치 등의 전자 부품을 탐침 검사하는 데 적합하고, 미세-피치 외주 상호접촉 구조체를 탐침 검사하도록 용이하게 크기가 조절될 수 있는 스프링 접촉 요소 및 이를 제조하는 기술을 제공할 수 있다. 또한, 반도체 장치 상에서 번인(burn-in)을 수행하는 것처럼 반도체 장치 등의 전자 부품들을 소켓팅(socketing)하는 데 적당한 스프링 접촉 요소를 제조하는 기술을 제공할 수 있다.

Claims (40)

1. 기판과,

   기판의 표면 상에 배치된 제1 단자와,

   기판의 표면 상에 배치되며 전기적으로 접지된 제2 단자와,

   비임으로부터 제1 방향으로 돌출되는 접촉 단부와 비임으로부터 제2 방향으로 돌출되는 기부 단부를 포함하고 기부 단부는 상기 제1 단자 상에 배치되고 상기 접촉 단부는 기판의 표면 상부에 배치되어 기판의 표면 상부에 배치된 제2 전자 요소와 접촉하는 전기 도전성 외팔보형 비임과,

   비임의 적어도 일부를 덮는 절연층과,

   절연층의 적어도 일부를 덮고 제2 단자와 전기적으로 연결되는 도전층을 포함하는 전자 부품.
2. 제1항에 있어서, 비임은 길이 "L"을 갖고,

   접촉 단부는 비임으로부터 거리 "d1"만큼 제1 방향으로 돌출되고,

   기부 단부는 비임으로부터 거리 "d2"만큼 제1 방향과 대향하는 제2 방향으로 돌출되는 전자 부품.
3. 제2항에 있어서, 거리 "d1"은 76.2㎛ 내지 381㎛(3 내지 15 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
4. 제3항에 있어서, 거리 "d1"은 약 177.8㎛(7 mil)인 전자 부품.
5. 제2항에 있어서, 거리 "d2"는 0 내지 381㎛(0 내지 15 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
6. 제5항에 있어서, 거리 "d2"는 약 177.8㎛(7 mil)인 전자 부품.
7. 제2항에 있어서, 거리 "d1"은 76.2㎛ 내지 381㎛(3 내지 15 mil)의 범위 내에 있고, 거리 "d2"는 0 내지 381㎛(0 내지 15 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
8. 제1항에 있어서, 비임은 접촉 단부에서보다 기부 단부에서 더 두꺼운 전자 부품.
9. 제1항에 있어서, 기부 단부의 두께 "t1"은 25.4㎛ 내지 254㎛(1 내지 10 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
10. 제9항에 있어서, 기부 단부의 두께 "t1"은 50.8㎛ 내지 127㎛(2 내지 5 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
11. 제1항에 있어서, 접촉 단부의 두께 "t2"는 25.4㎛ 내지 254㎛(1 내지 10 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
12. 제11항에 있어서, 접촉 단부의 두께 "t2"는 25.4㎛ 내지 127㎛(1 내지 5 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
13. 제8항에 있어서, 비임은 0 내지 30°의 범위의 두께방향 테이퍼 각도 "β"를 갖는 전자 부품.
14. 제13항에 있어서, 비임은 0 내지 6°의 범위의 두께방향 테이퍼 각도 "β"를 갖는 전자 부품.
15. 제1항에 있어서, 비임은 접촉 단부에서보다 기부 단부에서 더 넓은 전자 부품.
16. 제1항에 있어서, 기부 단부의 폭 "w1"은 76.2㎛ 내지 508㎛(3 내지 20 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
17. 제16항에 있어서, 기부 단부의 폭 "w1"은 203.2㎛ 내지 304.8㎛(8 내지 12 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
18. 제1항에 있어서, 접촉 단부의 폭 "w2"는 25.4㎛ 내지 254㎛(1 내지 10 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
19. 제18항에 있어서, 접촉 단부의 폭 "w2"는 50.8㎛ 내지 203.2㎛(2 내지 8 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
20. 제15항에 있어서, 비임은 2 내지 6°의 범위의 폭방향 테이퍼 각도 "α"를 갖는 전자 부품.
21. 제1항에 있어서, 비임은 접촉 단부에서보다 기부 단부에서 더 두껍고,

    접촉 단부에서보다 기부 단부에서 더 넓으며,

    0 내지 6°의 범위의 두께방향 테이퍼 각도 "β"를 갖고,

    2 내지 6°의 범위의 폭방향 테이퍼 각도 "α"를 갖는 전자 부품.
22. 제2항에 있어서, 길이 "L"은 254㎛ 내지 25.4mm(10 내지 1000 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
23. 제22항에 있어서, 길이 "L"은 1524㎛ 내지 2540㎛(60 내지 100 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
24. 제2항에 있어서, 비임은 "d1", "d2", 및 비임의 두께의 합인 총 높이 "H"를 가지며, 총 높이 "H"는 101.6㎛ 내지 1016㎛(4 내지 40 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
25. 제24항에 있어서, 총 높이 "H"는 127㎛ 내지 304.8㎛(5 내지 12 mil)의 범위에 있는 전자 부품.
26. 제2항에 있어서, 비임은 "d1", "d2", 및 비임의 두께의 합인 총 높이를 가지며, 길이는 총 높이의 적어도 5배인 전자 부품.
27. 제2항에 있어서, 비임은 "d1", "d2", 및 비임의 두께의 합인 총 높이를 가지며, 거리 "d1"은 총 높이의 1/5 내지 1/2 크기인 전자 부품.
28. 제2항에 있어서, 비임은 "d1", "d2", 및 비임의 두께의 합인 총 높이를 가지며,

    비임은 기부 단부에서 폭 "w1"을 가지며,

    비임은 접촉 단부에서 폭 "w2"를 가지며,

    폭 "w2"는 총 높이의 1/10 내지 1/2 크기인 전자 부품.
29. 제1항에 있어서, 접촉 단부에는 일체형 돌출 특징부가 제공된 전자 부품.
30. 제29항에 있어서, 일체형 돌출 특징부는 피라미드 또는 절두형 피라미드 형태인 전자 부품.
31. 제29항에 있어서, 일체형 돌출 특징부는 접촉 단부의 표면으로부터 6.35㎛ 내지 127㎛(0.25 내지 5 mil)의 범위에 있는 거리 "d3"만큼 돌출한 전자 부품.
32. 제31항에 있어서, 거리 "d3"은 76.2㎛(3 mil)인 전자 부품.
33. 제1항에 있어서, 접촉 단부에 장착되는 분리된 별개의 접촉 팁 구조체를 더 포함하는 전자 부품.
34. 제33항에 있어서, 접촉 팁 구조체는 빔과 다른 야금 특성을 갖는 전자 부품.
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제
39. 제1항에 있어서, 비임의 적어도 일부 아래에 있는 기판 표면에는 홈이 형성되고, 홈은 접촉 단부가 기판의 표면 아래로 굴절될 수 있게 하는 전자 부품.
40. 제1항에 있어서,

    복수의 제1 단자와,

    복수의 전도성 외팔보형 비임을 포함하고, 각각의 비임은 상기 제1 단자들 중 어느 하나 위에 배치되고 적어도 일부분이 절연층에 의해 덮이고, 절연층은 접지 단자에 전기적으로 연결된 전도층에 의해 적어도 일부분이 덮이는 전자 부품.