CN1643741A - 一种微型接触弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方案，以便增加微型弹簧的屈服强度和疲劳强度，并且能够以超小的间距制造弹簧阵列。本发明还公开了一种方案，以便在反复接触时使接触垫片材料与弹簧尖端的粘着力最小，而不会影响微型弹簧的可靠性。此外，本发明还提供一种方法，以便制造允许通过相对更高的电流的弹簧，而不会明显降低它们的使用寿命。

Description

一种微型接触弹簧

技术领域

本发明一般地涉及非常微型的弹簧。更加具体地，本发明涉及一系列微型接触弹簧和一系列用于增加这些弹簧的屈服强度和疲劳强度的方法。

背景技术

为了例如测试、预烧和封装的目的，由于甚至能够以不到10μm的间距制造这种微型弹簧阵列，所以微型弹簧已经广泛地用作电接触来接触垫片或集成电路、PCB-s、插入机构、空间变换器和探针芯片上的I/O端子。通常利用光刻进行构图的微型应力金属薄膜弹簧包括一个与基底连接的固定部分，也称为簧片部分，以及一个上升部分，也称为自由部分，该上升部分最初与基底连接，当其释放时由于弹簧中的应力梯度，会远离形成三维结构的基底伸展。典型地，在不同的处理条件下利用溅射或电镀，通过连续地淀积多种薄膜层在薄膜中形成应力梯度。图1a示意性地示出了一种典型的应力金属弹簧的实施方案，该弹簧包括一个与电接触关联的簧片部分101或与基底连接的端子或电气元件103，以及一个具有弹簧尖端105的自由部分104。在U.S.专利No.5,613,861(Smith)和申请号为PCT/US00/21012(Chong，Mok)的专利中公开了这种结构的实例。

其它类型的弹簧包括离散弹簧，它可以单独地或成群地制造，然后安装在基底上，例如那些在晶片测试或预烧组件中使用的基底，或者那些包括集成固态器件例如半导体器件的基底。此外其它类型的这种弹簧是悬臂弹簧，可以利用光刻在基底上一起制造，正如在专利文献例如PCT01/48818、PCTWO97/44676、US专利6,184,053和PCT WO01/09952中所提到的。可以在牺牲的基底上单独或成群地制造这些弹簧中的一些，然后安装到在晶片测试或预烧组件中使用的基底上，或者安装到那些包括半导体器件的基底上。图1b是典型的在牺牲层上制造的利用光刻进行构图的独立式悬臂弹簧，其包括在一个端部与基底203的电接触垫片202连接的基座区201，在弹簧的另一端的接触尖端区204，以及连接基座201和接触尖端区204的弹簧的中心主体205。这种弹簧中的问题在于它们太长了。对于测试和一些目前的以及下一代集成电路中的预烧来说，期望的是更短和更小的弹簧，其包括具有非常小的间距例如20-50μm的触头垫片。

在专利文献中已经说明了一些利用光刻处理制造更短的弹簧，以便增加更厚的金属涂层的方法。在申请WO01/48870中描述了一种方法。该方法使用电镀光致抗蚀剂以允许在独立式弹簧的顶部电镀金属。然而，在需要用来探测具有垫片间距小于150μm的ICs的尺寸上，该独立式弹簧没有足够的强度来保持后部的光致抗蚀剂，并不会为了依顺性显著地降低要求的探针高度。在光处理中的任何不均匀还会导致不均匀的弹簧高度，在测试中这会不满足处于IC垫片上必须的均匀性要求。

此外，在申请(WO01/48870)中描述的方法在电镀之后控制上升高度方面也有问题。具有独立式弹簧的目的之一是提供框架或基底来支撑更厚的电镀金属。如果仅在一个侧面电镀弹簧，那么由于在电镀薄膜中的应力，弹簧会弯曲成不同的上升高度。如果薄膜是可伸展的，它会向上弯曲，而如果薄膜是加压的，它会向下压。对于测试ICs需要的容差和弹簧上升均匀性来说，难以控制这两种应力条件。此外，可压缩弹簧比可伸展弹簧强度更大，具有压缩电镀薄膜的弹簧减小上升高度到这一点，使得弹簧没有足够的依顺性来使有用的探针静止。还有一个限制是在电镀之前独立式弹簧可以上升多高，以便补偿该压缩效应。探针需要以小于90度的角度与IC电垫片接触。增加上升高度容易导致弹簧缠绕自身对基底产生一个360度的圆。因此由该专利申请教导的处理不能满足控制IC测试需要的弹簧阵列的上升高度的均匀性的要求。

在申请WO01/48870中建立探针的方法是在电镀弹簧上设置一个尖端，并将在牺牲基底上制造的弹簧安装到第二互连基底上。这种安装处理增加了位置布置误差，并且制造起来比这里在本发明中描述的全部集成连接的按钮尖端更为昂贵。

在专利号为U.S.6,528,350中描述的另一种方法可以保持光致抗蚀剂涂层例如掩模与弹簧分离，并使用独立的释放层，以允许电镀弹簧的独立部分。对于那些释放掩模停止在邻近弹簧的基座且不沿着弹簧的基座伸展的情况，在电镀过程中与基座区相比，靠近基座的弹簧自由部分的厚度和宽度变得更大。因此，在机械上弹簧的独立部分在基座区的附近更加脆弱。由于在该区域的挠矩最大，因此当在IC测试过程中施加一个力给弹簧尖端时，弹簧会提早地折断，因此不能满足在IC生产线中需要的探针寿命要求。对于在US6,528,350中描述的另一种方法，在电镀过程中在光致抗蚀剂掩模不能覆盖弹簧的独立部分以及一部分簧片部分的情况下，在宽度上仍然存在易于折断的不连续。掩模对准和弹簧释放处理的控制也会引起导致不均匀电镀以及在上升均匀性方面的变化的严重问题。在该处理中的另一个主要问题是由于相对薄的释放层和应力金属薄膜的高电阻率，其中电镀电流可以从释放层和金属膜中通过。在基底边缘处该电流密度随着离电源连接点的距离而广泛地变化。因此，电镀薄膜的特征例如微观结构、厚度、应力等等在弹簧的不同区域广泛地变化、因此，该处理不能产生具有相当均匀且可控的特性，例如对于有效的IC测试必须的上升高度。

这里本发明包括几种装置，以绕开与上面两种方法相关的问题，并提供多种解决方案，从而允许制造适合于满足晶片级IC测试的严格要求的弹簧阵列。在其它情况中，本发明允许制造具有相对均匀的上升高度和特性以及耐久性的弹簧阵列。例如，它提出封装包括具有平衡应力的电镀薄膜的弹簧芯，既封装独立部分又封装簧片部分，从而在电镀之后允许保持具有适当均匀的弹簧高度。在另一种教导中，它显示了一种方法，以便有选择地电镀弹簧而不使用任何光致抗蚀剂掩模。

在测试过程中微型接触弹簧经过大量的接触操作，并使弹簧经受不同水平的应力包括周期应力。此外，在使用接触弹簧来连接两个元件例如芯片与芯片载体的组件中，弹簧在使用和操作过程中经受应力。要求弹簧可以承受这种应力而不会失效。然而，我们观察到微型弹簧例如那些尺寸为大约400μm×60μm×20μm的弹簧通常在10,000次接触且接触力超过大约1gf之后开始失效，也就是发生弹性变形和/或折断。失效的一个主要原因是产生的交变应力超过了弹簧材料的疲劳强度。该疲劳强度表示在交变应力水平上材料能够承受的循环的规定次数。典型地它是材料的屈服强度的一部分，其对应于塑性变形的开始，即瞬间永久变形。由于通常要求超过大约1gf的力在具有低接触电阻的铝片上进行反复的接触，正如在我们的实验中所观察到的，因此必须显著地增大弹簧失效的电阻，以改进弹簧的性能和质量。具有更大的截面的弹簧能够承受相似的或者更大的力而不会失效，这是因为得到的应力更低，但是这限制了能够建立弹簧的间距。

对于一些操作，例如器件的预烧，要求接触弹簧在升高的温度例如大约100℃下与器件端子连接。还可以要求这种接触允许在操作过程中通过相对高的电流例如250-500mA。在这种条件下接触电阻应该非常低，例如0.1毫欧，使得弹簧的接触尖端区不会由于过热而损坏。一种实现低接触电阻的方法是通过增加弹簧的厚度增加接触力。然而，更大的接触力增大了在弹簧主体中形成的应力，特别是在基座区附近，因此在反复的接触过程中增大了弹簧提早失效的可能性。

此外，在反复的接触过程中来自电接触垫片或端子的材料容易粘着在弹簧尖端上。在垫片材料粘着在弹簧尖端的情况下，会增大接触电阻，或者当暴露在周围条件下时，垫片材料容易形成粘滞化合物，在反复接触之后电接触会退化。这也会缩短弹簧的使用寿命。因此优选地接触尖端结构应该由不会牢固粘着在接触垫片或端子上的材料制成。

因此期望的是一种装置，用于使小型化要求中的微型弹簧的屈服强度和疲劳强度最大。

还期望的是一种装置，当反复接触时可以使接触垫片材料与弹簧尖端的粘着力最小，且大体上不会影响弹簧的可靠性和电导率。

期望的是一种方法，用于制造具有对依顺应力的高阻力的弹簧，从而产生均匀的弹簧高度并提供耐久的尖端结构。

发明内容

本发明提供一种方案，以便增加微型接触弹簧的屈服强度和疲劳强度，并可以超小的间距制造弹簧阵列。本发明还公开了一种方案，以便使在反复的接触过程中接触垫片材料与弹簧尖端的粘着力最小，而不影响微型弹簧的可靠性。此外，本发明还提供了一种方案，以便制造允许通过相对更高的电流的弹簧，并且不会显著降低它们的使用寿命。此外，本发明提供一种方案，用于制造耐用弹簧来将芯片焊接端子连接到相应的基底的输入-输出垫片，其中为了可靠的封装制造该基底包括无机或有机材料。可以通过使用例如焊料或包括各向异性地导电粘合剂薄膜的导电粘合剂来促进连接。

根据本发明的应力金属弹簧包括一个多层薄膜结构。该薄膜具有大体上比相应的松散材料更高的屈服强度和疲劳强度，因此在测试或预烧中这些弹簧可以反复接触，而没有任何显著的塑性变形，即便要。

已经发现将压缩的应力薄膜淀积到芯膜上有利于增加弹簧的使用寿命。这也允许制造能够在电接触垫片或端子上施加大的作用力的应力金属弹簧。

利用组合物中的分级变化在两种不同材料之间的接触面上连续地或者最后分散的步骤中淀积薄膜，使得一般地弹性模量从弹簧表面到弹簧芯的深度单调性增加。在反复的接触过程中，这种得到的弹簧具有明显增加的使用寿命。

已经发现合适的材料和/或处理有利于增加多层结构中的接触面强度。优选地在相邻的薄膜中使用相似晶格参数的材料，并使用非晶体的或超小水晶薄膜作为接触面。可以利用两个相邻层的材料的“同步”或两个相邻层的材料的合金来形成接触面。

优选地薄膜的自由部分的厚度的范围在4-35μm中，这允许弹簧尖端和接触垫片或由不同材料制成的电接头之间的可靠并且较低的电接触电阻。

在测试或在相对高的电流下预烧的过程中，优选地使用在多层薄膜结构中至少一种高导热性薄膜来散热。

已经发现在淀积构成弹簧结构的薄膜的过程中，改变处理参数有利于提高弹簧质量和可靠性。例如，使用适当的微观结构特征例如小于200nm的超小粒度，将包括弹簧芯的涂层的薄膜淀积，从而增加弹簧的屈服和断裂韧度。

大体上可以降低用于保持弹簧和接触垫片之间良好电接触而使用的力。对于在铝片(Al)上的接触来说，合适的作用力的范围是0.8-10.0gf。对于由金、铜或焊锡制成的接触垫片来说，用来保持良好电接触的作用力更小。利用光刻上进行构图的这种低作用力微型接触弹簧极大地促进了探针板组件的形成，其中该探针板组件包括探针芯片，也就是用于测试和预烧以及封装的具有连接了探针弹簧的基底，以便与IC端子、插入机构和组件支架接触，通过使用这些低作用力弹簧，由于使弯曲、缠绕和对准问题减到最小，因此可以极大地简化组件。

提高弹簧的使用寿命的方法包括使表面粗糙度最小的方案。

已经发现改变弹簧尺寸例如宽度和厚度也有利于提高使用寿命。在一个实施方案中，弹簧的自由部分为锥形。

本发明还提供一种价格低廉且有效的方案，以便在应力金属弹簧、电路追踪和电接触垫片上电镀上覆的薄膜，而不使用任何掩模。

在一个实施方案中，弹簧尖端区也可以称为可按压的弹簧尖端，可以利用光刻处理有选择地涂覆一层材料，该材料可以使在反复接触过程中接触垫片材料的粘着力最小。在从基底释放弹簧之前增大弹簧尖端区的厚度。

在另一个实施方案中，在根据需要提升和电镀弹簧之后，将光致抗蚀剂涂覆并进行构图，从而允许选择的尖端区的涂层具有一层材料，该材料可以使在反复接触过程中接触垫片材料的粘着力最小。

可以将用于应力金属弹簧的技术方案应用于其它类型的悬臂弹簧。一种实施方案是应用于其它的悬臂弹簧，在弹簧接触尖端区具有或不具有带按钮的接触结构。可以选择多层薄膜并按照特定规则顺序淀积，从而可以制造坚固的具有高耐久性和增加了使用寿命的高性能弹簧。该规则要求选择薄膜，并顺序地以这样一种方式淀积，使得弹簧外层的弹性模量比内层的弹性模量低，并且从弹簧的表面层到弹簧的最内层弹性模量逐渐增加。

在另一个实施方案中，使用适当的微观结构特征例如小于200nm的超小粒度，将包括无应力的金属悬臂弹簧的薄膜淀积，从而增加弹簧的屈服和断裂韧度。

在另一个实施方案中，无应力的金属悬臂弹簧层包括至少一个具有固有的压缩应力的淀积薄膜层。

按照相同的原理，可以制造具有增加了耐用性的和更高强度的更短的弹簧。

本发明可以应用于测试和各种类型的固态器件例如硅和III-V族的器件、显示器件、表面声学器件、微-电子机械(MEMS)器件的预烧。

此外，本发明还可以应用于封装，其中电气元件的电接头与相邻基底的相应接触垫片连接。

附图说明

图1a是表示根据现有技术的典型应力金属薄膜弹簧的示意图；

图1b是表示根据现有技术的典型悬臂弹簧的示意图；

图2是表示薄膜以及相应的松散材料的应力应变曲线图；

图3a和图3b是表示根据本发明的具有多层结构的应力金属薄膜弹簧的示意图；

图4是表示根据本发明的一个实施方案具有多层结构的应力金属薄膜弹簧的示意图，其中该多层结构包括至少一层高导热性薄膜；

图5是表示根据本发明的一个实施方案的弹簧设计和制造的一种方案的示意图，其中使用了金属填充的通路、绝缘的聚合物薄膜和电气追踪；

图6是根据本发明在通路上形成的应力金属薄膜弹簧如果与基底的后部电连接的示意图；

图7是根据本发明形成并进行电镀来提高强度的应力金属薄膜弹簧的示意图；

图8是根据本发明使用光致抗蚀剂涂覆的电镀应力金属薄膜弹簧的示意图；

图9是根据本发明使用带图案的光致抗蚀剂、并暴露弹簧尖端的电镀应力金属弹簧的示意图；

图10是根据本发明具有电镀在尖端的暴露部分上的接触尖端材料的电镀应力金属弹簧的示意图；

图11是根据本发明去除光致抗蚀剂之后具有接触尖端材料的电镀应力金属弹簧的示意图；

图12a是表示根据本发明的一个实施方案具有变化的锥形宽度的应力金属弹簧的示意图；

图12b是表示根据本发明的一个实施方案的锥形应力金属弹簧的示意图，其中尖端区涂覆有接触材料；

图13是表示根据本发明在交错阵列中具有接触尖端材料的电镀应力金属弹簧的示意图；以及

图14a和图14b是表示根据本发明一个实施方案典型的独立无应力金属悬臂弹簧的两个截面图的示意图。

具体实施方式

利用薄膜或者离散元件制造技术例如引线接合法可以制造微型弹簧。一般地，为了使弹簧在大范围的应用中表现令人满意，在测试或预烧或在组件封装过程中要求材料的屈服强度比施加给弹簧的应力更高。我们已经观察到由于弹簧材料的屈服强度比施加的应力小，许多薄膜应力金属弹簧在测试过程中会塑性变形。典型地应力金属薄膜包括由结实的诸如钼(Mo)或其合金、钨(W)或其合金的材料组成的芯膜，以及附加的上覆薄膜涂层，例如镍或镍-钴(Ni-Co)合金薄膜。这些薄膜中的一些相对较厚，典型地厚度为4×10³-10⁴nm，这是为了增加需要用来由弹簧施加给接触表面的作用力以获得良好电接触所必需的。为了确保弹簧令人满意的性能，这种薄膜的高屈服强度是必须的。

由于可以在基底或电气元件上使用薄膜/IC或MEMS技术批量制造由本发明形成的应力金属弹簧，因此这里描述的弹簧特别适合于测试、预烧和封装(包括三维封装和芯片与芯片载体的连接)应用，这些应用包括探针板、插入机构、空间变换器、PCB-s、晶片、电气元件和具有高度小型化的接触垫片或间距范围在3-100μm的I/O端子。现有技术大多数都不适合这种应用。相应的弹簧或弹簧端子的尺寸也非常小，典型地范围是长度从10到1,000μm，宽度从3到500μm，厚度从0.1到40μm。典型地上升芯部的卷曲半径是20-2,000μm。应该注意也可以使用本发明的教导来制造上述尺寸和间距范围之外的弹簧或弹簧端子。还应该注意本发明的教导既可以应用于应力金属弹簧和也可以应用于任何其它包括薄膜的微型弹簧。

在本发明的一个优选实施方案中，使用多层非常薄的膜(每层的厚度小于大约1.5-2μm)来制造弹簧，以增加薄膜弹簧材料的屈服强度。这对于在薄膜弹簧芯上增大涂覆层尤其有用。示意性地如图2所示，薄膜的应力应变曲线与那些相应的松散材料大大的不同。该薄膜中的材料具有更高的屈服强度，即在失效之前，薄膜可以在更高的应力以及相对更小的塑性变形下保持它们的弹性，正如与在松散形式中的相同材料所对比的。随着薄膜厚度的增加，当超过大约2μm时，例如薄膜越来越表现出松散应力应变特性。因此，更厚的弹簧的弹性极限比更薄的弹簧的弹性极限小。此外，非常薄的薄膜的粒度通常比相对厚的薄膜更小，这也会导致屈服强度和疲劳强度的增加。这样，具有更薄的薄膜的弹簧就更加结实。

在该优选的实施方案中，特意将原子排列中的不连续性引入到两相邻薄膜之间的接触面，使得这两个薄膜保持它们各自的机械特性，并且该接触面阻止了缺陷从一个薄膜传播到另一个薄膜。在将薄膜淀积成要求的厚度之后，改变淀积参数是实现上述布置的一种方法。另一种设计该接触面的方法是顺序淀积两种不同的材料彼此相邻。这包括为了增强在接触面处的连接，使用两种不同的材料，例如在两相邻层中具有相近晶格参数的铜和镍。应该注意如果这两个相邻层的晶格参数不是彼此非常地接近，该图表也是有用的。通过使用这种图表，可以淀积多层薄膜，以便形成期望的弹簧薄膜厚度。优选地弹簧的顶层是薄膜结构，该薄膜结构在存储或操作以及接触材料粘着弹簧表面的过程中可以抵抗环境退化。在图3a和3b中示意性地示出了该实施方案，其中A、B、C等等表示不同的材料。在表示相同的材料但是使用了不同的处理参数的淀积来形成的下一个相邻层中，使用星号来表示相邻层，例如A和A^*。

如果需要可以在相对低的温度对以这种方式形成的多层弹簧退火一小段时间，例如150℃下退火10分钟，以便促进相邻层之间的连接和薄膜中内部应力的松弛，从而赋予弹簧附加的强度。

在该实施方案的变化中，可以改变淀积条件在两个相对更厚的薄膜层(大约≤2000nm)中来形成非结晶或结晶薄膜(小于大约200nm)，从而促进相邻层之间的连接。这种在中间的材料的连接的实例是金、银、镍、铜等等。

可以使用各种淀积技术来淀积多层薄膜，例如物理汽相淀积(例如溅射或CVD)、电解沉积和化学汽相淀积。在弹簧的一个特定实施方案中，该弹簧适合于与接触垫片或各种材料的端子保持良好的电接触，且弹簧由厚度为大约1-4μm的钼-铬薄膜的溅射淀积的芯组成，同时在厚度(压缩的底部到拉伸的顶部)上具有应力梯度。在释放弹簧的自由部分之后，利用薄膜淀积技术例如电镀技术(直流电和/或脉冲淀积)，可在芯部的所有侧面上淀积多层薄膜例如覆盖在芯部上的镍或其合金，得到大约18-35μm的总体弹簧厚度。电镀的和无电镀的电解沉积技术是涂覆芯膜的优选技术。脉冲电镀(即一种电解沉积的方法)对于涂层特别地有用，因为它容易形成更密集的薄膜。也可以使用组合物调制的电解沉积技术淀积多层薄膜。

我们已经发现对于具有厚度为1-45μm的自由部分的应力金属弹簧，无论是由多层非常薄的薄膜(厚度小于大约2μm)组成或者由相对更厚的例如大于大约2μm的薄膜组成，都非常适合于与各种材料保持良好的电接触，这些材料包括在不同的基底上的电接触垫片或电接头或电气元件。对于制造弹簧的自由部分的优选厚度范围是4-35μm。在这些弹簧的自由部分的端部处的尖端之间可以获得极好的电接触(非常低的接触电阻)，该电接触在该优选的范围中具有合适的厚度，以及电接触垫片或端子，这些电接触垫片或端子主要包含金(Au)、铜(Cu)或者通常使用的无铅或含铅焊锡或铝(Al)。

在另一个同样优选的实施方案中，弹簧的失效电阻由具有相对薄的例如0.2μm或相对厚例如10-15μm的薄膜的不同薄膜组成，并大体上会由于电解沉积而增加，例如由于在芯膜上以这样一种方式电镀薄膜，使得所有的或者至少相对厚的上覆薄膜，特别是那些在弹簧表面附近的薄膜保持在压缩应力下。这意味着整个弹簧设计成预加应力。为了保持预加应力的状态，上覆层和芯材料应该具有抵抗塑性变形的高弹性极限。此外，不同薄膜层之间的接触面也应该坚韧。在一个典型的实施方案中，具有压缩应力的上覆薄膜由镍组成，在钼-铬芯膜的每个侧面上的厚度为大约10μm。利用合适的淀积条件例如电解沉积池中的添加剂浓度可形成这种薄膜。得到的弹簧可承受多次按压而不会失效。弹簧失效的原因之一是当其被按压与电接触垫片或端子接触时，在弹簧表面中形成了高的拉伸应力。一般地材料的疲劳强度在拉伸平均应力下比在压缩平均应力下的疲劳强度小。当弹簧被按压与接触垫片或端子接触时，该描述的方案可使在弹簧表面中形成的拉伸应力减到最小，这样增加了弹簧对失效的抵抗。这个图表和在下文中描述的图表还允许制造和使用薄应力金属薄膜弹簧，该弹簧具有相对大的总体厚度，对于一些应用来说这有利于在电接触垫片或端子上产生需要的高接触作用力。

应该注意整个弹簧可以设计成被预先施加应力。优选地利用压缩应力可实现预加应力。然而，这个范围可以是低的拉伸应力到压缩应力，例如从拉伸应力30Mpa到压缩应力70Mpa。对于相同添加剂浓度而不同厚度的镍电镀来说应力是不同的。更薄的薄膜应力更高。例如，对于厚度为1.5μm的薄膜，压缩应力为大约70Mpa。对于厚度范围在25-1.5μm的压缩应力的范围是大约6-70Mpa(压缩)，在具有相同的添加剂浓度的电镀镍弹簧中可以形成该压缩应力。因此对于不同的镍薄膜厚度通过改变添加剂浓度可以调整应力。

在电镀溶液中添加剂浓度变化的另一个效果可反映在电镀薄膜的粒度上。对于目前具有增加的添加剂浓度的电镀弹簧来说，已经发现其粒度是更早电镀的具有更小添加剂浓度的试样的五分之一(20％)。更小的粒度增加了薄膜(d^1/2相关)的屈服应力。这在反复的接触过程中对于增加弹簧的使用寿命是一个重要的作用因素。在薄膜例如上覆在弹簧芯上的镍膜中的粒度直径的优选范围是3-500nm，典型的优选值是50nm。由于粒度变得更加各向等大，因此电镀上覆的薄膜似乎更加坚韧，例如更大尺寸的粒度与更小尺寸的粒度的比率小于2。

在另一个同样优选的实施方案中，可以通过这样一种方式选择淀积多层层叠的薄膜材料，无论其是由相对厚的例如大于大约2μm的薄膜组成或者由非常薄(小于大约2μm)的薄膜组成，使得将具有更低的弹性模量的薄膜淀积在弹簧表面附近，并且将具有越来越高的模量的薄膜朝芯部淀积。在该实施方案的变化中，以这样一种方式选择薄膜并淀积在芯部上，使得从弹簧表面到弹簧芯，也就是在组合物中的分级淀积中弹性模量是相当连续地增加。可以使用在两种不同材料之间的接触面上的组合物中的分级变化以及从弹簧表面到芯部的弹性模量或者连续地或者在最后分散的步骤中在临界位置分配应力，从而抑制永久性损坏的开始。在这些结构中，当弹簧被按压以与接触垫片或端子保持电接触时，由于在表面下方更高的模量从表面向弹簧内部传播应力，在表面处导致损坏的成核作用的临界拉伸应力在表面处更低，这降低了在反复的接触过程中在弹簧表面处产生裂纹的可能性，因此增加了弹簧使用寿命。作为该实施方案的实例，弹簧表面层(即覆盖层堆叠的外表面)由钯合金(例如包括镍、钴、或铂)、金合金(例如包括镍或钴)、铂合金等等组成；而靠近弹簧芯的薄膜层例如钼-铬由镍或镍合金例如镍-钴组成。镍中的钯或金的含量越高，弹性模量越小。这样，在另一个实例中，通过在芯膜上淀积具有更高的弹性模量的镍或其合金例如钼-铬，然后淀积包含镍的上覆薄膜的连续层，该镍薄膜中包含含量增加的钯，从而增加弹簧使用寿命。在这种情况下外部薄膜包含相对较高含量的钯，例如10-50w％的镍和90-50％的钯。对于分级薄膜，正如上面所提到的，从芯部到表面连续地改变在镍中的钯的含量。通过在淀积处理过程中改变常规淀积技术例如电解沉积的淀积参数可以实现这一点。芯部材料可以是具有比其它薄膜更高的弹性模量的材料。

可以使用各种材料组合在应力金属弹簧芯上制造多层薄膜层叠。这些材料组合既可以应用于非常薄的(小于2μm)，又可以应用于相对厚的例如2-20μm的单个组成薄膜。这种组合由下列各材料的组群中选择，包括：镍、金、银、铜、钴、铑、钌、铂、锇、钯、锡、钨、或它们的合金，例如镍-钴、钯-镍、钯-钴、钴-铂、金-铂、钯-铑、镍-磷、镍-钼、镍-钴-钯、镍-磷-钨、等等。固溶体包括至少两种材料，例如钨含量小于大约12％的镍，或者钼含量小于2％的镍，或者铜-铑-钯或钯-镍或钯-钴、或镍-钴或钴-铂等等，由于这些固溶体增强了薄膜的机械特性，因此它们是较佳的用来制造多层薄膜堆叠的候选材料。

特别地多层薄膜适合于在测试和预烧处理过程中与端子/接触垫片电接触，其中在测试和预烧处理过程中需要通过相对高的电流。在工业中通常的操作是在250-500mA的电流水平与端子垫片偶尔探针接触。由于在接触区域产生了过多的热量，所以经常导致接触失效。热流模型显示最高的温度在弹簧尖端区附近。在一些情况下也观察到弹簧尖端区的融化。本发明中示出了在多层堆叠的薄膜中添加良好导热的薄膜，例如具有典型的厚度为0.75-2μm的铜，可以克服这个问题，其中弹簧由该多层堆叠的薄膜组成。铜的存在允许热量迅速从尖端区散逸，由此使在测试或预烧过程中的损坏最小。当然，为了这个目的也可以使用不同的厚度，例如大于2μm的良好导热薄膜。

图4是表示这种为了提高导热性包括铜膜的弹簧指状元件的示意图。或者除了铜之外，也可以使用其它高导热性材料来代替，从而提高从弹簧尖端的热散逸。高导热性材料的实例有：金、银、铝等等。在该方案中，可以在弹簧上升之前或之后淀积具有高导热性薄膜。如果在上升之后电解沉积薄膜，则可以在芯膜的周围淀积高导热性薄膜。如果在弹簧的一个侧面上或者仅在尖端区和尖端区附近淀积薄膜，则可以在弹簧上升并构图之前进行淀积。

如果使探针尖端与接触垫片的电接触电阻最小，将使弹簧尖端附近高温的增加最小。还可以通过增加由探针尖端施加给接触垫片的作用力来减小接触电阻。我们发现当接触可靠且稳定时，弹簧尖端和接触垫片或端子之间的电接触电阻小于1π。对于良好的电接触和良好的热散逸来说，优选值的范围是大约≤0.1-0.20hm。

在本发明的另一种实施方案中，通过增强不同薄膜层之间的接触面防止缺陷传播，以及通过增强两相邻薄膜层之间的良好连接，从而增强薄膜弹簧防止失效。

例如，通过在钼-铬淀积的端部同步镍，可以显著地增强弹簧芯材料钼-铬和相邻的镍薄膜层之间的接触面，并且可以使在接触面上的两层之间的连接更加牢固。该同步可以如下实现。就在钼-铬淀积之前，开始镍淀积。然后钼-铬淀积率逐渐变化为0，同时适当地调节淀积参数以增加淀积率。随后利用其它方法例如电解沉积，在芯部上进行镍或其合金淀积，在芯部的镍表面上淀积镍或其合金。结果得到坚固的连接结构，并增强了接触面强度。这种接触面设计还可以用来增强两相邻电解沉积的薄膜层之间的接触面质量。在这种情况下，在电解沉积的薄膜A的淀积端部附近，然后淀积另一层电解沉积的薄膜B，利用合适的处理参数可以淀积A_xB_1-x合金。

在本发明的另一种实施方案中，涉及电解沉积以便在弹簧芯上淀积薄膜涂层，在淀积过程中间歇地改变淀积参数，从而提高涂层薄膜的质量。公知的是电解沉积相对厚的薄膜材料，在薄膜顶部附近的薄膜层中经常显示出增大的多孔性，典型地在厚度超过大约1.5-2μm处。因此，改变薄膜参数例如从直流电镀变成脉冲电镀，或者在淀积过程中改变电流密度，从而显著提高薄膜的质量。在电解沉积过程中改变淀积参数能够改变微观结构，例如粒度、和淀积物的结晶结构以及薄膜应力。

图5是表示根据本发明的另一方面应力金属弹簧设计和制造的一种方案的示意图，其中501表示电垫片，502表示填充了金属的通路，503表示绝缘薄膜，例如聚合物薄膜，504表示电气追踪，505表示释放层，506表示电镀薄膜，507表示弹簧芯，508表示在表面的电镀薄膜，和509表示基底。这种设计允许以减小的作用力保持良好的电接触，从而增加在反复的接触过程中对失效的抵抗。结构的疲劳寿命是施加应力的强函数。因此，迫切期望的是以低接触力实现较低的稳定接触电阻，并在更小的尺寸结构中得到更低的应力，从而增加弹簧的使用寿命和性能。也可以使用一些以不同于本发明的方式制造的微型弹簧来测试或预烧电子元件，据说要求的接触力范围是2-150gf。在几个实验中，我们发现如图5所示根据本发明的具有基本结构的应力金属弹簧能够在极小的作用力下保持良好的接触。在这些实验中，在所有侧面上上覆芯膜的一些薄膜例如镍或镍合金并不是非常薄，例如厚度大于2μm，且弹簧的外表面涂覆有相对坚硬的、环境稳定材料，例如钯-钴或铑。然而，在这些弹簧和铝(最难以与其保持电接触的材料之一)之间的接触处像1.4gf这么小的力会产生良好的、低的且稳定的接触电阻。实际上，我们发现对于这些弹簧和铝之间的优选电接触来说，优选地作用力应该保持在大约0.8-10.0gf的范围中。更高的作用力容易损坏接触垫片501，更低的作用力不能够反复透过表面氧化物。为了接触其它材料，例如金、铜和焊锡，这些材料不会像在铝上那样形成粘性氧化物，需要用来保持良好电接触的作用力明显更小，例如0.2gf。我们已经在探针弹簧和金接触垫片之间以0.01gf这样低的作用力获得了良好的电接触。如上所述，建立具有低接触电阻的良好电接触还允许在更高的电流下测试电路或器件，而不会由于高热量问题导致弹簧质量明显退化。因此，对于测试或要求通过更高电流的预烧来说，具有如图5所示的结构的探针弹簧是期望的。类似的具有多层结构的弹簧由非常薄的薄膜组成，例如小于2μm，这些弹簧也适合于这种测试或要求通过更高电流的预烧。

如上所述，以非常低的作用力保持弹簧和接触垫片或端子之间良好的电接触的能力具有许多优点。利用微电子工业在深次微子集成电路中引入铜金属化和低电介质常数的材料为在测试和芯片的预烧过程中低作用力的探针接触打开了大量的需求。低的k电介质材料相对较脆。因此这里描述的弹簧结构特别适合于应用到包括铜膜和低电介质常数的材料的电路上。这些弹簧可以在铜上以相对低的作用力例如小于1gf保持良好的电接触。所以使损坏电路元件的变化减到最小、

低作用力接触的另一个优点与插入机构的制造相关。正如现有技术所公知的，探针板组件常常在探针芯片(或空间变换器)和负载板(与测试器连接的PCB)之间使用插入机构，以便建立要测试的IC和测试器之间的电接触。对于目前在市场上可以得到的探针板组件来说，由每个插入机构弹簧施加的作用力相对较高，例如15-30gf。由于接触端子通常由不同于铝的材料例如金组成，因此具有由本发明制造的微型应力金属弹簧的插入机构能够在极低的作用力例如0.005-2gf下与相对的接触端子保持电接触。这种小的接触力可以由这些仅仅由芯部材料例如MoCr组成的弹簧施加，而不需要电镀。当然，在一些应用中为了增加弹簧的电导率或者机械性能，例如弹簧尖端的耐磨性，相对薄的电镀层是优选的，例如具有金。由于低作用力的接触弹簧，极大地降低了由具有成千上万个弹簧组成的插入机构施加的总作用力。因此，由于使弯曲、缠绕和对准问题减小了，因此对于探针板组件的结构来说，该探针板组件包括用于测试和预烧以及封装的探针芯片、插入机构和组件支架，使用本发明利用光刻带图案的微型应力金属弹簧可以极大地简化，这是由于使用了这些低作用力弹簧。由于这种低作用力，该低作用力由本发明的弹簧施加给触点，以便建立良好电接触，用于组件的庞大的机械支撑甚至插入机构都可以具有许多应用。因此使用这里描述的低作用力弹簧，可导致屈服和可靠性的明显增加，并降低成本和复杂程度。

增加弹簧的厚度能够增加在接触垫片或电接头上的弹簧接触力是公知的。可以利用数学表达式计算作为弹簧尺寸的函数的作用力。在应力金属弹簧中，芯材料例如钼-铬的厚度典型地保持小于大约5-6μm，以便促进弹簧自由部分沿其在基底上的图案上升。然后将薄膜淀积在弹簧上，例如使用电解沉积，从而为要求增大接触力的应用增加其厚度。由于弹簧的非平面结构，因此利用光刻或其它方法在弹簧上选择地淀积附加的薄膜非常复杂，并且成本很高。在本发明中，通过电解沉积更加简单并且有效的方案可以用来在弹簧以及电路追踪上淀积不同的薄膜，如果需要。该方案不需要使用任何掩模。在这种情况下通过敷层淀积导电薄膜在弹簧上或者后部对薄膜构图，从而提供更好的电流密度控制，与弹簧阵列的电接触由基底509的后部构成。使用通过基底的通路例如502来建立电力连续性，该基底中填充有与弹簧、粘附层505、弹簧金属507、追踪例如504、或者接触垫片例如501电接触的导电材料。因此，薄膜仅仅淀积在导电表面上，该导电表面在基底的背部与电源的适当端子电连接。该图表允许在上升的弹簧的所有表面有选择的电镀，从而封装弹簧和电镀、追踪以及未覆盖绝缘材料的其它金属结构。优选的基底包括无机材料，例如陶瓷、石英、硅、玻璃。在本发明的范围中，也可以使用包括有机材料，例如聚合物环氧树脂、FR4和聚酰亚胺的其它基底。后一组基底的实例是使用FR4、Dupont’s Thermount和Nelco’s N4000的印刷电路板。

早先的文件(WO01/48870)也提出了在上升的应力金属弹簧上电镀金属。然而，由于非平面结构，它们使用复杂的光致抗蚀剂图案电镀在上升弹簧的一个表面上的材料。在我们的工作中我们发现该方法对于制造处理来说根本没有效果，因为主要在弹簧芯材料的一个表面上的电解沉积的薄膜中存在的应力会影响弹簧的上升高度。此外，明显地由于表面张力效应，并且弹簧芯做的非常薄，以允许适当的上升，所以淀积在弹簧的自由部分和基座上的光致抗蚀剂容易将上升部分向基座不可控制地拉伸。结果，这种方法不适合于获得再现性并控制弹簧阵列的上升高度。在本发明中，通过在弹簧芯上电解沉积材料包膜可以消除这个问题，而不需要使用如图5所示的任何光致抗蚀剂掩模。在这种情况下，弹簧芯的两个侧面上的应力也相当平衡，由此使由于电镀导致的弹簧上升高度的变化最小。为了利用基底通路形成覆盖所有芯部表面(以及其它围绕弹簧的导电表面，如果需要)的电镀表面包膜，以便建立与放置弹簧的表面相对的基底-表面的电连接，因此弹簧芯的无掩模电镀是非常期望的。

图6表示在电镀之前上升的弹簧，图7表示在电镀之后的弹簧。为了保持合适的电镀薄膜应力，重要的是补偿由于上升弹簧的区域的变化而在电流密度中产生的变化。必须对电流源编程以控制薄膜中的应力，从而补偿薄膜厚度中的变化，该变化会降低电流密度。

当经过大量的接触例如100,000次时常常遇到的问题是在应力金属弹簧尖端区上接触垫片材料的增加。这会影响接触电阻和弹簧的使用寿命，特别是如果接触垫片由铝组成时。使用金属或导电材料(接触金属例如铝不会很好地或者根本不会粘附在该导电材料上)涂覆探针尖端区可使这个问题减到最小。这种涂层材料的实例是铂系材料，包括铑(Rh)、钯和钌以及它们的合金，包括两种或多种添加剂，例如钯-镍、钯-铑、钯-钴、钯-金-铑以及氮化物、铱-金、铱-铂、金-钴、二氮化锆等等。尽管对于低作用力和更低的电流应用，将这种涂层材料的薄膜淀积在探针弹簧的主体上，在应力金属弹簧从基底释放之后，期望的是为了一些应用仅在弹簧尖端区的附近淀积涂层。不将涂层材料淀积覆盖弹簧的全部主体的一个原因是为了在选择涂层材料中具有灵活性，例如为了期望的弹性模量和薄膜厚度，为了选择地涂覆弹簧尖端区。在弹簧的主体上存在的一些具有相对大的厚度的涂层材料会影响弹簧的可靠性。本发明提供一种新的方案，以便使用与集成电路技术一致的技术仅在应力金属弹簧的尖端区上可以控制地淀积这种涂层。在这个方案中，优选地在弹簧尖端区形成由多个导电薄膜组成的“按钮”，以便与电接触垫片或端子接触。在这个方案的一个实施例中，在探针弹簧的自由部分从基底释放之前，将涂层材料如上面所提到的作为最终的上覆层淀积在“按钮”上。因此，使得与后面将弹簧的自由部分上升到合适的高度相关的问题减到最小，因为只有弹簧的一小部分受尖端涂层材料的限制，而其余部分可以自由弯曲和上升。这个方法可以用于更低作用力的弹簧，对于更高的作用力或改进的弹簧电导率(MoCr弹簧很薄并有电阻)，该弹簧不需要附加的厚度。

制造上面提到的具有“带按钮”尖端的弹簧的处理步骤如下。在应力金属弹簧芯膜的淀积物例如Mo-Cr，掩模例如光致抗蚀剂被淀积在芯膜上之后，使用技术例如光刻技术进行构图以便限定弹簧。对弹簧进行蚀刻，去除光致抗蚀剂，进行附加的光处理，使得所有的芯膜表面除了弹簧尖端区之外，保持被掩模覆盖。接着将薄膜例如在后面作为上覆层被淀积在弹簧芯上的铑以期望的厚度淀积在暴露的弹簧尖端区，然后淀积适当厚度例如1-4μm的最终上覆层，该上覆层包括上面提到的涂层材料，例如钯-镍、钯-铑、钯-钴、铑或锡。当然对于本发明使用的涂层厚度的范围也可以更大，例如1-20μm。应该注意在该实施方案的变化中，要淀积到弹簧尖端区上的薄膜还可以由一种材料组成，该材料不同于在后面要被淀积到弹簧主体上的材料。当去除掩模时，利用蚀刻底切该弹簧，并从基底释放弹簧的自由部分。然后淀积上覆的薄膜到弹簧的主体上成为期望的厚度，同时已经形成的弹簧尖端区保持由例如光致抗蚀剂或聚酰亚胺的掩模覆盖。

得到的尖端区的厚度可以设计成近似等于上升弹簧的剩余部分的厚度。随后去除掩模，从而获得在弹簧尖端区具有期望厚度的涂层材料的探针弹簧。尽管可以使用多种薄膜淀积技术来淀积上覆层和最终涂层，但是对于这种淀积优选的是电解沉积。在该实施方案的另一个变化中，也可以在弹簧释放之前选择地在弹簧尖端区上淀积上覆的薄膜，在将淀积的芯膜构图到弹簧指状元件中之后，而不是在将涂层薄膜淀积到弹簧尖端区上之后对弹簧指状元件构图。对于这两个实施方案，其余的后续处理步骤是相同的。

下面描述用于在像图7中示出的提升的电镀弹簧上形成按钮的优选方法。在弹簧从基底上升之后利用光刻技术，使用一种或多种合适的材料选择地涂覆(按钮形成)该弹簧尖端区。在该方法中，使用公知的技术例如旋涂或喷涂或电镀将光致抗蚀剂淀积在上升的弹簧上。优选的方法是在光致抗蚀剂上旋涂。与无电镀弹簧不同，可以将厚的光致抗蚀剂涂覆在弹簧上，因为在芯部上相对厚的材料包膜可以使它们大体上变得更硬。由于该增强的硬度，所以弹簧高度并不会明显地受到涂覆光致抗蚀剂的影响。图8中示出了覆盖光致抗蚀剂的弹簧。为了电镀光致抗蚀剂，使用在基底后部的电接头连接电源，如上所述。后部的端子通过金属化的通路与在基底前部的弹簧连接。然后利用如图9所示的光掩模和光刻技术选择地从包括顶部表面和尖端区的侧壁的弹簧尖端区去除光致抗蚀剂，随后利用常规技术，优选地利用电镀将尖端涂层材料，如上文描述的，例如钯-镍、钯-钴淀积在弹簧尖端区。也可以使用溅射或CVD，在这种情况下，还可以将涂层材料淀积在光致抗蚀剂层上，随后利用常规溶剂将该光致抗蚀剂层和任何不需要的上覆层材料去除，只留下尖端区上的涂层材料。对未覆盖光致抗蚀剂的弹簧尖端区电镀可以大体上覆盖尖端区。对于按钮来说，优选的材料由铂系材料(即钯、铂、铑、锇、钌和铱)、镍、钴、金和银组成。图10示出了这种结构。

在上文描述的处理中，在将相对厚的材料包膜例如镍淀积到芯部上之后，电镀尖端按钮，这可以使弹簧大体上变得更硬。由于该增强的硬度以及被按钮覆盖的相对小的弹簧区域，所以弹簧上升高度并不会明显地受到按钮电镀的影响。

在按钮尖端被电镀之后，去除光致抗蚀剂盛夏如图11所示的最终结构。注意簧片部分516。

为了后部连接在基底中没有金属化的通路的情况下，可以使用在上文中描述的方案的变化，以便选择地将涂层涂覆到弹簧尖端区，随后提升弹簧芯薄膜并淀积上覆的薄膜。在这种情况下，在上升弹簧形成为期望的包括在芯膜上的上覆薄膜的厚度之后，利用诸如溅射或电解沉积或CVD的技术，首先在包括应力金属弹簧的整个基底上将导电材料例如金、银或铜覆层电镀。使用该导电层来为弹簧尖端的电镀按钮提供电连接。然后将光致抗蚀剂淀积在所有的导电表面上。利用光刻技术，如在上文中所描述的，将涂层材料仅淀积在淀积在弹簧尖端区。然后在光致抗蚀剂淀积之前利用湿蚀刻或干蚀刻技术去除淀积的薄导电材料。

图12b表示选择涂覆地具有提高的弹簧使用寿命的弹簧尖端区的特定实施方案，其中1215表示具有保护涂层，例如钯-钴或钯-镍合金等等的尖端按钮。这里弹簧的自由部分1218大体上是锥形的。如后面所讨论的，对于该实施方案，在反复的接触过程中，弹簧的使用寿命大体上增加了，并且在尖端区的涂层材料不会显示出任何明显的退化。

图13是一个视图，它表示使用光致抗蚀剂应用的尖端(电镀)的结果，然后进行构图以便暴露尖端区，并通电镀钯-钴合金选择地涂覆尖端区。对于电气测试或预烧操作，尽管通常只有弹簧尖端的一小部分区域接触探针板测试组件的其它元件上的IC端子或电接触垫片，但是所有的尖端可以大体上由电镀的按钮覆盖。由于按钮材料弹簧尖端的大面积镀层在设计弹簧和测试组件方面具有灵活性。此外，对于封装应用使用诸如焊接的技术将弹簧与电气元件的IC端子或接触垫片连接，由于使用了大体上覆盖弹簧尖端的按钮而得到极大地促进。在这种情况下，可从能够与焊料例如锡形成良好可靠的连接的组中选择按钮电镀材料，包括通常在微电子封装工业中使用的合金、铅-锡或铅-自由焊料。在封装应用中。为了与焊料或导电粘合剂保持接触的按钮材料或弹簧涂层材料的实例是多层堆叠的薄膜，包括铂系材料，例如钯、铂、铑等等，以及钴、镍、金、铜、钴或合金。

通过设计具有变化宽度的弹簧也可以增加应力金属弹簧失效的电阻，其中该宽度从尖端区向指状元件的基座增加。在反复的接触过程中大多数弹簧的折断发生在弹簧的基座附近。因为在与接触垫片的接触过程中，一般地产生的应力在弹簧指状元件的基座附近最高，通过增加基座区域附近的宽度可以大体上降低基座附近的应力。例如，对弹簧的自由部分构图，以便大体上形成梯形形状。对于不变的作用力，通过使该区域更加靠近更厚的弹簧基座也可以实现失效电阻的增加，这也降低了弹簧基座区域附近的应力。

图12a和12b是表示在锥形形状上具有变化的宽度的弹簧的特定实施方案1200的示意图，其中1216表示固定的弹簧基座，1218表示为了相对均匀的应力分布具有锥形的弹簧的自由部分。使弹簧的自由部分1218成为锥形会导致弹簧的失效电阻明显增加。这里的关键在于使弹簧的自由部分1218成为适当的形状，在这种情况下通过削尖，使得弯曲应力沿弹簧1200平均分布。此外，由于削尖增加了弹簧依顺性。因此这种原理允许一种设计方案，以便对于给定的依顺性范围使在最小的应力处的作用力最大。应该注意在某种程度上，在削尖开始之前，基座区(即簧片部分)的平行侧面也可以伸展到上升区(即自由部分)中，例如1218a。图12b示意性地示出了可按压且削尖的弹簧，已经发现该弹簧可以承受大量的接触而不会折断。

在示例性实施方案中，包括自由部分和与基底连接的簧片部分的应力金属弹簧芯元件是具有高弹性模量的材料，例如钼、钼-铬、钨、钛-钨。在提升弹簧的自由部分之后，选择地涂覆该芯元件，以便覆盖其所有的暴露表面。结果得到一个包膜，包括至少一种金属薄膜，该薄膜不使用掩模而是通过使用在尖端中金属化的通孔通路的电镀进行淀积的，从而建立与基底的后部(相对于弹簧侧)的电接触。该包膜可平衡自由部分中的应力，并伸展到簧片部分而没有任何不连续性，这在机械上削弱了薄膜而导致提早折断。典型地，将镍或镍合金淀积在芯元件上。视需要将附加的薄膜例如钯合金薄膜电镀在镍上，如果需要。可以使用常规的光刻技术和淀积技术，例如电解沉积(电镀和/或无电镀)或溅射或CVD，选择地在弹簧尖端区上淀积附加的钯合金薄膜层。典型的钼-铬厚度为4μm。在钼-铬薄膜的每个侧面上电镀的镍和钯合金薄膜的厚度分别是2-20μm和1-10μm，典型地分别是12μm和4μm。在这种情况下，薄膜的弹性模量从芯部朝弹簧的两个表面减小。在接触尖端区包括附加的钯合金薄膜的淀积层的按钮的厚度例如是20μm，典型地是12μm。

本发明的另一方面是消除在弹簧表面上的应力集中点。我们已经观察到在反复的接触过程中弹簧折断例如开裂常常在表面处开始。因此，需要使表面粗糙度减到最小。如图5所示，在对例如由钼-铬、钨或锆-镍组成的芯膜通过湿蚀刻进行构图的过程中，得到大多数上升弹簧侧壁上的粗糙度。随后将上覆的薄膜例如506沿侧面的粗略轮廓淀积在芯部507上，从而得到完整的弹簧结构的侧面上的粗糙表面。根据本发明，利用包括电离类型的干蚀刻形成弹簧芯图案可使该粗糙度减到最小。在利用电镀增加上覆的薄膜时，还可以使用顺序电镀和反向电镀(除去镀层)使粗糙度减到最小，以便增加弹簧厚度。可以如此调节反向电镀，使得在反向电镀过程中只去除一部分电镀的厚度。利用电解抛光、化学或电化学抛光，最初将湿蚀刻的芯部507的侧面或者整个电镀弹簧的侧面抛光也可以使粗糙度减到最小。

在另一个实施方案中，在基底或电气元件上提供支座(stand-offs)，使得弹簧被约束成在电接触垫片或端子上的最大过载，其中在该弹簧中使用上覆的薄膜淀积层覆盖了整个芯膜，且最大过载是由设计高度和支座的位置提供的。

上面描述的方法还可以用于各种其它悬臂弹簧的制造，由于薄膜中存在固有的应力梯度，这些悬臂弹簧不是被局部提升的应力金属弹簧。关于这些悬臂弹簧的性能主要考虑的问题之一也是折断的倾向性，例如在基座或悬臂弹簧的簧片端附加的变形或龟裂形成，这是因为当按压弹簧尖端与接触垫片即晶片的输入/输出(I/O)垫片或者其它基底或者测试的元件或者预烧组件接触时，在该区域的应力最大。可以利用数学表达式来表示在基座区域附加弹簧长度对应力的作用。为了使在弹簧的挠曲过程中在基座区域的应力最小，由于弹簧被按压与接触垫片接触，因此在反复的接触过程中增加了弹簧失效的电阻，目前弹簧的长度设计成相对较大，例如近似700-2,000μm。然而，这限制了悬臂弹簧在测试和一些目前的以及新一代超小型集成电路的预烧中的应用，为此弹簧探针阵列应该匹配高度密集的具有例如20-50μm的更紧密间距的器件I/O垫片阵列。因此，非常期望的是开发一种装置，能够制造更短的具有更紧密间距的弹簧，该弹簧强度足够大，特别是在基座区域附近，以便承受更高的应力而不会失效。

为了在弹簧接触接触垫片的触点上施加需要的作用力，对于增大的弹簧常数的需要使得悬臂式弹簧的自由部分必须做的更加厚。在一些实施方案中，通过在利用光刻构图的独立弹簧芯，例如在钼-铬合金上电镀一种或多种金属或其合金，例如镍或镍合金或钯合金，可以得到更厚的弹簧。在其它一些实施方案中，使用光刻对弹簧进行构图，并通过在原始层(seed layer)上电镀相对较厚的至少一层金属或金属合金薄膜，例如镍或镍合金来制造弹簧。在许多这样的实施方案中，在晶片测试和预烧操作时反复的接触过程中，还可以在接触尖端区提供按钮式接触结构，以便提高接触特性并保持接触完全。然而，为了构造弹簧的主体这种实施方案仍然需要相对厚的薄膜，以便在接触尖端区施加需要的接触力。对于相对更短的弹簧，长度大约为100-700μm，增加的弹簧厚度将在基座端导致更高的应力，从而导致更短的弹簧使用寿命。

下面描述的是用于制造更短的在弹簧尖端区具有或不具有类似接触结构的按钮的悬臂式弹簧的方案，其中为了防止机械失效，增强了在弹簧的基座或主体区域的强度，从而导致这种弹簧的性能、力量、耐久性以及使用寿命的明显增强。

图14a和14b示出了根据本发明的一个实施方案的典型的独立式无应力金属悬臂弹簧的两个截面视图。该独立式悬臂弹簧包括基座区1401，在其一端与基底1403的电接触垫片1402连接，在弹簧的另一端的接触尖端区1404，在接触尖端区1404上的按钮1406，以及淀积具有镍膜1408和钯合金膜1409的主体。弹簧长度大体上平行于与其连接的基底的表面，或者可以远离基底表面与表面成一倾斜角度伸展。典型地弹簧的基座1401、尖端1404和主体是由相同的材料在相同的操作中制造的，例如通过使用薄膜淀积技术，例如电镀、溅射或CVD。

为了促进可靠的和耐久的接触，接触尖端区1404包括一个按钮式接触结构1406，该接触结构可通过选择地在接触尖端区1404淀积薄膜作为尖端区的一部分来制造的，或者可以独立制造并与尖端区连接。类似地，基座区1401可以与和弹簧一体制造的支柱连接，或者独立制造并利用常规技术例如焊接、钎焊等等与基座连接。对于一体制造的支柱，利用诸如电镀的技术选择地淀积薄膜到牺牲基底的孔中，然后进行抛光。

在弹簧尖端区1404存在按钮式接触结构806有利于得到可靠且耐久的与在晶片测试或预烧组件中相对的接触垫片的电接触。在这种情况下，可以选择合适的具有期望的接触特征和厚度的材料来构造这种按钮，这些按钮不必是但是可以包括相同的材料，包括弹簧的主体1405或基座1401。然而对于这三部分的每一个的材料必须选择成使得它们可以给弹簧的所有部分赋予强度，从而允许弹簧承受晶片测试和包括反复接触的预烧处理而不会失效。在制造悬臂式弹簧中已经使用了许多适合于各种电镀应用的材料。这些材料包括例如镍和其合金、金、铑、钯和其合金、铜、铂系元素和其合金、钛、钼、和其合金等等。然而制造更短的具有期望强度的弹簧的难题仍然存在。今天制造的无应力金属悬臂弹簧仍然相对较长，例如1-2mm。在这个领域中的主要目的是开发一种装置，以便制造更短的且坚固的弹簧阵列，从而支持微电子工业的连续运转，并生产出深次微子集成电路，该集成电路具有更大的电路密度以及在输入/输出端子之间更小的间距。

为了构造带按钮或不带按钮的弹簧，通过应用特定的材料选择规则本发明能够制造这种坚固的接触弹簧阵列，其包括金属薄膜。通过应用这些规则来适当地选择材料可提供特别的薄膜淀积方法，从而能够制造具有期望强度的接触弹簧。

如下所示已经发现一种特定的材料选择规则在改进弹簧的性能和可靠性方面具有明显的效果。多层薄膜包括三部分，即弹簧的基座、尖端区和主体，按钮应该具有分级的材料组成，使得具有更低弹性模量的薄膜被淀积在弹簧表面附近，对于测试来说该表面与IC端子接触，以及具有越来越高的弹性模量的薄膜朝相对的表面淀积。为了确定弹簧的强度，按钮的机械强度不像主体和弹簧的基座区的机械强度那样是一个关键因素。然而，根据本发明的教导，视需要也可以以这样一种方式选择按钮薄膜并进行淀积，如果需要，并使得在按钮表面的薄膜模量具有比底部薄膜层更低的弹性模量，按钮模量随着远离按钮表面逐渐增加。可以使用这种在组合物中的分级变化和从弹簧接触表面到相对的表面的弹性模量，在两种不同的材料之间的接触面上或者连续地或者在分散的步骤中在临界位置分布应力，从而抑制对弹簧的损坏。结果增加了弹簧的使用寿命。由于弹簧尖端804被按压与另一个基底上的接触垫片接触，因此这增加了包括弹簧的基座801的弹簧各处对机械失效的抵抗，例如半导体晶片或其它测试元件或预烧组件。

根据上面的规则，无应力金属悬臂弹簧的一个示例性实施方案包括镍膜作为基层，同时钯-大约20％的钴或者钯-大约20％镍合金表面作为上覆层，这是因为镍具有比钯合金更高的弹性模量。也可以淀积其它表面来形成多层弹簧，一般地只要将选择规则用于确定淀积顺序。此外，也可以在两个主要薄膜层之间淀积非常薄的薄膜层，如果需要，从而提高接触面强度或粘着力。例如，为此可使用金或镍或铑触击电镀，这对本领域技术人员来说是公知的。在这种情况下，尖端区1404上的按钮1406包括附加的所述钯合金薄膜层。按钮1406可以作为接触尖端区1404的一部分制造，或者分开与尖端区1404连接。典型地在牺牲层上淀积这种如图14a和14b所示的弹簧，然后去除该牺牲层，以便提供独立的悬臂弹簧。基底1403也可以具有多层金属喷镀，和导电盲孔或通路，如图5所示的502。使用常规技术例如电镀淀积薄膜1408和1409以及其它附加层。合适的薄粘附促进层和/或原始层包括诸如钛的材料，并且也可以在淀积电镀层之前对其进行电镀，如果需要。各个薄膜层的厚度由期望的接触力或弹簧常数确定，这可以使用各种数学表达式来计算。根据设计要求，例如根据作用力和间距，可以使用各种弹簧尺寸，例如厚度范围是1-50μm。拿整个厚度为30μm的弹簧来说，在本发明实施方案中镍和钯合金的厚度分别是25μm和5μm。在这种情况下，按钮中的钯合金的附加层的厚度可以是3-20μm。可以理解上面的数字仅仅是用作实例。为了确保弹簧的强度，只要满足基本规则，在数字上可以具有较宽的变化。

在另一个说明性实施方案中，芯膜由钼-铬合金或钛-钨或钼-钨组成，同时顺序地淀积镍和钯合金薄膜的上覆层。在这种情况下，与上面相同，在尖端区1404上的按钮1406包括附加淀积厚度的所述钯合金。可以使用光刻通过选择地在尖端区1404上淀积附加厚度的钯合金薄膜来制造该按钮1406。上文中有关示例性的厚度范围、淀积技术、粘附促进层和原始层等等也适用于该方案。

如前面所讨论的，可以优先地使用压缩应力淀积上面实施方案中无应力金属悬臂弹簧的薄膜，以便进一步提高强度。通过选择合适的薄膜淀积参数也可以进一步提高强度，使得薄膜的粒度非常小，例如3-500nm。这些淀积参数的实例包括例如电解池中的添加剂浓度、电流密度和温度。

公开的连接装置和相关的制造方法适合于各种应用，包括但不限于电子元件的测试、晶片级预烧和电子器件的封装。所述电子元件包括诸如集成电路、液晶显示器、MEMS，以及印刷电路板的器件，或者它们的任意组合。通过使用公开的接触弹簧元件，封装包括接合和在两个元件或基底之间电连接的建立，其中可以使用或者不使用焊料或导电粘合剂来实现接合。

度量术语和化学元素的缩写

μm-micron＝10^-6meter；

nm-nanometer，或millimicron＝10^-9meter；

Ag-银；

Al-铝；

Au-金；

Co-钴；

Cr-铬；

Cu-铜；

Mo-钼；

Ni-镍；

Pb-铅；

Pd-钯；

Pt-铂；

Rh-铑；

Ru-钌；

Sn-锡；

Ti-钛；

W-钨。

本发明可应用于所有类型的微型弹簧。这里仅仅作为实例描述和说明了公开的优选实施方案，并不是为了限定。从上面详细的公开的内容对本发明的其它修改和变化对本领域技术人员是显而易见的。仅当本发明的某些实施方案在这里特别说明时，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，很显然可以对其进行多种修改。

因此，本发明应该仅由下面包括的权利要求书来限定。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种用于建立两个元件之间的电接触的连接装置，包括：

至少一个弹性芯元件，所述芯元件包括一个与基底连接的簧片部分，该基底具有至少一个其中填充有导电材料的通路，以及一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，

其中使用覆盖所述芯元件的所有暴露表面的至少一层电解沉积地封装所述芯元件。

2.如权利要求1所述的连接装置，其中所述包膜包括电镀薄膜。

3.如权利要求1所述的连接装置，其中所述自由部分在自由部分的大体长度上或者是锥形，该锥形的宽度朝探针尖端逐渐减小，或者大体上是梯形。

4.如权利要求1所述的连接装置，其中所述至少一层包括镍、钯、铂、铑、钌、锇、铱、金、银、铜、钴、铝、钨中的至少任何一种以及它们的合金中的任何一种。

5.如权利要求1所述的连接装置，其中所述至少一层之中的平均粒度范围是从3-500nm。

6.如权利要求1所述的连接装置，其中利用固有的压缩应力电镀至少一层。

7.如权利要求1所述的连接装置，其中在电解沉积地包覆芯元件的表面附近的至少一层具有比其围绕的所述芯元件更小的弹性模量。

8.如权利要求1所述的连接装置，其中所述包膜包括多个不同的且顺序电解沉积的薄膜。

9.如权利要求8述的连接装置，其中以这样一种方式淀积该电解沉积的薄膜，使得淀积薄膜的弹性模量或者一般地从最内部的芯部向最外部的表面逐渐减小，或者大体上离散地从最内部的芯部向最外部的表面减小。

10.如权利要求1所述的连接装置，还包括：

在所述电解沉积包覆的芯元件上选择地被分配到探针尖端区的薄膜层，所述薄膜层包括至少一种导电材料，该导电材料不会很好地粘附在相对的接触垫片或端子上。

11.如权利要求10述的连接装置，其中所述至少一种导电材料包括钯、铑、铂、铱、锇、钌、钴、镍、金以及它们的合金的至少任意一种。

12.如权利要求1所述的连接装置，其中所述自由部分的尺寸范围是长度为10μm-1000μm，宽度为3μm-500μm，厚度为0.1-40μm。

13.如权利要求1所述的连接装置，其中所述至少一层的最外层包括铜、金、镍和由钯、铂、铱、铑、钌和锇组成的铂系材料中的任意一种。

14.如利要求1所述的连接装置，其中所述基底包括陶瓷、玻璃、硅、石英和有机材料中的任意一种。

15.如利要求1所述的连接装置，其中所述芯元件包括钼、铬、钛、钨、锆、钼-铬合金和钛-钨合金中的任意一种。

16.一种用于在基底上制造多个微型弹簧的方法，所述微型弹簧的每一个包括一个导电芯元件，所述导电芯元件包括一个簧片部分和一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，所述自由部分在端部具有尖端区，所述簧片部分与基底连接，该基底包括一个或多个导电的通路，该方法包括以下步骤：

使用至少一个薄膜层电镀弹簧芯元件，以便覆盖包括自由部分的所述芯元件的所有表面，而不使用掩模；以及

利用在所述基底中的通路进行芯元件的所述电镀，从而建立与放置弹簧的表面相对的基底表面和所述芯元件的电连接。

17.如权利要求16的方法，其中利用固有的压缩应力电镀至少一层薄膜。

18.如权利要求16的方法，其中所述至少一个薄膜层被电镀，同时平均粒度范围是从3-500nm。

19.如权利要求18的方法，其中通过改变电镀池中的添加剂成分和/或在电镀过程中的电流密度来控制至少一层电镀薄膜的粒度。

20.如权利要求16的方法，其中所述至少一个薄膜层选自下列的材料组中，其包括铂、钯、铑、铱、钌、锇、钴、镍、金、银、铜、铝中的任意一种；以及合金，其包括钴、镍、金、铜、银、铝、铂、钯、铑、铱、钌、锇、钨中的至少任意一种。

21.如权利要求16的方法，还包括以下步骤：

选择地涂覆所述尖端区以便形成一个接触按钮，随后进行所述芯元件的电镀；

其中所述接触按钮包括至少一种导电材料，该导电材料不会很好地粘附在相对的接触垫片或端子上；以及

其中或者在所述自由部分从所述基底释放之前，或者在所述自由部分从所述基底释放之后，视需要选择地涂覆所述尖端区，以便形成所述接触按钮。

22.如权利要求21的方法，其中所述至少一种导电材料包括钯、铑、铂、铱、锇、钌、钴、镍、金、银、铜、及其合金中的至少任意一种。

23.如权利要求16的方法，还包括以下步骤：

利用干蚀刻形成所述芯膜的图案。

24.如权利要求16的方法，还包括以下步骤：

在淀积所述层之前抛光所述芯膜。

25.如权利要求16的方法，还包括以下步骤：

使用电解抛光、化学抛光和电化学抛光处理中的任何一种抛光最外部的表面。

26.一种用于建立两个元件之间的电接触的连接装置，包括：

至少一个弹性芯元件，所述芯元件包括一个与基底连接的簧片部分，该基底具有包括至少一个导电的通路的多级金属喷镀，以及一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，

其中使用覆盖所述芯元件的所有暴露表面的至少一层电解沉积地封装所述芯元件。

27.一种用于建立两个元件之间的电接触的连接装置，包括：

至少一个弹性芯元件，所述芯元件包括一个簧片部分以及一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，

使用覆盖所述芯元件的所有暴露表面的至少一层电解沉积地封装所述芯元件；以及

在探针尖端区选择地被分配到所述电解沉积包覆的芯元件上的薄膜层。

28.如权利要求27的连接装置，其中所述包膜包括电镀薄膜。

29.如权利要求27的连接装置，其中所述自由部分在自由部分的大体长度上或者是锥形，该锥形的宽度朝探针尖端逐渐减小，或者大体上是梯形。

30.如权利要求27的连接装置，其中所述至少一层选自镍、钯、铂、铑、钌、锇、铱、金、银、铜、钴、钨、铝中的至少任意一种以及它们的合金中的任意一种。

31.如权利要求27的连接装置，其中利用固有的压缩应力电镀至少一层薄膜。

32.如权利要求27的连接装置，其中所述至少一层的平均粒度范围是从3-500nm。

33.如权利要求27的连接装置，其中该包膜包括多种不同的且顺序电解沉积的薄膜；以及

其中以这样一种方式淀积所述电解沉积的薄膜，使得淀积薄膜的弹性模量或者一般地从最内部的芯部向最外部的表面逐渐减小，或者大体上离散地从最内部的芯部向最外部的表面减小。

34.如权利要求27的连接装置，其中所述簧片部分与基底连接，该基底具有多个其中填充有导电材料的通路，

35.如权利要求27的连接装置，其中所述薄膜层包括钯、铑、铂、铱、锇、钌和钴、镍、金、银、铜以及它们的合金的至少任意一种。

36.如权利要求27的连接装置，其中所述自由部分的尺寸范围是长度从10μm到1,000μm，宽度从3μm到500μm，厚度从0.1μm到40μm。

37.一种用于在基底上制造多个微型弹簧的方法，所述微型弹簧的每一个包括一个导电芯元件，所述导电芯元件包括一个簧片部分和一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，所述自由部分在端部具有尖端区，所述簧片部分与所述基底连接，该方法包括以下步骤：

选择地涂覆所述尖端区以便形成一个接触按钮，随后进行所述芯元件的电镀；

其中所述接触按钮包括至少一种导电材料，该导电材料不会很好地粘附在相对的接触垫片或端子上。

38.如权利要求37的方法，其中利用固有的压缩应力电镀所述至少一层薄膜。

39.如权利要求37的方法，其中所述至少一个薄膜层被电镀，同时平均粒度范围是从3-500nm。

40.如权利要求39的方法，其中通过改变电镀池中的添加剂成分和/或在电镀过程中的电流密度来控制至少一层电镀薄膜的粒度。

41.如权利要求37的方法，其中用作内层的材料具有更高的弹性模量；

其中用作外层的材料具有更低的弹性模量；以及

其中所述层的弹性模量或者从最内部的芯部向最外部逐渐减小，或者离散地从最内部的芯部向最外部减小。

42.如权利要求37的方法，其中所述至少一层薄膜层包括铂、钯、铑、铱、钌、锇、钴、镍、金、银、铜、铝、钨中的至少任意一种以及它们的合金。

43.如权利要求37的方法，其中所述基底包括陶瓷、玻璃、硅、石英和有机材料中的任意一种。

44.如权利要求37的方法，其中所述芯元件包括钼、铬、钛、钨、锆、钼-铬合金和钛-钨合金中的任意一种。

45.如权利要求37的方法，还包括以下步骤：

利用在所述基底中的通路进行芯元件的所述电镀，从而建立与放置芯元件的表面相对的基底表面和所述芯元件的电连接。

46.如权利要求37的方法，其中或者在所述自由部分从所述基底释放之前，或者在所 述自由部分从所述基底释放之后，选择地涂覆所述尖端区，以便形成所述接触按钮。

47.如权利要求37的方法，其中所述至少一种导电材料包括铂、钯、铑、铱、钌、锇、钴、镍、金、银、铜、钨中的至少任意一种；及其合金。

48.如权利要求37的方法，其中还包括以下步骤：

利用干蚀刻形成所述芯膜的图案。

49.如权利要求37的方法，还包括以下步骤：

在淀积所述层之前抛光所述芯膜。

视需要使用电解抛光、化学抛光和电化学抛光处理中的任何一种抛光最外部的表面。

50.一种用于在基底上制造多个微型弹簧的方法，所述微型弹簧的每一个包括一个簧片部分和一个自由部分，所述自由部分在端部具有尖端区，所述弹簧的宽度从所述簧片部分附近像所述尖端区逐渐减小，该方法包括以下步骤：

淀积芯膜元件；

对所述芯膜元件的主体进行构图，以便使所述簧片部分和所述自由部分成形；

从所述基底释放所述自由部分；

在所述芯膜元件上淀积至少一层上覆的薄膜层，所述至少一层上覆的薄膜层覆盖所述芯膜元件元件的所有表面；

将光致抗蚀剂薄膜施加在涂覆有所述至少一层上覆的薄膜的所述芯膜元件上；

对所述光致抗蚀剂薄膜构图，以便暴露在所述涂覆有所述至少一层上覆的薄膜的所述尖端区上的区域；

使用导电接触材料涂覆暴露的被所述至少一层上覆的薄膜覆盖的尖端区，该材料可以使在反复接触中产生的接触粘着力最小；

从所述芯膜元件上去除所述光致抗蚀剂薄膜。

51.如权利要求50的方法，其中利用在所述基底中的通路进行所述电镀，从而建立与放置弹簧的表面相对的基底表面和弹簧的电连接。

52.如权利要求50的方法，其中利用固有的压缩应力电镀至少一层上覆的薄膜层。

53.如权利要求50的方法，其中所述至少一层上覆的薄膜层被电镀，同时平均粒度范围是从3-500nm。

54.如权利要求53的方法，其中通过改变电镀池中的添加剂成分和/或在电镀过程中的电流密度来控制至少一层电镀薄膜的粒度。

55.如权利要求50的方法，其中用作内部薄膜层的材料具有更高的弹性模量；

其中用作外部薄膜层的材料具有更低的弹性模量；以及

其中所述薄膜层的弹性模量或者从最内部的薄膜层向最外部逐渐减小，或者离散地从最内部的薄膜层向最外部减小。

56.如权利要求50的方法，其中利用电镀、溅射和化学汽相淀积中的任意一种淀积所述接触材料。

57.如权利要求56的方法，其中利用在所述基底中的通路进行所述电镀，从而建立与放置弹簧的表面相对的基底表面和弹簧的电连接。

58.如权利要求50的方法，其中在所述芯膜元件上的所述至少一层上覆的薄膜层包括铂、钯、铑、铱、钌、锇、钴、镍、金、银、铜、钨中的任意一种；及其合金。

59.如权利要求50的方法，其中所述接触材料包括钴、镍、金、铜、银、铂、钯、铑、铱、钌、锇中的任意一种。

60.如权利要求50的方法，其中所述基底包括陶瓷、玻璃、硅、石英和有机材料中的任意一种。

61.如权利要求50的方法，其中所述芯膜元件包括钼、铬、钛、钨、锆、钼-铬合金和钛-钨合金中的任意一种。

Claims (61)

1.一种用于建立两个元件之间的电接触的连接装置，包括：

至少一个弹性芯元件，所述芯元件包括一个与基底连接的簧片部分，该基底具有至少一个其中填充有导电材料的通路，以及一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，

其中使用覆盖所述芯元件的所有暴露表面的至少一层电解沉积地封装所述芯元件。

2.如权利要求1所述的连接装置，其中所述包膜包括电镀薄膜。

3.如权利要求1所述的连接装置，其中所述自由部分在自由部分的大体长度上或者是锥形，该锥形的宽度朝探针尖端逐渐减小，或者大体上是梯形。

4.如权利要求1所述的连接装置，其中所述至少一层选自以下材料的组群之中，这些材料包括镍、钯、铂、铑、钌、锇、铱、金、银、铜、钴、铝、钨中的至少任何一种以及它们的合金中的任何一种。

5.如权利要求1所述的连接装置，其中所述至少一层之中的至少一个的平均粒度范围是从3-500nm。

6.如权利要求1所述的连接装置，其中利用固有的压缩应力电镀至少一层。

7.如权利要求1所述的连接装置，其中在电解沉积地包覆芯元件的表面附近的至少一层具有比其围绕的所述芯部更小的弹性模量。

8.如权利要求1所述的连接装置，其中包膜包括多个不同的且顺序电解沉积的薄膜。

9.如权利要求8述的连接装置，其中以这样一种方式淀积该电解沉积的薄膜，使得淀积薄膜的弹性模量或者一般地从最内部的芯部向最外部的表面逐渐减小，或者大体上离散地从最内部的芯部向最外部的表面减小。

10.如权利要求1所述的连接装置，还包括：

在探针尖端区选择地被分配到所述电解沉积包覆的芯元件上的薄膜层。

11.如权利要求10述的连接装置，其中该薄膜层包括下列各项组成的组群中的至少一种：钯、铑、铂、铱、锇、钌、钴、镍、金以及它们的合金。

12.如权利要求1所述的连接装置，其中所述自由部分的尺寸范围是长度为10μm-1000μm，宽度为3μm-500μm，厚度为0.1-40μm。

13.如权利要求1所述的连接装置，其中所述至少一层的最外层包括铜、金、镍和由钯、铂、铱、铑、钌、锇组成的铂系材料中的任意一种。

14.如利要求1所述的连接装置，其中所述基底包括陶瓷、玻璃、硅、石英和有机材料中的任意一种。

15.如利要求1所述的连接装置，其中所述芯元件包括钼、铬、钛、钨、锆、钼-铬和钛-钨中的任意一种。

16.一种用于在基底上制造多个微型弹簧的方法，所述微型弹簧的每一个包括一个导电芯元件，所述导电芯元件包括一个簧片部分和一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，所述自由部分在端部具有尖端区，所述簧片部分与基底连接，该基底包括多个金属化的通路，该方法包括以下步骤：

使用至少一个薄膜层电镀弹簧芯元件，以便覆盖包括自由部分的所述芯元件的所有表面，而不使用掩模；以及

利用在所述基底中的通路进行芯元件的所述电镀，从而建立与放置弹簧的表面相对的基底表面和所述芯元件的电连接。

17.如权利要求16的方法，其中利用固有的压缩应力电镀至少一层薄膜。

18.如权利要求16的方法，其中所述至少一个薄膜层被电镀，同时平均粒度范围是从3-500nm。

19.如权利要求18的方法，其中通过改变电镀池中的添加剂成分和/或在电镀过程中的电流密度来控制至少一层电镀薄膜的粒度。

20.如权利要求16的方法，其中所述至少一个薄膜层选自下列的材料组中，其包括铂、钯、铑、铱、钌、锇、钴、镍、金、银、铜、铝中的任意一种；以及合金，其包括由钴、镍、金、铜、银、铝、铂、钯、铑、铱、钌、锇、钨组成的组群中的至少任意一种。

21.如权利要求16的方法，还包括以下步骤：

选择地涂覆所述尖端区以便形成一个接触按钮，随后进行所述芯元件的电镀；

其中所述接触按钮包括至少一种导电材料，该导电材料不会很好地粘附在相对的接触垫片或端子上；以及

其中或者在所述自由部分从所述基底释放之前，或者在所述自由部分从所述基底释放之后，视需要选择地涂覆所述尖端区，以便形成所述接触按钮。

22.如权利要求21的方法，其中所述至少一种导电材料包括由钯、铑、铂、铱、锇、钌、钴、镍、金、银、铜、及其合金组成的组群中的至少任意一种。

23.如权利要求16的方法，还包括以下步骤：

利用干蚀刻形成所述芯膜的图案。

24.如权利要求16的方法，还包括以下步骤：

在淀积所述层之前抛光所述芯膜。

25.如权利要求16的方法，还包括以下步骤：

使用电解抛光、化学抛光和电化学抛光处理中的任何一种抛光最外部的表面。

26.一种用于建立两个元件之间的电接触的连接装置，包括：

至少一个弹性芯元件，所述芯元件包括一个与基底连接的簧片部分，该基底具有包括至少一个金属化的通路的多级金属喷镀，以及一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，

其中使用覆盖所述芯元件的所有暴露表面的至少一层电解沉积地封装所述芯元件。

27.一种用于建立两个元件之间的电接触的连接装置，包括：

至少一个弹性芯元件，所述芯元件包括一个簧片部分以及一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，

使用覆盖所述芯元件的所有暴露表面的至少一层电解沉积地封装所述芯元件；以及

在探针尖端区选择地被分配到所述电解沉积包覆的芯元件上的薄膜层。

28.如权利要求27的连接装置，其中所述包膜包括电镀薄膜。

29.如权利要求27的连接装置，其中所述自由部分在自由部分的大体长度上或者是锥形，该锥形的宽度朝探针尖端逐渐减小，或者大体上是梯形。

30.如权利要求27的连接装置，其中所述至少一层选自以下材料的组群之中，这些材料包括镍、钯、铂、铑、钌、锇、铱、金、银、铜、钴、钨、铝中的至少任何一种以及它们的合金中的任何一种。

31.如权利要求27的连接装置，其中利用固有的压缩应力电镀至少一层薄膜。

32.如权利要求27的连接装置，其中所述至少一层之中的至少一个的平均粒度范围是从3-500nm。

33.如权利要求27的连接装置，其中该包膜包括多种不同的且顺序电解沉积的薄膜；以及

其中以这样一种方式淀积该电解沉积的薄膜，使得淀积薄膜的弹性模量或者一般地从最内部的芯部向最外部的表面逐渐减小，或者大体上离散地从最内部的芯部向最外部的表面减小。

34.如权利要求27的连接装置，其中所述簧片部分与基底连接，该基底具有多个其中填充有导电材料的通路，

35.如权利要求27的连接装置，其中薄膜层包括至少一层选自以下材料的组群之中的任何一种，这些材料包括钯、铑、铂、铱、锇、钌和钴、镍、金、银、铜、以及它们的合金。

36.如权利要求27的连接装置，其中所述自由部分的尺寸范围是长度从10μm到1,000μm，宽度从3μm到500μm，厚度从0.1μm到40μm。

37.一种用于在基底上制造多个微型弹簧的方法，所述微型弹簧的每一个包括一个导电芯元件，所述导电芯元件包括一个簧片部分和一个自由部分，该自由部分最初与所述基底连接，当其释放时由于芯部中固有的应力梯度，会远离所述基底伸展，所述自由部分在端部具有尖端区，所述簧片部分与所述基底连接，该方法包括以下步骤：

选择地涂覆所述尖端区以便形成一个接触按钮，随后进行所述芯元件的电镀；

其中所述接触按钮包括至少一种导电材料，该导电材料不会很好地粘附在相对的接触垫片或端子上。

38.如权利要求37的方法，其中利用固有的压缩应力电镀所述至少一层薄膜。

39.如权利要求37的方法，其中所述至少一个薄膜层被电镀，同时平均粒度范围是从3-500nm。

40.如权利要求39的方法，其中通过改变电镀池中的添加剂成分和/或在电镀过程中的电流密度来控制至少一层电镀薄膜的粒度。

41.如权利要求37的方法，其中用作内层的材料具有更高的弹性模量；

其中用作外层的材料具有更低的弹性模量；以及

其中所述层的弹性模量或者从最内部的芯部向最外部逐渐减小，或者离散地从最内部的芯部向最外部减小。

42.如权利要求37的方法，其中所述至少一层薄膜层包括铂、钯、铑、铱、钌、锇、钴、镍、金、银、铜、铝、钨中的至少任何一种以及它们的合金。

43.如权利要求37的方法，其中所述基底包括陶瓷、玻璃、硅、石英和有机材料中的任意一种。

44.如权利要求37的方法，其中所述芯元件包括钼、铬、钛、钨、锆、钼-铬和钛-钨中的任意一种。

45.如权利要求37的方法，还包括以下步骤：

利用在所述基底中的通路进行芯元件的所述电镀，从而建立与放置芯元件的表面相对的基底表面和所述芯元件的电连接。

46.如权利要求37的方法，其中或者在所述自由部分从所述基底释放之前，或者在所述自由部分从所述基底释放之后，选择地涂覆所述尖端区，以便形成所述接触按钮。

47.如权利要求37的方法，其中所述至少一种导电材料包括由铂、钯、铑、铱、钌、锇、钴、镍、金、银、铜、钨组成的材料组群中的至少任意一种；及其合金。

48.如权利要求37的方法，其中还包括以下步骤：

利用干蚀刻形成所述芯膜的图案。

49.如权利要求37的方法，还包括以下步骤：

在淀积所述层之前抛光所述芯膜。

视需要使用电解抛光、化学抛光和电化学抛光处理中的任何一种抛光最外部的表面。

50.一种用于在基底上制造多个微型弹簧的方法，所述微型弹簧的每一个包括一个簧片部分和一个自由部分，所述自由部分在端部具有尖端区，所述弹簧的宽度从所述簧片部分附近像所述尖端区逐渐减小，该方法包括以下步骤：

淀积芯膜元件；

对所述芯膜元件的主体进行构图，以便使所述簧片部分和所述自由部分成形；

从所述基底释放所述自由部分；

在所述芯膜元件上淀积至少一层上覆的薄膜层，所述至少一层上覆的薄膜层覆盖所述芯膜元件元件的所有表面；

将光致抗蚀剂薄膜施加在涂覆有所述至少一层上覆的薄膜的所述芯膜元件上；

对所述光致抗蚀剂薄膜构图，以便暴露在所述涂覆有所述至少一层上覆的薄膜的所述尖端区上的区域；

使用导电接触材料涂覆暴露的被所述至少一层上覆的薄膜覆盖的尖端区，该材料可以使在反复接触中产生的接触粘着力最小；

从所述芯膜元件上去除所述光致抗蚀剂薄膜。

51.如权利要求50的方法，其中利用在所述基底中的通路进行所述电镀，从而建立与放置弹簧的表面相对的基底表面和弹簧的电连接。

52.如权利要求50的方法，其中利用固有的压缩应力电镀至少一层上覆的薄膜层。

53.如权利要求50的方法，其中所述至少一层上覆的薄膜层被电镀，同时平均粒度范围是从3-500nm。

54.如权利要求53的方法，其中通过改变电镀池中的添加剂成分和/或在电镀过程中的电流密度来控制至少一层电镀薄膜的粒度。

55.如权利要求50的方法，其中用作内部薄膜层的材料具有更高的弹性模量；

其中用作外部薄膜层的材料具有更低的弹性模量；以及

其中所述薄膜层的弹性模量或者从最内部的薄膜层向最外部逐渐减小，或者离散地从最内部的薄膜层向最外部减小。

56.如权利要求50的方法，其中利用电镀、溅射和化学汽相淀积中的任意一种淀积所述接触材料。

57.如权利要求56的方法，其中利用在所述基底中的通路进行所述电镀，从而建立与放置弹簧的表面相对的基底表面和弹簧的电连接。

58.如权利要求50的方法，其中在所述芯膜元件上的所述至少一层上覆的薄膜层包括铂、钯、铑、铱、钌、锇、钴、镍、金、银、铜、钨中的任意一种；及其合金。

59.如权利要求50的方法，其中所述接触材料包括钴、镍、金、铜、银、铂、钯、铑、铱、钌、锇中的任意一种。

60.如权利要求50的方法，其中所述基底包括陶瓷、玻璃、硅、石英和有机材料中的任意一种。

61.如权利要求50的方法，其中所述芯膜元件包括钼、铬、钛、钨、锆、钼-铬和钛-钨中的任意一种。

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