CN1397805A - 接触构件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于与接触目标建立电连接的接触构件，利用微加工技术在半导体基片上制成接触器而形成。接触构件是由接触基片和大量设置在接触基片上的接触器形成的。每一接触器都有一个用来与接触目标接触的接触突起。当接触器压到接触目标时，产生一个接触力。还描述了各种接触构件及其生产方法。

Description

接触构件及其制造方法

                  发明领域

本发明涉及一种接触构件，用于与接触目标比如接触垫、或者电路或电器的引线建立电连接。更具体地说，本发明涉及一种用于探针卡的接触构件，该探针卡用于以改进的频率带宽、针距和接触性能及可靠性来测试半导体晶片、半导体芯片、封装半导体器件、模块插槽、印刷电路板等。

               发明的背景技术

在测试高密度和高速电子器件如LSI和VLSI电路时，必须用高性能的接触构件，如探针接触器或探测接触器。本发明的接触构件不局限于应用到半导体晶片和小片的测试和老化，而是还可用于封装的半导体器件、印刷电路板等的测试和老化。本发明的接触构件也可用于更普通的地方，包括IC引线，IC封装和其它电连接。然而为了便于说明，本发明主要参照半导体晶片的测试而进行说明。

在被测的半导体器件是半导体晶片形式的情况下，半导体测试系统如IC测试仪通常连接到基片支撑架，如自动晶片探测器，以自动地测试半导体晶片。图1中给出了这样一个例子，其中，半导体测试系统有一测试头100，它通常处于一分离的箱体中并通过一束电缆110电连接到测试系统。测试头100和基片支撑架400通过马达510驱动的控制器500互相机械连接和电连接在一起。被测的半导体晶片由基片支撑架400自动装配到测试头100的测试位置。

在测试头100上，由半导体测试系统产生的测试信号提供给被测的半导体晶片。由被测半导体晶片(形成在半导体晶片上的IC电路)产生的最终输出信号传送到半导体测试系统。在半导体测试系统中，比较输出信号与期望信号，以确定半导体晶片上的IC电路是否工作正常。

在图1中，测试头100和基片支撑架400由一接口组件140连接，接口组件140包括操作板120(见图2)、同轴电缆、弹簧针和连接器，操作板120是一印刷电路板，具有测试头的电连接件单独连接的电路连接部分。在图2中，测试头100包括大量的与半导体测试系统的测试槽(测试针)数目相应的印刷电路板150。每一印刷电路板150都有一连接器160，以接收操作板120上的相应接触端子121。“蛙状”环130装在操作板120上，以精确确定对应于基片支撑架400的接触位置。蛙状环130有大量的接触针141，如ZIF连接器或弹簧针，通过同轴电缆124连接到接触端子121。

如图2所示，测试头100放在基片支撑架400的上面，并通过接口组件140机械和电连接到基片支撑架。在基片支撑架400中，被测半导体晶片300装在卡盘180上。在本例中，探针卡170装在被测的半导体晶片300的上面。探针卡170具有大量的探针接触器(如悬臂或针)190与接触目标如被测半导体晶片的IC电路的电路端子或接触垫接触。

探针卡170的电端子或接触座(接触垫)与蛙状环130的接触针141电连接。接触针141通过同轴电缆124与操作板120上的接触端子121连接。操作板上的接触端子121又与测试头100的印刷电路板150连接。而且，印刷电路板150通过电缆110与半导体测试系统连接，电缆110有比如几百根内部电缆。

在这种结构下，探针接触器190接触夹板180上的半导体晶片300的表面(接触目标)，对半导体晶片300加一测试信号，并接收来自晶片300的最终输出信号。来自被测的半导体晶片300的最终输出信号与半导体测试系统产生的期望数据进行比较，以确定半导体晶片300上的IC电路是否工作正常。

图3是图2中探针卡170的仰视图。在该例中探针卡170有一环氧树脂环，上面设有大量的被称为针或悬臂的探针接触器190。当图2中装有半导体晶片300的卡盘180向上移动时，悬臂190的尖端将接触到晶片300上的垫或突起(接触目标)。悬臂190的末端连接着导线194，导线194再与形成在探针卡170上的传输线(未示出)连接。传输线与大量电极(接触垫)197相连，这些电极与图2中的弹簧针141具有连接关系。

通常，探针卡170由多层聚酰亚胺片构成，具有接地层，电源层，在许多层上具有信号传输线。如本技术领域所公知的那样，每一信号传输线被设计成具有一特征电阻如50欧姆，以在探针卡170中平衡分布参数，即聚酰亚胺的介电常数和磁导率，数据通路的电感和电容。这样，数据线就是与晶片300间建立高频传输带宽的电阻匹配线路，以提供稳态的电流以及由该器件的瞬态输出切换产生的高电流峰值。为了消除噪音，探针卡上电源层和接地层之间安装了电容193和195。

图4中给出了探针卡170的等效电路，以解释传统探针卡技术中高频性能的局限性。如图4A和4B所示，探针卡170上的信号传输线从电极197、(阻抗匹配的)条状线196、导线194和针或悬臂(接触构件)190伸出。由于导线194和针190是不匹配的，这些部分在图4C中所示的高频带上起电感L的作用。因为导线和针190的总长约为20-30mm，在测试被测器件的高频性能时，该电感将导致明显的局限性。

其他限制探针卡170频率带宽的因素存在于图4D和4E所示的电源和接地针中。如果电源线能够给被测器件提供足够大的电流，将不会严重限制测试中的工作带宽。然而，由于用于供电的串连连接的导线194和针190(图4D)以及用于把电源和信号接地的串连连接的导线194和针190等价于电感器，因此，高速电流受到了严重限制。

而且，为了滤除电源线中的噪音或脉冲，以保证被测器件的工作正常，在电源线和接地线之间安装了电容193和195。电容193具有相当大的值，比如10μF，并且如果需要，可以通过开关从电源线上断开。电容195具有相对较小的值如0.01μF，并且与DUT紧密的固定连接在一起。这些电容在电源线上起高频去耦作用。换句话说，这些电容限制了探针接触器的高频性能。

于是，上面提到的、应用非常广泛的探针接触器的频率带宽限于大约200MHz，这对测试最近的半导体器件是不够的。在工业上，一般认为在不久的将来需要与测试器件的容量相匹配的频率带宽，目前该带宽是1GHz或更高。而且工业上期望探针卡能够以平行的方式处理大量半导体器件，尤其是存储器，比如，32个或更多，以提高测试速度。

在传统技术中，探针卡和探针接触器，如图3所示，是手工生产的，导致质量不稳定。这种质量不稳定包括尺寸、频率带宽、接触力和电阻等的波动。在传统的探针接触器中，另一个使接触性能不可靠的因素是温度的变化，因为探针接触器和被测半导体晶片具有不同的温度膨胀系数。这样在温度变化时，它们之间的接触位置变化了，这反过来又影响了接触力、接触电阻和带宽。因此，就需要一种新概念的接触构件来满足下一代半导体测试技术的要求。

                  发明的概述

因此，本发明的目的是提供一种接触构件，用于与接触目标建立电连接，它能够获得高的频率带宽、高引脚数、高接触性能以及高可靠性。

本发明的另一个目的是提供一种接触构件如探针接触器，在测试半导体器件的应用中，它以高的频率带宽建立电连接以满足下一代半导体技术的测试要求。

本发明的又一个目的是提供一种接触构件，用于在半导体测试的应用中建立电连接，它适合同时平行地测试大量的半导体器件。

本发明的再一个目的是提供一种接触构件，用于在半导体测试的应用中建立电连接；为获得稳定的质量，它是通过不包括手工组装或处理的半导体生产方法生产的。

本发明还有一个目的是提供一种安装在用于测试半导体器件的探针卡上的接触构件，它能够补偿被测半导体器件的温度膨胀系数。

按照本发明的第一个方面，接触构件包括基片比如硅基片和用微加工方法形成在基片上的接触器，其中，每个接触器是桥形的，它的两端竖直地连在基片上，它的平行部分设有一个接触部分，接触部分有一个导电的突起，当接触器压到接触目标上时，接触器的水平部分产生一个接触力。

本发明的另一个方面是，一个具有接触基片的接触构件，接触基片上设有大量的桥形接触器。接触构件包括一个接触基片和多个通过微加工方法形成在基片上的接触器。接触器为桥形或反U形，有一个水平部分和两个用于支撑水平部分的竖直部分，以及一个附属于水平部分的硬导电材料的接触突起。当接触器压到接触目标时，接触器的水平部分和竖直部分产生一个接触力。接触突起的形状可以是球形，梯形，似方形，圆锥形或棱锥形。

本发明的又一个方面是，一个接触构件，在它的基片上有一个凹口或凹坑，用于相当大的凸起如焊球或焊块的接触目标。该接触构件包括一个其上具有凹口(凹槽，凹坑)的介电基片和通过微加工方法形成在基片上的接触器。接触器包括具有两个与介电基片相连的竖直端的水平部分，其中，水平部分位于介电基片凹口的上方。当接触器压到接触目标时，它的水平部分产生一个接触力使得水平部分的中间部分可以进入凹口施加一接触力。

本发明的又一个方面是一个接触构件，在它的基片上有一个凹口，用于相当大的凸起如焊球或焊块的接触目标。该接触构件包括一个其上具有凹口(凹槽，凹坑)的介电基片和通过微加工方法形成在基片上的接触器。接触器包括一个水平部分，水平部分具有一固定端和一自由端，固定端竖直弯下并与介电基片相连，水平部分的中间部分起接触部分的作用。当接触器压到接触目标时，接触部分的水平部分产生一接触力，使水平部分的自由端进入凹口施加一接触力。

根据本发明，该接触构件有一非常高的频率带宽，以满足下一代半导体技术的测试要求。由于接触构件是现代微形技术形成的，该现代微形技术是在半导体生产工业中发展起来并用于半导体生产工业中的，因此，大量的接触器可以排列到很小的地方，它适用于同时测试大量的半导体器件。本发明的接触构件也可用于更普通的应用中，包括IC引线、IC封装、模块插槽和其他电连接中。

由于大量的接触器用微加工技术同时形成在基片上，而不用手工处理，这就能够获得质量稳定，可靠性高和寿命长的接触性能。而且，由于接触器可以加工在与被测器件相同的基片材料上，因而可以补偿被测器件的温度膨胀系数，这就可以避免位置误差。

               附图的简要说明

图1是一个示意图，表示基片支撑架和带有测试头的半导体测试系统之间的结构关系。

图2是一个示意图，表示通过接口组件把测试系统的测试头和基片支撑架连接起来的详细结构的一个例子。

图3是探针卡的一个例子的仰视图，该探针卡有一环氧树脂环，用于安装大量的传统技术的探针接触器(针或悬臂)。

图4A-4E是图3中的探针卡的等效电路图。

图5是示意性的剖面图，表示本发明的具有方形接触突起的接触构件的第一实施例。

图6是示意图，表示与图5相应的本发明的接触构件的仰视图。

图7是示意性的剖面图，表示本发明的具有方形接触突起的接触构件的第一实施例的另一个例子。

图8是示意图，表示与图7相应的本发明的接触构件的仰视图。

图9A-9I是示意图，表示生产与图5和7相应的接触构件的第一实施例的过程的一个例子。

图10A-10C是示意图，表示在其基座部分改进的第一实施例的接触构件的又一个例子。

图11A-11C是示意图，表示在其基座部分又一改进的第一实施例的接触构件的又一个例子。

图12A-12I是示意图，表示用绝缘层上硅(silicon-on-insulator(SOI))技术形成本发明的第一实施例的接触构件的生产过程的又一个例子。

图13A-13H是示意图，表示用塑性模压(热模压)技术形成本发明的第一实施例的接触构件的生产过程的又一例子。

图14是示意性的剖面图，表示第一实施例的接触构件的又一个例子，该例中桥形的一端可滑动地成形在接触基片上。

图15是示意性的剖面图，表示本发明的第二实施例的接触构件的一个例子，其中在接触基片上有一凹坑。

图16是示意性的剖面图，表示当图15的接触构件压到焊球形成的接触目标时，本发明的接触构件。

图17是示意性的剖面图，表示本发明的第二实施例的接触构件的一种改进，其中在接触基片上有一凹坑。

图18A是示意性的剖面图，表示本发明的第二实施例的接触构件的又一种改进，其中在接触基片上有一凹坑；图18B表示当图18A的接触构件压到焊球形成的接触目标时，本发明的接触构件。

图19A-19F是示意图，表示生产图17中的第二实施例的接触构件的过程的一个例子。

图20是横截面图，表示将本发明的接触构件置于被测半导体器件和半导体测试系统之间而组成总的堆叠(stack-up)结构的一个例子。

               最佳实施例的详细说明

本发明的第一个实施例的接触构件示于图5-14中。图5和6表示本发明的第一个实施例的例子中的一个，其中图5是示意性的剖面图，图6是图5中接触构件的仰视图。图7和8表示本发明的第一实施例的另一个例子，其中，图7是示意性的剖面图，图8是图7中接触构件的仰视图。

在图5和6的例子中，接触构件具有大量形成在接触基片20上的接触器30。接触构件定位在具有接触目标320如接触垫或电极的半导体晶片300的上方。通常，接触基片20是用硅做的。其他材料，如玻璃纤维，陶瓷，铝或其他介电材料也可用于接触基片。所有的接触器30用同一生产方法形成在硅基片20上或一独立的基片上。这样的半导体生产方法包括光刻方法，用如电子束，激光束，或等离子束微型机加工工具的微加工方法，塑性模制方法(热模压)等。

在图5和6中，接触器30为桥形，它上面设有一个或多个接触突起31作为接触部分。接触突起的形状可以是球形，梯形，似方形，圆锥形或棱锥形。图5和6中的例子所示的接触突起是似方形，而图7和8中的例子所示的接触突起是球形。接触器30包括一水平部分，两个支撑水平部分的竖直部分，以及固定在接触基片20上的基座部分。接触器的基座部分起连接接触基片20上表面上的接触垫或电极的内连接线的作用。这样，接触器30通过通孔23与接触基片20上的电极22就建立了电连接。电极22通过导线或引脚使接触基片20与外部构件如探针卡或IC块互相连接。

因此，当图5或7中的半导体晶片300向上移动时，接触器30(接触突起31)和晶片300上的接触目标(垫)320互相机械和电连接。结果，建立了从接触目标320到接触基片20上的电极22间的信号通道。接触器的基座部分，通孔23和电极22也起将接触器30的小间距扩展(扩大)为大间距以适应外线路如探针卡或IC块的作用。

如图5和7所示，为达到更好的接触性能，桥形接触器30的横切面最好是不对称的。也就是说，两个竖直部分相对于水平部分，即相对于接触基片20的水平表面成不同角度。因为接触器30为桥形(梯形)，因此，当接触器30由于晶片300向上移动压到基片320时，就产生足够大的接触力。而且，由于桥形部分不对称，因此，当压到接触目标320时，接触器30也向横向移动(垂直于晶片300移动)。

这种横向移动改进了本发明的接触构件的接触性能。也就是说，桥形接触器30上的接触突起31由硬的导电材料制成，当压到接触垫320时，如上所述，接触突起31向图5和7中的水平方向移动。因此，获得方形接触突起31刮擦接触垫320表面上的金属氧化层的摩擦作用。例如，如果晶片300上的接触目标320在其表面上有一层氧化铝层，摩擦作用就可以有效地以低接触电阻建立电连接。

如上所述，由接触器30的桥形(梯形)产生的弹性(弹性变形)而提供一个合适的与接触目标320接触的接触力。由接触构件的弹力产生的弹性变形也起到补偿基片20，接触目标320和晶片300以及接触器30的尺寸差异或平面波动。

尽管图5和7中只示出了两个接触器30，但在实际的半导体晶片测试中大量的接触器30将排列在基片20上。接触垫320之间的间距可能为50μm或更小。本发明的接触器30可以很容易的以相同的间距排列，因为接触器是由生产晶片300的同一生产方法生产的。

接触基片20上的接触器30可以直接安装到探针卡上，如图3所示，或模压到一个模块中，如传统的有引线的IC块，以便于该模块安装到探针卡上。由于接触器30可以做得尺寸很小，如从几十微米到几百微米，安装了本发明的接触器的探针卡的频率带宽，可以很容易的提高到2GHz或更高。因为尺寸小，探针卡上的接触器的数目可以增加到如2000个，这可以同时平行地测试32个或更多的存储器。

而且，因为本发明的接触器30形成在接触基片20上，它通常是一硅基片，因此由环境变化如温度膨胀系数引起的硅基片的物理变化与被测半导体晶片300的变化相同。所以，在测试过程中可以保持接触器30和垫320之间的精确定位。

接触器30的材料的例子包括镍，铝，铜，镍钯，铑，镍金，铱或其他一些可淀积的材料。接触突起31的例子包括涂覆了钨或其他金属的玻璃球。接触突起31的另一例子是由硬金属材料如镍，铍，铝，铜，镍-钴-铁合金，或铁镍合金制成的球形，方形，或棱锥形突起。

而且，接触突起31可以由如上所述的基底金属如镍，铍，铝，铜或它们的合金制成，然后再镀上高导电耐氧化金属如金，银，镍钯，铑，镍金或铱。接触突起31通过软焊，硬焊，熔焊或用导电胶而固定到接触器30的上部。接触突起31的形状也可以是半球形，以致于非球形部分连到接触器30的上部。如上所述，接触器可能的其他形状包括梯形，似方形，抛物线形或棱锥形。

用于探针测试的接触器30的尺寸例如可以是：在接触目标之间的间距为50μm时，总高为100-400μm，水平长为100-800μm。接触突起31的直径或宽和高例如是大约40μm。然而，根据本发明的构思，尺寸可以有更宽的范围。

图9A-9I表示通过光刻技术制造本发明的接触器30的过程，尽管许多其他的生产方法也适用。在图9A中，硅基片40上涂上了光致抗蚀层44。图9B中，光掩模50放置于光致抗蚀层44之上，以使光致抗蚀层44在UV(紫外)光下，通过印有接触器图形的光掩模50暴光。

在本例中，光掩模50是一半透明(gray-tone)掩模，它不仅包括透明和不透明的部分，而且还包括过度部分(半透明或灰色)。光致抗蚀层由于光掩模50的不透明(黑色)而在UV光下未暴光的部分不固化。光致抗蚀层由于光掩模50的透明(白色)而在UV光下暴光的部分得到固化。在光掩模50的半透明部分，从不透明(黑色)到透明(白色)部分，透明度呈线性变化。因此，由于光掩模50的半透明(灰色)部分而在强度变化的UV光下暴光的光致抗蚀层44以渐近的方式固化。

这样，当除去没有固化的光致抗蚀层时，固化的光致抗蚀层44留下来，这部分具有图9C中所示的图形，其中与半透明光致抗蚀层对应的部分为斜面。图9D是固化的光致抗蚀层44的图形的俯视图。在图9D的图形上提供镀敷的种子(seed)层(未示出)，在它上面应用电镀方法形成图9E所示的桥形接触器30。接触器30的材料例如包括镍、铝和铜。或者，可用其他许多淀积技术来产生接触器30，包括真空蒸镀，阴极溅射，气相淀积。

在图9F中，球形接触突起31固定在接触器30的上部，形成了图7中的接触构件。如上所述，接触突起31的例子是涂敷了钨或其他金属的玻璃球。球形接触突起31的另一例子是由硬金属如镍，铍，铝或铜做的球形金属接触头。球形接触突起31通过软焊，硬焊，熔焊或用导电胶固定在接触器30的上部。在图9G中，除去光致抗蚀层44。这样，桥形接触器30就用上述的生产过程制造出来了。图9H和9I相应于图9F和9G中的过程，表示形成图5中接触构件的方形接触突起31。

图10A-10C表示对本发明第一实施例的接触器的改进。图10A是接触器30₂的俯视图，图10B和10C是图10A中的接触器30₂的正剖面图。图10C中的接触器30₂是不对称的，它的两个竖直部分的角度和长度互不相同。相反，图10B中桥形接触器30₂是对称的。当需要接触突起的横向移动以获得高度的摩擦作用时，图10C中的不对称桥形较好。当需要大的接触力时，图10B中的对称桥形较好。图10A-10C中接触器30₂的一个竖直部分向底部弯曲并连到一边的两个基座部分Q和P，以提高机械强度，增大针距和增加针数。

图11A-11C表示对本发明第一实施例的接触器的又一改进。图11A是接触器30₃的俯视图，图11B和11C是图11A中的接触器30₃的正剖面图。图11C中的接触器30₃是不对称的，它的两个竖直部分的角度和长度互不相同。相反，图11B中桥形接触器30₃是对称的。当需要接触突起的横向移动以获得高度的摩擦作用时，图11C中的不对称桥形较好。当需要大的接触力时，图11B中的对称桥形较好。图11A-11C中接触器30₃的所有的两个竖直部分向底部弯曲并连到其中一边的两个基座部分O和P以及另一边的两个基座部分Q和R，以提高机械强度，增大针距和增加针数。

图12A-12I表示本发明生产第一实施例接触器的方法的一个例子。在本例中，生产方法包括一绝缘层上硅(silicon-on-insulator(SOR))方法，其中一硅层置于另一硅层(基片)的绝缘层上。在图12A的方法中，把硅基片40和硅层41并列，中间设置一绝缘层43。通常，绝缘层43是在基片40和41之一或两块上形成的二氧化硅层。在图12A中，在硅基片41上还涂覆光致抗蚀剂形成光致抗蚀层44。

在图12B中，使用光掩模和紫外光(未示出)这样的图9B中所示的方法，使光致抗蚀层44在基片40上形成桥形。然后根据需要的形状，使用各向同性或各向异性的蚀刻方法蚀刻掉上部的硅层41。这样如图12C所示，由上部的硅层41确定的桥形接触器留在了硅基片41上。在图12C的硅基片40和硅基片41的上表面淀积导电材料形成电镀种子层(未示出)。

在图12D中，在种子层上涂覆光致抗蚀层46，通过暴光和显影方法，在除去未固化的光致抗蚀层后，在基片40上留下了固化的光致抗蚀层46，它具有一个与本发明的桥形接触器相应的图形A。图12E是形成在固化的光致抗蚀层46上的接触器的图形的俯视图。

在图12F中，通过在硅基片40和上部的硅层41上电镀而形成接触器30。接触器30的材料例如包括镍、铝和铜。或者，可以用其他许多淀积工艺来制造接触器30，包括真空蒸镀，阴极溅射，气相淀积。然后，如图12G所示，在接触器30的上部形成接触突起31。接触突起31通过软焊，硬焊，熔焊或用导电胶固定到接触器30上。或者，接触突起31也可以通过光刻方法形成，即：在接触器30上涂上光致抗蚀层，在光致抗蚀层上确定接触突起形状，在接触器30上电镀导电材料。通过蚀刻上部的硅层41，形成具有接触突起31的接触器30，如图12H和12I所示。

图13A-13H表示用塑性模压(热模压)方法制造本发明的接触构件的过程的另一个例子。图13A-13H的模压方法特别适合通过一次模压方法形成接触器的多层结构。在图13A中，制备了一塑性基片60，在其上安装了模压型芯(mold insert)80，以直接在塑性基片60上形成镀敷图形。用于塑性基片60的材料例如是热塑性聚合物或热固性树脂。

模压型芯80的形状适用于在塑性基片60上复制本发明的桥形接触器。模压型芯80是由如钢，铜或镍制成的。模压型芯80的形状可通过各种方法实现，包括电子束刻画(writing)，深度紫外光致抗，受激激光烧蚀，电子放电切割，激光切割和X-射线印刷术。在图13A的例子中，模压型芯80在其底部有一压膜嵌入部分，它的形状相应于本发明的桥形接触器30。

然后，模压型芯80在高温下完全压向塑性基片60。当在低温下移走模压型心80后就在塑性基片60上形成了一个洞，也就是，图13B所示的镀敷图形A。这样的镀敷图形确定了包括竖直部分和水平部分的桥形接触器30的形状。图13C是塑性基片60的俯视图，表示用模压型芯80在基片60上制造的镀敷图形A。例如，在塑性基片60上形成一层铜的薄金属层(未示出)作为种子层，以获得用于电镀过程的导电性。如果接触器30是通过别的淀积方法如溅射形成的，就不需要种子层。

在图13D中，在用上述的塑性模制方法形成的图形上进行电镀，从而，在塑性基片60上形成接触器30。在电镀过程中，用作接触器30的导电材料例如包括镍，铝，和铜。在图13E和14F中所示的下一工序中，塑性基片被精确定位在基片40之上，并固定在基片40的上表面上。典型地，基片40是硅或陶瓷基片。

在图13G中，用特殊的溶剂剥下塑性基片60，在基片40上留下接触器30。接触突起31，比如球形接触点，通过硬焊，软焊，熔焊或用导电胶固定在接触器30的顶部。或者，接触突起31也可以通过光刻方法形成，在接触器30上涂敷光致抗蚀层，在光致抗蚀层上确定接触突起的图形，在接触器30上电镀导电材料。如上所述，用塑性模制(热模压)方法在基片40上形成接触器30和接触突起31。尽管在上面的说明中仅展示了两个接触器30，但通过本发明的制造方法可以同时制成许多接触器30。

图14表示本发明的第一实施例的接触构件的进一步改进。图14中的接触构件包括大量的形成在接触基片20上的接触器230。接触构件位于具有接触目标320如接触垫或电极的半导体晶片的上方。接触器230是桥形的，在其上面设置接触突起231作为接触部分。因此，除了接触器230的一个基座部分B没有连到接触基片20上外，图14中的接触构件与图7中的几乎一样。接触器230的另一基座部分起内连接导线的作用，通过通孔23连接接触基片20上表面的接触垫或电极。由于基座部分B在接触基片20的表面上是可滑动的，当接触构件压到半导体晶片时，引起接触突起231的水平移动，从而很容易的实现在接触目标320表面上的摩擦作用。

图15-19表示本发明的第二实施例的接触构件的例子，它在接触基片上有一凹坑。第二实施例的接触构件与从被测器件平面上伸出的接触目标建立电连接。例如，这样一个接触目标是半导体晶片300上的焊球340，如图15和16所示。接触构件是由装在接触基片420上的桥状接触器330形成的。接触构件还包括位于接触器330上方的凹坑(凹口)440。

由于接触目标，例如焊球340，有相当大的垂直尺寸，因此，接触器330应向上达到这样的程度，使得当接触构件压到晶片300时接触器330能够碰到接触基片420的下表面。凹坑440具有足够的空间(凹坑)，以保持接触构件的灵活性和可靠性。这样，如图16所示，当接触构件压到晶片300时，接触器330由于在凹坑440中的自由空间而仍可以自由变形(flexible)。

图17表示本发明的第二实施例的接触构件的例子，它在接触基片上有一凹坑。在本例中，接触器430有一个连接到接触基片420的基座部分和一个自由的水平部分。这样，接触器430的形状类似于图15中桥形接触器330一半的形状。接触基片420开有凹坑(凹口)，以便在接触构件压到半导体晶片300时，提供足够的空间容纳接触器430和接触目标340。

图18A和18B表示本发明的第二实施例的接触构件的又一个例子，它在接触基片上有一凹坑。在本例中，两个结构类似于图16中的接触器的接触器530装在接触基片420上凹坑440的下方。图18A表示接触构件压到具有接触目标340如焊球半导体晶片300之前的情形。图18B表示接触构件压在半导体晶片300上的情形。接触基片420上的凹坑(凹口)提供足够的空间容纳接触器530和接触目标340。

图19A-19F表示图17中的第二实施例的接触构件的制造过程的例子。在图19A中，通过光刻技术在基片420上形成光致抗蚀层444。这一光刻方法包括本技术领域众所周知的步骤：涂敷光致抗蚀层，放置掩模，曝光，以及剥离光致抗蚀层。尽管未示出，光掩模被对齐地放置在光致抗蚀层444之上，使光致抗蚀层在紫外光下通过印在光掩模上的图形暴光。如果使用的是正反应光致抗蚀剂，则曝光后，被光掩模的不透明部分遮盖的光致抗蚀剂硬化(固化)。光致抗蚀层的曝光部分可以溶解并洗掉，留下图19A中的光致抗蚀层444，它确定了蚀刻的区域。

用蚀刻方法，在基片420上形成缩进的凹坑部分D，如图19B所示。用溶剂除去图19A中的光致抗蚀层444。在图19C中，在基片420的缩进部分形成了牺牲部分460。牺牲部分460例如是由通过淀积方法如化学气相淀积(CAD)形成的二氧化硅(SiO₂)制成的。在基片上形成一例如铜的薄金属层(未示出)，作为电镀种子层。

在图19D中，在基片420上形成光刻层448，通过包括放置掩模，曝光，和剥离步骤的光刻方法，形成确定接触器形状的镀敷图形P。如图9B所示的半透明光掩模最好用于形成具有不同深度的镀敷图形P。或者，层448可以是磨蚀(abrasive)层，在它上面安装微型机加工工具(未示出)，在磨蚀层448上直接形成镀敷图形P。用于磨蚀层448的材料例如包括环氧树脂或聚酰亚胺，尽管许多其他的材料也适用。这样的微型机加工工具包括电子束机加工工具，激光束机加工工具，等离子束机加工工具或其他工具。例如用于该用途的激光源包括受激激光器，二氧化碳(CO₂)激光器和ND：YAG激光器。

在图19E中，接触器430是通过在镀敷图形P上电镀导电材料形成的。导电材料例如包括铜，镍，铝或其他金属。尽管未示出，接触器430的过镀部分被切去形成如图19E所示的平面表面。在图19F中，用特殊溶剂剥去光致抗蚀层(磨蚀层)48和牺牲层460，在基片420上留下接触器430和凹坑(凹口)440。

如上所述，图19F中具有水平部分、竖直部分和基座部分的接触器430，通过光刻和微型机加工方法形成在硅基片420上。当图19F中的接触构件用于跟接触目标340如图17的焊球建立电连接时，凹坑(凹口)440使接触器430进入其内而对接触目标340施加一接触力。

图20是一剖面图，表示使用本发明(图7的实施例)的接触构件的总堆叠结构的例子，它作为图2所示的被测器件(DUT)和测试头之间的接口。在本例中，接口组件包括按顺序装在接触构件上的导电弹性体250、线路选定板(探针卡)260、和弹簧针块(蛙状环)130，如图20所示。

导电弹性体250、线路选定板260和弹簧针块130互相机械和电连接。这样，通过电缆124和操作板120(图2)，在接触器30的接触突起31和测试头100之间就建立了电通路。因此，当半导体晶片300和接口组件压在一起时，在DUT(晶片300上的接触垫320)和测试系统间就建立了电连接。

弹簧针块(蛙状环)130等同于图2中所示的介于探针卡260和操作板120之间具有大量弹簧针的那个。在弹簧针的上端，连着电缆124如同轴电缆，通过操作板120传送信号给图2中的测试头100的印刷电路板(引线电子卡)150。线路选定板260在其上、下表面有大量的电极262和265。电极262和265通过内连线263连接，以扩展接触构件的间距，满足弹簧针块130上弹簧针的间距。

导电弹性体250装在接触构件和探针卡260之间。导电弹性体250通过补偿接触器30的接触垫22和探针卡的电极262之间水平或垂直间隙，来保障他们之间的电连接。导电弹性体250是一个在垂直方向上具有大量导线的弹性片。例如导电弹性体250包含硅橡胶片和多排金属丝。金属丝(导线)在图20的垂直方向上，也就是正交于导电弹性体250的水平片的方向，金属丝之间的间距例如是0.05mm，而硅橡胶片的厚度为0.2mm。这样的导电弹性体是Shin-Etsu聚合物有限公司生产的产品，市场有售。

根据本发明，接触构件具有很高的频率带宽，以满足下一代半导体技术的测试需要。由于接触构件是用在半导体制造工业中所用的现代微形技术制成的，因此，大量的接触器可以排列到很小的地方，它适用于同时测试大量的半导体器件。本发明的接触构件也可用于更普通的应用中，包括IC引线，IC封装件，模块插槽和其他电连接。

由于大量的接触器用微加工技术同时形成在基片上，而不用手工处理，从而这就可以获得质量稳定，可靠性高和寿命长的接触性能。而且，由于接触器可以在与被测器件相同的基片材料上制成，因此，可以补偿被测器件的温度膨胀系数，这可以避免位置误差。

尽管这里仅具体地图示和说明了最佳实施例，但是可以理解，根据上述教导，在后面所附的权利要求书的范围内，可以对本发明做出各种改形和变化，而不会脱离本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种用于与接触目标建立电连接的接触构件，包括：

接触基片；

多个装在接触基片上的接触器，每一接触器为桥形状，具有一个水平部分和两个用于支撑水平部分的竖直部分，以及在两个竖直部分末端的两个连接到基片的基座部分，至少两个基座部分中的一个电连接到设置在接触基片上的接触垫上；

附着到每一接触器的水平部分的接触突起；

其中，当接触构件压到接触目标时，接触器的水平部分和竖直部分产生一个接触力。

2.根据权利要求1所述的接触构件，其中，接触器在横切面上有不对称的形状，以引起接触突起在与施加在接触构件和接触目标之间的压力方向垂直的方向上移动。

3.根据权利要求1所述的接触构件，其中，接触器在横切面上有对称的形状，两个竖直部分具有相同的长度和角度。

4.根据权利要求1所述的接触构件，其中，一个竖直部分向底部扩大并连着两个基座部分。

5.根据权利要求1所述的接触构件，其中，两个竖直部分都向底部扩大，每一个都连着两个基座部分。

6.根据权利要求1所述的接触构件，其中，所述的接触器是由镍，铝，铜，镍钯，铑，镍金，或铱制成的。

7.根据权利要求1所述的接触构件，其中，所述的每一接触器的水平部分设有硬金属制成的两个或更多个接触突起。

8.根据权利要求1所述的接触构件，其中，所述的接触突起是球形的，由镀钨或镀其他金属的玻璃球制成的。

9.根据权利要求1所述的接触构件，其中，所述的接触突起为球形，似方形，梯形，棱锥形或圆锥形。

10.根据权利要求1所述的接触构件，其中，所述的接触突起是由硬金属包括镍，铍，铝，铜，镍-钴-铁合金，或铁镍合金制成的。

11.根据权利要求1所述的接触构件，其中，所述的接触突起是由基底金属如镍，铍，铝，铜，镍-钴-铁合金，或铁镍合金制成的，然后再镀上高导电耐氧化金属如金，银，镍钯，铑，镍金或铱。

12.根据权利要求1所述的接触构件，其中，所述的接触突起通过软焊，硬焊，熔焊或使用导电胶固定在接触器30的上部。

13.一种用于与接触目标建立电连接的接触构件，包括：

接触基片；

多个装在接触基片上的接触器，每一接触器为桥形状，具有由一个水平部分和两个用于支撑水平部分的竖直部分，以及在两个竖直部分末端的两个连接到基片的基座部分，两个基座部分中的一个附着到接触基片上并且电连接到接触基片上的接触垫上，而另一个基座部分可滑动的位于接触基片的表面上

附着于每一接触器的水平部分的接触突起；

其中，当接触构件压到接触目标时，接触器的水平部分和竖直部分产生一个接触力，所述的另一个基座部分在所述的接触基座表面上滑动；由此，利用所述的接触突起来改善所述接触目标的表面摩擦。

14.根据权利要求13所述的接触构件，其中，所述的接触突起为球形，似方形，梯形，棱锥形或圆锥形。

15.根据权利要求13所述的接触构件，其中，所述的接触突起是由硬金属包括镍，铍，铝，铜，镍-钴-铁合金，或铁镍合金制成的。

16.根据权利要求13所述的接触构件，其中，所述的接触突起是由基底金属如镍，铍，铝，铜，镍-钴-铁合金，或铁镍合金制成，然后再镀上高导电耐氧化金属如金，银，镍钯，铑，镍金或铱。

17.一种用于与接触目标建立电连接的接触构件，包括：

在其表面上有凹坑的介电基片；和

通过微加工方法形成在基片上的桥形接触器，该接触器包括具有两个与介电基片相连的竖直端的水平部分，该水平部分位于介电基片凹坑的上方；

其中，当接触器压到接触目标时，它的水平部分产生一个接触力，使得水平部分的中间部分进入凹坑而施加所述的接触力。

18.根据权利要求17所述的接触构件，其中，所述的接触器由一水平部分形成，所述水平部分的一端为自由端，而另一端连着竖直部分，所述的竖直部分具有一个与介电基片连接着的基座部分，其连接方式为：所述水平部分的所述自由端定位于所述介电基片的所述凹坑之上。

19.根据权利要求18所述的接触构件，其中，两个接触器的每一个都有一个带自由端的所述的水平部分，所述的接触器以这种方式装在介电基片上，即，所述的两水平部分的所述自由端定位于所述介电基片的所述凹坑之上。

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