CN1672057A - 制造微电子弹簧触点阵列的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造微电子弹簧触点阵列的方法，其包含在一个牺牲基板上形成多个弹簧触点，且接着从所述牺牲基板释放所述弹簧触点。所述弹簧触点中的每一个都具有一个长杆，所述长杆具有一个基底端。制造所述阵列的方法包括在其从所述牺牲基板被完全释放后，基底端上的弹簧触点附加到一个基底基板，以便每一个触点从所述基底基板延伸到其杆的末端。所述末端与尖端位置的一个预定阵列对准。在本发明的一个实施例中，通过在所述牺牲基板上的一个牺牲层内图案化弹簧触点轮廓，形成所述弹簧触点。所述牺牲层内的图案化凹槽壁限定所述弹簧触点的侧外形，而一种导电材料被沉积在凹槽内以形成所述弹簧触点的所述长杆。

Description

制造微电子弹簧触点阵列的方法
技术领域
本发明涉及制造诸如用于连接到半导体装置(单一或非单一)的触点阵列的微电子弹簧触点阵列的方法，以用于测试或组装。
背景技术
在过去，使用各种不同方法制造(诸如)用于接触半导体装置的C4或平坦的焊垫(pad)终端的微电子弹簧触点阵列。某些旧技术包括将精密、刚性组件(如钨丝)组装到一个基底(如探针板)上。由于与达成和维持跨过阵列的精确触尖对准有关的实际困难，使用钨丝和类似组件的技术通常被限制为具有相对较少触点的触点阵列。
包含使用一种经一个刚性材料层涂覆的相对软的细金属丝，在一个基板上形成复合的弹簧触点的近期一种方法能产生比旧钨丝技术更高的触点密度。复合触点可直接在一个接触器基底或微砖(tile)上形成，或在一个牺牲基板上形成，然后被转移到一个接触器基底。在转移复合触点的情况下，使用“取置”技术(意即，个别操作)可将松散触点组装到接触器基底或微砖，或通过整组转移(gang-transferring)来转移到一个接触器基板。在整组转移技术中，复合弹簧触点首先尖端朝下形成在牺牲基板上。接着，当仍被附加在牺牲基板上时，所述触点首先被附加到其基底处的接触器基板，且接着移除所述牺牲基板。
复合触点多少受到限制。复合触点的形状也多少受到金属丝成型技术的限制。同样，在用硬化剂涂覆之前，每一个复合触点的软金属丝通常需要单独成型。尤其对包括数千个这种触点的阵列而言，这会减慢制造阵列的过程。
在另一个方法中，使用类似于制造半导体装置技术的微影处理技术在一个接触器基底上形成微电子弹簧触点。用一个或多个牺牲层涂覆所述接触器基底，且图案化所述牺牲层以限定从每一所要触点的接触器基底向上延伸穿过所述牺牲层的曲形表面。接着在每一曲形表面上沉积合适的弹簧触点材料，且移除所述牺牲层以露出独立弹簧触点。微影技术具有可使更多不同形状能用于弹簧触点，以及消除对弹簧触点的单独操作的需要的优势。然而，需要相当复杂的微影处理来制造某些形状的弹簧触点，以及需要其实现在如重叠触点等的接触器上弹簧触点的某些构形。
在一些现有技术中，上文所描述的复合和微影方法经组合以用于形成包括复合部分和微影形成部分的弹簧触点。组合方法结合了复合和平版方法的某些优点，同时也有两者的缺点。
因此，需要提供一种克服现有技术方法限制的制造微电子弹簧触点阵列的方法。
发明内容
本发明提供一种制造微电子弹簧阵列的方法，其克服了现有技术方法的限制。根据本方法，通过根据需要的弹簧外形在所述基板上图案化一个牺牲层，将需要形状的弹簧触点形成在一个平坦的牺牲基板上。可使用单个图案化步骤形成所有弹簧触点(或多个)。在所述替代例中，如果需要可使用多个图案化步骤。一种合适的弹簧材料被放置在经图案化的层上，且接着移除所述牺牲基板和层以露出自由(未经附加)的弹簧触点。使用取置方法或通过大量组装方法，所述自由弹簧触点可被附加到一个接触器或微砖基底。在某些实施例种，所述弹簧触点可被直接附加到一个半导体装置上。视情况，可向所述弹簧触点提供有单独的触尖结构或额外涂层。
通过考虑以下优选实施例的详细描述，一种对制造微电子弹簧接触阵列方法的更完整理解，以及对其额外优势和目标的认识可提供给所属领域技术人员。对将首先被简要描述的附图做出参考。
附图说明
图1是说明根据本发明方法的示范性步骤的流程图。
图2A-2B分别是展示用于该方法的合适牺牲基板的平面图和横截面视图。
图3A-3B分别是展示由牺牲材料的图案化层所覆盖的牺牲基板的平面图和横截面视图。
图4A-4B分别是展示移除所述牺牲层后，附在所述牺牲基板上的示范性弹簧触点的平面图和横截面视图。
图5A是展示离开所述牺牲基板后的示范性弹簧触点的平面图。
图5B是根据本发明的一个替代实施例与基底基板的锥形凹槽有关的自由弹簧触点的透视图。
图5C是根据本发明的一个替代实施例在组装到基底基板前的双臂自由弹簧触点的平面图。
图6A-6B分别是说明用于安装到所述弹簧触点的示范性绝缘材料基底的平面图和横截面视图。
图7A-7C是说明在附加处理的示范性步骤期间，其中插入了弹簧触点的示范性基底的侧横截面视图。
图8是说明所述基底和附加到一个电子组件终端的弹簧触点的附加阵列的侧横截面视图。
图9A-9C是说明在一个替代附加方法的示范性步骤中，其中插入了弹簧触点的一个示范性对准基板的侧横截面视图。
图9D是说明在一个替代附加方法的示范性步骤中，其中插入了弹簧触点的一个示范性基底基板的例横截面视图。
图10是说明被组装成具有搭接杆部分的示范性弹簧触点的侧横截面视图。
图11A是根据本发明的一实施例的配备有形成弹簧触点尖的突起的牺牲基板平面图。
图11B是图11A所展示的牺牲基板的侧横截面视图。
图11C是图11A所展示的，部分地被图案化牺牲层覆盖的牺牲基板平面图。
图11D-11F是在根据本发明方法中的连续次时，图11C所展示的牺牲基板和牺牲层侧横截面视图。
图12是根据本发明的双层弹簧触尖区域的透视图。
图13是根据本发明用于弹簧触点的具有一个圆端的触尖平面图。
图14是根据本发明用于弹簧触点的具有多个边缘的触尖平面图。
具体实施方式
本发明提供一种制造微电子弹簧阵列的方法，其克服了现有技术方法的限制。在以下详细描述中，类似元件符号用于指代在一个或多个图中出现的类似元件。
使用根据本发明的方法制造的弹簧触点阵列尤其适合接触极度紧密的半导体装置，诸如(例如)具有以少于5mil(约130μm)间距(平均阵列间距)布置的终端的装置。本发明也适合生产具有长杆的擦拭型弹簧触点(wiping-type spring contact)，例如具有3或更大纵横比(长度和宽度的比率)的杆，且更典型地，具有10或更大纵横比的杆。该方法可用于生产具有极其精确的尺寸和性能特点的直杆或曲形的杆。该方法不仅尤其适合制造这些类型的弹簧触点，其也可用于制造其它弹簧触点，诸如具有大于约5mils间距的阵列中的那些。
图1展示根据本发明方法100的示范性高级步骤。在步骤102中，形成多个自由弹簧触点。可使用不同方法形成多个自由弹簧触点，其示范性方法随后描述在本说明书中。较佳使用微影处理在一个牺牲基板上形成弹簧触点，以更有效生产精密尺寸(如少于5mil)的零件。在微影处理形成弹簧触点后，所述弹簧触点离开它们所在的基板，借此成为“自由弹簧触点”。换句话说，与用于将微影形成的触点组装到一个阵列的现有技术方法不同，所述弹簧触点在方法100的一段中完全没有附加到任何支撑基板。
在步骤104中，将所述自由弹簧触点组装到一个基底。可使用不同方法将所述弹簧触点组装到一个基底基板上，其示范性方法随后详细在说明书中描述。在本发明的一个实施例中，基底基板是一个绝缘材料微砖。所述基底基板可具有多个通孔用于接收多个弹簧触点的基底端。较佳，所述基底端突出穿过或几乎穿过所述基底基板，借此提供从所述基底基板的底表面到伸出所述基底基板的相对顶面的多个弹簧触点的电连接。另外，可构造所述弹簧触点的基底端以在所述基底基板的底表面上提供多个终端。
另一选择为，基底基板可具有多个焊盘用于连接到弹簧触点的基底端。在所述基底基板顶表面的多个焊盘可电连接到基底基板底表面(或其它表面)上的相应终端，诸如通过穿过所述基板的通路(vias)。在另一替代实施例中，所述基底基板本身是一个电子组件，诸如包括电子电路、装置等的封装。在这个实施例中，在步骤104后通过组装到基底基板/电子组件大体上完成这个方法。
然而就许多应用而言，电子组件和基底基板分开是有利的。对于这些应用，当需要时，可执行步骤106将基底基板附加到电子组件。诸如通过焊接，将基底基板的终端连接到电子组件终端。如果需要，可将多个基底基板(每一基底基板都具有经组装的弹簧触点阵列)平铺在电子组件的表面上。平铺可减少组装和/或修复极大弹簧触点阵列的花费。
图2A-5涉及一种制造弹簧触点(方法100的步骤102)的示范性方法。图2A和2B展示一个牺牲基板202，相对形成在其上的弹簧触点的尺寸，其实质上是一个具有大体上平坦和光滑的工作面204的无源材料板。不同无源材料都可用于基板202。用于制造半导体装置的类型的硅是一个合适的无源材料实例。可选择任何一种稳定的且和用于方法100的材料相容的其它材料。
通过在工作面204上沉积一个薄的释放层206制备基板202，诸如通过溅镀。释放层206可为一个由连续沉积所形成的铝/铜或其它合适材料的双层。层202除可充当释放层外，还可充当晶种层用于随后的电镀步骤。我们了解基板202和晶种层204的相对厚度没有按比例绘制。所属领域的技术人员可选择适合经选择的沉积材料和作为释放层和/或晶种层的预期用途的层204的厚度。
在适当制备基板202后，牺牲层208在所述基板上沉积并图案化以限定所要弹簧触点的轮廓。图3A和3B说明具有一个示范性图案化牺牲层208的基板。就牺牲层206来说，可使用各种合适的材料和沉积方法。层208可包含合适的光阻材料，且可使用如此项技术中已知的照相微影技术来图案化。应了解基板202和牺牲层208的相对厚度没有按比例绘制。所述领域技术人员可为层208选择合适的厚度，诸如在约0.2到100mil(约5到2500μm)，且更典型地在约2到20mil(约50到500μm)之间的范围内。较佳层208稍厚，例如比在层208中图案化的外形所限定的弹簧触点的所要厚度厚5％。弱国需要，层208可包含多个薄片层。
在本发明的一个实施例中，通过使用牺牲层208中图案化凹槽210的侧壁214限定每一所要弹簧触点的侧外形，图案化所要弹簧触点的轮廓212，如图3A和3B所示。凹槽210延伸到释放层206并暴露释放层206。如所示侧壁可大体上垂直于工作面204，或以任何所要的角度倾斜。显然的是相对典型弹簧触点的尺寸，所展示的轮廓212被显著扩大，且一般来说，所展示的多余3个的轮廓可被限定在一个单一基板上。当然，更有效的是在单一基板上形成更多弹簧触点，诸如(例如)好几万个弹簧触点。
使用任何不同的已知照相微影方法，容易形成凹槽210。
现有图案化方法，诸如其中使用牺牲层中凹槽侧壁限定每一所要弹簧触点的平面外形的方法，根据所述方法也可用于形成弹簧触点。1997年2月18日申请的，并以第US 2002/0019152 A1号公开案公开的第08/802,054号美国申请案提供了这个先前图案化方法的实例，该案以引用的方式并入本文中。仅观察图3A和3B，很难区别“侧外形”和“平面外形”，所以下文的揭示内容将对其加以阐明。简单地说，侧外形指的是伸出垂直于一表面(其上安装有弹簧触点，且这些弹簧触点与其独立)的观察平面的弹簧触点的形状。平面外形指的是当伸出穿过一表面(其上安装有弹簧触点，且这些弹簧触点与其独立)上或平行于此表面的观察平面的弹簧触点形状。明显的是使用平面外形图案化方法所形成的弹簧触点可在表面(使用时，可将弹簧触点安装到此表面上)上直接形成，同时使用侧外形图案化方法形成的弹簧触点必须从牺牲基板上移除，在所述牺牲基板上弹簧触点形成，并被重新定向且被重新安装到一个连接器基板(connector substrate)。
在使用较少照相微影图案化步骤就可图案化(complex spring contact)相对复合弹簧触点中，侧外形图案化方法是有利的。
再参考图3A和3B所展示的侧外形图案，所要凹槽210在层208中产生后，一个弹性、导电材料层选择性地沉积在轮廓212上。例如，通过电镀沉积的材料可选择性地沉积在凹槽210所暴露的晶种层/释放层206上。任何合适的弹性和导电材料都可被沉积。用于弹性和导电材料的合适材料包括镍和镍合金。在沉积了材料的所要厚度后，层208的上表面216和经沉积的弹性导电材料可被抛光(lapped or polished)以便达成弹性导电材料的精确和一致厚度。
接着，可使用任何合适的剥除剂(stripping agent)从基板202上移除牺牲层208。图4A-4B展示沿其长杆218到牺牲基板202的长度粘附的多个弹簧触点218。然后可使用合适的剥除剂(诸如选择性蚀刻释放层的蚀刻剂)从基板202汽提释放层206以从基板202完全释放弹簧触点218。
当弹簧触点220粘附到基板202时，以共同方向轻度磁化触点220是有利的。微量磁化对随后重新定向从基板202释放的弹簧触点是有用的。就其中需要磁化的实施例来说，用于弹簧触点220的合适的弹性和导电材料包括镍、铁或含钴、铼、镍、铁的镍和铁合金或其它合适的材料。
图5A展示包含触点220的多个自由弹簧触点226的俯视图。每一触点220进一步包含一个长杆218，一个基底端224和一个在长杆218端的远离基底端224的触尖222。另一选择为，触尖222可忽略，且可塑造长杆的末端以接收在方法100的组装步骤104后独立形成的触尖(未图示)。在这种情况下，独立形成触尖的附加可使用与以引用的方式全部并入本文的美国专利申请案第5,974,662号所揭示的步骤大体上类似的步骤来完成；且更特定地说，所揭示的那些步骤与第5,974,662号申请案的图8A-8E有关，其中本发明的弹簧触点220替代图8C-8E所展示的元件832。显然的是弹簧触点220可以除本文中所展示的形状以外的许多替代形状而形成。例如，可形成图5B所展示的弹簧触点230的形状。弹簧触点230具有一个锥形基底端234，所述锥形基底端234被设计以配合基底基板236的锥形凹槽238。使用诸如所属技术领域已知的蚀刻技术，在诸如硅的结晶基板中，显微尺寸下，容易形成诸如凹槽238的锥形零件。使用匹配的锥形基底和凹槽有助于定向和组装触点230到基底236。
另外，双臂触点240展示在图5C中。触点240绕其矩心241径向对称，矩心位于基底端244的中心。臂242、246从基底端244向外延伸。由于径向对称，在组装中臂242、246之一可插入基底基板的通孔，而不影响所得弹簧触点阵列的构形。总之，当基底端244固定在所述基底基板的配套凹槽(例如类似于图5B所展示的凹槽238的凹槽)内时，相对所述基底基板的安装表面，相同地定向臂242、246。接着可去掉臂242、246中不需要的一个，或者，另一选择为，将弹簧触点240用作一个双臂触点。当使用大量组装技术(mass assembly techniques)，如辅助液体组装(fluidic-assisted)、辅助振动组装(vibration-assisted)或辅助磁组装(magnetic-assisted)将弹簧触点组装到基底基板时，径向对称触点240对径向定向中偏差的不敏感性是有用的。同理，具有多于两个臂(诸如三个臂)的径向对称触点也是有用的。
图6A-6B说明在方法100的组装步骤104中，用于组装到自由触点226的示范性基底基板250。明显的是基板250以放大的比例尺展示，且在描绘具有9个安装位置的基板250时，通常需要包括更多数量的安装位置。
可从任何合适的绝缘材料制备基板250。氧化铝、氮化硅及其类似材料尤其合适。也有可能从硅或从聚合物材料制造基板250。如果使用诸如氧化铝或氮化硅的材料，那么使用深层反应离子蚀刻或任何其它合适的处理，就可制造与弹簧触点220的基底端224的形状相匹配的通孔252。
诸如焊料254的合适连接材料可邻近每一通孔252沉积。使用照相微影图案化和平版技术，例如(诸如)金-锡焊料的焊接材料可以一个精确的图案沉积在每一孔252附近。在如此这样制备基板252后，所要的弹簧触点220可插入孔252中，如图7A所示。
为在组装过程中辅助弹簧触点220定位和保留在孔252中，可使用配置定位和保留零件构形基底端224，如图7B所示。例如，可向基底端224提供凸缘257以防止触点220过度插入孔252；可提供如先前所述一个或多个锥形表面258以助于插入弹簧触点220；且可提供至少一个狭槽260以提供基底224的可压缩性，且在活化焊料254前有利于使弹簧触点220保持在孔252内。也可不提供搭扣配合零件(未图示)。
当上文所描述的示范性实施例说明通过将桩状基底224插到通孔252，也可以使用其它的安装几何结构，安装弹簧触点220。例如，可向基板250提供被构造适于自由弹簧触点的基底中的孔或凹槽的多个安装桩或突起(未图示)。另一选择为，所述自由弹簧触点可安装到基底基板上的相对平坦的终端或焊盘上；或可使用前述安装几何结构的任何组合。使用通孔安装有利地提供了在伸出基板顶表面的弹簧触点和在所述基板底表面的终端之间的直接电连接，而不需额外的制造步骤。
也可使用不同方法将自由弹簧触点插入到基底基板内或基底基板上。取置方法包含通过机器人或人类操作员操纵单个弹簧触点。为操纵极小的松散自由触点，人类操作员可使用减少空间运动输入(spatial motion inputs)的遥控操作系统，在显微镜下获得对部件的精密操作。大量组装技术利用一组被激发的弹簧触点的随机运动，外加使其向基底基板移动的力，来完成弹簧触点的插入。使用本发明的弹性触点形成方法，弹簧触点形状针对取置或大量组装技术优化。径向对称触点240(图5C)是弹簧触点针对大量组装优化的实例。也可组合大量组装和取置装置技术；例如，大量组装可用于插入大多数的触点，其后通过取置操作插入任何剩余的弹簧触点。
可使用不同方法用于大量组装。在液体大量组装中，自由弹簧触点悬浮在液体储存器中，来自含有悬浮触点储存器的液体被吸引或导向基底基板的孔。辅助振动大量组装方法使用重力和机械振动的组合将弹簧插到安装孔中。例如，自由弹簧触点可定位或降到振动基底基板上。辅助磁方法在使用重力或其它原动力使弹簧触点向基底基板移动时，使用磁场定向单个弹簧触点。各种对准夹具也可与大量组装技术组合使用。例如，可首先将弹簧触点一起插入一个专门的夹具中(未图示)，且然后使用所述夹具将弹簧触点组装到一个基底基板。
为组装一个有用的弹簧触点阵列，弹簧触点的末端应在一个可控制的误差内定位到所要尖端位置的一个预定阵列。在本发明的一个实施例中，当触点220被首先插到孔252时，在连接材料254(activated)被活化之前，单独弹簧触点和基底基板之间可存在大量间隙。因此需要使用具有多个精确定位的对准零件(诸如凹坑260)的尖端对准夹具256，如图7A所示。尖端对准夹具256可为硅片或硅板，且凹坑260可通过光阻材料的图案化层的硅的等向性蚀刻形成。如所展示的使凹坑侧壁变细有助于触尖的对准。在尖端对准夹具位于适当位置后，通过在移除夹具256前，通过活化焊料254，或通过电镀或另外在触点阵列上涂覆一薄层或硬材料(诸如镍层)可固定弹簧触点220。
可使用其它方法对准阵列中弹簧触点的末端。在本发明的一个实施例中，使用诸如夹具256的单独尖端对准夹具是不必要的。相反，通过控制弹簧触点基底端和匹配基底基板的安装孔可提供足够对准度。例如，当所展示的触点230上的精密成型的锥形基底234(图5)与一个精密锥形安装孔238耦合时，可提供一个可接受的对准度，。在一替代实施例中，通过保证在基底基板的安装孔或其它安装零件和弹簧触点的基底端之间的牢配合，诸如摩擦配合、搭扣配合或压配合，可消除对连接材料和对准的需要。为方便牢配合组件的组装，在组装前可加热基底基板及/或冷却所述弹簧触点以相对触点的基底端224扩大安装孔252。下面参照图9A-D，再描述一个替代组装方法。
图7C展示组装到基底基板250后的微电子弹簧触点220的阵列270。焊料254已被活化且将每一触点220固定。现可将阵列270附加到一个电子组件272，诸如(例如)半导体探针板，或测试探针的内插器，如图8所示。另一选择为，组件272可为一个半导体装置或连接器。当触点阵列272直接附加到半导体装置时，其可提供用于诸如倒装晶片(flip-chip)组装的方便的封装。可将基底端224定位在组件272的终端274上，且使用合适的连接材料(诸如焊料276)连接在合适的位置。较佳，焊料276比用于附加触点220到基底基板250的焊料254具有更低的活化温度。例如，如果焊料254为金-锡焊料，焊料276可为铅-锡焊料。如果需要，单独基底基板上弹簧触点的多个弹簧触点阵列可平铺在一个单一电子组件上。合适的过压缩止件(未图示)可置于基底基板和/或电子组件上以阻止非故意过压缩弹簧触点220。
图9A-D展示利用触点末端322的形状定位阵列中触点位置的替代组装方法的示范性步骤中，弹簧触点320的视图。基底端324是自由的，末端322插入对准基板356的孔354中，如图9A所示。如前所述，对准基板可为半导体晶片或类似材料，同时在所要阵列图案中通过蚀刻形成孔354。任何合适的粘附材料(未图示)都可用来暂时地将自由弹簧触点320保持在孔354中。
如前所述，任何适合的取置或大量插入技术可用来将末端322插入孔356中。在所述方法的一实施例中，孔356被制造的稍大，意即大于相应末端322，以方便触点插入对准基板356，如图9A和9B所示。因此，触点320可部分自由移动，且基底端324将不对准。为保证触点被适当对准地固持，可使用一个或多个暂时固持板330、331(例如薄金属或介电板)固持弹簧触点的基底端324。图9B分别说明基底端324被插入固持板330、331中尺寸过大的孔332、333内。将固持板330、331移到一位置，其中尺寸过大孔的相对端接触弹簧触点基底324的相对侧，借此使其对准。在此之前，尺寸过大孔331、332可彼此互相对准以利于插入基底端324。
在一替代实施例中，末端322插入具有孔355的对准基板357中，孔355与末端的几何结构精密匹配。从而通过孔355和端322的规则几何结构触点320大体上对准，如图9C所示。除孔355外，所属领域技术人员可设计其它零件用于将多个自由弹簧触点对准地固持在所要的阵列图案中。例如，使用从对准基板伸出的一列柱(未图示)，将弹簧320保持在所要对准位置。此外，为辅助在对准基板上定位和对准弹簧触点320，可向所述弹簧触点提供对准零件(例如凸缘326)。按需要塑造这些零件使其与对准基板的零件相合。例如，如图9C所示，凸缘326有助于防止末端322过度插入孔355，并保证触点320以大体上相同的角度从基板357延伸。
在如需要定位和对准弹簧触点324后，接着可使用铸造处理围绕基底端324铸造基底基板340。基底基板340可为微砖的形式。插入基底基板(微砖)的弹簧触点320的阵列350展示在图9D中。用于基板340的合适的铸造材料包括环氧树脂类、聚酰亚胺类、有机树脂类、薄膜陶瓷类、低温焙烧陶瓷类、具有增强强度填充剂的有机材料(例如硅碳或氧化铝)或其它任何适合适的材料。铸造的另一选择为，使用诸如上面所描述的与图7A-B有关的任何合适的方法，可将基底端324可插入基底基板340的孔中，或连接到基底基板上。通过基板340保持基底端324后，可移动对准基板356、357和/或暂时固持板330、331，形成所示阵列350。
本发明所提供的一个优点是相对简易性，使用这个相对简易性可制造包含弹簧触点重叠部分的弹簧触点阵列。图10说明组装有一个基底基板450和电子组件472的示范性弹簧触点阵列400，如前述其类似于组装到基板250和组件272。触点阵列400包括每一具有从基底基板450延伸到其末端的触尖的长杆的弹簧触点420，421，422。构造触点420，421，422以使得触点421的一部分杆485介于触点420和基板450之间。类似地，部分触点422介于触点421和基板450之间。可横过整个阵列重复这个重叠图案。
重叠图案允许具有穿过基板表面的相对较长杆跨度的触点以少于其平均杆跨度的间距间隔。本文中“跨度”定义为触尖和其固定基底之间的水平距离(意即图10中，沿基板450顶表面所测的距离)。长杆跨度可有利地提供触尖处的高弹性和相对大量的擦拭动作。本发明的方法克服了现有技术方法在制造具有长杆跨度和少于所述杆跨度间距的弹性触点阵列方面的限制。
提供根据本发明的自由弹簧触点是有益的，其中所述弹簧触点具有一个由合适电接触材料所覆盖的尖端区域，所述电接触材料不同于所述弹簧触点的其它部件的材料。其可通过将一个单独尖端结构组装到所述弹簧触点来完成，而单独尖端结构的组装需要额外的操作和/或处理步骤。因此，本发明提供一种方法，借此在自由弹簧触点的尖端区域(或其它所要部位)形成期间，其可由不同材料覆盖。因此，可修整尖端区域和剩余的自由弹簧触点区域，且可避免额外组装。以下描述与图11A-11F有关的方法。
图11A-11B分别是准备用于形成完整顶端区域的方法的牺牲基板502的平面图和横断面图。基板502可为任何合适的材料，如硅。基板502的暴露表面505在需要形成弹簧触点触尖的位置备有突起501。所属领域的技术人员将挑选合适的方法提供适于形成微电子弹簧触点触尖的尺寸(size或scale)的突起501。例如，通过使用合适抗蚀材料遮盖基板502的选定区域，以及蚀刻所述基板可提供极小尺寸的结构。从而可蚀刻除抗蚀剂遮盖以外的表面505以产生突起501。也应该了解尽管图11AF-11B展示了一个单一突起501，而就多种应用来说，在形成大量弹簧触点中仍希望使用大量突起。
可以不同形状提供诸如突起501的突起。尽管描绘了金字塔形，但其它形状也是合适的。在待形成触点的尖端区域的位置，突起501应包括至少一个表面503。表面505被构造形成邻近表面503的弹簧触点，(例如)在这个区域表面其是平坦的。尽管表面503被描绘为以锐角向表面505倾斜，另一选择为其可与表面505垂直或以钝角倾斜。通过使倾斜表面503以锐角向表面505倾斜，有利于释放沉积在基板502表面的材料。除使用单一表面503外，也可使用突起501的多平面区域形成尖端。
在基板502上提供合适的突起后，使用牺牲层508覆盖基板的表面505，其为此项技术中已知。具有经沉积的牺牲层508的示范性基板502展示在图11C-11D中。在沉积层508前可使用例如薄的氧化铝层(未图示)的合适释放层/晶种层来涂覆所述基板，如前述。接着如此项技术中已知，图案化牺牲层508以产生弹簧触点形状的具有定位在突起501的表面503上的尖端区域的开口510。如上文所述，开口510限定弹簧触点的例外形。在本发明的一实施例中，开口510露出表面505上的导电晶种层(未图示)。
通过任何合适方法(诸如电镀或溅度)，可将合适的尖端材料层512沉积在开口510底部的基板502上。可使用任何合适的尖端材料，例如钯、金、铑、镍、钴或包括至少这些材料中的至少一种材料的合金。尖端材料层512可沉积到任何需要的厚度。层512被沉积后，基板502的视图展示在图11E中。
接着，可在尖端材料层512上沉积弹簧触点材料518的第二层。又，可使用电镀或其它合适的方法。层514的弹簧触点材料可比选定用于层512的尖端材料更具刚性，更坚固和/或花费更低。应选择对经修整的弹簧触点赋予所要的结构特性。例如，如上文所述，镍、铁、钴或这些材料的合金是合适的。沉积在尖端材料层512上的弹簧材料层514的视图展示在图11F中。
视开口510的构形而定，层514可在表面503上部位516处伸出大体上平坦的顶表面518。需要移除任何伸出部位516，以借此暴露底端材料层512。如果这样，那么基板502和它的附加层可与顶表面518水平或在其下面，诸如通过机械加工和/或电子机械抛光。此外，或另一选择为，第三层(未图示)(诸如顶部材料的另一层)可沉积在层514上。
在如需要制备层512、514后，接着如此项技术中已知移除牺牲层508。接着从牺牲基板502整个移除层512、514，以提供类似于上文所述的自由弹簧触点的自由弹簧触点520。触点520包含集成材料层512和514，如图12所示。特征上，自由弹簧触点520的尖端区域522至少部分上被可增强触点520的电性能的层512覆盖。
尽管触点520被描绘成具有一个单一边缘尖端524，也可使用其它触尖构形。例如，可使用圆尖530，如图13所示。再如，可使用多边缘尖端540，如图14所示。这些和其它包括尖端524的尖端构形，可用于具有或不具独特尖端材料的自由弹簧触点。
在如此描述了制造微电子弹簧触点阵列的方法的一较佳实施例后，已达成此系统中的某些优点对所属领域的技术人员是显然的。还应了解在本发明的范围和精神内，可作出各种改变、改编及其替代实施例。例如，用于制造触点特定形状的方法已得以阐明，但应清楚的是上文所述的发明概念同样适于制造和组装各种其它形状的触点。

Claims (40)

1.一种制造微电子弹簧触点阵列的方法，其包含：
在一个牺牲基板上形成多个弹簧触点，其中通过在所述牺牲基板上的一个牺牲层内图案化弹簧触点轮廓，在所述牺牲层内图案化的轮廓上选择性地沉积一个导电材料层以形成所述弹簧触点，并从所述牺牲基板移除所述牺牲层而形成所述多个弹簧触点中的每一个；
从所述牺牲基板完全释放多个弹簧触点，借此提供多个自由弹簧触点；且将一个基底端处的所述多个自由弹簧触点中的每一个附加到一个基底基板，每一弹簧触点从所述基底基板延伸到一个末端，借此在所述基底基板上提供多个末端。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含图案化所述弹簧触点的轮廓，借此所述牺牲层中的一个图案化凹槽的侧壁限定所述弹簧触点的侧外形。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含使多个末端与尖端位置的一个预定阵列对准。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含图案化所述弹簧触点的轮廓，借此所述多个弹簧触点中的每一个都包含一个长杆，且其中所述附加步骤进一步包含附加所述多个触点中的每一个以便所述长杆从所述基底基板延伸到所述末端，借此在所述基底基板之上提供多个末端。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含对准所述多个延伸杆中的一些使其与所述大多数延伸杆的另一些大体平行。
6.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含对准插在所述延伸杆中的另一些与所述基底基板之间的多个延伸杆中的一些。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含在每一个长杆端形成一个触尖，进而形成多个触尖，且其中所述附加步骤进一步包含使所述多个自由弹簧触点与在所述多个末端中的每一个处的多个触尖中的一个相附加。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述形成触尖的步骤进一步包含在所述牺牲基板上形成一个突起，在沉积所述导电材料层后，将所述突起定位在触尖之下。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述形成触尖的步骤进一步包含在所述牺牲层内图案化的轮廓上选择性沉积一个尖端材料层，所述尖端材料不同于所述导电材料。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含在所述牺牲层内图案化的轮廓上，选择性沉积一个第二材料的层，所述第二材料与导电材料不同。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含在图案化弹簧触点轮廓前，沉积所述牺牲层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含在沉积所述牺牲层前，在所述牺牲基板上沉积一个金属释放层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含从铝、铝合金、铜或铜合金中选择金属释放层。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含使用电镀处理沉积所述导电材料层。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含沉积选自镍或镍合金的所述导电材料层。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含重叠所述导电材料层以实现一致厚度。
17.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含用一个绝缘材料基板制备所述基底基板。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述制备步骤进一步包含从铝或氮化硅中选择所述基底基板。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述制备步骤进一步包含在所述基底基板中形成多个通孔。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述附加步骤进一步包含将所述多个弹簧触点中的每一个的一个自由端插入所述多个通孔中的每一个的一个不同通孔。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述插入步骤进一步包含使用选自机器人取置、遥控取置、大量流体辅助插入、大量磁性辅助插入或大量振动辅助插入方法插入所述自由端。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含形成所述多个弹簧触点中的每一个，以包括一个经配置以适合所述多个通孔中的一个的基底端。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述形成步骤进一步包含形成所述多个弹簧触点中的每一个，以包括一个经配置以锁入多个通孔中的一个的基底端。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述制备步骤进一步包含在所述多个通孔中的每一个周围图案化一种焊料。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述附加步骤进一步包含将所述多个自由弹簧触点中每一个的一个自由端插入所述多个通孔中的每一个的一个不同通孔内。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述附加步骤进一步包含回流所述焊料以将所述多个自由弹簧触点的每一个的所述自由端附加到所述基底基板。
27.根据权利要求1所述的方法，其中所述排列步骤进一步包含制备一个具有对应所述尖端位置预定阵列的多个对准零件的对准基板，且通过放置多个末端之上的对准零件，对准所述多个末端。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述制备步骤进一步包含用硅材料的晶片制备所述对准基板。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述制备步骤进一步包含将所述对准零件蚀刻为所述对准基板的一个表面中的凹陷。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述排列步骤进一步包含用一种硬材料涂覆所述多个自由弹簧触点，而所述多个自由弹簧触点被固持靠着所述对准基板。
31.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含以远离所述基底基板的多个末端将所述基底基板附加到一个电子组件的终端。
32.根据权利要求1所述的方法，其中所述附加步骤进一步包含从一个电子组件中选择所述基底基板，其中所述多个自由弹簧触点的每一个附加到所述电子组件的一个终端。
33.一种形成多个微电子弹簧触点的方法，每一个所述微电子弹簧触点包含一个从一个基底延伸且横向所述基底的长杆，所述方法包含：
在一牺牲基板上沉积一个牺牲层；
在所述牺牲基板上的所述牺牲层中图案化多个弹簧触点的轮廓，借此在所述牺牲层中的图案化凹槽的侧壁限定所述多个弹簧触点中的一些的侧外形；
在所述牺牲层中图案化的轮廓之上，选择性沉积一个导电材料层以形成多个沿其长杆之长度到所述牺牲基板的长附加的弹簧触点；和
从所述牺牲基板移除所述牺牲层。
34.根据权利要求33所述的方法，其进一步包含从所述牺牲基板完全释放所述多个弹簧触点。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述图案化步骤进一步包含在所述多个弹簧触点的每一个长杆的一端处图案化一个触尖的轮廓。
36.根据权利要求33所述的方法，其进一步包含在沉积所述牺牲层之前，在所述牺牲基板上沉积一个金属释放层。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述沉积一个金属释放层步骤进一步包含从铝、铝合金、铜或铜合金中选择所述金属释放层。
38.根据权利要求33所述的方法，其中所述选择性沉积步骤进一步包含使用一种电镀处理选择性沉积所述导电材料层。
39.根据权利要求33所述的方法，其中所述选择性沉积步骤进一步包含选择性沉积选自镍或镍合金的导电材料层。
40.根据权利要求33所述的方法，其进一步包含重叠所述导电材料层以实现所述多个弹簧触点的一致厚度。
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