KR19990029047A - 초소형 전자 스프링 접촉 요소 - Google Patents

Abstract

스프링 접촉 요소들이 능동 반도체 소자와 같은 전자 부품일 수 있는 기판의 표면 상에 증착된 마스크층에 한정된 개구 내로 금속성 재료의 적어도 하나의 층을 증착시킴으로써 제작된다. 각각의 스프링 접촉 요소는 기부 단부와, 접촉 단부와, 중앙 본체부를 갖는다. 접촉 단부는 상기 기부 단부는 z 축(상이한 높이로)과 적어도 하나의 x 및 y 방향으로 오프셋된다. 이 방식에서, 다수의 스프링 접촉 요소들은 기판 상에서 서로 기재된 공간 관계로 제작된다. 스프링 접촉 요소들은 다른 전자 부품의 단자와 일시적(즉, 가압) 또는 영구적(예를 들어, 솔더링 또는 브레이징에 의하거나 또는 도전성 접착제와 함께 접합됨) 접속을 형성한다. 모범 응용에서, 스프링 접촉 요소들은 일시적 접속이 반도체 장치를 번인 및/또는 시험하도록 반도체 장치로 제작될 수 있도록 반도체 웨이퍼 상에 내재하는 반도체 상에 증착된다.

Description

초소형 전자 스프링 접촉 요소

칸드로스(KHANDROS)에 의해 1993년 11월 16일자 출원된 공동 소유의 미국 특허 출원 제08/152,812호(1995년 12월 19일자 특허 허여된 미국 특허 제4,576,211호)와, 이에 대응하여 1995년 1월 1일자 분할 출원된 공동 소유의 계류중인 미국 특허 출원 제08/457,479호(상태: 출원 계속 중) 및 1995년 12월 11일자 출원된 08/570,230호(상태: 출원 계속 중)은 전자 부품 상의 단자에 가요성 긴 코어 요소의 단부[예를 들어, 와이어 "스템" 또는 "단선 결선부"(skeleton)]을 장착시키는 단계와, 가요성 코어 요소 및 단자의 인접 표면을 최종 스프링 접촉의 예정된 힘-대-편향 특성을 보장하도록 두께, 항복 강도 및 탄성 계수의 예정된 조합을 갖는 하나 이상의 재료로 제조된 "쉘"(shell)로 코팅시키는 단계를 포함하는 초소형 전자 응용에 적합한 탄성 상호 접속 요소를 제조하기 위한 방법을 개시한다. 코어 요소용 예시 재료들은 금을 포함한다. 코팅용 예시 재료들은 니켈과 그의 합금을 포함한다. 최종 스프링 접촉 요소는 반도체 장치들을 포함하는 두개 이상의 전자 부품들 사이의 가압 또는 장착 해제가능한 접속을 효과적으로 나타내도록 적절하게 사용된다.

칸드로스와 매튜(MATHIEU)에 의해서 1994년 11월 15일자 출원된 공동 소유의 계류중인 미국 특허 출원 제08/340,144호와 이에 대응하여 1994년 11월 16일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US94/1337호(1995년 5월 26일자 국제 공개 WO95/14214호)에는 상술된 스프링 접촉 요소에 적합한 다수의 응용이 개시되고, 또한 스프링 접촉 요소의 단부에 접촉 패드를 제조하기 위한 기법도 개시된다. 예를 들어, 그의 도14에서, 다수의 함몰 돌기 또는 홀-정점에서 역전된 피라미드 말단부의 형태일 수 있슴-은 희생층(sacrificial layer)(기판)의 표면에 형성된다. 이러한 홀들은 이 후에 금 또는 로듐 및 니켈과 같은 재료층으로 구성된 접촉 구조체로 충진된다. 가요성 긴 요소는 최종 접촉 구조체에 장착되고 상술된 방식으로 오버 코팅될 수 있다. 마지막 단계에서, 희생층이 제거된다. 최종 스프링 접촉은 그의 자유 단부에 제어된 형상(예를 들어, 날카로운 포인트)를 구비한 접촉 패드를 갖는다.

엘드릿지(ELDRIDGE), 그루베(GRUBE), 칸드로스 및 매튜에 의해서 1995년 5월 26일자 출원된 공동 소유의 계류중인 미국 특허 출원 제08/452,255호와 이에 대응하여 1995년 11월 13일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US95/14909호(1996년 6월 6일 국제 공개 WO96/17278호)에는 희생 기판 상에 접촉 팁 구조체를 제조하기 위한 추가 기법 및 야금술 뿐만 아니라 그곳에 장착된 다수의 스프링 접촉 요소들을 일괄적으로 전자 부품의 단자에 전사하기 위한 기법(예를 들어, 도11A 내지 도11F와 도12A 내지 도12C 참조)이 개시된다.

엘드릿지, 칸드로스 및 매튜에 의해서 1996년 5월 17일자 출원된 공동 소유의 계류중인 미국 예비 특허 출원 제60/005,189호와 이에 대응하여 1996년 5월 24일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US96/08107호(1996년 11월 28일자 국제 공개 WO96/37332호)에는 다수의 접촉 팁 구조체(예를 들어, 도6B의 #620 참조)가 전자 부품(#630)에 이미 장착된 대응하는 다수의 긴 접촉 요소(예를 들어, 도6D의 #632 참조)에 접합되는 기법이 개시된다. 이 특허 응용은 또한 예를 들어 도7A 내지 도7E에서 캔틸레버 형태인 "긴" 접촉 팁 구조체를 제조하기 위한 기법도 개시한다. 캔틸레버 팁 구조체는 그의 일단부와 대향 단부 사이에서 테이퍼될 수 있다. 이 특허 응용의 캔틸레버 팁 구조체는 전자 부품의 대응 단자(예를 들어, 도7F에서 #734 참조)로부터 연장하는(예를 들어, 자유 직립하는) 이미 존재하는 (즉, 먼저 제조된) 융기된 상호 접속 요소(예를 들어, 7F에서 #730 참조)에 장착하는 데 적합하다.

엘드릿지, 칸드로스 및 매튜에 의해 1996년 8월 26일자 출원된 공동 소유의 계류중인 미국 예비 특허 출원 제60/024,555호에는 서로 상이한 길이를 갖는 다수의 긴 팁 구조체들이 그들의 외부 단부가 그들의 내부 단부보다 큰 피치로 배치되도록 배열될 수 있는 기법이 예를 들어, 도2A 내지 도2C에 개시된다. 그들의 내부의 "접촉" 단부들은 부품의 중심 라인과 같은 라인을 따라 배치된 단자들을 구비한 전자 부품들에 접속을 효과적으로 나타내기 위해 서로 동일 직선화(collinear)될 수 있다.

본 발명은 미세 피치로 배치된 그들의 단자(본드 패드)를 구비한 현대의 초소형 전자 장치에 상호 접속을 형성하는 것을 해결하고 특히 적합하다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "미세 피치"는 2.5 mil 또는 65 ㎛와 같은 5 mil 보다 작은 간격으로 배치된 그들의 단자들을 갖는 초소형 전자 장치를 언급한다. 하기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 이것은 접촉 요소들을 제조하는 데 기계적 기법보다 리쏘그래픽을 사용함으로써 용이하게 실행될 수 있는 조밀한 공차의 장점을 이용함에 의해 바람직하게 달성된다.

본 발명은 전자 부품들 사이에서 압력 및/또는 유연한 접속을 작용시키기에 적합한 탄성 (스프링) 접촉 (상호 접속) 요소에 관한 것이고, 특히 초소형(microminiature) 스프링 접촉 요소에 관한 것이다.

< 관련 출원에 대한 상호 참조 >

본 특허 출원은 1996년 11월 13일자 출원하여 공동 소유되고 계류중인 미국 특허 출원 제60/030,697호의 부분 계속 출원이고, 여기에서 참조 문헌으로 합체된다.

본 특허 출원은 1995년 5월 26일자 출원된 공동 소유의 계류 중인 미국 특허 출원 제08/452,255호(이하, "모출원"이라 한다)와 이에 대응하여 1995년 11월 13일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US95/14909호의 일부 계속 출원이고, 상기 두 개의 출원 모두는 1994년 11월 15일자 출원된 공동 소유의 계류 중인 미국 특허 출원 제08/340,144호와 이에 대응하여 1994년 11월 16일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US94/13373호의 일부 계속 출원이며, 상기 두 개의 출원 모두는 1993년 11월 16일자 출원된 공동 소유의 계류 중인 미국 특허 출원 제08/152,812호(1995년 12월 19일 특허 허여된 미국 특허 제5,476,211호)의 일부 계속 출원이고, 이들 출원 모두는 여기에서 참조 문헌으로서 합체된다.

또한, 본 특허 출원은 공동 소유의 계류 중인 하기 미국 특허 출원들의 일부 계속 출원이다;

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

1995년 11월 15일에 출원된 제08/558,332호 (PCT/US95/14885, 1995.11.13);

1996년 2월 15일에 출원된 제60/012,027호 (PCT/US96/08117, 1996.5.24);

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

1996년 8월 26일에 출원된 제60/024,555호;

1997년 1월 15일에 출원된 제08/784,862호;

1997년 2월 18일에 출원된 제08/802,054호; 및

1997년 5월 17일에 출원된 제08/819,464호;

모든 특허 출원은 전술된 모출원의 일부 계속 출원이며, 본문에 참조 문헌으로서 포함된다.

본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명되고, 이들의 예는 첨부 도면에서 예시된다. 도면들은 예시적인 것으로 의도되고, 한정하려는 것은 아니다. 비록 본 발명은 이들 바람직한 실시예의 내용으로 설명될 것이지만, 이것은 본 발명의 사상 및 요지를 이들 특정 실시예에 한정하려고 의도된 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 도면들 중 선택된 도면들에서 소정 요소들은 포괄적이지는 않지만 명확한 예시용으로 예시된다. 종종, 도면들 전반을 통해 유사한 요소들이 유사한 도면 부호에 의해 언급된다. 예를 들어, 요소(199)는 다른 도면에서 요소(299)와 모든 점에서 유사하다. 또한, 종종, 유사한 요소들은 단일 도면에서 유사한 도면 부호들로 언급된다. 예를 들어, 다수의 요소(199)들은 도면 부호 199a, 199b, 199c 등으로서 언급될 수 있다.

도1A는 본 발명에 따른 스프링 접촉 요소를 제조하기 위한 기법의 측단면도이다.

도1B는 본 발명에 따른, 도1A의 스프링 접촉 요소의 측단면도이다.

도1C는 본 발명에 따른, 도1B의 스프링 접촉 요소의 사시도이다.

도2A는 본 발명에 따른, 반도체 장치 상의 스프링 접촉 요소용 시스템 응용의 예시도이다.

도2B는 도2A의 일부 평면도이다.

도3A는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소의 다른 실시예의 측단면도이다.

도3B는 본 발명에 따른, 도3A의 스프링 접촉 요소의 평면도이다.

도3C는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소의 다른 실시예의 측단면도이다.

도4A 및 도4B는 본 발명에 따른, 다수의 스프링 접촉 요소의 효율적인 길이를 균일화시키는 데 응용가능한 기법을 예시하는 측단면도이다.

도5는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소의 다른 실시예의 사시도이다.

도6A는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소 내에서 제어된 임피던스를 달성하기 위한 기법에서 제1 단계의 측단면도이다.

도6B는 본 발명에 따른, 스프링 접촉 요소 내에서 제어된 임피던스를 달성하기 위한 기법에서 다음 단계의 측단면도이다.

도6C는 본 발명에 따른, 도6B의 제어된 임피던스 스프링 접촉 요소의 단부 단면도이다.

본 발명의 목적은 스프링 접촉 요소들을 제조하기 위한 개선된 기법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 초소형 전자의 미세 피치의 조밀한 공차 분야에 본질적으로 적합한 프로세스를 사용하는 스프링 접촉 요소를 제조하기 위한 기법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치와 같은 능동 전자 소자 상에서 반도체 장치를 손상시킴이 없이 초소형 스프링 접촉 요소를 제조하기 위한 기법을 제공하는 것이다. 이것은 반도체 웨이퍼로부터 반도체 장치들이 단일화(singulate)되기 전에 반도체 웨이퍼 상에 내재하는 반도체 장치 상에 초소형 스프링 접촉 요소를 제조하는 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치와 같은 전자 부품을 상기 장치 상에서의 번인(burn-in)을 수행하기 위한 것과 같이 소켓팅(socketing)(해제가능하게 연결됨)을 위해 적합한 스프링 접촉 요소를 제조하기 위한 기법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 스프링 접촉 요소가 하나 이상의 마스크층에 대응하는 하나 이상의 개구를 사진 석판술식으로 한정하고, 삼차원 개구에 도전성 금속 물질을 증착시키고, 이 후에 마스크층을 제거함으로써 능동 반도체 소자와 같은 전자 부품 상에 제조되어, 부품의 표면에 인접한 기부 (근접) 단부와 기부 단부로부터 수평 및 수직으로 서로 이격 떨어진 접촉 (말단) 단부(한편, "팁 단부" 또는 "자유 단부")를 구비한 스프링 접촉 요소를 발생시킨다. 다수의 스프링 접촉 요소들이 사진 석판술 (극히 미세) 공차까지 부품 상에서 이 방식으로 제조될 수 있다.

본 발명의 스프링 접촉 요소들은 인쇄 회로 기판(PCB)와 같은 다른 전자 부품의 단자에 대한 일시적 또는 영구적 전기 접속부를 제조하기 위해 적합하다.

일시적 접속부를 만들기 위하여, 스프링 접촉 요소들이 제조되는 부품은 스프링 접촉 요소들의 팁 단부들이 다른 전자 부품의 단자들과 가압 접촉하도록 다른 전자 부품과 함께 이송된다. 스프링 접촉 요소들은 두개 부품들 사이에서 접촉 압력과 전기 접속을 유지하도록 탄성적으로 작용한다.

영구적 접속부를 만들기 위하여, 스프링 접촉 요소들이 제조되는 부품은 스프링 접촉 요소들의 팁 단부들이 다른 전자 부품의 단자에 솔더링(soldering) 또는 블레이징(brazing)에 의하거나 또는 도전성 접착제로 접합된다. 스프링 접촉 요소들은 유연(compliant)하고, 2개 전자 부품들 사이의 상이한 열 팽창을 수용한다.

스프링 접촉 요소는 외력이 자체의 접촉 (자유) 단부에 인가될 때 사용시에 스프링(즉, 탄성 변형을 나타냄)으로서 작용하도록 최종 접촉 구조체를 야기시키도록 자체의 능력에 적합하게 선택된 금속 재료의 적어도 한 층으로 적절하게 형성된다.

본 발명의 스프링 접촉 요소들은 반도체 장치의 표면 또는 반도체 웨이퍼 상에 내재하는 다수의 반도체 장치의 표면 상에 직접 제조될 수 있다. 이 방식에서, 반도체 웨이퍼 상에 내재하는 다수의 반도체 장치들은 반도체 웨이퍼로부터 단일화되기 전에 번인 및/또는 시험용으로 준비될 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 하기 설명의 관점에서 명백해질 것이다.

1996년 11월 13일자 출원된 공동 소유의 계류중인 미국 예비 특허 출원 제60/030,697호에는 전자 부품 사의 자유 직립 탄성 (스프링) 접촉 요소를 제조하기 위한 기법이 예를 들어 도4A 내지 도4C에 개시된다. 일반적으로, 안에 형성된 개구들을 갖는 다수의 절연층들은 도전성 재료의 층과 정렬되고 "시드"(seed)된다. 도전성 재료의 물질은 전기 도금(electroplating)(또는 CVD, 스퍼터링, 무전해 도금 등)에 의해 시드된 개구에 형성 (또는 증착)될 수 있다. 절연층들이 제거된 후, 물질들은 부품의 표면 위에 수직일 뿐만 아니라 이들이 장착되는 위치로부터 측방으로 연장하는 자유 직립 탄성 접촉 구조체로서 작용할 것이다. 이 방식에서, 접촉 구조체들은 z 축 뿐만 아니라 x-y 평면(부품의 표면에 평행함)으로 유연하도록 용이하게 설계된다. 이것은 도1A 내지 도1C를 참조하여 하기에 상세히 설명된다.

도1A는 반도체 웨이퍼(도시되지 않음) 상에 내재하는 반도체 장치를 포함하는 능동 전자 소자일 수 있는 기판(102) 상에 다수의 자유 직립 탄성 (스프링) 접촉 요소들 중 하나를 제조하기 위한 예시적 기법(100)을 예시한다.

기판(102)은 스프링 접촉 요소들이 제조되는 자체 표면 상에 다수(하나가 도시됨)의 영역(112)을 갖는다. (반도체 장치와 같은) 전자 부품이 존재하는 기판(102)의 경우에서, 이들 영역(112)들은 전자 부품의 (본드 패드와 같은) 단자들일 것이다.

일반적으로, 기법(100)은 기판의 표면 상에 개구들을 갖는 다수(세개가 도시됨)의 패턴 마스크층(104, 106, 108)을 도포시키는 것을 포함한다. 층들은 개구들을(도시된 바와 같이) 영역(112)과 정렬시키도록 패턴화되고, 개구들은 한 층(예를 들어, 108, 106) 내의 개구가 아래에 놓인 층(예를 들어, 각각 106, 104) 내의 개구보다 영역(112)으로부터 더 연장하는 크기 및 형상으로 된다. 달리 말하면, 제1층(104)은 영역(112) 바로 위에 있는 개구를 갖는다. 제2층(106)내 개구의 일부는 제1층(104)내 개구의 적어도 일부 위에 정렬되고, 역으로, 제1층(104)의 일부는 제2층(106)내 개구의 일부 아래로 연장한다. 유사하게, 제3층(108)내 개구의 일부는 제2층(106)내 개구의 적어도 일부 위에 정렬되고, 역으로, 제2층(106)의 일부는 제3층(108)내 개구의 일부 아래로 연장한다. 주어진 전체 개구의 바닥부는 선택된 영역(112) 바로 위에 있고 그의 상부는 그의 바닥부로부터 융기되어 측방으로 오프셋(offset)된다. 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 도전성 금속 재료는 개구 내로 증착되고, 마스크층들이 제거되어, 영역(112)에서 기판(102)에 고착된 기부 단부와 기판의 표면 위의 양쪽으로 연장하고 영역(112)으로부터 측방으로 변위된 자유 직립 접촉 구조체를 생성시킨다.

필요에 따라, 전기 도금의 경우에서와 같이, 티타늄/텅스턴(TiW)와 같은 도전성 재료(114)의 매우 얇은(예를 들어, 450 ㎛) "시드" 층이 개구로 증착될 수 있다. 이 후에, 도전성 금속 재료의 물질(예를 들어, 니켈)(120)이 전기 도금에 의해 개구로 증착될 수 있다.

도1B 및 도1C는 영역(112)에 인접하는 기부 단부(122)와, 기판(102)의 표면 위의 z-축으로 융기될 뿐만 아니라 기부 단부(122)로부터 x-축 및 y-축의 측방으로 오프셋된 자유 단부(팁)(124)를 구비한 최종 스프링 접촉 요소(120)를 예시한다.

도1C에 양호하게 도시된 바와 같이, 접촉 요소(120)는 단른 전자 부품(도시되지 않음)의 단자(도시되지 않음)과 일시적 가압 전기 접속을 형성하는 결과와 마찬가지로, 화살표(124)에 의해 지시된 바와 같이 그의 팁 단부(124)에서 z-축으로 인가된 작용 압력을 받는다. z-축에서 유연함은 접촉력(압력)이 유지되는 것을 확실하게 하고 또한 다른 전자 부품(도시되지 않음) 상의 단자(도시되지 않음)들 사이에 (만일 있으면) 비평면성도 수용한다. 이러한 일시적 전기 접속은 부품(102)의 번인 및/또는 시험을 수행하기 위한 것과 같이 전기 부품(102)에 일시적 접속을 형성하기 위해 유용하다.

팁 단부(124)는 또한 화살표(136, 134)에 의해 각각 지시된 바와 같이, x- 및 y- 방향으로 유연하게 이동하도록 자유롭다. 이것은 팁 단부(124)를 기판[부품(102)]과 상이한 열 팽창 계수를 갖는 다른 전자 부품(도시되지 않음)의 단자(도시되지 않음)에 (솔더링 또는 브레이징에 의하거나 또는 도전성 접착제로) 접합시키는 범주에서 중요하다. 이러한 영구 전기 접속은 인쇄 회로 기판("PCB"; 도시되지 않음)과 같은 상호 접속 기판과 같은 다른 전자 부품에 [기판(102)에 의해서 각각 대표되는] 다수의 메모리 칩과 같은 전자 부품들의 조립용으로 적합하다.

재료 및 형상의 적합한 선택에 의해, 이렇게 제조된 물질(120)은 서로로부터 매우 정확한 치수 및 매우 정확한 간격으로 제작된 자유 직립 탄성 접촉 구조체로서 기능을 발휘할 수 있다. 예를 들어, 수만의 이러한 스프링 접촉 요소(120)들은 반도체 웨이퍼(도시되지 않음) 상에 내재하는 반도체 장치 상의 대응하는 많은 단자들 상에 용이하고 정확하게 제작된다.

이 방식에서, 기판(102)의 표면 상에 마스크 재료의 적어도 하나의 층(104, 106, 108)을 도포시키고 기판 상의 영역(112)으로부터 기판의 표면 위에 이격되고 또한 영역(112)으로부터 측방으로 및/또는 가로질러 오프셋된 위치까지 연장하는 개구들을 갖도록 마스크 층을 패턴화시키는 단계와, 개구들에 선택적으로 시딩(seeding)(114)을 적용하는 단계와, 도전성 금속 재료의 적어도 하나의 층을 개구로 증착시키는 단계와, 잔존하는 도전성 금속 재료가 기판의 표면으로부터 연장하는 자유 직립 접촉 요소를 형성하도록 마스크 재료를 제거하는 단계에 의해서 스프링 접촉 요소(120)들을 전자 부품과 같은, 즉 반도체 웨이퍼 상에 내재할 수 있는 반도체 장치와 같은 기판 상에 직접 제조하는 방법이 도시되었고, 각각의 접촉 요소는 기판의 하나의 영역에 고착된 기부 단부와 전자 부품의 단자에 전기 접속을 형성하기 위한 팁 단부를 구비한다.

< 재료 >

구조체물(스프링 접촉 요소)(120)는 기본적으로, 바람직하게는 전체적으로, 금속이고, 다층 구조체로서 형성(제조)될 수 있다. 접촉 구조체의 하나 이상의 층들에 적절한 재료는, 한정되지는 않지만, 니켈 및 그의 합금과, 구리, 코발트, 철, 및 이들의 합금과, 탁월한 전류 전송 능력 및 양호한 접촉 저항 특성을 나타내는 금(특히, 경질 금;hard gold) 및 은과, 플라티늄(platinum) 그룹의 요소들과, 귀금속(noble metal)과, 준귀금속(semi-noble metal) 및 이들의 합금들, 특히 팔라디움(palladium) 그룹의 요소들 및 이들의 합금들과, 텅스턴, 몰리브데늄, 기타 내화성 금속들 및 이들의 합금들을 포함한다.

납땜식 마무리(solder-like finish)가 요구되는 경우에, 주석, 납, 비스무스, 인디움 및 이들의 합금들도 사용될 수 있다.

< 스프링 접촉 요소용 응용(사용) 예시 >

상술된 바와 같이, 본 발명의 스프링 접촉 요소(120)는 부품들의 번인 및/또는 시험용과 같이 스프링 접촉 요소들이 제작되는 부품(102)에 일시적 전기 접속을 실행하는 데 유용하다. 1997년 1월 15일자 출원된 공동 소유의 계류중인 미국 특허 출원 제08/784,862호에는 웨이퍼 수준 번인 및 시험을 수행하기 위한 시스템-도2A로서 여기에 재작성됨-이 도1A에 개시되었다.

도2A에는 반도체 웨이퍼 상에 내재하는 다수의 반도체 장치(200; 200a, 200b, 200c, 200d)의 웨이퍼 수준 번인 및 시험을 수행하기 위한 예시적 시스템(200)이 도시된다. 스프링 접촉 요소(210; 도면 부호 120 비교)들은 각각의 반도체 장치 상에 제작되고, 아주 개략적으로 도시된다. 각각의 장치는 표면으로부터 (계략적으로) 돌출하는 많은 스프링 접촉 요소들 중 4개를 구비한 것으로 도시된다. 전체 반도체 웨이퍼는 열적으로 제어된 플래튼(204; platen) 상에 적절하게 장착된다.

시험 기판은 그의 전방 표면 상에 장착된 다수의 능동 전자 소자(206; 206a, 206b, 206c, 206d)를 구비한 상호 접속 기판(208)을 포함한다. 이들 장치들은 적절하게는 주문형 집적 회로(application-specific intergrated circuit; ASIC)들이다. 열적으로 제어된 플래튼(204a)은 상호 접속 기판(208)의 배면에 장착될 수 있다. ASIC(206)들은 본드 와이어(도시되지 않음)들에 의함과 같은 적절한 방식으로 상호 접속 기판(208)에 접속된다. 호스트 컴퓨터(216)와 파워 공급부(218)는 상호 접속 기판(208)을 경유하여 ASIC에 접속된다. 적절한 고착 수단(212, 214)은 웨이퍼(202)가 스프링 접촉 요소(210)가 주문형 집적 회로(206)의 전방면(관찰되는 것에 따라 바닥면) 상의 단자와 효과적으로 가압 접속할 때까지 상호 접속 기판(208)을 향해 정렬되고 이동될 수 있으며, 그 후에 반도체 장치(202)는 웨이퍼 상의 장치(202)의 모두를 순간적으로 작용시킴을 포함하는 동력화, 번인, 시험될 수 있다.

공동 소유된 계류중인 미국 특허 출원 제08/784,862호의 도1B에 대응하는 도2B는 반도체 장치(202a)의 하나와 주문형 집적 회로(206a)의 대응하는 단일 하나의 접촉을 개략적 도면이고, 스프링 접촉 요소(210)는 이들 중 하나(210a, 210b)가 상대적으로 길고 이들 중 다른 것(210c, 210d)이 상대적으로 짧도록 제작될 수 있고, 스프링 접촉 요소의 팁 단부(원형으로 도시됨)가 그들의 기부 단부보다 큰 피치(둘사이의 거리)에 존재하도록 이들 중 몇몇(210a, 210c)은 본드 패드(207; 직사각형으로 도시됨)의 중심열로부터 일방향으로 연장하고 이들 중 다른 것(210b, 210d)은 본드 패드(207)의 중심열로부터 반대 방향으로 연장하도록 제작될 수 있다.

< 스프링 접촉 요소의 크기 및 형상 >

본 발명의 스프링 접촉 요소가 사진 석판술 및 플레이팅과 같은 미세 가공 기술을 사용하여 적절하게 형성되기 때문에, 스프링 접촉 요소의 형상 및 크기는 정확한 치수까지 용이하게 제어된다.

도3A 내지 도3C는 본 발명의 기법에 따라 제작된 스프링 접촉 요소(300, 350; 도면 부호 120 비교)의 개략적 도면이다.

도3A 및 도3B의 스프링 접촉 요소(300)는 기부 단부(302)와, 접촉(팁) 단부(304)와, 이들 사이의 주 본체부(306)과, 전체 길이("L")과, 전체 높이("H")를 갖는다. 도시된 바와 같이, 주 본체부(306)는 기부 단부(302)로부터 일방향으로 거리("d2")로 오프셋되고, 접촉 단부(304)로부터 다른 방향으로 거리("d1")로 오프셋된다. 예를 들어, 거리("d2")는 제1 마스크층(도면 부호 104 비교)의 두께에 의해 결정될 것이고, 거리("d1")는 최종 마스크층(도면 부호 108 비교)의 두께에 의해 결정될 것이다. 도3B의 평면도에 도시된 바와 같이, 접촉 요소(300)는 그의 기부 단부[302; 폭("w2")]에서 보다 그의 접촉 단부(302)에서 좁아[폭("w1")]지도록 폭방향 테이퍼("α")가 제공된 테이퍼될 수 있다.

도3C는 기부 단부(352; 도면 부호 302 비교)와, 접촉(팁) 단부(354; 도면 부호 304 비교)와, 이들 사이의 주 본체부(356; 도면 부호 306 비교)를 갖는 [접촉 요소(300)에 대해] 유사한 스프링 접촉 요소(350)의 개략적 도면이다. 이 예에서, 접촉 요소(350)는 그의 기부 단부[302; 두께("t1")]에서 보다 그의 접촉 단부(304)에서 두껍게[두께 ("t2")]되도록 두께 테이퍼("β")가 제공된 테이퍼될 수 있다.

< 예시적 치수 >

본 발명의 스프링 접촉 요소들은 초소형 전자 부품들 사이의 상호 접속을 형성하도록 특히 적절하다. 스프링 접촉 요소에 적절한 치수들은 하기에 개시된 매개 변수를 사용한다(다른 특정된 것을 사용하지 않으면, mil 단위).

치수 범주 바람직한 범주

L 10 - 1000 60 - 100

H 4 - 40 5 - 12

d1 3 - 15 7 ± 1

d2 0 - 15 7 ± 1

w1 3 - 20 8 - 12

w2 1 - 10 2 - 8

t1 1 - 10 2 - 5

t2 1 - 10 1 - 5

α 0 - 30° 2 - 6°

β 0 - 30° 0 - 6°

< 스프링 접촉 요소의 거동을 맞춤 >

서로 상이한 길이의 스프링 접촉 요소를 갖는 가능성이 상술되었다(참조, 예를 들어 도2B). 단일 전자 부품 상에 내재하는 상이한 길이의 다수의 스프링 접촉 요소 모두는 동일 스프링 계수(k)를 나타내고, 바람직하지는 않지만, 도3B와 도3C에 대해 논의된 방식으로 각각의 접촉 요소에 적합한 테이퍼 각도를 "주문화"시키는 것이 가능하다. 상이한 길이의 스프링 접촉 요소의 스프링 계수를 균일화시키는 다른 더욱 간편한 방식이 도4A 및 도4B에 대해 기재된다.

어느 경우에서나, 즉 기부 단부(302)가 팁 단부(304)보다 넓든지(도3B), 또는 기부 단부(352)가 팁 단부(354)보다 두껍든지, 기부 단부(302, 352)는 팁 단부(304, 354)보다 큰 단면을 갖는다.

도4A에는 전자 부품(410) 상에 제작된 스프링 접촉 요소(400)가 도시된다. 스프링 접촉 요소(400)는 기부 단부(402; 도면 부호 302 비교), 접촉 단부(404; 도면 부호 304 비교), 주 본체부(406; 도면 부호 306 비교), 기부 단부와 접촉 단부 사이의 전체 길이(L)를 갖는다. 스프링 접촉 요소(400)는 마치 더 짧은 것과 같은 "거동"을 나타내기 위하여(예를 들어, 동일 부품 상에서 더 짧은 스프링 접촉 요소에 유사한 거동을 나타내기 위하여) 기부 단부(402) 및 주 본체부(406)의 연속부는 스프링 접촉 요소를 "경화"시키는 적절한 캡슐제(encapsulant)(예를 들어, 에폭시)로 접촉 단부(404)로부터 본체부(406)를 따라 거리("L1")에 위치된 지점("P")까지 둘러싸인다.

도4B에는 전자 부품(460; 도면 부호 410 비교) 상에 제작된 스프링 접촉 요소(450; 도면 부호 400 비교)의 기계적 성능을 맞추기 위한 다른 기법이 도시된다. 스프링 접촉 요소(450)는 기부 단부(452; 도면 부호 402 비교), 접촉 단부(454; 도면 부호 404 비교), 주 본체부(456; 도면 부호 406 비교), 기부 단부와 접촉 단부 사이의 전체 길이(L)를 갖는다. 스프링 접촉 요소(450)는 마치 더 짧은 것과 같은 "거동"을 나타내기 위하여(예를 들어, 동일 부품 상의 더 짧은 스프링 접촉 요소에 유사한 거동을 나타내기 위하여) 기부 단부(452)와 연속하는 주 본체부(406)의 일부는 부품의 표면 위로 융기되도록 "단차화"하는 지점("P")까지 연속한다. 상기 예(400)에서와 마찬가지로, 지점("P")은 접촉 단부(454)로부터 본체부(456)를 따라 거리("L1")에 위치된다.

부품(460)의 표면을 따라 "연속"하는 스프링 접촉 요소(450)의 일부는 스프링 접촉 요소(450)의 "꼬리" 단부이다. 스프링 계수를 균일화시키기 위한 이 기법(도4B)를 사용하는 것은 제외하고, 본 발명에 따라서 제작된 스프링 접촉 요소의 꼬리 단부가 부품 상의 주어진 단자로부터 "경로 형성"을 실행하도록 부품(460)의 표면 을 따라 임의의 방향으로도 연장하는 것은 본 발명의 요지 내에 있다. 이 방식으로, 예를 들어, 부품 단자의 주변 배열은 팁(454)의 영역 어레이로 변경될 수 있고, 그 역도 마찬가지다. 두개 이상의 스프링 접촉 요소(450)의 "꼬리"(462)가 더 복잡한 경로 형성 설계를 용이화시키도록 서로 교차할 수 있는 것도 본 발명의 요지 내에 있다. 또한, 스프링 접촉 요소와 합체하는 경로 형성의 형태가 논의되는 상술된 제PCT/US95/14885호의 도3D를 참조한다.

< 다른 실시예 >

명백히, 고온의 제어가 본 발명에 따라 제작된 스프링 접촉 요소의 크기, 형상 및 배향으로 작용될 수 있다.

도5에는 기부 단부(502)와, 접촉 단부(504)와, 이들 사이의 본체부(506)를 갖는 스프링 접촉 요소(도면 부호 120 비교)가 도시된다. 이 예에서, 본체부는 접촉 단부(504)가 기부 단부(502)와 상이한 x, y, z 좌표에서 존재하도록 x, y 평면(제작될 때 부품의 표면에 평행함)에서 "조그"(jog)한다. 달리 말하면, 본체부(506)가 y 축을 가로지를 때, x 축에서 변위(조그)한다.

< 제어된 임피던스 >

반도체 장치를 탐침하는 데 사용하기 위해, 특히 속도 시험을 수행하기 위해, 스프링 접촉 요소가 제어된 임피던스를 갖는 것이 유익하다.

도6A 내지 도6C에는 본 발명에 따라 스프링 접촉 요소에서 제어된 임피던스를 달성하기 위한 기법(600)이 도시된다.

도6A에 양호하게 도시된 제1 단계에서, 스프링 접촉 요소(600; 도면 부호 400 비교)는 그의 기부 단부(602)에 의해서 전자 부품(610; 도면 부호 410 비교)의 단자(612)에 장착된다. 접촉 팁 단부(604; 도면 부호 404 비교)는 부품(610)의 표면 위에 융기된다. 스프링 접촉 구조체는 기부 및 팁 단부들 사이에 중심 본체부(606; 도면 부호 406 비교)를 갖는다.

도6B에 양호하게 도시된 다음 단계에서, 스프링 접촉 요소의 팁 단부(604)는 마스크(도시되지 않음)되고, 파릴렌(parylene)과 같은 적절히 얇은(예를 들어, 1 내지 10 ㎛) 절연층(620)이 기상 증착에 의하여 스프링 접촉 요소의 팁 단부(604)와 전자 부품의 인접 표면을 제외한 전체 위에 증착된다.

도6B에 양호하게 도시된 다음 단계에서, 스프링 접촉 요소의 팁 단부(604)가 여전히 마스크(도시되지 않음)되어 있는 동안에 여기에 기재된 도전성 금속 재료와 같은 도전성 재료의 적절히 얇은(예를 들어, 0.25 mm 미만) 층(622)은 스퍼터링에 의해 스프링 접촉 요소의 팁 단부(604)와, 전자 부품의 인접 표면을 제외한 전체 위에 증착된다. 최종적으로, 팁 단부(604)는 마스크 제거된다. 이것은 그들 사이에 절연층(620)을 구비한 상태로 도전층(622)에 의해 둘러싸인 스프링 접촉 요소의 중심 본체부(606)를 발생시킨다.

도전층(622)은 접지 평면으로서 작용하고 최종 스프링 접촉 요소의 임피던스를 제어하도록 접지하기 위하여 적절히 접속된다. 예를 들어, 도6B에 양호하게 도시된 바와 같이, 부품(610)에는 전기 접지인 제2 단자(614)가 제공된다. 이 단자(614)는 절연층(620)을 도포하기 전에 스프링 접촉 요소의 팁 단부(604)와 함께 적절히 마스크되어, 후속 도전층(622)이 또한 그위에 증착되고 그 곳에 접속된다.

궁극적으로, 층(620, 622)들의 두께는 연속적으로 되고 수요가 많은 제어된 임피던스를 제공하도록 충분할 필요가 있으며, 스프링 접촉 요소의 기계적 작동을 방해하는 두께가 되지 않아야 한다. 도6B 및 도6C에서의 도시는 척도에 맞추어진 것은 아니다.

비록 본 발명이 도면과 상기 기재에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 예시적인 것으로 고려되어야 하고 특징으로 한정되지는 않는다-단지 바람직한 실시예가 도시되고 설명된 것으로 이해되고, 본 발명의 사상 내에서 접하는 모든 변경 및 수정이 보호되도록 요구되어야 하는 것을 이해된다. 의심할 바 없이, 위에 개시된 "주제"에서 많은 다른 "변형"은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 자에게 발생할 것이고, 이러한 변형은 여기에 소개된 바와 같이 본 발명의 요지 내에 있도록 의도된다.

예를 들어, 최종 스프링 접촉 요소는 그들의 기계적 특성을 향상시키기 위해 열처리될 수 있다. 또한, 스프링 접촉 요소를 부품에 영구적으로 접속(예를 들어, 브레이징에 의함)하도록 주입된 열이 스프링 접촉 요소의 재료를 "열 처리"하도록 유익하게 사용될 수 있다.

Claims (25)

1. 기판 상에 스프링 접촉 요소를 제조하는 방법에 있어서,

   마스크 재료의 적어도 하나의 층을 기판의 표면 상에 도포시키고 기판 상의 영역으로부터 기판의 표면 위에 있고 영역으로부터 측방으로 및/또는 횡방향으로 오프셋된 위치까지 연장하는 개구들을 갖도록 마스크층을 패턴화시키는 단계와,

   상기 개구 내로 도전성 금속 재료의 적어도 하나의 층을 증착시키는 단계와,

   잔존하는 도전성 금속 재료가 기판의 영역들 중 하나에 고착된 기부 단부 및 전기 접속을 형성하기 위한 자유 직립 단부를 각각 구비하고 기판의 표면으로부터 연장하는 자유 직립 접촉 요소를 형성하도록 마스크 재료를 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 도전성 금속 재료의 적어도 하나의 층을 증착시키기 전에, 마스크 재료의 적어도 하나의 층에 개구를 시드시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 전기 부품인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 기판은 반도체 장치인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 최종 스프링 접촉 요소들의 기부 단부들이 최종 스프링 접촉 요소들의 팁 단부들보다 큰 단면을 갖도록 적어도 하나의 마스크층에 개구를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 적어도 하나의 제1 전자 부품과 제2 전자 부품 사이에 전기 접속을 형성하는 방법에 있어서,

   적어도 하나의 제1 전자 부품 상에 직접 상기 적어도 하나의 제1 전자 부품의 표면 위에 이격된 팁 단부를 각각 갖는 스프링 접촉 요소를 제조하는 단계와,

   스프링 접촉 요소의 팁 단부가 제2 전자 부품 상의 대응 단자들과 전기 접촉하도록 제2 전자 부품과 함께 상기 적어도 하나의 제1 전자 부품을 가져오는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전자 부품과 제2 전자 부품 사이의 압력을 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 전자 부품은 적어도 하나의 능동 반도체 소자이고, 상기 제2 전자 부품은 시험 기판이며,

   스프링 접촉들의 팁 단부들을 상기 제2 전자 부품의 단자와 전기 접촉 상태로유지하는 동안 상기 능동 반도체 소자를 동력화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 능동 반도체 소자들은 반도체 웨이퍼 상에 내재하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 전자 부품은 적어도 하나의 메모리 칩인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제7항에 있어서, 스프링 접촉 요소의 팁 단부를 상기 제2 전자 부품의 대응 단자에 접합시키는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 기부 단부, 기부 단부에 대향하는 접촉 단부, 각각의 기부 및 접촉 단부들과 연속하는 중앙 본체부를 구비한 길이("L")의 긴 부재로 구성되고,

    상기 접촉 단부는 상기 중앙부로부터 제1 방향으로 거리("d1")로 오프셋되고,

    상기 기부 단부는 상기 중앙부로부터 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 거리("d2")로 오프셋되고,

    상기 기부 단부는 제1 전자 부품의 영역에 고착되고, 상기 팁 단부는 제2 전자 부품과 가압 접속하기 위한 사용시에 채택되는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 스프링 접촉 요소.
14. 제13항에 있어서, 상기 스프링 접촉 요소는 접촉 단부에서보다 기부 단부에서 두꺼운 것을 특징으로 하는 초소형 전자 스프링 접촉 요소.
15. 제13항에 있어서, 상기 스프링 접촉 요소는 접촉 단부에서보다 기부 단부에서 넓은 것을 특징으로 하는 초소형 전자 스프링 접촉 요소.
16. 제13항에 있어서, 상기 길이("L")는 10 내지 1000 mil의 범주 내에 있는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 스프링 접촉 요소.
17. 제16항에 있어서, 상기 길이("L")는 60 내지 100 mil의 범주 내에 있는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 스프링 접촉 요소.
18. 제13항에 있어서, 상기 긴 부재는 "d1"과 "d2"의 합인 전체 높이("H")와 부재의 중심 본체에서의 두께를 갖고,

    상기 전체 높이("H")는 4 내지 40 mil의 범주 내에 있는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 스프링 접촉 요소.
19. 제18항에 있어서, 상기 전체 높이("H")는 5 내지 12 mil의 범주 내에 있는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 스프링 접촉 요소.
20. 제13항에 있어서, 상기 스프링 접촉 요소는 니켈 및 그의 합금과, 구리, 코발트, 철, 및 이들의 합금과, 금(특히 하드금) 및 은과, 플라티늄 그룹의 요소들과, 귀금속과, 준귀금속 및 이들의 합금 특히 팔라디움 그룹의 요소들 및 이들의 합금과, 텅스턴, 몰리브데늄, 기타 내화성 금속들 및 이들의 합금과, 주석, 납, 비스무스, 인디움 및 이들의 합금으로 구성된 재료로부터 선택된 하나 이상의 층을 갖는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 스프링 접촉 요소.
21. 표면 상에 다수의 단자(본드 패드)를 갖는 반도체 장치에 있어서,

    상기 반도체 장치의 표면 위에 직접 제작된 다수의 스프링 접촉 요소를 더 포함하고,

    각각의 스프링 접촉 요소는 본드 패드의 대응하는 것에서의 기부 단부와 기판의 표면 위에 배치되고 상기 기부 단부로부터 측방으로 및/또는 횡방향으로 오프셋된 팁 단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
22. 제21항에 있어서, 각각의 스프링 접촉 요소는 상기 기부 단부와 연속하는 꼬리부를 갖고,

    상기 스프링 접촉 요소의 꼬리부는 경로 형성을 실행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
23. 제21항에 있어서, 상기 스프링 접촉 요소는 반도체 장치의 표면 상에 마스크 재료의 적어도 하나의 층을 도포시키고, 반도체 장치 상의 본드 패드로부터 반도체 장치의 표면 위에 있고 본드 패드로부터 측방으로 및/또는 횡방향으로 오프셋된 위치까지 연장하는 개구들을 갖도록 마스크층을 패턴화시키고, 상기 개구 내로 도전성 금속 재료의 적어도 하나의 층을 증착시키고, 잔존하는 도전성 금속 재료가 자유 직립 스프링 접촉 요소를 형성하도록 상기 마스크 재료를 제거함으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
24. 반도체 웨이퍼에 있어서,

    그 위에 내재하는 다수의 반도체 장치와,

    상기 반도체 웨이퍼 상에 내재하는 상기 반도체 장치 상에 직접 제조된 다수의 스프링 접촉 요소로 구성되고,

    상기 반도체 웨이퍼 상에 내재하는 반도체 장치는 반도체 웨이퍼로부터 단일화되기 전에 번인 및 시험용으로 준비되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 스프링 접촉 요소들은 반도체 웨이퍼의 표면 상에 마스크 재료의 적어도 하나의 층을 도포시키고, 상기 반도체 웨이퍼 상에 내재하는 상기 반도체 장치 상의 본드 패드로부터 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위에 있고 상기 본드 패드로부터 측방으로 및/또는 횡방향으로 오프셋된 위치까지 연장하는 개구들을 갖도록 마스크층을 패턴화시키고, 상기 개구 내로 도전성 금속 재료의 적어도 하나의 층을 증착시키고, 잔존하는 도전성 금속 재료가 자유 직립 스프링 접촉 요소를 형성하도록 상기 마스크 재료를 제거함으로써 제작되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼.