DE10392441T5

DE10392441T5 - Eine miniaturisierte Kontaktfeder

Info

Publication number: DE10392441T5
Application number: DE10392441T
Authority: DE
Inventors: Syamal Kumar Milpitas Lahiri; Frank San Jose Swiatowiec; Fu-Chiung Saratoga Chong; Sammy Cupertino Mok; Erh-Kong Cupertino Chieh; Roman L. San Francisco Milter; Joseph M. San Jose Haemer; Chang-Ming San Jose Lin; Yi-Hseng San Jose Chen; David Thanh San Jose Doan
Original assignee: NanoNexus Inc
Current assignee: NanoNexus Inc
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2005-07-07
Also published as: AU2003218288A1; WO2003081725A2; WO2003081725A3; WO2003081725B1

Abstract

Eine Zwischenverbindungsvorrichtung zum Einrichten eines elektrischen Kontakts zwischen zwei Komponenten, mit folgenden Merkmalen:
zumindest einem elastischen Kernbauteil, wobei das Kernbauteil einen Ankerabschnitt, der an einem Substrat angebracht ist, in dem zumindest ein Durchgangsloch gebildet ist, das mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt ist, und einen freien Abschnitt aufweist, der anfänglich an dem Substrat angebracht ist, und der sich auf ein Lösen hin auf Grund eines inhärenten Spannungsgradienten in dem Kern weg von dem Substrat erstreckt,
wobei das Kernbauteil elektroaufbringungsmäßig mit zumindest einer Schicht umhüllt ist, die alle frei liegenden Oberflächen des Kernbauteils bedeckt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf stark miniaturisierte Federn. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Gruppe miniaturisierter Kontaktfedern und auf eine Gruppe von Verfahren zum Erhöhen der Dehngrenze und der Dauerfestigkeit dieser Federn.

Miniaturisierte Federn werden weit verbreitet als elektrische Kontakte eingesetzt, um Anschlussflächen oder I/O-Anschlüsse auf integrierte Schaltungen, PCBs, Zwischenelementen, Raumwandlern und Sondenchips zu Zwecken, wie z. B. Testen, Einbrennen und Häusen, zu kontaktieren, da selbst Arrays derartiger miniaturisierter Federn mit einem Abstand von weniger als 10 μm hergestellt werden können. Eine miniaturisierte Spannungsmetallfilmfeder, die üblicherweise durch Fotolithografie strukturiert ist, weist einen festen Abschnitt, auch Ankerabschnitt genannt, der an einem Substrat angebracht ist, und einen angehobenen Abschnitt, auch freier Abschnitt genannt, der anfänglich an dem Substrat angebracht ist, auf, der sich auf ein Lösen hin weg von dem Substrat erstreckt und eine dreidimensionale Struktur als ein Ergebnis eines inhärenten Spannungsgefälles bzw. -gradienten in der Feder bildet. Üblicherweise wird das Spannungsgefälle in einem Film durch eine aufeinander folgende Aufbringung einer Mehrzahl von Dünnfilmschichten durch Zerstäuben oder Elektroplattieren unter unterschiedlichen Verfahrensbedingungen erzeugt. Ein typisches Ausführungsbeispiel einer Spannungsmetallfeder ist schematisch in 1a gezeigt, die einen Ankerabschnitt 101, der einem elektrischen Kontakt oder Anschluss 102 zugeordnet ist, der an einem Substrat oder einer elektrischen Komponente 103 angebracht ist, und einen freien Abschnitt 104 mit einer Federspitze 105 aufweist. Beispiele derartiger Strukturen sind in dem US-Patent Nr. 5,613,861 (Smith) und der Anmeldung PCT/US00/21012 (Chong, Mok) offenbart.

Andere Typen von Federn umfassen diskrete Federn, die einzeln oder in einer Gruppe hergestellt und nachfolgend auf einem Substrat angebracht werden, wie z. B. diejenigen, die bei einer Wafertest- oder Einbrennanordnung verwendet werden, oder diejenigen, die integrierte Festkörperbauelemente, wie z. B. Halbleiterbauelemente, aufweisen. Wiederum andere Typen derartiger Federn sind die Auslegertyp-Federn, die in Massen auf einem Substrat unter Verwendung von Fotolithografie hergestellt werden, wie in der Patentliteratur vermerkt ist, wie z. B. der PCT 01/48818, PCT WO97/44676, dem US-Patent 6,184,053 und der PCT WO01/09952. Einige dieser Federn werden einzeln oder in einer Gruppe auf einem Opfersubstrat hergestellt und dann auf Substraten befestigt, die in Wafertest- oder Einbrennanordnungen verwendet werden, oder auf denjenigen, die Halbleiterbauelemente aufweisen. 1b ist ein schematischer Querschnitt einer typischen fotolithografisch strukturierten, freistehenden Auslegerfeder, die auf Opferschichten hergestellt ist, die eine Basisregion 201 an einem Ende, die an einer elektrischen Kontaktanschlussfläche 202 eines Substrats 203 angebracht ist, eine Kontaktspitzenregion 204 an dem anderen Ende der Feder und einen Mittelhauptkörper 205 der Feder aufweist, der die Basis 201 und die Kontaktspitzenregion 204 verbindet. Das Problem bei dieser Art von Federn besteht darin, dass sie zu lang sind. Kürzere und kleinere Federn sind zum Testen und Einbrennen einiger integrierter Schaltungen der gegenwärtigen und der nächsten Generation wünschenswert, die Kontaktanschlussflächen mit einem sehr kleinen Abstand, z. B. 20 bis 50 μm, aufweisen.

Verfahren zur Herstellung kürzerer Federn unter Verwendung von Fotolithografieverfahren, um dickere Metallbeschichtungen hinzuzufügen, sind in der Patentliteratur definiert. Ein Verfahren ist in der Anmeldung WO01/48870 beschrieben. Dieses Verfahren verwendet ein elektroplattiertes Fotoresist, damit Metall auf die Oberseite einer frei stehenden Feder plattiert werden kann. Mit den Abmessungen jedoch, die zur Sondierung von ICs mit Anschlussflächenabständen unterhalb von 150 μm benötigt werden, weisen die frei stehenden Federn eine nicht ausreichende Stärke auf, um ein Rückseitenfotoresist zu halten, ohne die zur Nachgiebigkeit erforderliche Sondenhöhe wesentlich zu reduzieren. Jede Uneinheitlichkeit in dem Fotoverfahren überträgt sich auch in nicht einheitliche Federhöhen, die die Einheitlichkeitsanforderungen, die notwendig sind, damit sie während eines Testens auf den IC-Anschlussflächen bleiben können, nicht erfüllen können.

Das in der Anmeldung (WO01/48870) beschriebene Verfahren weist außerdem ein zusätzliches Problem bei der Steuerung einer Anhebehöhe nach einem Plattieren auf. Einer der Zwecke einer frei stehenden Feder besteht darin, einen Rahmen oder eine Struktur zur Unterstützung des dickeren plattierten Metalls bereitzustellen. Wenn eine Feder auf nur einer Seite plattiert ist, biegt sich die Feder basierend auf der Spannung in dem plattierten Film auf eine unterschiedliche Anhebehöhe. Wenn der Film zugbelastet wird, biegt sich derselbe nach oben, und wenn der Film druckbelastet wird, wird derselbe nach unten gedrückt. Beide dieser Spannungsbedingungen sind für die Toleranzen und eine Federanhebeeinheitlichkeit, die zum Testen von ICs nötig sind, schwierig zu steuern. Zusätzlich sind Druckfedern stärker als Zugfedern und die Feder mit einem plattierten Druckfilm verliert bis zu dem Punkt an Anhebehöhe, dass keine ausreichende Nachgiebigkeit vorliegt, um noch eine nützliche Sonde zu sein. Es gibt außerdem eine Grenze dafür, wie hoch eine frei stehende Feder vor einem Plattieren angehoben werden kann, um diesen Druckeffekt auszugleichen. Die Sonde muss einen Kon takt zu der elektrischen IC-Anschlussfläche in einem Winkel, der kleiner als 90° ist, herstellen. Ein Erhöhen der Anhebehöhe tendiert dazu zu bewirken, dass sich die Feder um sich selbst wickelt und einen 360°-Kreis zu dem Substrat erzeugt. Als ein Ergebnis erfüllt das durch diese Patentanmeldung gelehrte Verfahren die Anforderungen zum Steuern einer Einheitlichkeit der Anhebehöhe von Arrays von Federn, die zum IC-Testen erforderlich ist, nicht.

Ein Verfahren zum Aufbauen der Sonde in der Anmeldung WO11/48870 besteht darin, eine Spitze auf der plattierten Feder anzuordnen und die hergestellte Feder auf einem Opfersubstrat zu einem zweiten Zwischenverbindungssubstrat anzuordnen. Der Anordnungsvorgang fügt Positionsplatzierungsfehler hinzu und ist in der Herstellung teurer als eine vollständig integrierte Verbindungsknopfspitze, wie sie in der Erfindung hierin beschrieben ist.

Ein weiteres Verfahren, das in dem Patent mit der Nr. US 6,528,350 beschrieben ist, hält die Fotoresistbeschichtung, d. h. Maske, weg von der Feder und verwendet eine Löseschichtinsel, um ein Plattieren des frei stehenden Abschnitts der Feder zu ermöglichen. Für Fälle, in denen die Lösemaske neben der Basis (Ankerabschnitt) der Feder aufhört und sich nicht entlang der Basis der Feder erstreckt, werden die Dicke und Breite des freien Abschnitts der Feder nahe an der Basis auf ein Plattieren hin sehr viel größer verglichen mit der Basisregion. Als ein Ergebnis ist der frei stehende Abschnitt der Feder in der Umgebung der Basisregion mechanisch schwächer. Da das Biegemoment in dieser Region am höchsten ist, brechen auf das Ausüben einer Kraft auf die Federspitze während eines IC-Tests hin die Federn frühzeitig und können deshalb die Sondenlebensdaueranforderung, die bei IC-Herstellungsreihen benötigt wird, nicht erfüllen. Für das andere Verfahren, das in der US 6,528,350 beschrieben ist, bei dem die Fotoresistmaske den frei stehenden Abschnitt der Feder sowie einen Teil des Ankerabschnitts während eines Plattierens nicht bedeckt, be steht dennoch eine Diskontinuität in der Breite, was zu Brüchen neigt. Die Maskenausrichtung und Steuerung des Federlösevorgangs bedingt außerdem ernst zu nehmende Probleme, die zu einer unebenen Plattierung und einer Variation der Anhebeeinheitlichkeit führen. Ein weiteres Hauptproblem in diesem Vorgang entsteht aus dem hohen spezifischen Widerstand der relativ dünnen Löseschicht, sowie dem Spannungsmetallfilm, durch den der Plattierungsstrom fließt. Die Stromdichte variiert stark mit der Entfernung von den Leistungsverbindungspunkten an der Kante des Substrats. Als ein Ergebnis variieren die Charakteristika des plattierten Films, wie z. B. Mikrostruktur, Dicke, Spannungen, usw., in verschiedenen Bereichen der Feder stark. Als ein Ergebnis erzeugt dieses Verfahren keine Arrays von Federn mit vernünftig einheitlichen und gesteuerten Eigenschaften, wie z. B. Anhebehöhe, was für ein effektives IC-Testen wesentlich ist.

Die Erfindung hier weist mehrere Einrichtungen auf, um die Probleme, die den obigen beiden Verfahren zugeordnet sind, zu umgehen, und liefert Lösungen, die ein Herstellen von Arrays von Federn liefern, die geeignet zur Erfüllung der strengen Anforderungen eines Waferebenen-IC-Testens sind. Unter anderem erlaubt die Erfindung eine Herstellung von Arrays von Federn mit angemessen einheitlicher Anhebehöhe und Eigenschaften, sowie Haltbarkeit. Sie lehrt z. B. die Praktik eines Einhüllens des gesamten Federkerns, von sowohl dem frei stehenden als auch dem Ankerabschnitt, mit elektroaufgebrachten Filmen mit einer ausgeglichenen Spannung, was eine Beibehaltung von Federhöhen mit geeigneter Einheitlichkeit nach der Elektroaufbringung erlaubt. In einer weiteren Lehre zeigt sie ein Verfahren zur selektiven Plattierung der Federn ohne die Verwendung einer Fotoresistmaske.

Die miniaturisierten Kontaktfedern werden einer großen Anzahl von Kontaktoperationen während eines Testens unterzogen, die die Federn verschiedenen Pegeln von Spannungen, einschließlich zyklischen Spannungen, aussetzen. Ebenso werden die Federn in Häusungen, die Kontaktfedern verwenden, um zwei Komponenten zu verbinden, wie z. B. Chips und Chipträger, während des Testens und einer Operation Spannungen ausgesetzt. Die Federn müssen derartigen Spannungen ohne Ausfall standhalten. Wir haben jedoch beobachtet, dass die miniaturisierten Federn, wie z. B. diejenigen mit einer Größe von etwa 400 μm × 60 μm × 20 μm, üblicherweise nach 10.000 Aufsetzvorgängen auszufallen beginnen, d. h. plastisch verformt werden und/oder brechen, wenn die Kontaktkraft etwa 1 gf übersteigt. Ein Hauptgrund des Ausfalls besteht darin, dass die resultierenden abwechselnden Spannungen die Dauerfestigkeit des Federmaterials überschreiten. Die Dauerfestigkeit zeigt den abwechselnden Spannungspegel an, bei dem ein Material einer spezifizierten Anzahl von Zyklen standhalten kann. Sie ist üblicherweise ein Bruchteil der Dehngrenze des Materials, die dem Einsetzen einer plastischen Verformung entspricht, d. h. unmittelbare dauerhafte Verformung. Da eine Kraft, die etwa 1 gf überschreitet, üblicherweise zur Herstellung guter reproduzierbarer Kontakte auf Aluminium mit einem geringen Kontaktwiderstandswert erforderlich ist, wie in unserem Experiment zu sehen ist, muss die Beständigkeit der Federn gegenüber einem Ausfall deshalb wesentlich erhöht werden, um die Leistung und Qualität der Federn zu verbessern. Federn mit größeren Querschnitten können einer ähnlichen oder größeren Kraft ohne Ausfall standhalten, da die resultierenden Spannungen niedriger sind, sie schränken jedoch den Abstand ein, mit dem Federn gebaut werden können.

Für einige Operationen, wie z. B. das Einbrennen von Bauelementen, werden Kontaktfedern benötigt, um Kontakte mit den Bauelementanschlüssen bei einer erhöhten Temperatur, wie z. B. etwa 100°C, herzustellen. Derartige Kontakte müssen unter Umständen ebenso einen Durchgang eines relativ hohen Stroms, wie z. B. 250 bis 500 mA, während der Operation erlauben. Unter dieser Bedingung sollte der Kontaktwiderstandswert relativ gering sein, wie z. B. 0,1 Milliohm, sodass die Kontaktspitzenregion der Feder nicht durch Überhitzung beschädigt wird. Eine Art und Weise, um den geringen Kontaktwiderstandswert zu erzielen, besteht in einem Erhöhen der Kontaktkraft durch ein Erhöhen der Dicke der Federn. Eine höhere Kontaktkraft erhöht jedoch die in dem Körper der Feder entwickelte Spannung, insbesondere nahe an der Basisregion, und erhöht so die Wahrscheinlichkeit eines frühen Federausfalls während wiederholter Aufsetzvorgänge.

Ferner tendieren die Materialien von elektrischen Kontaktanschlussflächen oder Anschlüssen dazu, während wiederholter Kontakte an den Federspitzen zu haften. In Fällen, in denen die Adhäsion des Anschlussflächenmaterials an den Federspitzen den Kontaktwiderstandswert erhöht oder das Anschlussflächenmaterial ohne weiteres zähe Verbindungen auf ein Aussetzen gegenüber der Umgebungsbedingung hin bildet, werden die elektrischen Kontakte nach wiederholten Aufsetzvorgängen verschlechtert. Dies verkürzt außerdem die Lebensdauer der Federn. So sollte eine Kontaktspitzenstruktur vorzugsweise Materialien umfassen, die nicht stark an den Kontaktanschlussflächen oder Anschlüssen haften.

Deshalb ist ein Mechanismus zum Maximieren von Dehngrenze und Dauerfestigkeit der miniaturisierten Federn innerhalb der Miniaturisierungsanforderung wünschenswert.

Ferner wird ein Mechanismus zur Minimierung einer Adhäsion der Kontaktanschlussflächenmaterialien an den Federspitzen nach wiederholten Kontakten, ohne dass Zuverlässigkeit und elektrische Leitfähigkeit der Federn wesentlich beeinträchtigt werden, erwünscht.

Ein Verfahren zur Herstellung von Federn mit hoher Widerstandskraft gegenüber nachgebender Spannung, was zu einer einheitlichen Federhöhe führt und für eine haltbare Spitzenstruktur sorgt, ist erwünscht.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung liefert eine Lösung zur Erhöhung von Dehngrenze und Dauerfestigkeit miniaturisierter Kontaktfedern, die in Arrays mit ultrakleinen Abständen hergestellt werden können. Sie offenbart außerdem eine Lösung zur Minimierung einer Adhäsion der Kontaktanschlussflächenmaterialien an den Federspitzen nach wiederholten Kontakten, ohne die Zuverlässigkeit der miniaturisierten Federn zu beeinträchtigen. Zusätzlich liefert die Erfindung außerdem eine Lösung zur Herstellung der Federn, die einen Durchgang eines relativ höheren Stroms erlaubt, ohne die Lebensdauer derselben wesentlich zu verschlechtern. Außerdem liefert die Erfindung eine Lösung zur Herstellung robuster Federn zum Verbinden von Chipbondanschlüssen mit entsprechenden Eingangs-/Ausgangsanschlussflächen eines Substrates, das ein anorganisches oder organisches Material aufweist, zur zuverlässigen Gehäuseherstellung. Das Verbinden kann z. B. durch die Verwendung eines Lötmittels oder von leitfähigen Haftmitteln, einschließlich anisotropisch leitender Haftfilme, erleichtert werden.

Die Spannungsmetallfeder gemäß dieser Erfindung weist eine Mehrschichtfilmstruktur auf. Die Dünnfilme weisen eine wesentlich größere Dehngrenze und Dauerfestigkeit auf als die entsprechenden Volumenmaterialien und so erlauben diese Federn wiederholte Aufsetzvorgänge während eines Testens oder Einbrennens ohne wesentliche plastische Verformung, wenn überhaupt.

Die Aufbringung druckbelasteter Filme auf die Kernfilme hat sich als zur Erhöhung der Federlebensdauer nützlich herausgestellt. Dies erlaubt außerdem eine Herstellung von Spannungsmetallfedern, die in der Lage sind, eine große Kraft auf die elektrische Kontaktanschlussfläche oder den Anschluss auszuüben.

Dünnfilme werden mit abgestuften Übergängen in der Zusammensetzung, entweder kontinuierlich oder in feinen einzelnen Schritten, über eine Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Materialien aufgebracht, sodass der Elastizitätsmodul im Allgemeinen monoton mit der Tiefe von der Oberfläche zu dem Federkern zunimmt. Die resultierenden Federn zeigen einen wesentlichen Anstieg der Lebensdauer während wiederholter Aufsetzvorgänge.

Geeignete Materialien und/oder Verfahren haben sich als zur Erhöhung der Grenzflächenrobustheit in den Mehrschichtstrukturen nützlich herausgestellt. Materialien mit ähnlichen Gitterparametern werden vorzugsweise in den benachbarten Filmen verwendet und amorphe oder nano-kristalline Filme werden als Grenzflächen verwendet. Eine Grenzfläche kann entweder durch ein "In-Phase-Bringen" der Materialien zweier benachbarter Schichten oder durch ein Verwenden einer Legierung der Materialien zweier benachbarter Schichten hergestellt werden.

Die Dicke des freien Abschnitts des Dünnfilms ist vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 4–35 μm, was einen zuverlässigen und geringen elektrischen Kontaktwiderstandswert zwischen den Federspitzen und Kontaktanschlussflächen oder elektrischen Anschlüssen erlaubt, die unterschiedliche Materialien umfassen.

Zumindest ein Film mit hoher Wärmeleitfähigkeit in der Mehrschichtfilmstruktur wird vorzugsweise zum Dissipieren von Wärme während eines Testens oder Einbrennens bei einem relativ hohen Strom verwendet.

Eine Abänderung der Verfahrensparameter während der Aufbringung der Filme, die die Federstruktur bilden, hat sich als zur Verbesserung von Federqualität und -zuverlässigkeit nützlich herausgestellt. Dünnfilme z. B., die die Beschichtungen des Federkerns umfassen, werden mit geeigneten Mikrostrukturmerkmalen zum Erhöhen von sowohl Dehn- als auch Bruchzähigkeit der Feder aufgebracht, wie z. B. ultrakleiner Korngröße, z. B. kleiner als 200 nm.

Die Kraft, die zur Herstellung guter elektrischer Kontakte zwischen den Federn und den Kontaktanschlussflächen verwendet wird, ist üblicherweise reduziert. Ein geeigneter Bereich einer Kraft zum Kontakt auf Aluminium (Al) beträgt 0,8–10,0 gf. Für die Kontaktanschlussflächen, die aus Gold, Kupfer oder Lötmittel hergestellt sind, ist die Kraft zur Herstellung guter elektrischer Kontakte viel kleiner. Die mit geringer Kraft fotolithografisch strukturierten miniaturisierten Kontaktfedern erleichtern den Aufbau von Sondenkartenanordnungen stark, die Sondenchips umfassen, d. h. Substrate mit angebrachten Sondenfedern zur Herstellung von Kontakten zu IC-Anschlüssen, Zwischenelementen und Anordnungshalterungen zum Testen und Einbrennen sowie Häusen. Die Anordnung wird durch die Verwendung dieser Niederkraftfedern stark vereinfacht, da Biege-, Verwölbungs- und Ausrichtungsprobleme minimiert werden.

Das Verfahren zur Verbesserung der Lebensdauer der Federn umfasst Lösungen zur Minimierung einer Oberflächenrauheit.

Eine Variation der Federabmessungen, wie z. B. Breite und Dicke, hat sich als zur Verbesserung der Lebenszeit nützlich herausgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel liegt der freie Abschnitt der Feder in einer spitz zulaufenden Form vor.

Die Erfindung liefert außerdem eine billigere und wirksame Lösung zur Elektroaufbringung übereinander liegender Filme auf die Spannungsmetallfeder, Schaltungsleiterbahnen und elektrischen Kontaktanschlussflächen ohne Verwendung einer Maske.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Federspitzenregion, auch Knopffederspitze genannt, selektiv unter Verwendung eines Fotolithografieverfahrens mit einem Material, das ei ne Adhäsion der Kontaktanschlussflächenmaterialien während wiederholter Aufsetzvorgänge minimiert, beschichtet. Die Dicke der Federspitzenregion wird vor dem Lösen der Federn von dem Substrat aufgebaut.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Fotoresist aufgebracht und strukturiert, um eine selektive Beschichtung der Spitzenregion, nachdem die Feder wie erforderlich angehoben und elektroplattiert wurde, mit einem Material zu ermöglichen, das eine Adhäsion der Kontaktanschlussflächenmaterialien während wiederholter Aufsetzvorgänge minimiert.

Die Lösungen für Spannungsmetallfedern können auf andere Typen von Auslegerfedern angewendet werden. Ein Ausführungsbeispiel ist auf andere Auslegerfedern anwendbar, mit oder ohne Knopfkontaktstruktur in der Federkontaktspitzenregion. Mehrschichtfilme werden ausgewählt und in einer Folge aufgebracht, die einem spezifischen Prinzip folgt, das zu der Herstellung robuster Federn mit hoher Leistung mit hoher Haltbarkeit und erhöhter Lebensdauer führt. Das Prinzip macht es erforderlich, dass die Filme auf eine derartige Weise ausgewählt und nacheinander aufgebracht werden, dass der Elastizitätsmodul der äußeren Schichten der Federn geringer ist als der der inneren Schichten, und ein progressiver Anstieg des Elastizitätsmoduls von der Oberflächenschicht zu der innersten Schicht der Federn vorliegt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Dünnfilme, die Nicht-Spannungsmetallauslegerfedern aufweisen, mit geeigneten Mikrostrukturmerkmalen zum Erhöhen von sowohl Dehn- als auch Brechbeständigkeit der Feder aufgebracht, wie z. B. ultrakleiner Korngröße von z. B. weniger als 200 nm.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Nicht-Spannungsmetallauslegerfederschicht zumindest eine aufgebrachte Filmschicht mit einer eingebauten Druckspannung.

Den gleichen Prinzipien folgend können kürzere Federn mit erhöhter Robustheit und höherer Stärke hergestellt werden.

Die Erfindung ist auf ein Testen und Einbrennen verschiedener Typen von Festkörperbauelementen anwendbar, wie z. B. Silizium- und III-V-Bauelemente, Anzeigevorrichtungen, akustische Oberflächenbauelemente, mikro-elektromechanische (MEMS-) Bauelemente.

Zusätzlich ist die Erfindung auf Gehäuse anwendbar, in denen elektrische Anschlüsse elektronischer Komponenten an entsprechende Kontaktanschlussflächen eines benachbarten Substrats gebondet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a ist ein schematisches Diagramm, das eine typische Spannungsmetallfilmfeder gemäß dem Stand der Technik darstellt;
1b ist ein schematisches Diagramm, das eine typische Auslegerfeder gemäß dem Stand der Technik darstellt;
2 ist ein Diagramm, das die Spannung-Dehnung-Kurven von Dünnfilmen gegenüber entsprechenden Volumenmaterialien darstellt;
3a und 3b sind schematische Diagramme, die eine Spannungsmetallfilmfeder mit einer Mehrschichtstruktur gemäß der Erfindung darstellen;
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Spannungsmetallfilmfeder mit einer Mehrschichtstruktur, die zumindest einen Film mit hoher Wärme leitfähigkeit aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lösung für Federentwurf und -herstellung, bei der ein mit Metall gefülltes Durchgangsloch, ein isolierter Polymerfilm und eine elektrische Leiterbahn verwendet werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
6 ist ein schematisches Diagramm einer Spannungsmetallfilmfeder, die über einem Durchgangsloch gebildet ist, das eine elektrische Verbindung zu der Rückseite des Substrats bereitstellt, gemäß der Erfindung;
7 ist ein schematisches Diagramm einer Spannungsmetallfilmfeder, die gebildet und nachfolgend plattiert wird, um eine Robustheit zu verbessern, gemäß der Erfindung;
8 ist eine schematische Zeichnung einer plattierten Spannungsmetallfilmfeder, die durch ein Fotoresist beschichtet ist, gemäß der Erfindung;
9 ist eine schematische Zeichnung einer plattierten Spannungsmetallfeder, die durch ein strukturiertes Fotoresist beschichtet ist, was die Federspitze frei legt, gemäß der Erfindung;
10 ist eine schematische Zeichnung einer plattierten Belastungsmetallfeder mit einem Kontaktspitzenmaterial, das auf den freiliegenden Abschnitt der Feder plattiert ist, gemäß der Erfindung;
11 ist eine schematische Zeichnung einer plattierten Spannungsmetallfeder mit einem Kontaktspitzenma terial nach einer Entfernung eines Fotoresists gemäß der Erfindung;
12a ist ein schematisches Diagramm, das eine Spannungsmetallfilmfeder mit variierender Breite in einer spitz zulaufenden Form gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
12b ist ein schematisches Diagramm, das eine Spannungsmetallfilmfeder in einer spitz zulaufenden Form, bei der der Spitzenbereich mit einem Kontaktmaterial beschichtet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
13 ist eine schematische Zeichnung plattierter Spannungsmetallfedern mit einem Kontaktspitzenmaterial in einem verschachtelten Array gemäß der Erfindung; und
14a und 14b sind schematische Diagramme, die zwei Querschnittsansichten typischer frei stehender Nicht-Spannungsmetallauslegerfedern gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Miniaturisierte Federn können unter Verwendung von Herstellungstechnologien für Dünnfilm- oder diskrete Komponenten, wie z. B. Drahtbonden, hergestellt werden. Im Allgemeinen muss, damit Federn in einem breiten Bereich von Anwendungen zufrieden stellend funktionieren, die Dehngrenze der Materialien höher sein als die Spannungen sein, die während eines Testens oder Einbrennens oder in angeordneten Gehäusen an die Federn angelegt werden. Wir haben beobachtet, dass viele Dünnfilm-Spannungsmetallfedern während eines Testens plastisch verformt werden, da die Dehngrenze des Federmaterials geringer ist als die angelegte Spannung. Ein Span nungsmetallfilm weist üblicherweise einen starken Kernfilm auf, der aus Materialien besteht, wie z. B. Molybdän (Mo) oder seinen Legierungen, Wolfram (W) oder seinen Legierungen, mit zusätzlichen darüber liegenden Filmbeschichtungen, wie z. B. Nickel- oder Nickel-Kobalt- (Ni-Co-) Legierungsfilmen. Einige dieser Filme sind relativ dick, üblicherweise mit einer Dicke von 4×10³ bis 10⁴ nm, die erforderlich ist, um die Kraft zu erhöhen, die durch die Feder auf die kontaktierende Oberfläche zum Einrichten eines guten elektrischen Kontaktes ausgeübt werden muss. Eine hohe Dehngrenze derartiger Filme ist für die Gewährleistung einer zufrieden stellenden Leistung der Federn erforderlich.
Da die Spannungsmetallfedern, die durch diese Erfindung hergestellt werden, unter Verwendung von Dünnfilm/IC- oder MEMS-Technologie, auf Substraten oder elektrischen Komponenten stapelgefertigt werden, sind die hierin beschriebenen Federn besonders für Anwendungen zum Testen, Einbrennen und Häusen (einschließlich dreidimensionaler Häusung und Chip-zu-Chipträger-Bonden) geeignet, die Sondenkarten, Zwischenelemente, Raumwandler, PCBs, Wafer, Elektronikkomponenten und Mikrochips mit stark miniaturisierten Kontaktanschlussflächen oder I/O-Anschlüssen mit einem Abstand im Bereich von 3–100 μm beinhalten. Die existierenden Technologien sind größtenteils für derartige Anwendungen nicht geeignet. Die Abmessungen der entsprechenden Federn oder Federanschlüsse sind ebenso sehr klein, üblicherweise mit einer Länge in dem Bereich von 10–1000 μm, einer Breite von 3–500 μm und einer Dicke von 0,1–40 μm. Der Rollradius des angehobenen Kerns beträgt typischerweise 20–2000 μm. Es wird angemerkt, dass die Lehren dieser Erfindung auch verwendet werden können, um Federn oder Federanschlüsse außerhalb der angezeigten Abmessungs- und Abstandsbereiche zu erzeugen. Es wird ebenso angemerkt, dass die Lehren dieser Erfindung auf sowohl die Spannungsmetallfedern als auch andere miniaturisierte Federn, die Dünnfilme aufweisen, angewendet werden können.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung werden mehrere Schichten von sehr dünnen Filmen, jeweils mit einer Dicke von weniger als etwa 1,5–2 μm, verwendet, um die Federn zu fertigen, um die Dehngrenze von Dünnfilmfedermaterialien zu erhöhen. Dies ist besonders nützlich zum Aufbauen der Beschichtungsschichten über dem Dünnfilmfederkern. Die Spannung-Dehnung-Kurven von Dünnfilmen, schematisch in 2 gezeigt, unterscheiden sich stark von denjenigen der entsprechenden Volumenmaterialien. Die Materialien in Dünnfilmen zeigen eine sehr viel größere Dehngrenze, d. h. die Filme behalten ihre Elastizität bei einer höheren Spannung, und eine relativ kleinere plastische Verformung vor einem Ausfall verglichen mit den gleichen Materialien in Volumenform. Im Allgemeinen ist die Dünnfilm-Dehngrenze viel näher an der theoretischen Stärke des Materials als die entsprechende Volumenmaterial-Dehngrenze. Mit zunehmender Filmdicke, z. B. mehr als etwa 2 μm, zeigen die Filme zunehmend Volumen-Spannung-Dehnung-Charakteristika. Als ein Ergebnis ist die Elastizitätsgrenze dickerer Filme kleiner als diejenige von dünneren Filmen. Zusätzlich ist die Korngröße von sehr dünnen Filmen im Allgemeinen viel kleiner als die relativ dicker Filme, was ebenso zu einem Anstieg von sowohl Dehngrenze als auch Dauerfestigkeit führt. So sind die Federn mit dünneren Filmen robuster.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird absichtlich eine Diskontinuität in der Atomaranordnung an der Grenzfläche zwischen zwei benachbarten Filmen eingeführt, sodass die beiden Filme ihre individuellen mechanischen Charakteristika behalten und die Grenzfläche eine Defektausbreitung von einem Film zu den anderen hindert. Ein Verändern der Aufbringungsparameter, nachdem ein Film auf die erforderliche Dicke aufgebracht wurde, ist eine Art und Weise, um dies zu erzielen. Eine weitere Art und Weise zur Gestaltung dieser Grenzfläche besteht darin, nacheinander zwei unterschiedliche Materialien nebeneinander aufzubringen. Dies umfasst eine Verwendung zweier unterschiedlicher Materialien, wie z. B. Cu und Ni, mit nahen Gitterparametern in zwei benachbarten Schichten zum Verbessern des Bondens an der Grenzfläche. Es wird angemerkt, dass dieses Schema auch funktioniert, wenn die Gitterparameter der beiden benachbarten Schichten nicht sehr nahe aneinander sind. Unter Verwendung eines derartigen Schemas können mehrere Schichten von Dünnfilmen aufgebracht werden, um die erwünschte Federfilmdicke aufzubauen. Die obere Schicht der Feder ist vorzugsweise eine Dünnfilmstruktur, die einer Umweltverschlechterung während Lagerung oder Operation und einer Adhäsion des kontaktierenden Materials an der Federoberfläche widersteht. Das Ausführungsbeispiel ist schematisch in den 3a und 3b gezeigt, wobei A, B, C, usw. unterschiedliche Materialien anzeigen. Bei der Darstellung einer Aufbringung des gleichen Materials, jedoch unter Verwendung unterschiedlicher Prozessparameter, zur Bildung der nächsten benachbarten Schicht wird ein Sternchen verwendet, um die benachbarte Schicht anzuzeigen, z. B. A und A*.
Die auf diese Weise gebildeten Mehrschichtfedern können bei einer relativ niedrigen Temperatur, falls dies erwünscht wird, für einen kurzen Zeitraum, z. B. 150° für 10 Minuten, ausgeheilt werden, um ein Bonden zwischen benachbarten Schichten und eine Entspannung der internen Spannungen in den Filmen zu erleichtern, um der Feder zusätzliche Robustheit zu verleihen.
Bei einer Variation dieses Ausführungsbeispiels kann die Aufbringungsbedingung verändert werden, um einen nichtkristallinen oder kristallinen Dünnfilm, kleiner als etwa 200 nm, zwischen zwei relativ dickeren, etwa ≤ 2000 nm, Filmschichten zu erzeugen, um ein Bonden zwischen benachbarten Schichten zu erleichtern. Beispiele derartiger Zwischen-Material-Filme sind Au, Ag, Ni, Cu, usw.
Verschiedene Aufbringungstechniken können verwendet werden, um die Mehrschichtfilme aufzubringen, wie z. B. eine physische Aufdampfung (z. B. Zerstäuben oder CVD), Elektroaufbringung und chemische Aufdampfung. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel der Feder, das zur Herstellung guter elektrischer Kontakte zu Kontaktanschlussflächen oder Anschlüssen verschiedener Materialien geeignet ist, umfasst die Feder einen Zerstäuber-aufgebrachten Kern mit etwa 1–4 μm dicken Mo-Cr-Filmen mit einem Spannungsgefälle über die Dicke (Druckunterseite zu Zugoberseite). Die Mehrschichtdünnfilme, z. B. Ni oder seine Legierung, die über dem Kern liegen, werden auf allen Seiten des Kerns, nachdem ein freier Abschnitt der Feder gelöst wird, unter Verwendung von Filmaufbringungstechniken, wie z. B. Elektroplattierungstechniken (Gleichstrom- und/oder Puls-Aufbringung), auf eine Gesamtfederdicke von etwa 18–35 μm aufgebracht. Die Elektroaufbringungstechnik, sowohl elektroplattierend als auch elektrofrei, ist eine bevorzugte Technik zum Beschichten des Kernfilms. Pulsplattieren, ein Verfahren zur Elektroaufbringung, ist insbesondere geeignet für die Beschichtung, da es dazu neigt, dichtere Filme zu erzeugen. Zusammensetzungsmodulierte Elektroaufbringungstechniken können ebenso zur Aufbringung der Mehrschichtfilme verwendet werden.
Wir haben entdeckt, dass für Spannungsmetallfedern, ob diese nun eine Mehrschicht sehr dünner (weniger als etwa 2 μm dick) Filme oder relativ dickere, z. B. größer als etwa 2 μm Filme, mit einer Dicke von 1–45 μm für den freien Abschnitt umfassen, ziemlich geeignet zur Herstellung guter elektrischer Kontakte mit verschiedenen Materialien sind, die elektrische Kontaktanschlussflächen oder elektrische Anschlüsse auf unterschiedlichen Substraten oder elektrischen Komponenten aufweisen. Ein bevorzugter Dickenbereich zur Herstellung des freien Abschnitts der Federn beträgt 4–35 μm. Hervorragende elektrische Kontakte (sehr geringer Kontaktwiderstandswert) wurden zwischen Spitzen an dem Ende der freien Abschnitte dieser Federn mit einer geeigneten Dicke in diesem bevorzugten Bereich und elektrischen Kontaktanschlussflächen oder Anschlüssen erzielt, die hauptsächlich Gold (Au), Kupfer (Cu) oder häufig verwendete bleifreie oder bleihaltige Lötmittel oder Aluminium (Al) enthalten.
Bei einem weiteren gleichermaßen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Ausfallbeständigkeit der Federn, die unterschiedliche Filme mit relativ dünnen, z. B. 0,2 μm, oder dicken Filmen, z. B. 10–15 μm, umfassen, durch eine Elektroaufbringung wesentlich erhöht, z. B. durch Elektroplattieren der Filme auf den Kernfilm auf eine derartige Art und Weise, dass alle oder zumindest die relativ dicken darüber liegenden Filme, insbesondere diejenigen nahe an den Federoberflächen, unter einer Druckbelastung bzw. -spannung bleiben. Dies bedeutet, dass die fertige Feder als vorgespannt entworfen ist. Um die vorgespannte Bedingung beizubehalten, sollten sowohl das darüber liegende als auch das Kernmaterial eine hohe Elastizitätsgrenze aufweisen, die einer plastischen Verformung widersteht. Zusätzlich sollte die Grenzfläche zwischen unterschiedlichen Filmschichten ebenso stark sein. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel umfasst der darüber liegende Film mit Druckbelastung Nickel mit einer Dicke von etwa 10 μm auf jeder Seite eines Mo-Cr-Kern-Films. Die Verwendung geeigneter Aufbringungsbedingungen, z. B. zusätzliche Konzentrationen in dem Elektroaufbringungsbad, erzeugt einen derartigen Film. Die resultierende Feder hat vielen Aufsetzvorgängen ohne Ausfall standgehalten. Einer der Gründe für einen Federausfall ist die Entwicklung einer hohen Zugbelastung bzw. -spannung in der Federoberfläche, wenn dieselbe gepresst wird, um Kontakte zu den elektrischen Kontaktanschlussflächen oder Anschlüssen herzustellen. Die Dauerfestigkeit von Materialien ist im Allgemeinen unter einer mittleren Zugbelastung geringer als unter einer mittleren Druckbelastung. Die beschriebene Lösung minimiert die Entwicklung einer Zugbelastung bei Federoberflächen, wenn dieselben in einen Kontakt mit Kontaktanschlussflächen oder Anschlüssen gepresst werden, und erhöht so die Widerstandskraft der Feder gegenüber einem Ausfall. Dieses Schema und diejenigen, die in dem folgenden Absatz beschrieben werden, erlauben außerdem eine Herstel lung und Verwendung von Dünn-Spannungsmetallfilmfedern mit relativ großer Gesamtdicke, die zur Erzeugung einer hohen Kontaktkraft nützlich ist, die an der elektrischen Kontaktanschlussfläche oder dem -anschluss für einige Anwendungen benötigt wird.
Es wird angemerkt, dass die fertige Feder als vorgespannt entworfen ist. Ein Vorspannen wird vorzugsweise durch Druckbelastung erzielt. Der Bereich kann jedoch eine geringe Zugbelastung bis zu einer Druckbelastung, z. B. Zug 30 MPa bis Druck 70 MPa, betragen. Spannungen unterscheiden sich für eine unterschiedliche Dicke der Ni-Plattierung für die gleiche Zusatzstoffkonzentration. Für dünnere Filme ist die Spannung höher. Für einen 1,5 μ dicken Film z. B. beträgt die Spannung etwa 70 MPa Druck. Der Bereich einer Druckbelastung, die in plattierten Ne-Federn mit der gleichen Zusatzstoffkonzentration erzeugt werden kann, beträgt etwa 6–70 MPa (Druck) für Dicken in dem Bereich von 25–1,5 μm. So können die Spannungen für verschiedene Ni-Filmdicken durch eine Variation der Zusatzstoffkonzentration zugeschnitten werden.
Eine weitere Wirkung einer Veränderung der Zusatzstoffkonzentration in der Plattierungslösung spiegelt sich bei der Korngröße der plattierten Filme wieder. Für die gegenwärtig plattierten Federn mit erhöhter Zusatzstoffkonzentration hat sich herausgestellt, dass die Korngröße 1/5 (20%) der Proben betrug, die früher mit einer kleineren Zusatzstoffkonzentration plattiert wurden. Die kleinere Korngröße erhöht die Dehnbelastung von Dünnfilmen (d^–1/2-Abhängigkeit). Dies ist ein wichtiger beitragender Faktor für ein Erhöhen der Lebensdauer unserer Federn während wiederholter Aufsetzvorgänge. Ein bevorzugter Bereich eines Korndurchmessers in dem Film, z. B. Ni, der über dem Federkern liegt, beträgt 3–500 nm und ein üblicher bevorzugter Wert beträgt 50 nm. Die plattierten darüber liegenden Filme scheinen stärker zu sein, wenn die Körner gleichachsiger werden, d. h. Verhältnis von größerer zu kleinerer Abmessung von Körnern beträgt weniger als 2.
Bei einem weiteren gleichermaßen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Auswahl von Filmmaterialien zur Aufbringung eines Mehrschichtstapels von Filmen, ob er nun relativ dicke, z. B. dicker als etwa 1,5–2 μm, oder sehr dünne (weniger als etwa 1,5–2 μm) Filme umfasst, auf eine derartige Weise durchgeführt, dass Filme mit geringerem Elastizitätsmodul nahe an der Federoberfläche aufgebracht werden und Filme mit zunehmend höherem Modul in Richtung des Kerns aufgebracht werden. Bei einer Variation dieses Ausführungsbeispiels werden Filme über dem Kern auf eine derartige Weise ausgewählt und aufgebracht, dass dies zu einem angemessen kontinuierlichen Anstieg des Elastizitätsmoduls von der Federoberfläche zu dem Federkern führt, nämlich in einer abgestuften Aufbringung bei Zusammensetzungen. Ein abgestufter Übergang bei Zusammensetzungen und Elastizitätsmodul von der Federoberfläche zu dem Kern, entweder kontinuierlich oder in feinen diskreten Schritten, über eine Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Materialien kann verwendet werden, um die Spannungen an kritischen Orten zu verteilen und so das Einsetzen einer dauerhaften Beschädigung zu unterdrücken. Bei diesen Konfigurationen werden, wenn die Federn mit einem Druck beaufschlagt werden, um elektrische Kontakte zu Kontaktanschlussflächen oder -anschlüssen herzustellen, die kritischen Zugbelastungen, was in der Keimbildung eines Schadens an der Oberfläche resultiert, an der Oberfläche gesenkt, wenn der höhere Modul unterhalb der Oberfläche die Spannungen von der Oberfläche in das Innere der Feder verteilt. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit einer Risseinleitung an der Federoberfläche während wiederholter Aufsetzvorgänge und so wird die Federlebensdauer erhöht. Als Beispiele dieses Ausführungsbeispiels bestehen die Federoberflächenschichten (d. h. äußere Oberfläche des Deckschichtstapels) aus Palladiumlegierungen (wie z. B. denjenigen, die Ni, Co oder Pt umfassen), Goldlegierungen (wie z. B. denjenigen, die Ni oder Co umfas sen), Pt-Legierungen, usw.; wohingegen die Filmschichten, die näher an dem Federkern sind, z. B. Mo-Cr, Nickel oder Nickel-Legierungen umfassen, wie z. B. Ni-Co. Je höher die Konzentration von Pd oder Au in Nickel ist, desto kleiner ist der Elastizitätsmodul. So wird in einer weiteren Darstellung die Federlebensdauer durch ein Aufbringen von Nickel oder seiner Legierung mit höherer Elastizitätskonstante auf den Kernfilm, z. B. Mo-Cr, gefolgt durch eine Aufbringung nachfolgender Schichten darüber liegender Filme, die Ni mit zunehmender Menge von Pd enthalten, erhöht. Die äußeren Filme enthalten in diesem Fall eine relativ hohe Konzentration von Pd, z. B. 10–50 Gewichtsprozent Ni und 90–50 Gewichtsprozent Pd. Für abgestufte Filme wird, wie oben erwähnt wurde, die Pd-Konzentration in Ni kontinuierlich von dem Kern zu der Oberfläche verändert. Letzteres kann durch eine Variation von Aufbringungsparametern einer herkömmlichen Aufbringungstechnik, z. B. Elektroaufbringung, während des Aufbringungsverfahrens erzielt werden. Das Kernmaterial kann ein Material mit höherem Elastizitätsmodul als dem anderer Filme sein.
Verschiedene Materialkombinationen können verwendet werden, um den Mehrschichtfilmstapel über dem Spannungsmetallfederkern herzustellen. Diese sind auf sowohl sehr dünne (kleiner als 2 μm) als auch relativ dicke (z. B. 2–20 μm), einzelne Bestandteilsfilme anwendbar. Derartige Kombinationen werden aus Gruppen von Materialien ausgewählt, die Ni, Au, Ag, Cu, Co, Rh, Ru, Pt, Os, Pd, TiN, W oder ihre Legierungen umfassen, wie z. B. Ni-Co, Pd-Ni, Pd-Co, Co-Pt, Au-Pt, Pd-Rh, Ni-P, Ni-Mo, Ni-Co-Pd, Ni-Mo-W, Ni-P-W, usw. Feste Lösungen, die zumindest zwei Materialien aufweisen, wie z. B. Ni mit weniger als etwa 12% W oder Ni mit 2% Mo oder Cu-Rh-Pd oder Pd-Ni oder Pd-Co, Ni-Co oder Co-Pt, usw., sind besonders gute Kandidaten zur Herstellung des Mehrschichtdünnfilmstapels, da sie die mechanischen Eigenschaften des Films verbessern.
Mehrschichtfilme sind besonders geeignet zur Herstellung elektrischer Kontakte mit Anschluss/Kontaktanschlussflächen während eines Test- und Einbrennverfahrens, das einen Durchgang eines relativ hohen Stroms erfordert. Eine übliche Praxis in der Industrie besteht darin, gelegentliche Sondenkontakte zu Anschlussflächen bei einem Strompegel von 250–500 mA herzustellen. Dies führt oftmals zu einem Kontaktausfall auf Grund der übermäßigen Wärme, die in der Kontaktregion erzeugt wird. Ein Modellieren des Wärmeflusses hat gezeigt, dass die höchste Temperatur nahe der Federspitzenregion erreicht wird. Ein Schmelzen der Federspitzenregionen wurde ebenso in einigen Fällen beobachtet. Es ist in dieser Erfindung gezeigt, dass eine Zugabe eines guten wärmeleitenden Films, wie z. B. Cu, mit einer typischen Dicke von etwa 0,75–2 μm, in dem Mehrpegelstapel von Filmen, die die Feder aufweist, das Problem überwinden kann. Das Vorliegen von Cu ermöglicht eine schnelle Dissipierung der Wärme von der Spitzenregion und dadurch eine Minimierung des Schadens während eines Testens oder Einbrennens. Natürlich funktionieren auch unterschiedliche Dicken, z. B. größer als 2 μm, der guten wärmeleitenden Filme zu diesem Zweck.
4 ist ein schematisches Diagramm, das einen derartigen Federfinger zeigt, der einen Cu-Film für eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit umfasst. Andere Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit können anstelle von oder zusätzlich zu Cu zum Verbessern der Wärmedissipierung von der Federspitze ebenfalls verwendet werden. Beispiele sind: Au, Ag, Al, usw. Bei dieser Lösung können die Filme mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufgebracht werden, bevor oder nachdem die Feder angehoben wird. Wenn der Film nach dem Anheben elektroaufgebracht wird, kann der Film mit hoher Leitfähigkeit um den gesamten Kernfilm aufgebracht werden. Wenn der Kern auf einer Seite der Feder aufgebracht werden soll, oder auch nur bei oder nahe an der Spitzenregion, kann die Aufbringung durchgeführt werden, bevor die Feder angehoben und strukturiert wird.
Der Aufbau einer hohen Temperatur nahe der Federspitzenregion wird minimiert, wenn der elektrische Kontaktwiderstandswert von Sondenspitze zu Kontaktanschlussfläche minimiert ist. Die Reduzierung des Kontaktwiderstandswerts kann auch durch ein Erhöhen der Kraft erzielt werden, die durch die Sondenspitze auf die Kontaktanschlussfläche ausgeübt wird. Wir haben herausgefunden, dass der elektrische Kontaktwiderstandswert zwischen der Federspitze und der Kontaktanschlussfläche oder dem Anschluss weniger als 1 π beträgt, wenn der Kontakt zuverlässig und stabil ist. Ein bevorzugter Bereich von Werten für einen guten elektrischen Kontakt und eine gute Wärmedissipierung beträgt etwa ≤ 0,1–0,2 Ohm.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Dünnfilmfedern durch ein Stärken der Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Filmschichten gegenüber einer Defektausbreitung und durch ein Verbessern eines guten Bondens zwischen zwei benachbarten Filmschichten gegen einen Ausfall gestärkt werden. Die Grenzfläche zwischen dem Kernfedermaterial Mo-Cr und einer benachbarten Schicht eines Ni-Films kann z. B. wesentlich verstärkt werden und ein Bonden zwischen den beiden Schichten an der Grenzfläche kann wesentlich stärker gemacht werden, indem Ni an dem Ende der Mo-Cr-Aufbringung in Phase gebracht wird. Das Inphasebringen kann wie folgt erzielt werden. Kurz vor dem Ende der Mo-Cr-Aufbringung wird eine Ni-Aufbringung eingeleitet. Dann wird die Mo-Cr-Aufbringungsrate langsam auf 0 gebracht, während ein geeignetes Einstellen der Aufbringungsparameter die Ni-Aufbringungsrate erhöht. Für eine nachfolgende Ni- oder Legierungsaufbringung auf den Kern durch andere Verfahren, wie z. B. Elektroaufbringung, wird Ni oder seine Legierung auf der Ni-Oberfläche des Kerns aufgebracht. Als ein Ergebnis tritt eine robuste Bondbildung auf und die Grenzflächenstärke wird verbessert. Ein derartiges Grenzflächenentwerfen kann auch angewendet werden, um die Grenzflächenqualität zwischen zwei benachbarten elektroauf gebrachten Filmschichten zu verbessern. In diesem Fall kann nahe dem Ende der Aufbringung eines elektroaufgebrachten Films A, dem eine Aufbringung eines weiteren elektroaufgebrachten Films B folgen soll, eine Legierung aus A_xB_1–x unter Verwendung geeigneter Verfahrensparameter aufgebracht werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, das eine Elektroaufbringung zur Aufbringung von Dünnfilmbeschichtungsschichten auf den Federkern beinhaltet, werden die Aufbringungsparameter zeitweilig während der Aufbringung verändert, um die Qualität der Beschichtungsfilme zu verbessern. Es ist bekannt, dass eine Elektroaufbringung relativ dicker Filme eines Materials oft eine erhöhte Porosität in den Filmschichten nahe an der Oberseite des Films üblicherweise bei einer Dicke, die etwa 1,5–2 μm überschreitet, zeigt. Folglich verbessert ein Verändern der Filmparameter, wie z. B. Gleichstromplattieren zur Pulsplattierung oder Verändern der Stromdichte während der Aufbringung, die Qualität des Films deutlich. Als ein Ergebnis wird der Film stärker und widersteht einem frühen Ausfall während eines Testens oder einer Operation. Eine Variation von Aufbringungsparametern während der Elektroaufbringung kann die Mikrostrukturen, z. B. Korngröße, und kristallografische Strukturen der Aufbringungen, sowie Filmspannungen verändern.
5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lösung für einen Spannungsmetallfederentwurf und eine -herstellung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung darstellt, wobei sich 501 auf eine elektrische Anschlussfläche bezieht, 502 auf ein mit Metall gefülltes Durchgangsloch, 503 auf einen Isolatorfilm, wie z. B. einen Polymerfilm, 504 auf eine elektrische Leiterbahn, 505 auf eine Löseschicht, 506 auf einen plattierten Film, 507 auf einen Federkern, 508 auf einen plattieren Film an der Oberfläche und 509 auf ein Substrat. Dieser Entwurf erlaubt eine Einrichtung guter elektrischer Kontakte bei einer reduzierten Kraft und führt so zu einem wesentlichen Anstieg der Widerstandskraft gegenüber Ausfall während wiederholter Aufsetzvorgänge. Die Dauerlebensdauer einer Struktur ist eine starke Funktion der angelegten Spannung. So ist ein Erzielen eines geringen stabilen Kontaktwiderstandswerts bei einer niedrigen Kontaktkraft, ein Ermöglichen geringerer Spannungen in Strukturen mit kleinerer Größe, zur Erhöhung der Federlebensdauer und Leistung sehr wünschenswert. Einige miniaturisierte Federn, die auf eine andere Art und Weise als bei dieser Erfindung hergestellt sind, die ebenso zum Testen oder Einbrennen von Elektronikkomponenten verwendet werden, erfordern bestätigtermaßen eine Kontaktkraft in einem Bereich von 2–150 gf. Bei mehreren Experimenten haben wir gezeigt, dass die Spannungsmetallfedern mit der Grundstruktur gemäß dieser Erfindung, wie in 5 gezeigt ist, einen sehr guten Kontakt mit einer viel kleineren Kraft herstellen können. Bei diesen Experimenten waren einige der Filme, z. B. Ni oder Ni-Legierung, die auf allen Seiten über dem Kernfilm liegen, nicht sehr dünn, z. B. dicker als 2 μm, und die Außenoberflächen der Feder sind mit einem relativ harten, umgebungsmäßig stabilen Material, wie z. B. Pd-Co oder Rh, beschichtet. Eine Kraft von gerade einmal 1,4 gf an dem Kontakt zwischen diesen Federn und Al jedoch, was eines der Materialien ist, bei denen ein elektrischer Kontakt am schwierigsten herzustellen ist, führte zu einem guten, geringen und stabilen Kontaktwiderstandswert. Tatsächlich haben wir herausgefunden, dass die Kraft vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 0,8–10,0 gf für einen wirksamen elektrischen Kontakt zwischen diesen Federn und Al beibehalten werden sollte. Eine höhere Kraft neigt dazu, die Kontaktanschlussflächen 501 zu beschädigen, und eine geringere Kraft kann das Oberflächenoxid nicht reproduzierbar durchdringen. Für ein Kontaktieren anderer Materialien, wie z. B. Au, Cu und Lötmittel, die kein zähes Oxid, wie das auf Al, bilden, ist die Kraft, die zur Herstellung guter elektrischer Kontakte benötigt wird, wesentlich kleiner, z. B. 0,2 gf. Wir haben einen guten elektrischen Kontakt zwischen unseren Sondenfedern und Goldkontaktanschlussflächen bei einer Kraft von gerade einmal 0,01 gf erhalten. Wie oben angemerkt wurde, erlaubt ein Einrichten eines guten elektrischen Kontaktes mit einem geringen Kontaktwiderstandswert auch ein Testen von Schaltungen oder Bauelementen mit einem höheren Strom, ohne eine wesentliche Verschlechterung der Federqualität auf Grund eines Problems hoher Wärme anzutreffen. Folglich sind die Sondenfedern mit der in 5 gezeigten Struktur wünschenswert für Tests oder ein Einbrennen, die einen Durchgang eines höheren Stroms erfordern. Ähnliche Federn mit einer Mehrschichtstruktur, die sehr dünne Filme umfasst, z. B. weniger als etwa 2 μm, sind ebenso für derartige Tests oder ein Einbrennen geeignet, die einen Durchgang eines höheren Stroms benötigen.
Eine Fähigkeit zur Herstellung guter elektrischer Kontakte zwischen den Federn und den Kontaktanschlussflächen oder Anschlüssen mit einer sehr niedrigen Kraft, wie oben angezeigt wurde, führt zu einer Anzahl von Vorteilen. Die Einführung einer Kupfermetallisierung und von Materialien mit niedriger dielektrischer Konstante in integrierte Schaltungen in kleinem Submikrometerbereich durch die Mikroelektronikindustrie hat einen wesentlichen Bedarf nach Sondenkontakten mit niedriger Kraft während eines Testens und Einbrennens der Chips eröffnet. Die dielektrischen Materialien mit niedrigem k sind relativ zerbrechlich. Folglich sind die hier beschriebenen Federstrukturen besonders für Anwendungen auf Schaltungen geeignet, die Cu-Filme und Materialien mit niedriger dielektrischer Konstante aufweisen. Diese Federn können einen guten elektrischen Kontakt auf Cu mit einer relativ geringen Kraft, z. B. kleiner als 1 gf, herstellen. So werden Wahrscheinlichkeiten einer Beschädigung der Schaltungselemente minimiert.
Ein weiterer wichtiger Vorteil aus Kontakten mit geringer Kraft ist auf die Herstellung von Zwischenelementen bezogen. Wie in der Technik bekannt ist, verwenden Sondenkartenanordnungen oft Zwischenelemente zwischen dem Sondenchip (oder Raumwandler) und einer Lastplatine (PCB, die mit dem Testgerät verbunden ist), um eine elektrische Verbindung zwischen der zu testenden IC und dem Testgerät einzurichten. Auslegertyp-Federn sind an diesen Zwischenelementen zur Erleichterung einer elektrischen Verbindung angebracht. Für gegenwärtig verfügbare Sondenkartenanordnungen auf dem Markt ist die durch jede dieser Zwischenelementfedern ausgeübte Kraft relativ hoch, z. B. 15–30 gf. Zwischenelemente, die miniaturisierte Spannungsmetallfedern aufweisen, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt werden, können elektrische Kontakte mit gegenüberliegenden Kontaktanschlüssen mit einer viel geringeren Kraft, z. B. 0,005 bis 2 gf, herstellen, da die Kontaktanschlüsse im Allgemeinen andere Materialien als Aluminium, wie z. B. Gold, umfassen. Eine derartige kleine Kontaktkraft kann durch diese Federn ausgeübt werden, die nur das Kernmaterial, z. B. MoCr, ohne jegliche Plattierung umfassen. Natürlich werden relativ dünne Schichten einer Plattierung, z. B. mit Gold, bei einigen Anwendungen zum Erhöhen der elektrischen Leitfähigkeit der Federn oder der mechanischen Eigenschaften, z. B. Abnutzungswiderstandskraft der Federspitzen, bevorzugt. Als ein Ergebnis der Kontaktfedern mit niedriger Kraft wird die Gesamtkraft, die durch die Zwischenelemente ausgeübt wird, die tausende von Federn aufweisen, stark reduziert. So wird die Verwendung der gegenwärtigen fotolithografisch strukturierten, miniaturisierten Spannungsmetallfedern für den Aufbau von Sondenkartenanordnungen, einschließlich Sondenchips, Zwischenelementen und Anordnungshalterungen zum Testen und Einbringen, sowie zum Häusen, durch die Verwendung dieser Niederkraftfedern stark vereinfacht, da Biege-, Verwölbungs- und Ausrichtungsprobleme minimiert werden. Auf Grund der geringen Kraft, die durch die Federn der vorliegenden Erfindung auf den Kontakt ausgeübt wird, um eine gute elektrische Verbindung einzurichten, können voluminöse mechanische Träger zur Anordnung und sogar das Zwischenelement für viele Anwendungen weggelassen werden. So führt die Verwendung der Niederkraftfedern, wie hierin beschrieben, zu einem wesentlichen Anstieg an Ertrag und Zuverlässigkeit, sowie zu einer Reduzierung von Kosten und Komplexität.
Es ist bekannt, dass ein Erhöhen der Dicke der Feder die Federkontaktkraft auf Kontaktanschlussflächen oder elektrische Anschlüsse erhöhen kann. Mathematische Ausdrücke sind verfügbar, um die Kraft als eine Funktion der Federabmessungen zu berechnen. In Spannungsmetallfedern wird die Dicke des Kernmaterials, z. B. Mo-Cr, üblicherweise kleiner als etwa 5–6 μm gehalten, um ein Anheben des freien Abschnitts der Feder nach ihrer Strukturierung auf dem Substrat zu erleichtern. Filme werden nachfolgend auf die Feder, z. B. durch Elektroaufbringung, aufgebracht, um ihre Dicke für Anwendungen zu erhöhen, die eine erhöhte Kontaktkraft benötigen. Ein selektives Aufbringen zusätzlicher Filme auf die Feder unter Verwendung von Fotolithografie- oder anderen Verfahren ist auf Grund der nicht-planaren Struktur der Federn ziemlich komplex und kostspielig. Bei dieser Erfindung wurde eine viel einfachere und wirksamere Lösung angewendet, um unterschiedliche Filme durch Elektroaufbringung auf die Feder, sowie auf die Schaltungsleiterbahnen, falls dies erforderlich ist, aufzubringen. Diese Lösung erfordert keine Verwendung einer Maskierung. In diesem Fall ist der elektrische Kontakt zu den Arrays von Federn von der Rückseite des Substrats 509 durch Drucktuchaufbringung eines elektrisch leitenden Dünnfilms auf dasselbe oder Rückseitenstrukturieren des Films, um eine bessere Stromdichtesteuerung zu ergeben, hergestellt. Die elektrische Kontinuität wird unter Verwendung eines Durchgangslochs, wie z. B. 502, durch das Substrat eingerichtet, wobei dieselben mit elektrisch leitenden Materialien gefüllt werden, die in elektrischem Kontakt zu den Federn, der Adhäsionsschicht 505, dem Federmetall 507, Leiterbahnen, z. B. 504, oder Kontaktanschlussflächen, z. B. 501, stehen. Folglich werden Filme nur auf die elektrisch leitenden Oberflächen aufgebracht, die elektrisch mit den geeigneten Anschlüssen der Leistungsversorgung an der Rückseite des Substrats verbunden sind. Dieses Schema erlaubt ein selektives Elektroplattieren auf allen Oberflächen der angehobenen Feder, wobei so die Feder eingehüllt wird, und auch ein Elektroplattieren auf Leiterbahnen und anderen Metallstrukturen, die nicht mit einem isolierenden Material bedeckt sind. Bevorzugte Substrate weisen anorganische Materialien auf, wie z. B. Keramik, Quarz, Silizium, Glas. Andere Substrate, die organische Materialien aufweisen, wie z. B. Polymer, Epoxid, FR4 und Polyimid, können ebenso innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung eingesetzt werden. Ein Beispiel der letzteren Gruppe von Substraten sind gedruckte Schaltungsplatinen unter Verwendung von FR4, Thermount von Dupont und N-4000 von Nelco.
Eine frühere Arbeit (WO01/48870) berichtete ebenso über ein Plattieren von Materialien auf angehobenen Spannungsmetallfedern. Auf Grund der nicht-planaren Struktur jedoch haben dieselben eine komplizierte Fotoresiststrukturierung zur Elektroplattierung von Materialien auf einer Oberfläche der angehobenen Federn eingesetzt. Bei unserer Arbeit haben wir herausgefunden, dass dieses Verfahren für einen Herstellungsvorgang überhaupt nicht gut funktioniert, da das Vorliegen von Spannungen in den elektroaufgebrachten Filmen, hauptsächlich auf einer Oberfläche des Kernfedermaterials, die Federanhebehöhe beeinflusst. Zusätzlich neigt das Fotoresist, das auf den freien Abschnitt und die Basis der Feder aufgebracht ist, dazu, den angehobenen Abschnitt unsteuerbar in Richtung der Basis zu ziehen, scheinbar auf Grund eines Oberflächenspannungseffekts, da der Federkern sehr dünn gemacht wird, um ein geeignetes Anheben zu erlauben. Als ein Ergebnis ist dieses Verfahren zum Erhalten einer reproduzierbaren und steuerbaren Anhebehöhe für Arrays von Federn nicht geeignet. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch ein Elektroaufbringen einer Umhüllung eines Materials über den Federkern ohne die Verwendung einer Fotoresistmaske, wie in 5 dargestellt, beseitigt. Die Spannungen auf den beiden Seiten der Kernfeder werden in diesem Fall ebenso wesentlich ausgeglichen, wodurch die Veränderung der Federanhebehöhe auf Grund einer Plattierung minimiert wird. Ein maskenloses Plattieren der Federkerne ist so zum Erzeugen einer Umhüllung elektroplattierter Filme, die alle Kernoberflächen bedecken (und ebenso andere elektrisch leitende Oberflächen um die Federn, falls erwünscht) unter Verwendung von Substrat-Durchgangslöchern zum Einrichten elektrischer Kontakte von der Substratoberfläche gegenüber der Oberfläche, an der sich die Federn befinden, sehr wünschenswert.
6 zeigt die angehobene Feder vor einem Plattieren und 7 zeigt die Feder nach einem Plattieren. Um die geeignete Spannung des plattierten Films beizubehalten, ist es wichtig, Veränderungen auszugleichen, die bei der Stromdichte auftreten, wenn sich der Bereich der angehobenen Federn verändert. Stromversorgungen müssen programmiert werden, um eine Spannung in dem Film zu verwalten, um Veränderungen in der Federdicke, die eine Stromdichte reduzieren, auszugleichen.
Ein Problem, das nach einer großen Anzahl von Aufsetzvorgängen, z. B. 100.000, oft angetroffen wird, ist der Aufbau von Kontaktanschlussflächenmaterialien auf den Spannungsmetallfederspitzenregionen. Dies beeinflusst den Kontaktwiderstandswert und die Lebensdauer der Feder, insbesondere dann, wenn die kontaktierenden Anschlussflächen Aluminium umfassen. Ein Beschichten der Sondenspitzenregion mit einem Metall oder einem elektrisch leitenden Material, an dem das kontaktierende Metall, wie z. B. Al, nicht gut oder überhaupt nicht haftet, minimiert dieses Problem. Beispiele derartiger Beschichtungsmaterialien sind Materialien der Platin-Gruppe, einschließlich Rhodium (Rh), Palladium und Ruthenium und ihre Legierungen, die zwei oder mehr Zusätze aufweisen, z. B. Palladium-Nickel, Palladium-Rhodium, Palladium-Kobalt, Palladium-Gold-Rhodium, sowie Titan-Nitrid, Ir-Au, Ir-Pt, Gold-Kobalt, Zirkonium-Nitrid, usw. Obwohl Dünnfilme derartiger Beschichtungsmaterialien auf den Körper der Sondenfedern für Anwendungen mit niedriger Kraft und niedrigem Strom aufgebracht werden, ist es, nachdem Spannungsmetallfedern von dem Substrat gelöst sind, für einige Anwendungen wünschenswert, die Beschichtung nur nahe der Federspitzenregion aufzubringen. Ein Grund dafür, ein Beschichtungsmaterial nicht über dem gesamten Hauptkörper der Feder aufzubringen, besteht darin, über Flexibilität beim Auswählen des Beschichtungsmaterials, z. B. für den erwünschten Elastizitätsmodul, und der Filmdicke, zum selektiven Beschichten der Federspitzenregion, zu verfügen. Ein Vorliegen einiger Beschichtungsmaterialien mit einer relativ großen Dicke auf dem Hauptkörper der Feder kann die Zuverlässigkeit der Federn beeinflussen. Diese Erfindung liefert eine neue Lösung zur sehr steuerbaren Aufbringung einer derartigen Beschichtung auf nur die Spitzenregion von Spannungsmetallfedern unter Verwendung einer Technik, die mit der Integriertschaltungstechnologie kompatibel ist. Bei dieser Lösung wird ein "Knopf", der vorzugsweise eine Mehrzahl elektrisch leitender Filme umfasst, an der Federspitzenregion zur Herstellung von Kontakten zu den elektrischen Kontaktanschlussflächen oder Anschlüssen hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel dieser Lösung wird das Beschichtungsmaterial, wie oben erwähnt wurde, als die letzte Deckschicht auf den "Knopf" aufgebracht, bevor der freie Abschnitt der Sondenfeder von dem Substrat gelöst wird. Als ein Ergebnis wird das Problem, das dem nachfolgenden Anheben des freien Abschnitts der Feder auf die geeignete Höhe zugeordnet ist, minimiert, da nur ein kleiner Abschnitt der Feder durch das Spitzenbeschichtungsmaterial eingeschränkt wird, während der Rest sich frei biegen und anheben lässt. Dieser Ansatz wird für Niederkraftfedern verwendet, die keine zusätzliche Dicke für eine höhere Kraft oder eine verbesserte Federleitfähigkeit benötigen (MoCr-Federn sind dünn und widerstandsbehaftet).
Die Verfahrensschritte zur Herstellung von Federn mit "Knopf"-Spitzen, wie oben erwähnt wurde, sind wie folgt. Nach der Aufbringung des Spannungsmetallfederkernfilms, z. B. Mo-Cr, wird eine Maske, z. B. Fotoresist, auf den Kernfilm aufgebracht und unter Verwendung von Techniken, z. B. Fotolithografie, zur Definition einer Feder strukturiert. Die Feder wird geätzt, das Fotoresist wird entfernt und ein zusätzlicher Fotovorgang folgt, derart, dass der gesamte Kernfilm, mit Ausnahme der Federspitzenregionen, mit der Maske bedeckt bleibt. Nachfolgend wird der Film, wie z. B. Rh, der später als Deckschichten auf den Kern der Feder aufgebracht werden soll, auf die erwünschte auf die frei liegenden Federspitzenregionen aufgebracht, wonach eine Aufbringung einer geeignet dicken, z. B. 1–4 μm, letzten Deckschicht folgt, die das oben erwähnte Beschichtungsmaterial aufweist, z. B. Pd-Ni, Pd-Rh, Pd-Co, Rh oder TiN. Der Beschichtungsschicht-Dickenbereich könnte natürlich auch höher sein, z. B. 1–20 μm, damit diese Erfindung funktioniert. Es wird angemerkt, dass bei einer Variation dieses Ausführungsbeispiels Filme, die auf die Federspitzenregion aufgebracht werden sollen, auch andere Materialien als dasjenige umfassen können, das später auf den Hauptkörper der Feder aufgebracht werden soll. Nach einer Entfernung der Maske wird ein Ätzen verwendet, um die Feder einem Unterschnitt zu unterziehen und den freien Abschnitt der Feder von dem Substrat zu lösen. Dem folgt eine Aufbringung von darüber liegenden Filmen auf die erwünschte Dicke auf den Hauptkörper der Federn, während die Federspitzenregionen, die bereits hergestellt wurden, mit einer Maske aus z. B. Fotoresist oder Polyimid geschützt bleiben.
Die Dicke der resultierenden Spitzenregion könnte entworfen sein, um in etwa gleich dem verbleibenden Teil der angehobenen Federn zu sein. Nachfolgend wird die Maske entfernt und die Sondenfedern mit der erwünschten Dicke der Beschichtungsmaterialien auf den Federspitzenregion werden erhalten. Obwohl eine Anzahl von Filmaufbringungstechniken verwendet werden kann, um die Deckschichten und die letzten Beschichtungsschichten aufzubringen, wird eine Elektroaufbringung für derartige Aufbringungen bevorzugt. Bei einer weiteren Variation dieses Ausführungsbeispiels kann eine selektive Aufbringung darüber liegender Filme auf die Federspitzenregionen vor einem Federlösen ebenso nach einem Strukturieren des aufgebrachten Kernfilms in Federfinger, anstelle eines Strukturierens der Federfinger, nachdem die Beschichtungsfilme auf die Federspitzenregionen aufgebracht wurden, durchgeführt werden. Der Rest der nachfolgenden Verfahrensschritte ist für beide Ausführungsbeispiele gleich.
Das bevorzugte Verfahren zum Herstellen von Knöpfen auf angehobenen plattierten Federn, wie das, das in 7 gezeigt ist, wird unten beschrieben. Die Federspitzenregion wird selektiv mit einem oder mehreren geeigneten Materialien beschichtet (Knopfherstellung), nachdem die Feder unter Verwendung von Fotolithografie von dem Substrat angehoben wurde. Bei diesem Verfahren wird ein Fotoresist unter Verwendung bekannter Techniken, wie z. B. Schleudern oder Sprühen oder Plattieren, auf die angehobenen Federn aufgebracht. Das bevorzugte Verfahren besteht in einem Aufschleudern eines Fotoresists. Im Gegensatz zu nicht plattierten Federn kann ein dickes Fotoresist auf die Federn aufgebracht werden, da die relativ dicke Umhüllung eines Materials über dem Kern dieselben wesentlich versteift. Auf Grund dieser verbesserten Steifigkeit wird die Federhöhe durch die Anwendung des Fotoresists nicht wesentlich beeinflusst. Die in einem Fotoresist bedeckte Feder ist in 8 gezeigt. Zum Plattieren des Fotoresists werden elektrische Anschlüsse an der Rückseite des Substrats zur Verbindung mit der Leistungsversorgung verwendet, wie oben erläutert wurde. Die Rückseitenanschlüsse werden mit den Federn an der Vorderseite des Substrats durch metallisierte Durchgangslöcher verbunden. Das Fotoresist wird dann selektiv von den Federspitzenregionen, einschließlich der oberen Oberfläche und den Seitenwänden der Spitzenregionen, unter Verwendung von Fotomasken- und Fotolithografietechniken, wie in 9 gezeigt ist, entfernt. Nachfolgend wird das Spitzenbeschichtungsmaterial, wie z. B. in dem vorherigen Absatz beschrieben wurde, wie z. B. Pd-Ni, Pd-Co, unter Verwendung herkömmlicher Techniken, bevorzugt Elektroplattieren, auf die Federspitzenregionen aufgebracht. Ein Zer stäuben oder eine CVD kann ebenso verwendet werden, wobei in diesem Fall Beschichtungsmaterialien ebenso auf die Fotoresistschicht aufgebracht werden, die nachfolgend gemeinsam mit nicht erwünschten darüber liegenden Beschichtungsmaterialien unter Verwendung herkömmlichen Lösungsmittel entfernt werden, wobei das Beschichtungsmaterial nur auf den Spitzenregionen zurück bleibt. Ein Elektroplattieren der Federspitzenregionen, die nicht mit Fotoresist bedeckt sind, erlaubt eine wesentliche Abdeckung der Spitzenregion. Die bevorzugten Materialien für Knöpfe umfassen Materialien der Platingruppe (nämlich Pd, Pt, Rh, Os, Ru und Ir), Ni, Co, Au und Ag. Diese Struktur ist in 10 gezeigt.
Bei dem Verfahren, das in dem vorherigen Absatz beschrieben wurde, werden die Spitzenknöpfe nach der Aufbringung der relativ dicken Umhüllung eines Materials, z. B. Ni, auf den Kern plattiert, was die Feder wesentlich versteift. Auf Grund dieser verbesserten Steifigkeit und der relativ kleinflächigen Abdeckung der Feder durch den Knopf wird die Federanhebehöhe durch das Knopfplattieren nicht wesentlich beeinflusst.
Nachdem die Knopfspitzen plattiert wurden, wird das Fotoresist entfernt, wobei die letztendliche Struktur, wie in 11 gezeigt ist, hinterbleibt. Es wird auf den Ankerabschnitt 516 verwiesen.
In dem Fall, dass keine metallisierten Durchgangslöcher in dem Substrat zum Ermöglichen einer Rückseitenverbindung vorhanden sind, kann auch eine Variation der Lösung, die in dem vorherigen Absatz beschrieben wurde, verwendet werden, um selektiv eine Beschichtung auf die Federspitzenregion nach dem Anheben des Federkernfilms und einer Aufbringung der darüber liegenden Filme aufzubringen. In diesem Fall wird zuerst ein elektrisch leitendes Material, wie z. B. Au, Ag oder Cu, unter Verwendung einer Technik, wie z. B. Zerstäuben oder Elektroaufbringung oder CVD, über dem gesamten Substrat, das die Spannungsmetallfedern enthält, drucktuchaufgebracht, nachdem die angehobene Feder auf die erwünschte Dicke hergestellt wurde, einschließlich der darüber liegenden Filme über den Kernfilmen. Diese leitende Schicht wird zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zum Knopf-Elektroplattieren der Federspitzen verwendet. Dann wird ein Fotoresist über allen elektrisch leitfähigen Oberflächen aufgebracht. Unter Verwendung von Fotolithografietechniken, wie in dem vorherigen Absatz beschrieben wurde, wird das Beschichtungsmaterial selektiv auf nur die Federspitzenregionen aufgebracht. Das dünne leitende Material, das vor der Fotoresistaufbringung aufgebracht wurde, wird dann durch Nass- oder Trockenätztechniken entfernt.
12b stellt ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der selektiv beschichteten Federspitzenregion mit einer verbesserten Federlebensdauer dar, wobei sich 1215 auf einen Spitzenknopf mit Schutzbeschichtung, wie z. B. eine Pd-Co- oder Pd-Ni-Legierung, usw., bezieht. Hier ist der freie Abschnitt 1218 der Feder im Wesentlichen spitz zulaufend. Wie später beschrieben wird, wird für dieses Ausführungsbeispiel die Federlebensdauer wesentlich verbessert und das Beschichtungsmaterial in der Spitzenregion zeigt während wiederholter Aufsetzvorgänge keine wesentliche Verschlechterung.
13 ist eine Zeichnung, die das Ergebnis einer Spitzen-(Knopf-) Plattierung unter Verwendung einer Fotoresistaufbringung, gefolgt durch eine Strukturierung zur Freilegung der Spitzenregion und eine selektive Beschichtung der Spitzenregion durch Elektroplattieren einer Pd-Co-Legierung, zeigt. Alle Spitzen können im Wesentlichen mit den plattierten Knöpfen beschichtet sein, obwohl im Allgemeinen nur eine relativ kleine Fläche der Federspitze die IC-Anschlüsse oder elektrischen Kontaktanschlussflächen auf anderen Komponenten von Sondenkartentestanordnungen zum elektrischen Testen oder für Einbrennoperationen berührt. Die großflächige Bedeckung der Federspitzen durch die Knopfma terialien liefert Flexibilität beim Entwerfen der Federn und der Testanordnung. Zusätzlich wird ein Verbinden der Federn mit IC-Anschlüssen oder Kontaktanschlussflächen elektrischer Komponenten zum Häusen von Anwendungen unter Verwendung von Techniken, wie z. B. Löten, stark durch die Verwendung von Knöpfen erleichtert, die die Federspitzen im Wesentlichen bedecken. In derartigen Fällen werden Knopfplattierungsmaterialien aus der Gruppe ausgewählt, die eine gute zuverlässige Bondverbindung mit dem Lötmittel bilden, z. B. Sn-haltigen Legierungen, Pb-Sn- oder Pb-freien Lötmitteln, die üblicherweise in der Mikroelektronikhäusungsindustrie eingesetzt werden. Beispiele von Knopfmaterialien oder Federbeschichtungsmaterialien zur Herstellung von Kontakten mit Lötmitteln oder leitfähigen Haftmitteln beim Häusen von Anwendungen sind ein Mehrschichtstapel von Filmen, die Materialien der Platingruppe aufweisen, wie z. B. Palladium, Platin, Ruthenium, usw., sowie Kobalt, Nickel, Gold, Kupfer, Kobalt oder Legierungen.
Die Beständigkeit der Spannungsmetallfeder gegenüber einem Ausfall kann auch durch ein Entwerfen von Federn mit variierender Breite erhöht werden, die von dem Spitzenbereich zu der Basis des Fingers zunimmt. Ein Großteil des Federbrechens während wiederholter Aufsetzvorgänge tritt nahe an der Basis der Federn auf. Da die während eines Kontakts mit den Kontaktanschlussflächen erzeugte Spannung im Allgemeinen nahe an der Basis des Federfingers am höchsten ist, kann die Spannung nahe der Basis wesentlich durch ein Erhöhen der Breite nahe des Basisbereichs reduziert werden. Der freie Abschnitt der Feder kann z. B. strukturiert werden, um eine im Wesentlichen trapezförmige Form aufzuweisen. Ein ähnlicher Anstieg der Ausfallbeständigkeit kann außerdem dadurch erzielt werden, dass die Region näher an der Federbasis dicker hergestellt wird, was für eine konstante ausgeübte Kraft außerdem die Spannung in der Nähe der Federbasisregion reduziert.
Die 12a und 12b sind schematische Diagramme, die ein bestimmtes Ausführungsbeispiel 1200 der Federn mit variierender Breite in einer spitz zulaufenden Form zeigen, wobei sich 1216 auf eine feste Federbasis bezieht und 1218 auf einen freien Abschnitt einer Feder mit einem spitzen Zulaufen für eine relativ einheitliche Spannungsverteilung bezieht. Wenn der freie Abschnitt 1218 der Feder spitz zuläuft, hat dies einen wesentlichen Anstieg der Ausfallbeständigkeit der Feder zur Folge. Der Schlüsselpunkt hier besteht darin, den freien Abschnitt 1218 der Feder geeignet zu formen, in diesem Fall durch das Spitzzulaufen, sodass die Biegespannung gleichmäßig entlang der Feder 1200 verteilt wird. Zusätzlich wird die Federnachgiebigkeit auf Grund der spitz zulaufenden Form erhöht. Dieses Konzept erlaubt so, dass eine Entwurfslösung eine Kraft mit einer minimalen Spannung für einen bestimmten Nachgiebigkeitsbereich maximiert. Es wird angemerkt, dass die parallelen Seiten an der Basisregion (d. h. Ankerabschnitt) sich auch zu einem gewissen Ausmaß in die angehobene Region (d. h. den freien Abschnitt) erstrecken können, wie z. B. 1218a, bevor das Spitzzulaufen beginnt. 12b zeigt schematisch eine mit Knopf versehene und spitz zulaufende Feder, bei der herausgefunden wurde, dass sie einer großen Anzahl von Aufsetzvorgängen ohne Brechen standhält.
Bei exemplarischen Ausführungsbeispielen sind Spannungsmetallfederkernbauteile, die einen freien Abschnitt und einen Ankerabschnitt aufweisen, der an dem Substrat angebracht ist, Materialien mit hohen Elastizitätsmoduli, wie z. B. Mo, Mo-Cr, W, Ti-W. Das Kernbauteil wird selektiv beschichtet, nachdem der freie Abschnitt der Feder angehoben wird, um die gesamten frei liegenden Oberflächen zu beschichten. Das Ergebnis ist eine Umhüllung, die zumindest einen Metallfilm aufweist, der durch Elektroplattieren ohne Maske unter Verwendung metallisierter Durchgangslöcher in dem Substrat aufgebracht ist, um einen elektrischen Kontakt von der Rückseite (gegenüber von der Federseite) des Substrats einzurichten. Die Umhüllung gleicht die Spannung in dem freien Abschnitt aus und erstreckt sich ohne Diskontinuität, die mechanisch den Film schwächt, was ein baldiges Brechen bewirkt, bis zu dem Ankerabschnitt. Üblicherweise wird Ni oder eine Ni-Legierung auf das Kernbauteil aufgebracht. Ein zusätzlicher Film, wie z. B. ein Pd-Legierung-Film, ist optional auf Ni elektroplattiert, falls dies benötigt wird. Eine selektive Aufbringung einer zusätzlichen Schicht des Palladium-Legierung-Films auf die Federspitzenregion wird unter Verwendung herkömmlicher Fotolithografie- und Aufbringungstechniken, wie z. B. Elektroaufbringung (elektroplattierend und/oder elektrofrei) oder Zerstäuben oder CVD, ausgeführt. Eine typische Dicke von Mo-Cr beträgt 4 μm. Die Dicke des elektroplattierten Nickel- und des Palladium-Legierung-Films auf jeder Seite des Mo-Cr-Films beträgt 2–20 und 1–10 μm, üblicherweise 12 bzw. 4 μm. In diesem Fall nimmt der Elastizitätsmodul der Filme von dem Kern in Richtung beider Oberflächen der Feder ab. Die Dicke des Knopfs, der eine zusätzliche Aufbringung eines Palladium-Legierung-Films aufweist, in der Kontaktspitzenregion beträgt z. B. 1–20 μm mit einem typischen Wert von 12 μm.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung besteht darin, Punkte einer Spannungskonzentration auf der Federoberfläche zu beseitigen. Wir haben beobachtet, dass oftmals der Federausfall, wie z. B. ein Reißen, während wiederholter Aufsetzvorgänge an der Oberfläche eingeleitet wird. So muss eine Oberflächenrauheit minimiert werden. Ein Großteil der Rauheit an der Seitenwand der angehobenen Feder, wie in 5 gezeigt, entsteht während eines Strukturierens des Kernfilms, wie z. B. derjenigen, die aus Mo-Cr, W oder Zr-Ni bestehen, durch Nassätzen. Darüber liegende Filme, wie z. B. 506, die nachfolgend auf den Kern 507 aufgebracht werden, folgen der rauen Kontur der Seiten, was zu einer rauen Oberfläche auf der Seite der fertigen Federstruktur führt. Gemäß dieser Erfindung minimiert ein Bilden der Federkernstruktur durch ein Trockenätzen, das ionisierte Spezies beinhaltet, diese Rauheit. Bei einem Verwenden von Elektroplattieren zum Aufbauen der darüber liegenden Filme wird außerdem die Rauheit unter Verwendung des Vorgangs eines sequenziellen Plattierens und Umkehrplattierens (Deplattierens) zum Aufbauen der Federdicke minimiert. Umkehrplattierungsparameter werden so eingestellt, dass nur ein Bruchteil der plattierten Dicke während des Umkehrplattierens entfernt wird. Ein Polieren der Seiten des nass geätzten Kerns 507 zu Beginn oder der vollständig plattierten Federn durch Elektropolieren, chemisches oder elektrochemisches Polieren kann die Rauheit ebenso minimieren.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind Abstandshalter auf dem Substrat oder elektrischen Komponenten so vorgesehen, dass die Federn, in denen der Kernfilm an einer Stelle mit den darüber liegenden Filmaufbringungen bedeckt ist, auf eine maximale Übersteuerung auf den elektrischen Kontaktanschlussflächen oder Anschlüssen eingeschränkt sind, der durch die entworfenen Höhen und Orte der Abstandshalter erlaubt ist.
Die oben beschriebenen Lösungen können auch bei der Herstellung verschiedener anderer Auslegerfedern verwendet werden, die keine Spannungsmetallfedern sind, die teilweise als ein Ergebnis des Vorliegens eines intrinsischen Spannungsgefälles in dem Film angehoben werden. Einer der Hauptbelange in Bezug auf die Leistung dieser anderen Auslegerfedern ist außerdem die Neigung zu einem Ausfall, z. B. Verformung oder Rissbildung, nahe der Basis oder dem verankerten Ende der Auslegerfedern, da die Spannung in dieser Region am höchsten ist, wenn die Federspitzenenden in einem Kontakt mit den Kontaktanschlussflächen gepresst werden, d. h. Eingangs-/Ausgangs- (I/O-) Anschlussflächen des Wafers oder weiterer Substrate oder Komponenten der Test- oder Einbrennanordnung. Mathematische Ausdrücke sind verfügbar, um den Effekt der Federlänge auf die Spannung nahe der Basisregion zu zeigen. Um die Spannung in der Basisregion während eines Biegens der Feder, wenn dieselbe in einen Kontakt mit den Kontaktanschlussflächen gepresst wird, zu minimieren, und so ihre Beständigkeit gegenüber einem Ausfall während wiederholter Aufsetzvorgänge zu erhöhen, ist die Länge der Feder gegenwärtig relativ groß entworfen, z. B. etwa 700–2000 μm. Dies begrenzt jedoch die Anwendbarkeit von Auslegerfedern zum Testen und Einbrennen einiger ultraminiaturisierter integrierter Schaltungen der gegenwärtigen und der zukünftigen Generation, für die die Feder von den Arrays mit den sehr dichten Arrays von Vorrichtungs-I/O-Anschlussflächen mit engeren Abständen, z. B. etwa 20–50 μm, übereinstimmen sollten. Folglich ist es sehr wünschenswert, eine Einrichtung zu finden, um kürzere Federn mit engeren Abständen herzustellen, die ausreichend stark sind, insbesondere nahe der Basisregion, um höheren Spannungen ohne Ausfall standzuhalten.
Der Bedarf nach einer erhöhten Federkonstante zum Anlegen einer erforderlichen Kraft an dem Punkt von Federkontakten mit den Kontaktanschlussflächen macht es nötig, dass der freie Abschnitt des Auslegertyps von Federn dicker gemacht werden muss. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind Federn mit höherer Dicke durch Elektroplattieren eines oder mehrerer Metalle oder ihrer Legierungen, wie z. B. Nickel oder Nickel-Legierungen oder Palladium-Legierungen, auf einen fotolithografisch strukturierten frei stehenden Federkern, wie z. B. eine Mo-Cr-Legierung, hergestellt. Bei einigen anderen Ausführungsbeispielen werden die Federn unter Verwendung von Fotolithografie strukturiert und durch ein Elektroplattieren relativ dicker Schichten zumindest eines Metall- oder Metalllegierungsfilms, z. B. Nickel oder Nickel-Legierungen, auf Keimschichten strukturiert. Bei vielen dieser Ausführungsbeispiele sind Knopf-Typ-Kontaktstrukturen auch an den Kontaktspitzenregionen vorgesehen, um die Kontakteigenschaften zu verbessern und die Kontaktintegrität während wiederholter Aufsetzvorgänge zu der Zeit von Wafertest- und Einbrennoperationen beizubehalten. Derartige Ausführungsbeispiele erfordern jedoch dennoch relativ dicke Filme zum Aufbauen des Hauptkörpers der Federn, um die erforderliche Kontaktkraft an dem Kontaktspitzenende auszuüben. Für relativ kürzere Federn, die etwa 100–700 μm lang sind, führt die erhöhte Federdicke zu höheren Spannungen nahe an dem Basisende, was zu einer geringeren Federlebensdauer führt.
Unten beschrieben sind Lösungen zur Herstellung kurzer Auslegertyp-Federn mit oder ohne knopfartige Kontaktstrukturen an den Federspitzenregionen, bei denen die Stärke der Basis- oder Hauptkörperregion der Feder gegenüber mechanischem Ausfall gestärkt wird, was zu einer wesentlicheren Verbesserung der Leistung, Stärke, Haltbarkeit und Lebensdauer derartiger Federn führt.
Die 14a und 14b stellen zwei Querschnittsansichten einer typischen frei stehenden Nicht-Spannungsmetallauslegerfeder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Die frei stehende Auslegerfeder weist eine Basisregion 1401 an einem Ende, die an einer elektrischen Kontaktanschlussfläche 1402 eines Substrats 1403 angebracht ist, eine Kontaktspitzenregion 1404 an dem anderen Ende der Feder, einen Knopf 1406 gemeinsam mit der Kontaktspitzenregion 1404 und einen Hauptkörper auf, der mit einem Ni-Film 1408 und einem Pd-Legierung-Film 1409 aufgebracht ist. Die Federlänge kann im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrates, an dem dieselbe angebracht ist, sein oder kann sich weg von der Substratoberfläche erstrecken, was einen schiefen Winkel zu der Oberfläche bildet. Üblicherweise werden die Basis 1401, die Spitze 1404 und der Hauptkörper der Feder mit den gleichen Materialien in der gleichen Operation hergestellt, z. B. unter Verwendung von Dünnfilmaufbringungstechniken, wie z. B. Elektroplattieren, Zerstäuben oder CVD.
Die Kontaktspitzenregion 1404 weist eine Knopf-Typ-Kontaktstruktur 1406 zum Erleichtern zuverlässiger und haltbarer Kontakte auf, die durch ein selektives Aufbringen von Filmen auf die Kontaktspitzenregion 1404 als ein einstückiges Teil der Spitzenregion hergestellt sein kann oder separat hergestellt und an der Spitzenregion angebracht sein kann.
Ähnlich kann die Basisregion 1401 an einer Halterung angebracht sein, die einstückig mit der Feder hergestellt sein kann, oder die separat hergestellt und unter Verwendung herkömmlicher Techniken, wie z. B. Löten, Hartlöten, usw., an der Basis angebracht wird. Für die integrierte Herstellung der Halterungen können Filme selektiv unter Verwendung von Techniken, wie z. B. Elektroplattieren, in Löcher innerhalb von Opfersubstraten, gefolgt durch Polieren, aufgebracht werden.
Das Vorliegen von Knopf-Typ-Kontaktstrukturen 896 in den Federspitzenregionen 1404 ist nützlich zum Erzielen zuverlässiger und haltbarer elektrischer Kontakte zu den gegenüberliegenden Kontaktanschlussflächen in einer Wafertest- oder Einbrennanordnung. In diesem Fall können geeignete Materialien mit wünschenswerten Kontaktcharakteristika und einer wünschenswerten Dicke zum Aufbauen derartiger Knöpfe ausgewählt werden, die nicht notwendiger Weise die gleichen Materialien sind, die der Hauptkörper 1405 oder die Basis 1401 der Feder aufweist, jedoch dieselben aufweisen können. Auswahlen der Materialien für jeden der drei Teile jedoch müssen derart sein, dass dieselben allen Teilen der Federn eine Robustheit verleihen, was es denselben ermöglicht, dem Wafertest und Einbrennvorgang, einschließlich wiederholter Aufsetzvorgänge, ohne Ausfall standzuhalten. Viele Materialien, die für verschiedene Elektroplattierungsanwendungen geeignet sind, wurden bei der Herstellung von Auslegertyp-Federn verwendet. Derartige Materialien umfassen z. B. Nickel und seine Legierungen, Gold, Rhodium, Pd und seine Legierungen, Kupfer, Elemente der Platin-Gruppe und ihre Legierungen, Titan, Molybdän und ihre Legierungen, usw. Herausforderungen zur Herstellung kürzerer Federn mit der erforderlichen Robustheit bleiben dennoch erhalten. Nicht-Spannungsmetallauslegerfedern, die heute hergestellt werden, sind noch relativ lang, z. B. 1–2 mm. Ein Hauptziel auf diesem Gebiet besteht darin, eine Einrichtung zu finden, um Arrays viel kürzerer und robusterer Federn herzustellen, um das anhaltende Bestreben der Mikroelektronikin dustrie, integrierte Schaltungen im kleinen Submikrometerbereich mit größerer Schaltungsdichte und begleitendem kleineren Abstand zwischen Eingangs-/Ausgangs-Anschlüssen zu erzeugen, zu unterstützen.
Diese Erfindung macht es möglich, dass Arrays derartiger robuster Kontaktfedern hergestellt werden können, indem spezifische Materialauswahlprinzipien für den Aufbau von Knopf- oder Nicht-Knopf-Federn, die Metallfilme aufweisen, angewendet werden. Die Auswahl der geeigneten Materialien durch ein Anwenden dieser Prinzipien liefert bestimmte Verfahren einer Filmaufbringung und führt so zu der Herstellung von Kontaktfedern mit der erwünschten Robustheit.
Ein spezifisches Materialauswahlprinzip, bei dem sich herausgestellt hat, dass es einen sehr wesentlichen Effekt beim Verbessern von Leistung und Zuverlässigkeit der Federn aufweist, ist wie folgt. Die Mehrschichtfilme, die die drei Teile, d. h. Basis, Spitzenregion und einen Körper, aufweisen, der Feder und der Knopf sollten eine abgestufte Materialzusammensetzung aufweisen, sodass die Filme mit niedrigerem Elastizitätsmodul nahe der Federoberfläche aufgebracht sind, die Kontakte mit den IC-Anschlüssen zum Testen herstellt, und Filme mit zunehmend höherem Modul in Richtung der gegenüberliegenden Oberfläche aufgebracht sind. Die mechanische Stärke des Knopfs ist kein so wesentlicher Faktor wie die mechanische Stärke des Hauptkörpers und die Basisregion der Federn zum Bestimmen der Robustheit der Federn. Basierend auf den Lehren dieser Erfindung jedoch können die Knopffilme wahlweise, falls dies erforderlich ist, auf eine derartige Weise ausgewählt und aufgebracht werden, dass der Modul des Films an der Knopfoberfläche einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist als die darunter liegenden Filmschichten, wobei der Modul derselben progressiv von der Knopfoberfläche weg zunimmt. Ein derartiger abgestufter Übergang bei Zusammensetzungen und Elastizitätsmodul von der Federkontaktoberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche, entweder kontinuierlich oder in diskreten Stufen, über eine Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Materialien kann verwendet werden, um die Spannungen an kritischen Orten zu verteilen und so Beschädigungen an der Feder zu unterdrücken. Als ein Ergebnis nimmt die Lebensdauer der Federn zu. Dies erhöht die Beständigkeit gegenüber mechanischem Ausfall in der Feder an jeder Stelle, einschließlich der Basis 801 der Feder, wenn die Federspitzen 804 in einen Kontakt mit den Kontaktanschlussflächen auf einem anderen Substrat, wie z. B. Halbleiterwafern oder anderen Komponenten einer Test- oder Einbrennanordnung, gepresst werden.
Gemäß dem obigen Prinzip weist ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Nicht-Spannungsmetallauslegerfedern einen Nickelfilm als eine Basisschicht mit einem Palladium – etwa 20% Kobalt- oder Palladium – etwa 20% Nickel-Legierung-Film als den Deckschichten auf, da Nickel einen höheren Elastizitätsmodul als den der Palladium-Legierungen aufweist. Andere Filme können ebenso aufgebracht werden, um die Mehrschichtfedern zu bilden, so lange das Auswahlprinzip im Allgemeinen angewendet wird, um die Aufbringungssequenz zu bestimmen. Zusätzlich können auch sehr dünne Filmschichten zwischen zwei Hauptfilmschichten wie benötigt aufgebracht werden, um die Grenzflächenstärke oder Adhäsion zu verbessern. Ein Gold- oder Nickel- oder Rhodium-Aufschlag kann zu diesem Zweck verwendet werden, wie Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist. In diesem Fall kann der Knopf 1406 auf der Spitzenregion 1404 zusätzliche Schichten von Filmen der Palladium-Legierung aufweisen. Der Knopf 1406 kann als ein einstückiges Teil der Kontaktspitzenregion 1404 hergestellt sein oder separat an der Spitzenregion 1404 angebracht sein.
Derartige Federn, wie in den 14a und 14b dargestellt ist, werden üblicherweise auf Opferschichten aufgebracht, die nachfolgend entfernt werden, um die frei stehenden Auslegerfeder bereitzustellen. Das Substrat 1403 kann auch eine Mehrschichtmetallisierung und elektrisch leitende Blind- Durchgangslöcher oder Durchgangslöcher aufweisen, wie z. B. 502 in 5. Die Filme 1408 und 1409 und andere zusätzliche Schichten werden durch herkömmliche Techniken, wie z. B. Elektroplattieren, aufgebracht. Eine geeignete dünne Adhäsionsfördernde Schicht und/oder eine Keimschicht, die Materialien, wie z. B. Titan, aufweist, kann außerdem vor der Aufbringung der elektroplattierten Schicht wie benötigt aufgebracht werden. Die Dicke der jeweiligen Filmschichten wird durch die erwünschte Kontaktkraft oder Federkonstante bestimmt, die aus verschiedenen mathematischen Ausdrücken berechnet werden kann. Verschiedene Federabmessungen können verwendet werden, z. B. 1–50 μm als Dickenbereich, basierend auf Entwurfsanforderungen, wie z. B. in Bezug auf Kraft und Abstand. Wenn eine Gesamtfederdicke von 30 μm als Darstellung genommen wird, können die Nickel- und die Palladium-Legierung-Dicke bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 25 μm bzw. 5 μm betragen. Eine Dicke der zusätzlichen Schicht der Palladium-Legierung in dem Knopf kann in diesem Fall 3–20 μm betragen. Es sollte zu erkennen sein, dass die obigen Zahlen nur als Beispiele verwendet werden. Eine breite Vielzahl bei den Zahlen funktioniert gut zur Gewährleistung der Robustheit der Federn, so lange das Grundprinzip erfüllt ist.
Bei einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Kernfilm aus einer Molybdän-Chrom-Legierung oder Titan-Wolfram oder Molybdän-Wolfram, mit nacheinander aufgebrachten Deckschichten aus Nickel- und Palladium-Legierung-Filmen hergestellt. In diesem Fall weist der Knopf 1406 auf der Spitzenregion 1404 wie oben eine zusätzliche aufgebrachte Dicke der Palladiumlegierung auf. Der Knopf 1406 kann durch ein selektives Aufbringen der zusätzlichen Dicke eines Palladium-Legierung-Films unter Verwendung von Fotolithografie auf die Spitzenregion 1404 hergestellt werden. Die Erläuterung über exemplarischen Dickenbereich, Aufbringungstechniken, Adhäsionsförderungsschicht und Keimschicht, usw. in dem vorherigen Absatz trifft auch in diesem Fall zu.
Wie zuvor erläutert wurde, können die Filme der obigen Ausführungsbeispiele der Nichtspannung-Metallauslegerfedern vorzugsweise mit Druckspannung aufgebracht werden, um eine Robustheit weiter zu verbessern. Die Robustheit wird außerdem durch ein geeignetes Auswählen der Filmaufbringungsparameter verbessert, sodass die Korngröße der Filme sehr klein ist, z. B. 3–500 nm. Beispiele derartiger Aufbringungsparameter umfassen z. B. eine Zusatzstoffkonzentration in dem Elektroplattierungsbad, Stromdichte und Temperatur.
Die offenbarte Zwischenverbindungsvorrichtung und zugeordnete Herstellungsverfahren sind geeignet für verschiedene Anwendungen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, für ein Testen von Elektronikkomponenten, ein Waferebeneneinbrennen und Häusen von Elektronikbauelementen. Die Elektronikkomponenten weisen Bauelemente, wie z. B. integrierte Schaltungen, Flüssigkristallanzeigen, MEMS sowie gedruckte Schaltungsplatinen oder andere Kombinationen derselben auf. Ein Häusen umfasst ein Verbinden und ein Einrichten elektrischer Verbindungen zwischen zwei Komponenten oder Substraten unter Verwendung der offenbarten Kontaktfederelemente, wobei ein Verbinden mit oder ohne die Verwendung von Lötmitteln oder leitfähigen Haftmitteln erzielt werden kann.
Abkürzungen für metrische Ausdrücke und chemische Elemente:

μm: – Mikrometer = 10^–6 Meter;
nm: – Nanometer oder Millimikrometer = 10^–9 Meter;
Ag: – Silber;
Al: – Aluminium;
Au: – Gold;
Co: – Kobalt;
Cr: – Chrom;
Cu: – Kupfer;
Mo: – Molybdän;
Ni: – Nickel;
Pb: – Blei;
Pd: – Palladium;
Pt: – Platin;
Rh: – Rhodium;
Ru: – Ruthenium;
Sn: – Zinn;
Ti: – Titan;
W: – Wolfram.

Diese Erfindung trifft auf alle Typen miniaturisierter Federn zu. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele, die hierin offenbart sind, wurden lediglich beispielhaft beschrieben und dargestellt und keineswegs als Einschränkung. Weitere Modifizierungen und Variationen an der Erfindung sind für Fachleute auf diesem Gebiet aus der vorangegangenen detaillierten Offenbarung ersichtlich. Während nur bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung hierin insbesondere beschrieben wurden, wird ersichtlich sein, dass verschiedene Modifizierungen hieran vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich und der Wesensart der Erfindung abzuweichen.
Folglich soll die Erfindung nur durch die im Folgenden enthaltenen Ansprüche eingeschränkt sein.
Zusammenfassung
Diese Erfindung liefert eine Lösung zur Erhöhung von Dehngrenze und Dauerfestigkeit miniaturisierter Federn, die in Arrays mit ultrakleinen Abständen hergestellt werden können. Sie offenbart ebenso eine Lösung zur Minimierung einer Adhäsion der Kontaktanschlussflächenmaterialien an den Federspitzen auf wiederholte Kontakte hin, ohne die Zuverlässigkeit der miniaturisierten Federn zu beeinflussen. Zusätzlich präsentiert die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung der Federn, das einen Durchgang eines relativ höheren Stroms erlaubt, ohne deren Lebensdauer wesentlich zu verschlechtern.

Claims

Eine Zwischenverbindungsvorrichtung zum Einrichten eines elektrischen Kontakts zwischen zwei Komponenten, mit folgenden Merkmalen: zumindest einem elastischen Kernbauteil, wobei das Kernbauteil einen Ankerabschnitt, der an einem Substrat angebracht ist, in dem zumindest ein Durchgangsloch gebildet ist, das mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt ist, und einen freien Abschnitt aufweist, der anfänglich an dem Substrat angebracht ist, und der sich auf ein Lösen hin auf Grund eines inhärenten Spannungsgradienten in dem Kern weg von dem Substrat erstreckt, wobei das Kernbauteil elektroaufbringungsmäßig mit zumindest einer Schicht umhüllt ist, die alle frei liegenden Oberflächen des Kernbauteils bedeckt.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Umhüllung elektroplattierte Filme aufweist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der freie Abschnitt entweder im Wesentlichen spitz zulaufend mit einer Breite ist, die allmählich in Richtung der Sondenspitze über eine wesentliche Länge des freien Abschnitts abnimmt, oder eine im Wesentlichen trapezförmige Form aufweist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die zumindest eine Schicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die zumindest Nickel, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium, Osmium, Iridium, Gold, Silber, Kupfer, Kobalt, Aluminium, Wolfram oder eine deren Legierungen aufweist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die durchschnittliche Korngröße zumindest einer der zumindest einen Schicht von 3–500 nm variiert.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der zumindest eine Schicht mit einer intrinsischen Druckbelastung elektroplattiert ist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der zumindest eine Schicht nahe an der Oberfläche des elektroaufbringungsmäßig umhüllten Kernbauteils einen niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist als der Kern, den dieselbe umgibt.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Umhüllung eine Vielzahl unterschiedlicher und nacheinander elektroaufgebrachter Filme aufweist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die elektroaufgebrachten Filme auf eine derartige Weise aufgebracht sind, dass der Elastizitätsmodul der aufgebrachten Filme entweder im Allgemeinen progressiv von dem innersten Kern in Richtung einer äußersten Oberfläche abnimmt oder im Wesentlichen diskret von dem innersten Kern in Richtung einer äußersten Oberfläche abnimmt.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Filmschicht, die selektiv in einem Sondenspitzenbereich auf dem elektroaufbringungsmäßig umhüllten Kernbauglied verteilt ist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der die Filmschicht zumindest einen Stoff der Gruppe aufweist, die Palladium, Rhodium, Platin, Iri dium, Osmium, Ruthenium, Kobalt, Nickel, Gold und deren Legierungen umfasst.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der freie Abschnitt eine Größe aufweist, die eine Länge in einem Bereich von 10 μm bis 1000 μm, eine Breite von 3 μm bis 500 μm und eine Dicke von 0,1 μm bis 40 μm aufweist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die äußerste Schicht der zumindest einen Schicht Kupfer, Gold, Nickel oder Materialien der Platingruppe aufweist, die Pd, Pt, Ir, Rh, Ru und Os umfasst.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Substrat ein Keramik-, Glas-, Silizium-, Quarz- oder ein organisches Material aufweist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Kernbauteil Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr oder Ti-W aufweist.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl miniaturisierter Federn auf einem Substrat, wobei die miniaturisierten Federn jeweils ein elektrisch leitendes Kernbauteil aufweisen, wobei das Kernbauteil einen Ankerabschnitt und einen freien Abschnitt aufweist, der zu Beginn an dem Substrat angebracht ist, und der sich auf ein Lösen hin auf Grund eines inhärenten Spannungsgradienten in dem Kern weg von dem Substrat erstreckt, wobei der freie Abschnitt einen Spitzenbereich an dem Ende aufweist, wobei der Ankerabschnitt an einem Substrat fixiert ist, das eine Mehrzahl metallisierter Durchgangslöcher aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Elektroplattieren von Federkernbauteilen mit zumindest einer Filmschicht, um alle Oberflächen des Kernbauteils, einschließlich eines freien Abschnitts, ohne ein Verwenden einer Maske zu bedecken, und wobei das Elektroplattieren der Kernbauteile unter Verwendung von Durchgangslöchern in dem Substrat durchgeführt wird, um einen elektrischen Kontakt zu den Kernbauteilen von der Substratseite gegenüber der Seite, an der sich die Kernbauteile befinden, einzurichten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem zumindest eine Filmschicht mit einer intrinsischen Druckbelastung elektroplattiert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem die zumindest eine Filmschicht mit einer durchschnittlichen Korngröße in dem Bereich von 3–500 nm elektroplattiert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem die Korngröße zumindest eines elektroplattierten Films durch ein Verändern der Zusatzstoffzusammensetzung in dem Elektroplattierungsbad und/oder der Stromdichte während des Plattierens gesteuert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem die zumindest eine Filmschicht aus der Gruppe von Materialien ausgewählt wird, die Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, Kobalt, Nickel, Gold, Silber, Kupfer, Aluminium und eine Legierung aufweisen, die zumindest einen Stoff der Gruppe aufweist, die Co, Ni, Au, Cu, Ag, Al, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os und W umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner folgenden Schritt aufweist: selektives Beschichten des Spitzenbereichs, um einen Kontaktknopf zu bilden, nach dem Elektroplattieren der Kernbauteile, wobei der Kontaktknopf zumindest ein elektrisch leitendes Material aufweist, das kein starkes Haften an einer gegenüberliegenden Kontaktanschlussfläche oder einem Anschluss aufweist, und wobei der Spitzenbereich wahlweise selektiv beschichtet ist, um den Kontaktknopf zu bilden, entweder bevor der freie Abschnitt von dem Substrat gelöst wird oder nachdem der freie Abschnitt von dem Substrat gelöst wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem das zumindest eine elektrisch leitende Material zumindest einen Stoff der Gruppe aufweist, die Palladium, Rhodium, Platin, Iridium, Osmium, Ruthenium, Kobalt, Nickel, Gold, Silber, Kupfer und deren Legierungen umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner folgenden Schritt aufweist: Bilden einer Struktur der Kernfilms durch Trockenätzen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner folgenden Schritt aufweist: Polieren des Kernfilms vor einer Aufbringung der Schicht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner folgenden Schritt aufweist: Polieren der äußersten Oberfläche unter Verwendung eines Elektropolier-, eines chemischen Polier- oder eines elektrochemischen Polierverfahrens.
Eine Zwischenverbindungsvorrichtung zum Einrichten eines elektrischen Kontakts zwischen zwei Komponenten, mit folgenden Merkmalen: zumindest einem elastischen Kernbauteil, wobei das Kernbauteil einen Ankerabschnitt, der an einem Substrat mit einer Mehrebenenmetallisierung angebracht ist, das zumindest ein metallisiertes Durchgangsloch aufweist, und einen freien Abschnitt aufweist, der anfänglich an dem Substrat angebracht ist, und der sich auf ein Lösen hin auf Grund eines inhärenten Spannungsgradienten in dem Kern weg von dem Substrat erstreckt, wobei das Kernbauteil elektroaufbringungsmäßig mit zumindest einer Schicht umhüllt ist, die alle frei liegenden Oberflächen des Kernbauteils bedeckt.
Eine Zwischenverbindungsvorrichtung zum elektrischen Verbinden zweier Komponenten, mit folgenden Merkmalen: zumindest einem elastischen Kernbauteil, wobei das Kernbauteil einen Ankerabschnitt, der an einem Substrat angebracht ist, und einen freien Abschnitt aufweist, der anfänglich an dem Substrat angebracht ist, und der sich auf ein Lösen hin auf Grund eines inhärenten Spannungsgradienten in dem Kern weg von dem Substrat erstreckt; zumindest einer Schicht, die das Kernbauteil elektroaufbringungsmäßig umhüllt, und die alle frei liegenden Oberflächen des Kernbauteils bedeckt; und einer Filmschicht, die selektiv in einem Sondenspitzenbereich auf dem elektroaufbringungsmäßig umhüllten Kernbauteil verteilt ist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, bei der die Umhüllung elektroplattierte Filme aufweist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, bei der der freie Abschnitt entweder im Wesentlichen spitz zulaufend mit einer Breite ist, die allmählich in Richtung der Sondenspitze über eine wesentliche Länge des freien Abschnitts abnimmt, oder eine im Wesentlichen trapezförmige Form aufweist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, bei der die zumindest eine Schicht aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die zumindest Nickel, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium, Osmium, Iridium, Gold, Silber, Kupfer, Kobalt, Wolfram-Aluminium oder einer deren Legierungen aufweist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, bei der zumindest eine Schicht mit einer intrinsischen Druckbelastung elektroplattiert ist.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, bei der die durchschnittliche Korngröße zumindest einer der zumindest einen Schicht in einem Bereich von 3–500 nm liegt.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, bei der die Umhüllung eine Mehrzahl unterschiedlicher und nacheinander elektroaufgebrachter Filme aufweist, und wobei die elektroaufgebrachten Filme auf eine derartige Weise aufgebracht sind, dass der Elastizitätsmodul der aufgebrachten Filme entweder im Allgemeinen progressiv von dem innersten Kern in Richtung einer äußersten Oberfläche abnimmt oder im Wesentlichen diskret von dem innersten Kern in Richtung einer äußersten Oberfläche abnimmt.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, bei der der Ankerabschnitt an einem Substrat mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern in demselben angebracht ist, die mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt sind.
Die Zwischenverbindungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, bei der die Filmschicht zumindest ein Material der Gruppe von Materialien aufweist, die Palladium, Rhodium, Platin, Iridium, Osmium, Ruthenium und Kobalt, Nickel, Gold, Silber, Kupfer und deren Legierungen umfasst.
Das Zwischenverbindungselement gemäß Anspruch 27, bei dem der freie Abschnitt eine Größe aufweist, die eine Länge in einem Bereich von 10 μm bis 1000 μm, eine Breite von 30 μm bis 500 μm und eine Dicke von 0,1 μm bis 40 μm aufweist.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl miniaturisierter Federn auf einem Substrat, wobei die miniaturisierten Federn jeweils ein elektrisch leitendes Kernbauteil aufweisen, wobei das Kernbauteil einen Ankerabschnitt und einen freien Abschnitt aufweist, der anfänglich an dem Substrat angebracht ist, und der sich auf ein Lösen hin auf Grund eines inhärenten Spannungsgradienten in dem Kern weg von dem Substrat erstreckt, wobei der freie Abschnitt einen Spitzenbereich an dem Ende aufweist, und wobei der Ankerabschnitt an dem Substrat fixiert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Elektroplattieren von Federkernbauteilen mit zumindest einer Filmschicht, um alle Oberflächen des Kernbauteils, einschließlich eines freien Abschnitts, ohne Verwendung einer Maske zu bedecken; und selektives Beschichten des Spitzenbereichs, um einen Kontaktknopf zu bilden, nach dem Elektroplattieren der Kernbauteile, wobei der Kontaktknopf zumindest ein elektrisch leitendes Material aufweist, das kein starkes Haften an einer gegenüberliegenden Kontaktanschlussfläche oder einem Anschluss aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem die zumindest eine Filmschicht mit einer intrinsischen Druckbelastung elektroplattiert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem die zumindest eine Filmschicht mit einer durchschnittlichen Korngröße in dem Bereich von 3–500 nm elektroplattiert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 39, bei dem die Korngröße zumindest eines elektroplattierten Films durch ein Verändern der Zusatzstoffzusammensetzung in dem Elektroplattierungsbad und/oder der Stromdichte während des Plattierens gesteuert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem ein Material, das für eine innere Schicht verwendet wird, einen höheren Elastizitätsmodul aufweist, wobei ein Material, das für äußere Schichten verwendet wird, einen niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist, und wobei der Elastizitätsmodul der Schichten entweder progressiv von einer innersten Schicht in Richtung ei ner äußersten Schicht abnimmt oder diskret von einer innersten Schicht in Richtung einer äußersten Schicht abnimmt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem die zumindest eine Filmschicht zumindest Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, Kobalt, Nickel, Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Wolfram oder deren Legierungen aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem das Substrat ein Keramik-, Glas-, Silizium-, Quarz- oder ein organisches Material aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem das Kernbauteil Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr oder Ti-W aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, das ferner folgenden Schritt aufweist: das Elektroplattieren der Kernbauteile wird unter Verwendung von Durchgangslöchern in dem Substrat durchgeführt, um einen elektrischen Kontakt zu den Kernbauteilen von der Substratseite gegenüber der Seite, an der Kernbauteile angeordnet sind, einzurichten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem der Spitzenbereich selektiv beschichtet wird, um den Kontaktknopf zu bilden, entweder bevor der freie Abschnitt von dem Substrat gelöst wird, oder nachdem der freie Abschnitt von dem Substrat gelöst wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, bei dem das zumindest eine elektrisch leitende Material zumindest ein Material der Gruppe von Materialien aufweist, die Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, Kobalt, Nickel, Gold, Silber, Kupfer, Wolfram und deren Legierungen umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, das ferner folgenden Schritt aufweist: Bilden einer Struktur der Kernfilms durch Trockenätzen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 37, das ferner folgende Schritte aufweist: Polieren des Kernfilms vor einer Aufbringung der Schicht; wahlweise Polieren der äußersten Oberfläche unter Verwendung eines Elektropolier-, eines chemischen Polier- oder eines elektrochemischen Polierverfahrens.
Ein Verfahren zum Herstellen miniaturisierter Federn auf einem Substrat, wobei jede der miniaturisierten Federn einen Ankerabschnitt und einen freien Abschnitt aufweist, wobei der freie Abschnitt an einem Ende einen Spitzenbereich aufweist, wobei die Breite der Feder allmählich von der Umgebung des Ankerabschnitts in Richtung des Spitzenbereichs abnimmt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Aufbringen eines Kernfilmbauteils; Strukturieren des Körpers des Kernfilmbauteils, um den Ankerabschnitt und den freien Abschnitt zu formen; Lösen des freien Abschnitts von dem Substrat; Aufbringen zumindest einer darüber liegenden Filmschicht auf das Kernfilmbauteil, wobei die zumindest eine darüber liegende Filmschicht alle Oberflächen des Kernfilmbauteils bedeckt; Legen eines Fotoresistfilms auf das Kernfilmbauteil, das mit dem zumindest einen darüber liegenden Film beschichtet ist; Strukturieren des Fotoresistfilms, um einen Bereich über dem Spitzenbereich, der mit dem zumindest einen darüber liegenden Film beschichtet ist, freizulegen; Beschichten des frei liegenden Spitzenbereichs, der mit der zumindest einen darüber liegenden Filmschicht bedeckt ist, mit einem elektrisch leitenden Kontaktmaterial, das eine Kontaktadhäsion, die bei wiederholten Aufsetzvorgängen auftritt, minimiert; und Entfernen des Fotoresistfilms von dem Kernfilmbauteil.
Das Verfahren gemäß Anspruch 50, bei dem das Elektroplattieren unter Verwendung von Durchgangslöchern in dem Substrat durchgeführt wird, um einen elektrischen Kontakt zu Federn von der Substratseite gegenüber der Seite, an der Federn angeordnet sind, einzurichten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 50, bei dem zumindest eine darüber liegende Filmschicht mit einer intrinsischen Druckbelastung elektroplattiert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 50, bei dem die zumindest eine darüber liegende Filmschicht mit einer durchschnittlichen Korngröße in dem Bereich von 3–500 nm elektroplattiert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 53, bei dem die Korngröße zumindest eines elektroplattierten Films durch ein Verändern der Zusatzstoffzusammensetzung in dem Elektroplattierungsbad und/oder der Stromdichte während des Plattierens gesteuert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 50, bei dem ein Material, das für eine innere Filmschicht verwendet wird, einen höheren Elastizitätsmodul aufweist, wobei ein Material, das für äußere Filmschichten verwendet wird, einen niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist, wobei der Elastizitätsmodul der Filmschichten entweder progressiv von einer innersten Filmschicht in Richtung einer äußersten Schicht abnimmt oder diskret von einer innersten Filmschicht in Richtung einer äußersten Filmschicht abnimmt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 50, bei dem das Kontaktmaterial durch Elektroplattieren, Zerstäubung oder chemische Aufdampfung aufgebracht wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 56, bei dem das Elektroplattieren unter Verwendung von Durchgangslöchern in dem Substrat durchgeführt wird, um einen elektrischen Kontakt zu Federn von der Substratseite gegenüber der Seite, an der Federn angeordnet sind, einzurichten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 50, bei dem die zumindest eine darüber liegende Filmschicht auf dem Kernfilmbauteil zumindest Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, Kobalt, Nickel, Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Wolfram oder deren Legierungen aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 50, bei dem das Kontaktmaterial Co, Ni, Au, Cu, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru oder Os aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 50, bei dem das Substrat ein Keramik-, Glas-, Silizium-, Quarz- oder ein organisches Material aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 50, bei dem das Kernfilmbauteil Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr oder Ti-W aufweist.