TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL
FIELD OF THE INVENTION
Die
vorliegende Erfindung betrifft elastische (Feder-)Kontakt-(Verbindungs-)Elemente
(Strukturen), die sich zum Herbeiführen von Druck- und/oder nachgiebigen
Verbindungen zwischen elektronischen Bauteilen eignen, und insbesondere
Mikrominiatur-Federkontaktelemente.The
The present invention relates to elastic (spring) contact (connection) elements
(Structures) that are responsible for inducing pressure and / or yielding
Compounds between electronic components are suitable, and in particular
Microminiature spring contact elements.
RÜCKVERWEISUNG
AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS REFERENCE
RELATED APPLICATIONS
Diese
Patentanmeldung ist eine Teilfortführung der im gemeinsamen Besitz
stehenden, gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldung
Nr. 60/030 697, eingereicht am 13. Nov. 96.These
Patent application is a continuation of the joint ownership
standing, concurrent
US Patent Application
No. 60/030697, filed on Nov. 13, 96.
Diese
Patentanmeldung ist auch eine Teilfortführung der im gemeinsamen Besitz
stehenden, gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldung
Nr. 08/452 255 (nachstehend "HAUPTAKTE"), eingereicht am
26. Mai 95, und ihres Gegenstücks,
der PCT-Patentanmeldung
Nummer PCT/US95/14909, eingereicht am 13. Nov. 95, die beide Teilfortführungen
der im gemeinsamen Besitz stehenden, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr.
08/340 144, eingereicht am 15. Nov. 94, und ihres Gegenstücks, der
PCT-Patentanmeldung Nummer PCT/US94/13373, eingereicht am 16. Nov.
94, sind, die beide Teilfortführungen
der im gemeinsamen Besitz stehenden, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung
Nr. 08/152 812, eingereicht am 16. Nov. 93 (nun USP 5 476 211, 19.
Dez. 95), sind.These
Patent application is also a continuation of the joint ownership
standing, concurrent
US Patent Application
No. 08 / 452,255 (hereinafter "MAIN ACTS"), filed on
May 26, 95, and its counterpart,
the PCT patent application
Number PCT / US95 / 14909, filed Nov. 13, 1995, both of which are continuation subsections
Commonly owned co-pending US patent application no.
08 / 340,144, filed Nov. 15, 1994, and its counterpart, the
PCT Patent Application Number PCT / US94 / 13373 filed Nov. 16
94, are both partial continuations
the co-owned, co-pending US patent application
No. 08 / 152,812, filed Nov. 16, 1993 (now USP 5,476,211, 19.
Dec. 95).
Diese
Patentanmeldung ist auch eine Teilfortführung der folgenden im gemeinsamen
Besitz stehenden, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nrn.:
08/554
902, eingereicht am 09. Nov. 95 (PCT/US95/14844, 13. Nov. 95);
08/558
332, eingereicht am 15. Nov. 95 (PCT/US95/14885, 15. Nov. 95);
60/012
027, eingereicht am 21. Feb. 96 (PCT/US96/08117, 24. Mai 96);
60/005
189, eingereicht am 17. Mai 96 (PCT/US96/08107, 24. Mai 96);
60/024
555, eingereicht am 26. Aug. 96;
08/784 862, eingereicht am
15. Jan. 97;
08/802 054, eingereicht am 18. Feb. 97; und
08/819
464, eingereicht am 17. März
97,
die alle (anders als die vorläufigen Patentanmeldungen) Teilfortführungen
der vorstehend erwähnten HAUPTAKTE
sind.This patent application is also a sub-continuation of the following commonly owned, copending US patent application Ser.
08 / 554,902, filed 09 Nov. 95 (PCT / US95 / 14844, Nov. 13, 1995);
08 / 558,332, filed Nov. 15, 1995 (PCT / US95 / 14885, Nov. 15, 1995);
60/012 027 filed Feb. 21, 96 (PCT / US96 / 08117, May 24, 96);
60/005 189, filed May 17, 96 (PCT / US96 / 08107, May 24, 96);
60/024 555, filed 26 Aug. 96;
08 / 784,862, filed Jan. 15, 1997;
08 / 802,054 filed Feb. 18, 1997; and
08 / 819,464, filed Mar. 17, 97,
all of which (other than the provisional patent applications) are part continuations of the above-mentioned MAIN ACTS.
HINTERGRUND
DER ERFINDUNGBACKGROUND
THE INVENTION
Die
im gemeinsamen Besitz stehende US-Patentanmeldung Nr. 08/152 812,
eingereicht am 16. Nov. 93 (nun USP 4 576 211, herausgegeben am
19. Dez. 95) und ihr Gegenstück,
die im gemeinsamen Besitz stehenden, gleichzeitig anhängigen "Ausscheidungs"-US-Patentanmeldungen
Nrn. 08/457 479, eingereicht am 01. Juni 95 (Status: anhängig), und
08/570 230, eingereicht am 11. Dez. 95 (Status: anhängig), alle
von KHANDROS, offenbaren Verfahren zur Herstellung von elastischen
Verbindungselementen für
Mikroelektronikanwendungen, die das Montieren eines Endes eines
biegsamen, länglichen
Kernelements (z. B. Draht- "Schaft" oder "Gerüst") an einem Anschluss
an einem elektronischen Bauteil, das Beschichten des biegsamen Kernelements
und der benachbarten Oberfläche
des Anschlusses mit einem "Mantel" aus einem oder mehreren
Materialien mit einer vorbestimmten Kombination von Dicken, einer
Dehngrenze und einem Elastizitätsmodul,
um vorbestimmte Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der resultierenden
Federkontakte sicherzustellen, beinhalten. Beispielhafte Materialien
für das
Kernelement umfassen Gold. Beispielhafte Materialien für die Beschichtung
umfassen Nickel und seine Legierungen. Das resultierende Federkontaktelement
wird geeigneterweise verwendet, um Druck- oder demontierbare Verbindungen
zwischen zwei oder mehr elektronischen Bauteilen, einschließlich Halbleiterbauelementen,
zu bewirken.The
Commonly Owned US Patent Application No. 08 / 152,812,
filed Nov. 16, 1993 (now USP 4 576 211, issued to
Dec. 19, 1995) and her counterpart,
the co-owned, co-pending "divorce" US patent applications
Nos 08/457 479, filed on Jun. 1, 95 (status: pending), and
08/570 230, filed on Dec. 11, 1995 (status: pending), all
from KHANDROS, disclose method of making elastic
Connecting elements for
Microelectronic applications involving the mounting of one end of a
flexible, elongated
Core element (eg wire "shank" or "framework") on a connection
on an electronic component, the coating of the flexible core element
and the adjacent surface
the connection with a "coat" of one or more
Materials with a predetermined combination of thicknesses, one
Yield point and a modulus of elasticity,
by predetermined force-deflection characteristics of the resulting
To ensure spring contacts include. Exemplary materials
for the
Core element include gold. Exemplary materials for the coating
include nickel and its alloys. The resulting spring contact element
is suitably used to print or dismountable compounds
between two or more electronic components, including semiconductor devices,
to effect.
Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr.
08/340 144, eingereicht am 15. Nov. 94, und ihre entsprechende PCT-Patentanmeldung
Nr. PCT/US94/13373, eingereicht am 16. Nov. 94 (WO95/14314, veröffentlicht
am 26. Mai 95), beide von KHANDROS und MATHIEU, offenbaren eine
Anzahl von Anwendungen für
das vorstehend erwähnte
Federkontaktelement, und offenbaren auch Verfahren zur Herstellung
von Kontaktstellen an den Enden der Federkontaktelemente. In deren 14 werden beispielsweise eine Vielzahl
von negativen Vorsprüngen
oder Löchern,
die in Form von umgekehrten Pyramiden, die in Scheitelpunkten enden,
vorliegen können,
in der Oberfläche
einer Opferschicht (Substrat) ausgebildet. Diese Löcher werden
dann mit einer Kontaktstruktur gefüllt, die Schichten aus Material
wie z. B. Gold oder Rhodium und Nickel aufweist. Ein biegsames,
längliches
Element wird an der resultierenden Kontaktstruktur montiert und
kann auf die vorstehend beschriebene Weise überzogen werden. In einem Endschritt wird
das Opfersubstrat entfernt. Der resultierende Federkontakt weist
eine Kontaktstelle mit gesteuerter Geometrie (z. B. spitzen Punkten)
an seinem freien Ende auf.Commonly owned co-pending U.S. Patent Application Serial No. 08 / 340,144, filed Nov. 15, 1994, and its corresponding PCT Patent Application No. PCT / US94 / 13373, filed Nov. 16, 1994 (WO95 / 003). 14314, published May 26, 1995) both by KHANDROS and MATHIEU disclose a number of applications for the aforementioned spring contact element, and also disclose methods of making contact pads at the ends of the spring contact elements. In whose 14 For example, a plurality of negative protrusions or holes, which may be in the form of inverted pyramids that terminate at vertices, are formed in the surface of a sacrificial layer (substrate). These holes are then filled with a contact structure, the layers of material such. Gold or rhodium and nickel. A flexible, elongated member is mounted on the resulting contact structure and may be coated in the manner described above. In a final step, the sacrificial substrate is removed. The resulting spring contact has a contact point of controlled geometry (eg sharp points) at its free end.
Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr.
08/452 255, eingereicht am 26. Mai 95, und ihre entsprechende PCT-Patentanmeldung
Nr.The
Commonly owned co-pending US patent application no.
08 / 452,255, filed May 26, 1995, and its corresponding PCT patent application
No.
PCT/US95/14909,
eingereicht am 13. Nov. 95 (WO96/17278, veröffentlicht am 06. Juni 96),
beide von ELDRIDGE, GRUBE, KHANDROS und MRTHIEU, offenbaren zusätzliche
Verfahren und Metallurgien zur Herstellung von Kontaktspitzenstrukturen
auf Opfersubstraten sowie Verfahren zur Überführung einer Vielzahl von an
diesen montierten Federkontaktelementen zusammen zu Anschlüssen eines
elektronischen Bauteils (siehe z. B. 11A–11F und 12A–12C darin).PCT / US95 / 14909, filed Nov. 13, 1995 (WO96 / 17278, published June 6, 1996), both of ELDRIDGE, GRUBE, KHANDROS, and MRTHIEU, disclose additional methods and metallurgies for making contact tip structures on sacrificial substrates, and methods of Transferring a plurality of spring contact elements mounted thereon together to terminals of an electronic component (see eg. 11A - 11F and 12A - 12C in this).
Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/005
189, eingereicht am 17. Mai 96, und ihre entsprechende PCT-Patentanmeldung
Nr. PCT/US96/08107, eingereicht am 24. Mai 96 (WO96/37332, veröffentlicht
am 28. Nov. 96), beide von ELDRIDGE, KHANDROS und MATHIEU, offenbart
Verfahren, wobei eine Vielzahl von Kontaktspitzenstrukturen (siehe
z. B. #620 in 6B darin) mit einer entsprechenden
Vielzahl von länglichen
Kontaktelementen (siehe z. B. #632 von 6D darin),
die bereits an einem elektronischen Bauteil (#630) montiert sind,
verbunden werden. Diese Patentanmeldung offenbart beispielsweise
in den 7A–7E darin
auch Verfahren zur Herstellung von "länglichen" Kontaktspitzenstrukturen
in Form von Auslegern. Die Auslegerspitzenstrukturen können zwischen
einem Ende derselben und einem entgegengesetzten Ende derselben
verjüngt
sein. Die Auslegerspitzenstrukturen dieser Patentanmeldung eignen
sich zur Montage an bereits existierenden (d. h. vorher hergestellten) erhabenen
Verbindungselementen (siehe z. B. #730 in 7F),
die sich von entsprechenden Anschlüssen eines elektronischen Bauteils
(siehe z. B. #734 in 7F) erstrecken
(z. B. freistehen).Commonly owned co-pending US Provisional Patent Application No. 60 / 005,189, filed May 17, 96, and its corresponding PCT Patent Application No. PCT / US96 / 08107, filed May 24, 96 (WO96 / 37332 , published 28 Nov. 96), both to ELDRIDGE, KHANDROS and MATHIEU, discloses methods wherein a plurality of contact tip structures (see, eg, # 620 in 6B therein) with a corresponding plurality of elongated contact elements (see, for example, # 632 of 6D therein) already mounted on an electronic component (# 630). This patent application discloses, for example in the 7A - 7E This also includes methods of making "elongate" contact tip structures in the form of cantilevers. The cantilever tip structures may be tapered between one end thereof and an opposite end thereof. The cantilever tip structures of this patent application are suitable for mounting on existing (ie, previously made) raised connectors (see, eg, # 730 in FIG 7F ) extending from corresponding terminals of an electronic component (see, eg, # 734 in 7F ) (eg, free standing).
Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/024
555, eingereicht am 26. Aug. 96, von ELDRIDGE, KHANDROS und MATHIEU,
offenbart beispielsweise in deren 2A–2C ein Verfahren, wobei eine Vielzahl von
länglichen
Spitzenstrukturen mit verschiedenen Längen zueinander so angeordnet
werden können,
dass ihre äußeren Enden
in einem größeren Rastermaß angeordnet
werden als ihre inneren Enden. Die inneren "Kontakt"-Enden können zueinander kollinear sein,
um Verbindungen mit elektronischen Bauteilen mit Anschlüssen, die
entlang einer Linie wie z. B. einer Mittellinie des Bauteils angeordnet
sind, zu bewirken.Commonly owned co-pending US Provisional Patent Application No. 60 / 024,555, filed Aug. 26, 1996, by ELDRIDGE, KHANDROS, and MATHIEU, discloses, for example, in U.S. Pat 2A - 2C a method wherein a plurality of elongated tip structures of different lengths to each other can be arranged so that their outer ends are arranged at a greater pitch than their inner ends. The inner "contact" ends may be collinear with one another to provide connections to electronic components having terminals along a line such as a line. B. a center line of the component are arranged to effect.
Die
vorliegende Erfindung wendet sich der Herstellung von Verbindungen
mit modernen Mikroelektronikbauelementen zu, deren Anschlüsse (Bondkontaktstellen)
in einem feinen Rastermaß angeordnet
sind, und eignet sich besonders gut dafür. Wie hierin verwendet, bezieht
sich der Begriff "feines
Rastermaß" auf Mikroelektronikbauelemente,
deren Anschlüsse
in einem Abstand von weniger als 127 μm (5 mils) wie z. B. 63,5 μm (2,5 mils)
oder 65 μm
angeordnet sind. Wie aus der Beschreibung, die folgt, ersichtlich
ist, wird dies vorzugsweise erreicht, indem die engen Toleranzen
genutzt werden, die unter Verwendung von vielmehr lithographischen
als mechanischen Verfahren zur Herstellung der Kontaktelemente leicht
realisiert werden können.The
The present invention is directed to the preparation of compounds
with modern microelectronic components to whose connections (bond pads)
arranged in a fine pitch
are, and is particularly good for it. As used herein
the term "fine
Pitch "on microelectronic devices,
their connections
at a distance of less than 127 microns (5 mils) such as. B. 63.5 μm (2.5 mils)
or 65 μm
are arranged. As can be seen from the description that follows
is, this is preferably achieved by the tight tolerances
which are using rather lithographic
as a mechanical method for producing the contact elements easily
can be realized.
WO
95/14314 A1 offenbart elastische Kontaktstrukturen und Verfahren
zur Herstellung derselben. Die Kontaktstruktur umfasst einen länglichen
Teil, ein Basisende, das an einem ersten elektronischen Bauteil
montierbar ist, und ein Kontaktende zum Kontaktieren einer Kontaktstelle
eines zweiten elektronischen Bauteils. Das Kontaktende ist vertikal
und seitlich vom Basisende verschoben, wobei der längliche
Teil gebogen ist. Diese Struktur stellt eine hohe Elastizität in der
vertikalen Richtung bereit, während
eine Verformung vermieden wird, wenn die vertikale Kraft nach dem
Druckkontaktieren aufgehoben wird.WHERE
95/14314 A1 discloses elastic contact structures and methods
for producing the same. The contact structure comprises an elongated one
Part, a base end attached to a first electronic component
mountable, and a contact end for contacting a contact point
a second electronic component. The contact end is vertical
and laterally shifted from the base end, the elongated
Part is bent. This structure provides a high elasticity in the
vertical direction ready while
a deformation is avoided when the vertical force after the
Pressure contact is canceled.
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNGSUMMARY
THE INVENTION
Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur
Herstellung von Federkontaktelementen unter Verwendung von Prozessen,
die sich von Natur aus für
die Welt feinen Rastermaßes
und enger Toleranz der Mikroelektronik gut eignen, sowie die Bereitstellung
eines mikroelektronischen Federkontaktelements und eines Halbleiterbauelements
mit einer Vielzahl von Federkontaktelementen, die sich von Natur aus
für Verbindungen
mit feinem Rastermaß zwischen
Anschlüssen,
die vertikal und seitlich voneinander verschoben sind, gut eignen.A
The object of the invention is to provide a method for
Production of spring contact elements using processes,
by nature for
the world of fine grid
and close tolerance of microelectronics are well suited, as well as providing
a microelectronic spring contact element and a semiconductor device
with a variety of spring contact elements that are inherently
for connections
with fine pitch between
connections,
which are vertically and laterally displaced from each other, are well suited.
Die
Erfindung ist in den Ansprüchen
1, 7, 13 bzw. 16 definiert.The
Invention is in the claims
1, 7, 13 and 16, respectively.
Spezielle
Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.Specific
embodiments
are in the dependent
claims
explained.
Gemäß der Erfindung
wird ein Federkontaktelement auf einem elektronischen Bauteil wie
z. B. einem aktiven Halbleiterbauelement durch photolithographisches
Festlegen von einer oder mehreren Öffnungen in einer entsprechenden
oder mehreren entsprechenden Maskierungsschichten, Abscheiden einer
leitenden Metallmasse in der (den) dreidimensionalen Öffnung(en),
dann Entfernen der Maskierungsschicht(en), was zu einem Federkontaktelement
führt,
das ein Basis-(proximales)Ende, das benachbart zu einer Oberfläche des Bauteils
liegt, und ein Kontakt-(distales)Ende
(auch "Spitzenende" oder "freies Ende"), das sowohl horizontal als
auch vertikal vom Basisende beabstandet ist, aufweist, hergestellt.
Eine Vielzahl von Federkontaktelementen können auf diese Weise mit photolithographischen
(äußerst feinen)
Toleranzen auf dem Bauteil hergestellt werden.According to the invention
is a spring contact element on an electronic component such as
z. B. an active semiconductor device by photolithographic
Set one or more openings in a corresponding one
or a plurality of corresponding masking layers, depositing one
conductive metal mass in the three-dimensional opening (s),
then removing the masking layer (s) resulting in a spring contact element
leads,
a base (proximal) end adjacent to a surface of the component
lies, and a contact (distal) end
(also "top-end" or "free-end"), both horizontally as well
is also vertically spaced from the base end, manufactured.
A variety of spring contact elements can in this way with photolithographic
(extremely fine)
Tolerances are produced on the component.
Die
Federkontaktelemente dieser Erfindung sind zur Herstellung von entweder
vorübergehenden
oder dauerhaften elektrischen Verbindungen mit Anschlüssen eines
anderen elektronischen Bauteils wie z. B. einer Leiterplatte (PCB)
geeignet.The
Spring contact elements of this invention are suitable for the manufacture of either
temporary
or permanent electrical connections with connections of a
other electronic component such. B. a printed circuit board (PCB)
suitable.
Zur
Herstellung von vorübergehenden
Verbindungen wird das Bauteil, auf dem die Federkontaktelemente
hergestellt sind, mit einem anderen elektronischen Bauteil so zusammengebracht,
dass die Spitzendenden der Federkontaktelemente mit Anschlüssen des
anderen elektronischen Bauteils in Druckkontakt stehen. Die Federkontaktelemente
reagieren elastisch, um den Kontaktdruck und elektrische Verbindungen
zwischen den zwei Bauteilen aufrechtzuerhalten.to
Production of temporary
Connections becomes the component on which the spring contact elements
are made with another electronic component,
that the tip ends of the spring contact elements are connected to terminals of the
other electronic component in pressure contact. The spring contact elements
react elastically to the contact pressure and electrical connections
between the two components.
Zur
Herstellung von dauerhaften Verbindungen wird das Bauteil, auf dem
die Federkontaktelemente hergestellt sind, mit einem anderen elektronischen
Bauteil zusammengebracht und die Spitzenenden der Federkontaktelemente
werden wie z. B. durch Weichlöten
oder Hartlöten
oder mit einem leitenden Klebstoff mit Anschlüssen des anderen elektronischen
Bauteils verbunden. Die Federkontaktelemente sind nachgiebig und tragen
der differentiellen Wärmeausdehnung
zwischen den zwei elektronischen Bauteilen Rechnung.to
Making permanent connections will be the component on which
the spring contact elements are made with another electronic
Component brought together and the tip ends of the spring contact elements
be like B. by soldering
or brazing
or with a conductive adhesive with terminals of the other electronic
Connected component. The spring contact elements are yielding and wear
the differential thermal expansion
between the two electronic components invoice.
Das
Federkontaktelement wird geeigneterweise aus mindestens einer Schicht
eines Metallmaterials ausgebildet, das wegen seiner Fähigkeit
zu bewirken, dass die resultierende Kontaktstruktur bei der Verwendung
als Feder fungiert (d. h. eine elastische Verformung aufweist),
wenn Kraft auf ihr Kontakt-(freies)Ende aufgebracht wird, ausgewählt wird.The
Spring contact element is suitably made of at least one layer
formed of a metal material, because of its ability
to cause the resulting contact structure in use
acting as a spring (i.e., having elastic deformation),
when force is applied to its contact (free) end is selected.
Die
Federkontaktelemente der vorliegenden Erfindung können direkt
auf der Oberfläche
eines Halbleiterbauelements oder auf den Oberflächen einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen,
die sich auf einem Halbleiterwafer befinden, hergestellt werden.
Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen, die
sich auf einem Halbleiterwafer befinden, zum Voraltern und/oder
Prüfen,
bevor sie vom Halbleiterwafer vereinzelt werden, "bereit gemacht" werden.The
Spring contact elements of the present invention can be used directly
on the surface
a semiconductor device or on the surfaces of a plurality of semiconductor devices,
which are located on a semiconductor wafer can be produced.
In this way, a plurality of semiconductor devices, the
are on a semiconductor wafer, for pre-aging and / or
Check,
before they are separated from the semiconductor wafer, be "prepared".
Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden angesichts
von deren folgender Beschreibung ersichtlich.Further
Objects, features and advantages of the invention are given
from the following description.
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGENSUMMARY
THE DRAWINGS
Es
wird im einzelnen auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
Bezug genommen, von welchen Beispiele in den zugehörigen Zeichnungen
dargestellt sind. Die Zeichnungen sollen erläuternd, nicht begrenzend sein.
Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit diesen bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben wird, sollte es selbstverständlich sein, dass dies nicht
den Gedanken und Schutzbereich der Erfindung auf diese speziellen
Ausführungsbeispiele
begrenzen soll. Bestimmte Elemente in ausgewählten der Zeichnungen sind
der Darstellungsdeutlichkeit halber nicht maßstäblich dargestellt. Häufig wird
auf ähnliche Elemente
in den gesamten Zeichnungen durch ähnliche Bezugsziffern Bezug
genommen. Das Element 199 kann beispielsweise in vielerlei
Hinsicht zum Element 299 in einer anderen Figur ähnlich sein.
Auf ähnliche Elemente
wird auch häufig
mit ähnlichen
Ziffern in einer einzigen Zeichnung Bezug genommen. Eine Vielzahl von
Elementen 199 kann beispielsweise als 199a, 199b, 199c usw.
bezeichnet werden.Reference will be made in detail to preferred embodiments of the invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. The drawings are intended to be illustrative, not limiting. While the invention will be described in conjunction with these preferred embodiments, it should be understood that this is not intended to limit the spirit and scope of the invention to these specific embodiments. Certain elements in selected of the drawings are not drawn to scale for the sake of clarity of presentation. Often, similar elements throughout the drawings are referred to by like reference numerals. The element 199 For example, in many ways it can become an element 299 to be similar in another figure. Similar elements are also frequently referred to with similar numbers in a single drawing. A variety of elements 199 can, for example, as 199a . 199b . 199c etc. are designated.
1A ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines Federkontaktelements. 1A is a side cross-sectional view of a method according to the invention for producing a spring contact element.
1B ist
eine Seitenquerschnittsansicht des erfindungsgemäßen Federkontaktelements von 1A. 1B is a side cross-sectional view of the spring contact element of the invention 1A ,
1C ist
eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Federkontaktelements von 1B. 1C is a perspective view of the spring contact element of the invention 1B ,
2A ist
eine schematische Darstellung einer Systemanwendung für erfindungsgemäße Federkontaktelemente
auf Halbleiterbauelementen. 2A is a schematic representation of a system application for spring contact elements according to the invention on semiconductor devices.
2B ist
eine schematische Draufsicht auf einen Teil des Systems von 2A. 2 B is a schematic plan view of a part of the system of 2A ,
3A ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Federkontaktelements. 3A is a side cross-sectional view of an alternative embodiment of a spring contact element according to the invention.
3B ist
eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Federkontaktelement von 3A. 3B is a plan view of the spring contact element of the invention 3A ,
3C ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Federkontaktelements. 3C is a side cross-sectional view of an alternative embodiment of a spring contact element according to the invention.
4A–4B sind
Seitenquerschnittsansichten, die Verfahren darstellen, die auf die
Vereinheitlichung einer effektiven Länge einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Federkontaktelementen
anwendbar sind. 4A - 4B 15 are side cross-sectional views illustrating methods applicable to standardizing an effective length of a plurality of spring contact elements according to the present invention.
5 ist
eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Federkontaktelements. 5 is a perspective view of an alternative embodiment of a spring contact element according to the invention.
6A ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines ersten Schritts in einem Verfahren
zum Erzielen einer gesteuerten Impedanz in einem erfindungsgemäßen Federkontaktelement. 6A FIG. 12 is a side cross-sectional view of a first step in a method of achieving controlled impedance in a spring contact element of the invention. FIG.
6B ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines nächsten Schritts in dem Verfahren
zum Erzielen einer gesteuerten Impedanz in einem erfindungsgemäßen Federkontaktelement. 6B Fig. 12 is a side cross-sectional view of a next step in the method of achieving a controlled impedance in a spring contact element according to the invention.
6C ist
eine Querschnitts-Stirnansicht des erfindungsgemäßen Federkontaktelements mit
gesteuerter Impedanz von 6B. 6C FIG. 12 is a cross-sectional end view of the controlled impedance spring contact element of the present invention. FIG 6B ,
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED
DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/030
697, eingereicht am 13. Nov. 96, offenbart beispielsweise in deren 4A–4C ein Verfahren zur Herstellung von freistehenden,
elastischen (Feder-)Kontaktelementen auf einem elektronischen Bauteil.
Im Allgemeinen werden eine Anzahl von Isolationsschichten, in denen Öffnungen
ausgebildet sind, auf eine Schicht aus leitendem Material ausgerichtet
und "geimpft". Eine Masse aus
leitendem Material kann dann in der (den) geimpften Öffnung(en)
wie z. B. durch Elektroplattieren (oder CVD, Sputtern, stromloses
Plattieren usw.) ausgebildet (oder abgeschieden) werden. Nachdem
die Isolationsschichten entfernt sind, können die Massen als freistehende,
elastische Kontaktstrukturen fungieren, die sich nicht nur vertikal
oberhalb der Oberfläche
des Bauteils, sondern auch seitlich von der Stelle, an der sie montiert
sind, erstrecken. Auf diese Weise werden die Kontaktstrukturen leicht
so konstruiert, dass sie sowohl in der Z-Achse als auch in der x-y-Ebene (parallel
zur Oberfläche
des Bauteils) nachgiebig sind. Dies wird nachstehend mit Bezug auf
die 1A–1C genauer beschrieben.Commonly owned co-pending US Provisional Patent Application No. 60 / 030,697, filed Nov. 13, 1996, discloses, for example, in U.S. Patent No. 5,309,247 4A - 4C a method for producing free-standing, elastic (spring) contact elements on an electronic component. In general, a number of insulating layers in which openings are formed are aligned and "seeded" onto a layer of conductive material. A mass of conductive material may then be placed in the seeded opening (s), such as a syringe. B. by electroplating (or CVD, sputtering, electroless plating, etc.) are formed (or deposited). After the insulation layers are removed, the masses may function as free-standing, resilient contact structures that extend not only vertically above the surface of the component but also laterally from the location where they are mounted. In this way, the contact structures are easily designed to be compliant both in the Z-axis and in the xy-plane (parallel to the surface of the device). This will be described below with reference to FIGS 1A - 1C described in more detail.
1A stellt
ein beispielhaftes Verfahren 100 zur Herstellung von einem
einer Vielzahl von freistehenden, elastischen (Feder-)Kontaktelementen
auf einem Substrat 102 dar, welches ein aktives elektronisches Bauteil,
einschließlich
Halbleiterbauelementen, einschließlich Halbleiterbauelementen,
die sich auf einem Halbleiterwafer (nicht dargestellt) befinden,
sein kann. 1A represents an exemplary method 100 for producing one of a plurality of freestanding, resilient (spring) contact elements on a substrate 102 which may be an active electronic device, including semiconductor devices, including semiconductor devices located on a semiconductor wafer (not shown).
Das
Substrat 102 weist eine Vielzahl (eine von vielen gezeigt)
von Flächen 112 auf
seiner Oberfläche auf,
in denen die Federkontaktelemente hergestellt werden. Im Fall, dass
das Substrat 102 ein elektronisches Bauteil (wie z. B.
ein Halbleiterbauelement) ist, wären
diese Flächen 112 Anschlüsse (wie
z. B. Bondkontaktstellen) des elektronischen Bauteils.The substrate 102 has a plurality (one of many shown) of surfaces 112 on its surface in which the spring contact elements are made. In the case of the substrate 102 an electronic component (such as a semiconductor device) would be those surfaces 112 Connections (such as bond pads) of the electronic component.
Im
Allgemeinen beinhaltet das Verfahren 100 das Aufbringen
einer Anzahl (drei gezeigt) von strukturierten Maskierungsschichten 104, 106 und 108 mit Öffnungen
auf die Oberfläche
des Substrats. Die Schichten werden so strukturiert, dass sie Öffnungen
(wie gezeigt) aufweisen, die auf die Flächen 112 ausgerichtet
sind, und die Öffnungen
werden so bemessen und geformt, dass sich eine Öffnung in einer Schicht (z.
B. 108, 106) weiter von der Fläche 112 erstreckt
als eine Öffnung
in einer darunterliegenden Schicht (z. B. jeweils 106, 104). Mit
anderen Worten, die erste Schicht 104 weist eine Öffnung auf,
die direkt über
der Fläche 112 liegt.
Ein Teil der Öffnung
in der zweiten Schicht 106 ist über zumindest einem Teil der Öffnung in
der ersten Schicht 104 ausgerichtet und umgekehrt erstreckt
sich ein Teil der ersten Schicht 104 unter einem Teil der Öffnung in
der zweiten Schicht 106. Ebenso ist ein Teil der Öffnung in
der dritten Schicht 108 über zumindest einem Teil der Öffnung in
der zweiten Schicht 106 ausgerichtet und umgekehrt erstreckt
sich ein Teil der zweiten Schicht 106 unter einem Teil
der Öffnung
in der dritten Schicht 108. Der untere Teil einer bestimmten
Gesamtöffnung
liegt direkt über
der ausgewählten
Fläche 112 und
ihr oberer Teil ist angehoben und von ihrem unteren Teil seitlich versetzt.
Wie nachstehend genauer erörtert
wird, wird ein leitendes Metallmaterial in die Öffnungen abgeschieden und die
Maskierungsschichten werden entfernt, was zu einer freistehenden
Kontaktstruktur führt,
die direkt auf dem Substrat hergestellt wurde, wobei ihr Basisende
am Substrat 102 in der Fläche 112 befestigt
ist und ihr freies Ende sich sowohl oberhalb der Oberfläche des
Substrats als auch seitlich von der Fläche 112 verschoben
erstreckt.In general, the procedure involves 100 applying a number (three shown) of patterned masking layers 104 . 106 and 108 with openings on the surface of the substrate. The layers are patterned to have openings (as shown) on the surfaces 112 and the openings are sized and shaped so that an opening in a layer (e.g. 108 . 106 ) further from the surface 112 extends as an opening in an underlying layer (e.g., respectively 106 . 104 ). In other words, the first layer 104 has an opening that is directly above the surface 112 lies. Part of the opening in the second layer 106 is over at least part of the opening in the first layer 104 aligned and vice versa, a part of the first layer extends 104 under a part of the opening in the second layer 106 , Likewise, part of the opening is in the third layer 108 over at least part of the opening in the second layer 106 aligned and vice versa, a part of the second layer extends 106 under a part of the opening in the third layer 108 , The lower part of a certain total opening is directly above the selected area 112 and its upper part is raised and laterally offset from its lower part. As will be discussed in more detail below, a conductive metal material is deposited into the openings and the masking layers are removed resulting in a free-standing contact structure fabricated directly on the substrate with its base end attached to the substrate 102 in the area 112 is attached and its free end is located both above the surface of the substrate and laterally from the surface 112 shifted extends.
Falls
erforderlich, wie z. B, zum Elektroplattieren, kann eine sehr dünne (z.
B. 450 μm) "Keim"-Schicht aus leitendem
Material 114 wie z. B. Titan/Wolfram (TiW) in die Öffnungen
abgeschieden werden. Dann kann eine Masse aus leitendem Metallmaterial
(z. B. Nickel) 120 durch Elektroplattieren in die Öffnungen
abgeschieden werden.If necessary, such. B, for electroplating, may have a very thin (eg 450 μm) "seed" layer of conductive material 114 such as As titanium / tungsten (TiW) are deposited in the openings. Then a mass of conductive metal material (eg nickel) 120 be deposited by electroplating in the openings.
Die 1B und 1C stellen
ein resultierendes Federkontaktelement 120 dar, dessen
Basisende 122 zur Fläche 112 benachbart
liegt und dessen freies Ende (Spitze) 124 in der z-Achse über der
Oberfläche des
Substrats 102 angehoben sowie in der x-Achse und y-Achse
vom Basisende 122 seitlich versetzt ist.The 1B and 1C provide a resultant spring contact element 120 whose base end 122 to the surface 112 is adjacent and whose free end (top) 124 in the z-axis above the surface of the substrate 102 raised as well as in the x-axis and y-axis from the base end 122 laterally offset.
Wie
am besten in 1C zu sehen, reagiert das Kontaktelement 120 auf
Druck, der in der z-Achse an seinem Spitzenende 124 aufgebracht
wird, wie durch den Pfeil 124 angegeben, wie er sich aus
der Herstellung einer vorübergehenden
elektrischen Druckverbindung mit einem Anschluss (nicht dargestellt)
eines anderen elektronischen Bauteils (nicht dargestellt) ergeben
würde.
Die Nachgiebigkeit in der z-Achse stellt sicher, dass die Kontaktkraft
(Druck) aufrechterhalten wird, und trägt auch Nicht-Planaritäten (falls
vorhanden) zwischen den Anschlüssen
(nicht dargestellt) auf dem anderen elektronischen Bauteil (nicht
dargestellt) Rechnung. Solche vorübergehenden elektrischen Verbindungen
sind zur Herstellung von vorübergehenden
Verbindungen mit dem elektronischen Bauteil 102 nützlich,
wie z. B. zum Durchführen
einer Voralterung und/oder Prüfung des
Bauteils 102.How best in 1C to see, the contact element reacts 120 on pressure, in the z-axis at its tip end 124 is applied as indicated by the arrow 124 as it would result from the production of a temporary electrical pressure connection with a terminal (not shown) of another electronic component (not shown). The compliance in the z-axis ensures that the contact force (pressure) is maintained and also accommodates non-planarity (if any) between the terminals (not shown) on the other electronic component (not shown). Such temporary electrical connections are for making temporary connections to the electronic component 102 useful, such as B. for performing a burn-in and / or testing of the component 102 ,
Das
Spitzenende 124 kann sich auch frei nachgiebig in der x-
und y-Richtung bewegen, wie durch die Pfeile 136 bzw. 134 angegeben.
Dies wäre
im Zusammenhang mit der Verbindung (durch Weichlöten oder Hartlöten oder
mit einem leitenden Klebstoff) des Spitzenendes 124 mit
einem Anschluss (nicht dargestellt) eines anderen elektronischen
Bauteils (nicht dargestellt), das einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist
als das Substrat (Bauteil) 102, wichtig. Solche dauerhaften
elektrischen Verbindungen sind für
Montagen von elektronischen Bauteilen, wie z. B. eine Vielzahl von
Speicherchips (von denen jeder durch das Substrat 102 dargestellt
ist), an einem anderen elektronischen Bauteil wie z. B. einem Verbindungssubstrat,
wie z. B. einer Leiterplatte ("PCB"; nicht dargestellt),
nützlich.The top end 124 can also move freely in the x and y direction, as shown by the arrows 136 respectively. 134 specified. This would be related to the connection (by soldering or brazing or with a conductive adhesive) of the tip end 124 with a connection (not shown) of another electronic component (not shown), which has a different thermal expansion coefficient than the substrate (component) 102 , important. Such permanent electrical connections are for assemblies of electronic components, such. B. a plurality of memory chips (each of which through the substrate 102 is shown), on another electronic component such. B. a compound substrate, such as. A printed circuit board ("PCB", not shown).
Durch
geeignete Wahl des Materials und der Geometrie können diese hergestellten Massen 120 als freistehende,
elastische Kontaktstrukturen fungieren, die mit sehr genauen Abmessungen
und sehr genauen Abständen
voneinander hergestellt wurden. Zehntausende solcher Federkontaktelemente
(120) werden beispielsweise leicht genau an einer entsprechenden
Anzahl von Anschlüssen
auf Halbleiterbauelementen, die sich auf einem Halbleiterwafer (nicht
dargestellt) befinden, hergestellt.By suitable choice of the material and the geometry of these masses produced 120 act as free-standing, resilient contact structures made with very precise dimensions and very close distances from each other. Tens of thousands of such spring contact elements ( 120 ) are easily produced, for example, precisely at a corresponding number of terminals on semiconductor devices located on a semiconductor wafer (not shown).
Auf
diese Weise wurde ein Verfahren zur Herstellung von Federkontaktelementen
(120) direkt auf einem Substrat (102) wie z. B.
einem elektronischen Bauteil, wie z. B. einem Halbleiterbauelement,
das sich auf einem Halbleiterwafer befinden kann, durch Aufbringen
mindestens einer Schicht aus Maskierungsmaterial (104, 106, 108)
auf eine Oberfläche
des Substrats (102) und Strukturieren der Maskierungsschicht,
so dass sie Öffnungen
aufweist, die sich von Flächen
(112) auf dem Substrat zu Positionen erstrecken, die oberhalb der
Oberfläche
des Substrats beabstandet sind und die auch seitlich und/oder quer
von den Flächen
(112) versetzt sind; durch wahlweises Impfen (114)
der Öffnungen;
durch Abscheiden mindestens einer Schicht aus leitendem Metallmaterial
in die Öffnungen;
und durch Entfernen des Maskierungsmaterials, so dass das verbleibende
leitende Metallmaterial freistehende Kontaktelemente bildet, die
sich von der Oberfläche
des Substrats erstrecken, wobei jedes Kontaktelement ein Basisende
aufweist, das an einer der Flächen
des Substrats befestigt ist, und ein Spitzenende zur Herstellung
einer elektrischen Verbindung mit einem Anschluss eines elektronischen
Bauteils aufweist, dargestellt.In this way, a method for the production of spring contact elements ( 120 ) directly on a substrate ( 102 ) such. B. an electronic component such. B. a semiconductor device, which may be located on a semiconductor wafer, by applying at least one layer of masking material ( 104 . 106 . 108 ) on a surface of the substrate ( 102 ) and patterning the masking layer so that it has openings extending from surfaces ( 112 ) extend on the substrate to positions which are spaced above the surface of the substrate and which also laterally and / or transversely of the surfaces ( 112 ) are offset; by selective inoculation ( 114 ) of the openings; depositing at least one layer of conductive metal material into the openings; and removing the masking material so that the remaining conductive metal material forms free-standing contact elements extending from the surface of the substrate, each contact element having a base end attached to one of the surfaces of the substrate and a tip end for establishing an electrical connection having a connection of an electronic component shown.
MATERIALIENMATERIALS
Die
Strukturen (Federkontaktelemente) 120 sind grundsätzlich vorzugsweise
vollständig
metallisch und können
als mehrlagige Strukturen ausgebildet (hergestellt) werden. Geeignete
Materialien für
die eine oder mehreren Schichten der Kontaktstrukturen umfassen,
sind jedoch nicht begrenzt auf:
Nickel und seine Legierungen;
Kupfer,
Kobalt, Eisen und ihre Legierungen;
Gold (insbesondere hartes
Gold) und Silber, die beide ausgezeichnete Stromführungsfähigkeiten
und gute Kontaktwiderstandseigenschaften aufweisen;
Elemente
der Platingruppe;
Edelmetalle;
Halbedelmetalle und ihre
Legierungen, insbesondere Elemente der Palladiumgruppe und ihre
Legierungen; und
Wolfram, Molybdän und andere schwer schmelzende
Metalle und ihre Legierungen.The structures (spring contact elements) 120 are basically preferably completely metallic and can be formed (produced) as multilayer structures. Suitable materials for the one or more layers of contact structures include, but are not limited to:
Nickel and its alloys;
Copper, cobalt, iron and their alloys;
Gold (especially hard gold) and silver, both of which have excellent current carrying capabilities and good contact resistance properties;
Elements of the platinum group;
precious metals;
Semi-precious metals and their alloys, in particular elements of the palladium group and their alloys; and
Tungsten, molybdenum and other refractory metals and their alloys.
In
Fällen,
in denen eine weichlotartige Oberflächengüte erwünscht ist, können auch
Zinn, Blei, Wismut, Indium und ihre Legierungen verwendet werden.In
cases
in which a Weichlotartige surface finish is desired, can also
Tin, lead, bismuth, indium and their alloys are used.
EINE BEISPIELHAFTE ANWENDUNG
(VERWENDUNG) FÜR
DIE FEDERKONTAKTELEMENTEAN EXAMPLE OF APPLICATION
(USE FOR
THE SPRING CONTACT ELEMENTS
Wie
vorstehend erwähnt,
sind die Federkontaktelemente (120) der vorliegenden Erfindung
zum Bewirken von vorübergehenden
elektrischen Verbindungen mit dem Bauteil (102), auf dem
die Federkontaktelemente hergestellt werden, wie z. B. zum Voraltern
und/oder Prüfen
der Bauteile, nützlich.
Die im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige, US-Patentanmeldung Nr.
08/784 862, eingereicht am 15. Jan. 97, offenbart in deren 1A,
die hierin als 2A wiedergegeben ist, ein System
zum Durchführen
von Voralterung und Prüfung
auf Waferebene.As mentioned above, the spring contact elements ( 120 ) of the present invention for effecting temporary electrical connections to the component ( 102 ) on which the spring contact elements are made, such. As for pre-aging and / or testing of the components, useful. Commonly owned co-pending US patent application Ser. No. 08 / 784,862, filed Jan. 15, 1997, discloses in US Pat 1A which are referred to herein as 2A a system for performing pre-aging and wafer-level inspection.
2A stellt
ein beispielhaftes System 200 zum Durchführen einer
Voralterung und Prüfung
einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen 200 (200a, 200b, 200c, 200d),
die sich auf einem Halbleiterwafer befinden, auf Waferebene dar.
Die Federkontaktelemente 210 (vergleiche 120)
sind auf jedem der Halbleiterbauelemente hergestellt und sind auf
eine stark schematische Weise dargestellt. Jedes Bauelement ist
mit vier von vielen derartigen Federkontaktelementen gezeigt, die
(schematisch) von seiner Oberfläche
vorstehen. Der gesamte Halbleiterwafer ist geeigneterweise an einer
wärmegeregelten
Trägerplatte 204 montiert. 2A represents an exemplary system 200 for performing burn-in and testing of a plurality of semiconductor devices 200 ( 200a . 200b . 200c . 200d ), which are located on a semiconductor wafer, on the wafer level. The spring contact elements 210 (see 120 ) are fabricated on each of the semiconductor devices and are shown in a highly schematic manner. Each component is shown with four of many such spring contact elements that project (schematically) from its surface. The entire semiconductor wafer is suitably attached to a thermally controlled carrier plate 204 assembled.
Ein
Prüfsubstrat
umfasst ein Verbindungssubstrat 208 mit einer Vielzahl
von aktiven elektronischen Bauelementen 206 (206a, 206b, 206c, 206d),
die auf seiner vorderen Oberfläche
montiert sind. Diese Bauelemente sind geeigneterweise anwendungsspezifische
integrierte Schaltungen (ASICs). Eine wärmegeregelte Trägerplatte 204a kann
an der Rückseite
des Verbindungssubstrats 208 montiert sein. Die ASICs 206 sind
mit dem Verbindungssubstrat 208 auf eine beliebige geeignete
Weise wie z. B. durch Bonddrähte
(nicht dargestellt) verbunden. Ein Hauptrechner 216 und
eine Leistungsversorgung 218 sind mit den ASICs über das
Verbindungssubstrat 208 verbunden. Eine geeignete Aufspannvorrichtung 212, 214 ist
vorgesehen, so dass der Wafer (202) auf das Verbindungssubstrat
(208) ausgerichtet und zu diesem hin bewegt werden kann,
bis die Federkontaktelemente 210 Druckverbindungen mit
Anschlüssen
an den Vorder- (unteren, wie gesehen) Flächen der ASICs (206)
bewirken, woraufhin die Halbleiterbauelemente (202) eingeschaltet,
vorgealtert und geprüft
werden können,
einschließlich
gleichzeitiger Prüfung
aller Bauelemente (202) auf dem Wafer.A test substrate comprises a compound substrate 208 with a variety of active electronic components 206 ( 206a . 206b . 206c . 206d ) mounted on its front surface. These devices are suitably application specific integrated circuits (ASICs). A thermally controlled carrier plate 204a may be at the back of the interconnect substrate 208 be mounted. The ASICs 206 are with the compound substrate 208 in any suitable manner such. B. by bonding wires (not shown). A host 216 and a power supply 218 are with the ASICs over the interconnect substrate 208 connected. A suitable jig 212 . 214 is provided so that the wafer ( 202 ) on the compound substrate ( 208 ) and can be moved towards this until the spring contact elements 210 Pressure connections with connections on the front (bottom, as seen) surfaces of the ASICs ( 206 ), whereupon the semiconductor devices ( 202 ) can be switched on, pre-aged and tested, including simultaneous testing of all components ( 202 ) on the wafer.
2B,
die der 1B der im gemeinsamen Besitz
stehenden, gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldung Nr. 08/784 862 entspricht, ist eine schematische
Darstellung eines einzelnen der Halbleiterbauelemente 202a in
Kontakt mit einer entsprechenden einzelnen der ASICs 206a,
und stellt schematisch dar, dass die Federkontaktelemente (210)
so hergestellt werden können,
dass einige von ihnen (210a, 210b) relativ lang sind
und andere von ihnen (210c, 210d) relativ kurz
sind und so dass einige von ihnen (210a, 210c)
sich in einer Richtung von einer mittleren Reihe von Bondkontaktstellen 207 (als
Quadrate dargestellt) erstrecken und andere von ihnen (210b, 210d)
sich in einer entgegengesetzten Richtung von der mittleren Reihe
von Bondkontaktstellen 207 erstrecken, so dass die Spitzenenden
(als Kreise dargestellt) der Federkontaktelemente in einem größeren Rastermaß (Abstand
voneinander) liegen als ihre Basisenden. 2 B , the the 1B Commonly owned co-pending US Patent Application No. 08 / 784,862 is a schematic representation of a single one of the semiconductor devices 202a in contact with a corresponding individual of the ASICs 206a , and schematically illustrates that the spring contact elements ( 210 ) can be made so that some of them ( 210a . 210b ) are relatively long and others of them ( 210c . 210d ) are relatively short and so that some of them ( 210a . 210c ) in one direction from a middle row of bond pads 207 (shown as squares) and others of them ( 210b . 210d ) in an opposite direction from the middle row of bond pads 207 so that the tip ends (shown as circles) of the spring contact elements are at a greater pitch than their base ends.
BEMESSUNG
UND FORMUNG DER FEDERKONTAKTELEMENTESIZING
AND FORMATION OF SPRING CONTACT ELEMENTS
Insofern
als die Federkontaktelemente der vorliegenden Erfindung geeigneterweise
unter Verwendung von Mikrobearbeitungsverfahren wie z. B. Photolithographie
und Plattieren ausgebildet werden, werden sowohl die Form als auch
die Größe der Federkontaktelemente
leicht auf präzise
Abmessungen gesteuert.Inasmuch as the spring contact elements of the present invention suitably using micromachining methods such. As photolithography and plating are formed are Both the shape and the size of the spring contact elements are easily controlled to precise dimensions.
Die 3A–3C sind
schematische Darstellungen von Federkontaktelementen 300 und 350 (vergleiche 120),
die gemäß den Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.The 3A - 3C are schematic representations of spring contact elements 300 and 350 (see 120 ) prepared according to the methods of the present invention.
Das
Federkontaktelement 300 der 3A und 3B weist
einen Basisendteil 302, einen Kontakt-(Spitzen-)Endteil 304,
einen Hauptkörperteil 306 zwischen
diesen, und eine Gesamtlänge "L" und eine Gesamthöhe "H" auf.
Wie dargestellt, ist der Hauptkörperteil 306 um
einen Abstand "d2" in einer Richtung
vom Basisendteil 302 versetzt und ist um einen Abstand "d1" in einer anderen
Richtung vom Kontaktendteil 304 versetzt. Der Abstand "d2" wäre beispielsweise
durch die Dicke einer ersten Maskierungsschicht (vergleiche 104)
festgelegt und der Abstand "d1" wäre durch
die Dicke einer Endmaskierungsschicht (vergleiche 108)
festgelegt. Wie in der schematischen Draufsicht von 3B am
besten zu sehen, kann das Kontaktelement 300 verjüngt sein,
wobei es mit einer Breitenverjüngung "α" versehen ist, so dass es an seinem
Kontaktende 304 schmäler
(Breite "w1") ist als an seinem
Basisende 302 (Breite "w2").The spring contact element 300 of the 3A and 3B has a base end part 302 , a contact (tip) end part 304 , a main body part 306 between them, and a total length "L" and a total height "H" on. As shown, the main body part is 306 by a distance "d2" in one direction from the base end part 302 is offset by a distance "d1" in a different direction from the contact end part 304 added. The distance "d2" would be, for example, by the thickness of a first masking layer (cf. 104 ) and the distance "d1" would be determined by the thickness of a final masking layer (cf. 108 ). As in the schematic plan view of 3B best to see the contact element 300 it is tapered, being provided with a width taper "α" so that it is at its contact end 304 narrower (width "w1") is as at its base end 302 (Width "w2").
3C ist
eine schematische Darstellung eines ähnlichen (zum Kontaktelement 300)
Federkontaktelements 350, das einen Basisendteil 352 (vergleiche 302),
einen Kontakt-(Spitzen-)Endteil 354 (vergleiche 304)
und einen Hauptkörperteil 356 (vergleiche 306)
zwischen diesen aufweist. In diesem Beispiel kann das Kontaktelement 350 verjüngt sein,
wobei es mit einer Dickenverjüngung "β" versehen ist, so dass es an seinem Kontaktende 304 dünner (Dicke "t2") ist als an seinem
Basisende 302 (Dicke "t1"). 3C is a schematic representation of a similar (to the contact element 300 ) Spring contact element 350 that has a base end part 352 (see 302 ), a contact (tip) end part 354 (see 304 ) and a main body part 356 (see 306 ) between them. In this example, the contact element 350 it is tapered, being provided with a thickness taper "β" so that it is at its contact end 304 thinner (thickness "t2") is as at its base end 302 (Thickness "t1").
BEISPIELHAFTE
ABMESSUNGENEXEMPLARY
DIMENSIONS
Die
Federkontaktelemente der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders
gut zur Herstellung von Verbindungen zwischen Mikroelektronikbauteilen.
Unter Verwendung der vorstehend dargelegten Parameter sind geeignete
Abmessungen für
das Federkontaktelement:The
Spring contact elements of the present invention are particularly suitable
good for making connections between microelectronic components.
Using the parameters set forth above are appropriate
Dimensions for
the spring contact element:
ABSTIMMEN DES VERHALTENS
DER FEDERKONTAKTELEMENTEVOTING THE BEHAVIOR
THE SPRING CONTACT ELEMENTS
Die
Möglichkeiten,
Federkontaktelemente mit voneinander verschiedenen Längen zu
haben, wurde vorstehend erörtert
(siehe z. B. 2B). Damit eine Vielzahl von
Federkontaktelementen mit verschiedenen Längen, die sich auf einem einzelnen
elektronischen Bauteil befinden, alle dieselbe Federkonstante (k)
aufweisen, ist es möglich,
aber nicht bevorzugt, die Verjüngungswinkel
für jedes Kontaktelement
auf die mit Bezug auf 3B und 3C erörterte Weise "kundenspezifisch
anzupassen". Eine
weitere, einfachere Weise zur Vereinheitlichung der Federkonstanten
von Federkontaktelementen mit verschiedenen Längen wird mit Bezug auf die 4A und 4B beschrieben.The possibilities of having spring contact elements of mutually different lengths have been discussed above (see e.g. 2 B ). In order for a plurality of different length spring contact elements located on a single electronic component to have the same spring constant (k), it is possible, but not preferred, for the taper angles for each contact element to refer to FIGS 3B and 3C discussed way of "customizing". Another simpler way of standardizing the spring constants of spring contact elements of different lengths will be with reference to FIGS 4A and 4B described.
In
beiden Fällen,
nämlich,
ob das Basisende (302) breiter ist (3B) als
das Spitzenende (304) oder das Basisende (352)
dicker ist (3C) als das Spitzenende (354),
weist das Basisende (302, 352) einen größeren Querschnitt
auf als das Spitzenende (304, 354).In both cases, namely, whether the base end ( 302 ) is wider ( 3B ) as the top end ( 304 ) or the base end ( 352 ) is thicker ( 3C ) as the top end ( 354 ), the base end ( 302 . 352 ) has a larger cross section than the tip end ( 304 . 354 ).
4A stellt
ein Federkontaktelement 400 dar, das auf einem elektronischen
Bauteil 410 hergestellt wurde. Das Federkontaktelement 400 weist
ein Basisende 402 (vergleiche (302), ein Kontaktende 404 (vergleiche 304),
einen Hauptkörperteil 406 (vergleiche 306)
und eine Gesamtlänge
(L) zwischen dem Basisende und dem Kontaktende auf. Damit sich das
Federkontaktelement 400 so "verhält", als ob es kürzer wäre (z. B. ein
Verhalten ähnlich
kürzeren
Federkontaktelementen auf demselben Bauteil aufweist), sind das
Basisende 402 und ein benachbarter Teil des Hauptkörperteils 406 mit
einem geeigneten Verkappungsmaterial (z. B. Epoxy) verkappt, um
das Federkontaktelement bis zu einem Punkt "P" zu "versteifen", welcher sich in
einem Abstand "L1" vom Kontaktende 404 entlang
des Körperteils 406 befindet. 4A represents a spring contact element 400 that is on an electronic component 410 was produced. The spring contact element 400 has a base end 402 (compare ( 302 ), a contact end 404 (ver same 304 ), a main body part 406 (see 306 ) and an overall length (L) between the base end and the contact end. So that the spring contact element 400 "behaves" as if it were shorter (eg having a behavior similar to shorter spring contact elements on the same component) are the base end 402 and an adjacent part of the main body part 406 capped with a suitable capping material (e.g., epoxy) to "stiffen" the spring contact element to a point "P" which is a distance "L1" from the contact end 404 along the body part 406 located.
4B stellt
ein weiteres Verfahren zum Abstimmen der mechanischen Leistung eines
Federkontaktelements 450 (vergleiche 400) dar,
das auf einem elektronischen Bauteil 460 (vergleiche 410)
hergestellt wurde. Das Federkontaktelement 450 weist ein
Basisende 452 (vergleiche 402), ein Kontaktende 454 (vergleiche 404),
einen Hauptkörperteil 456 (vergleiche 406)
und eine Gesamtlänge
(L) zwischen dem Basisende und dem Kontaktende auf. Damit das Federkontaktelement 450 sich
so "verhält", als ob es kürzer wäre (z. B.
ein Verhalten ähnlich
kürzeren
Federkontaktelementen auf demselben Bauteil aufweist), "folgt" ein Teil des Hauptkörperteils 456,
der zum Basisende 452 benachbart ist, der Oberfläche des
Bauteils 460 bis zu einem Punkt "P", an
dem es "hochsteigt", so dass es über die
Oberfläche
des Bauteils angehoben ist. Wie im vorherigen Beispiel (400),
befindet sich der Punkt "P" in einem Abstand "L1" vom Kontaktende 454 entlang
des Körperteils 456. 4B provides another method for tuning the mechanical performance of a spring contact element 450 (see 400 ), which is on an electronic component 460 (see 410 ) was produced. The spring contact element 450 has a base end 452 (see 402 ), a contact end 454 (see 404 ), a main body part 456 (see 406 ) and an overall length (L) between the base end and the contact end. So that the spring contact element 450 "behaves" as if it were shorter (eg having a behavior similar to shorter spring contact elements on the same component), "follows" a part of the main body part 456 , the base end 452 adjacent to the surface of the component 460 to a point "P" where it "rises" so that it is raised above the surface of the component. As in the previous example ( 400 ), the point "P" is at a distance "L1" from the contact end 454 along the body part 456 ,
Der
Teil des Federkontaktelements 450, der entlang der Oberfläche des
Bauteils 460 "folgt", ist das "Schwanz"-Ende 462 des
Federkontaktelements 450. Außer der Verwendung dieses Verfahrens
(4B) zur Vereinheitlichung der Federkonstante,
liegt es innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, dass die Schwanzenden
der Federkontaktelemente, die gemäß der Erfindung ausgebildet
werden, sich in einer beliebigen Richtung entlang der Oberfläche des
Bauteils (460) erstrecken, um eine "Leitweglenkung" von einem gegebenen Anschluss am Bauteil
zu bewirken. Auf diese Weise kann beispielsweise eine periphere
Matrix von Bauteilanschlüssen
in eine Flächenmatrix
von Spitzen (454) überführt werden
und umgekehrt. Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs dieser
Erfindung, dass die "Schwänze" (462) von
zwei oder mehr Federkontaktelementen (450) einander überkreuzen
können,
um komplexere Leitweglenkschemen zu erleichtern. Es wird auch auf 3D der vorstehend erwähnten PCT/US95/14885 Bezug
genommen, die eine Form der Leitweglenkung in Verbindung mit Federkontaktelementen
erörtert.The part of the spring contact element 450 running along the surface of the component 460 "follows" is the "tail" end 462 the spring contact element 450 , Except for the use of this method ( 4B ) for standardizing the spring constant, it is within the scope of this invention that the tail ends of the spring contact elements formed according to the invention extend in any direction along the surface of the component ( 460 ) to effect a "routing" of a given port on the component. In this way, for example, a peripheral matrix of component leads into a surface matrix of points ( 454 ) and vice versa. It is also within the scope of this invention that the "tails" ( 462 ) of two or more spring contact elements ( 450 ) can cross each other to facilitate more complex routing schemes. It will also open 3D PCT / US95 / 14885, which discusses a form of routing in conjunction with spring contact elements.
EIN WEITERES
AUSFÜHRUNGSBEISPIELANOTHER ONE
Embodiment
Wie
offensichtlich ist, kann ein großer Grad an Steuerung in der
Größe, Form
und Orientierung der Federkontaktelemente, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, ausgeübt werden.As
Obviously, a great deal of control can be in the
Size, shape
and orientation of the spring contact elements, according to the present
Be made invention.
5 stellt
ein Federkontaktelement (vergleiche 120) mit einem Basisende 502,
einem Kontaktende 504 und einem Körperteil 506 zwischen
diesen dar. Bei diesem Beispiel "springt" der Körperteil
in der x-y-Ebene (parallel zur Oberfläche des Bauteils, auf dem es
hergestellt ist), so dass das Kontaktende 504 an anderen x-,
y- und z-Koordinaten
liegt als das Basisende 502. Mit anderen Worten, wenn der
Körperteil 506 die
y-Achse überquert,
verschiebt er sich (springt er) in der x-Achse. 5 represents a spring contact element (cf. 120 ) with a base end 502 , a contact end 504 and a body part 506 between them. In this example, the body part "jumps" in the xy plane (parallel to the surface of the component on which it is made) so that the contact end 504 at other x, y, and z coordinates than the base end 502 , In other words, if the body part 506 When crossing the y-axis, it shifts (jumps) in the x-axis.
GESTEUERTE
IMPEDANZCONTROLLED
IMPEDANCE
Zur
Verwendung bei der Sondenprüfung
von Halbleiterbauelementen, insbesondere zum Durchführen einer
Prüfung
mit Geschwindigkeit, ist es vorteilhaft, dass das Federkontaktelement
eine gesteuerte Impedanz aufweist.to
Use in probe testing
of semiconductor devices, in particular for performing a
exam
With speed, it is advantageous that the spring contact element
has a controlled impedance.
Die 6A–6C stellen
ein Verfahren 600 zum Erzielen einer gesteuerten Impedanz in einem
Federkontaktelement gemäß der Erfindung
dar.The 6A - 6C illustrate a method 600 for achieving a controlled impedance in a spring contact element according to the invention.
In
einem ersten Schritt, der am besten in 6A zu
sehen ist, wird ein Federkontaktelement 600 (vergleiche 400)
durch sein Basisende 602 (vergleiche 402) an einem
Anschluss 612 eines elektronischen Bauteils 610 (vergleiche 410)
montiert. Das Kontaktspitzenende 604 (vergleiche 404)
ist über
die Oberfläche
des Bauteils 610 angehoben. Die Federkontaktstruktur weist
einen zentralen Körperteil 606 (vergleiche 406)
zwischen ihrem Basis- und Spitzenende auf.In a first step, the best in 6A can be seen, is a spring contact element 600 (see 400 ) by its base end 602 (see 402 ) on a connection 612 an electronic component 610 (see 410 ) assembled. The contact tip end 604 (see 404 ) is above the surface of the component 610 raised. The spring contact structure has a central body part 606 (see 406 ) between its base and top ends.
In
einem nächsten
Schritt, der am besten in 6B zu
sehen ist, wird das Spitzenende 604 des Federkontaktelements
maskiert (nicht dargestellt) und eine geeignete dünne (z.
B. 1–10 μm) Isolationsschicht 620 wie z.
B. Parylen wird wie z. B. durch Gasphasenabscheidung auf allem,
bis auf das Spitzenende 604 des Federkontaktelements, und
der benachbarten Oberfläche
des elektronischen Bauteils abgeschieden.In a next step, the best in 6B is seen, the top end 604 the spring contact element is masked (not shown) and a suitable thin (eg 1-10 μm) insulating layer 620 such as B. Parylene is such. B. by vapor deposition on everything, except for the top end 604 the spring contact element, and the adjacent surface of the electronic component deposited.
In
einem nächsten
Schritt, der am besten in 6B zu
sehen ist, wird, während
das Spitzenende 604 des Federkontaktelements noch maskiert
ist (nicht dargestellt), eine geeignete dünne (z. B. weniger als 0,25 mm)
Schicht 622 aus leitendem Material wie z. B. irgendeines
des hierin beschriebenen leitenden Metallmaterials wie z. B. durch
Sputtern auf allem, bis auf das Spitzenende 604 des Federkontaktelements,
und der benachbarten Oberfläche
des elektronischen Bauteils abgeschieden. Schließlich wird das Spitzenende 604 von der
Maskierung befreit. Dies führt
dazu, dass der zentrale Körperteil 606 des
Federkontaktelements mit einer leitenden Schicht 622 umhüllt ist,
wobei sich eine Isolationsschicht 620 dazwischen befindet.In a next step, the best in 6B is seen while the top end 604 of the spring contact element is still masked (not shown), a suitable thin (eg, less than 0.25 mm) layer 622 made of conductive material such. Example, any of the conductive metal material described herein, such. B. by sputtering on everything, except for the top end 604 the spring contact element, and the adjacent surface of the electronic component deposited. Finally, the top end 604 freed from masking. This causes the central body part 606 the spring contact element with a conductive layer 622 is enveloped, with an insulation layer 620 in between.
Die
leitende Schicht 622 wird geeigneterweise mit der Erdung
verbunden, damit sie als Masseebene und Steuerung der Impedanz des
resultierenden Federkontaktelements fungiert. Wie am besten in 6B zu sehen
ist, wird das Bauteil 610 beispielsweise mit einem zweiten
Anschluss 614 versehen, der die elektrische Erdung ist.
Dieser Anschluss 614 wird geeigneterweise zusammen mit
dem Spitzenende 604 des Federkontaktelements vor dem Aufbringen
der Isolationsschicht 620 maskiert, so dass die anschließende leitende Schicht 622 sich
auch auf diesem abscheidet und mit diesem verbunden wird.The conductive layer 622 is suitably connected to the ground to act as a ground plane and to control the impedance of the resulting spring contact element. How best in 6B can be seen, the component becomes 610 for example with a second connection 614 provided, which is the electrical grounding. This connection 614 will suitably coincide with the top end 604 the spring contact element before the application of the insulating layer 620 masked, leaving the subsequent conductive layer 622 is also deposited on this and is connected to this.
Offensichtlich
müssen
die Dicken der Schichten 620 und 622 nur ausreichen,
damit sie durchgehend sind und die angestrebte gesteuerte Impedanz
bereitstellen, und sollten nicht so dick sein, dass sie die mechanische
Funktionsweise des Federkontaktelements stören. Die Darstellungen in den 6B und 6C sind
nicht maßstäblich gezeichnet.Obviously, the thicknesses of the layers must be 620 and 622 only sufficient to be continuous and provide the desired controlled impedance and should not be so thick as to interfere with the mechanical operation of the spring contact element. The representations in the 6B and 6C are not drawn to scale.
Obwohl
die Erfindung im einzelnen in den Zeichnungen und in der vorangehenden
Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, soll dasselbe als
im Charakter erläuternd
und nicht einschränkend
betrachtet werden – wobei
es selbstverständlich
ist, dass nur bevorzugte Ausführungsbeispiele
gezeigt und beschrieben wurden. Zweifellos kommen viele weitere "Variationen" an den vorstehend
dargelegten "Themen" einem üblichen
Fachmann in den Sinn, den die vorliegende Erfindung am nächsten betrifft,
und solche Variationen sollen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung,
wie hierin offenbart, liegen.Even though
the invention in detail in the drawings and in the foregoing
Described and described description should be the same as
in the character explanatory
and not restrictive
be considered - where
it goes without saying
is that only preferred embodiments
shown and described. There are undoubtedly many more "variations" on the above
presented "topics" a usual
Person skilled in the art to which the present invention
and such variations are intended to be within the scope of the invention,
as disclosed herein.
Die
resultierenden Federkontaktelemente können beispielsweise wärmebehandelt
werden, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Irgendwelche
Wärme,
die mit dem dauerhaften Verbinden (z. B. durch Hartlöten) der
Federkontaktelemente mit einem Bauteil verbunden ist, kann auch
vorteilhafterweise verwendet werden, um das Material des Federkontaktelements
einer "Wärmebehandlung" zu unterziehen.The
resulting spring contact elements, for example, heat treated
to improve their mechanical properties. any
Warmth,
with the permanent bonding (eg by brazing) the
Spring contact elements connected to a component can also
be used advantageously to the material of the spring contact element
to undergo a "heat treatment".
