JP4741626B2 - より大きな基板にばね接触子を定置させるための接触子担体(タイル) - Google Patents
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- H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
- H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
- H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]
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- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
- H01L2924/10253—Silicon [Si]
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- H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
- H01L2924/15787—Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
-
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- H01L2924/1901—Structure
- H01L2924/1904—Component type
- H01L2924/19041—Component type being a capacitor
-
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- H01L2924/1904—Component type
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-
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- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/30107—Inductance
-
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- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/3011—Impedance
-
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- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/3025—Electromagnetic shielding
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
- H05K1/141—One or more single auxiliary printed circuits mounted on a main printed circuit, e.g. modules, adapters
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/20—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern
Description
、半導体素子の実装に先行して、好適には個々の半導体素子が、半導体ウェーハから単一
化される前に、半導体素子に関する試験及びエージング手順を実施するための技法に関す
る。
08/452,255号(以後、「親事例」と呼ぶ)、及び1995年11月13日に出願されたそ
の対応PCT特許出願番号PCT/US95/14909の一部継続出願であり、その両方は、同一出願
人による1994年11月15日に出願された米国特許同時係属出願第08/340,144号、及
び1994年11月16日に出願されたその対応PCT特許出願番号PCT/US94/13373(WO
95/14314 として1995年5月26日に公告)の一部継続出願であり、それらは両方と
も、同一出願による1993年11月16日に出願された米国特許同時係属出願第08/152
,812号(現在では、1995年12月19日に認可された米国特許第5,476,211号)の一
部継続出願である。それらの全てを、参照として本明細書に取り込む。
本願は又、同一出願人による、以下の米国特許同時係属出願の一部継続出願でもある。す
なわち、
1995年9月21日に出願された第08/526,246号(1995年11月13日に出願さ
れたPCT/US95/14843)、
1995年10月18日に出願された第08/533,584号(1995年11月13日に出願
されたPCT/US95/14842)、
1995年11月9日に出願された第08/554,902号(1995年11月13日に出願さ
れたPCT/US95/14844)、
1995年11月15日に出願された第08/558,332号(1995年11月15日に出願
されたPCT/US95/14885)、
1995年12月18日に出願された第08/573,945号、
1996年1月11日に出願された第08/584,981号、
1996年2月15日に出願された第08/602,179号、
1996年2月21日に出願された第60/012,027号、
1996年2月22日に出願された第60/012,040号、
1996年3月5日に出願された第60/012,878号、
1996年3月11日に出願された第60/013,247号、及び
1996年5月17日に出願された第60/005,189号である。これらの全ては、上述の親
事例の一部継続出願であり、それらの全てを、参照として本明細書に取り込む。
、1995年5月26日に出願された米国特許同時係属出願第08/450,255号(「親事例」
)に記載されている。
02号に記載されるように、個々の半導体(集積回路)素子(ダイ)は通常、ホトリソグラ
フィ、堆積、その他の既知の技法を用いて、半導体ウェーハ上に幾つかの同一素子を作り
出すことにより製造される。一般に、これらの工程は、半導体ウェーハから個々のダイを
単一化(切断)する前に、完全に機能する複数の集積回路素子を作り出すことを目的とす
るものである。しかし、実際には、ウェーハ自体におけるある種の物理的欠陥、及びウェ
ーハを処理する際のある種の欠陥が、ダイのうちの幾つかは「良」(完全に機能する)で
、ダイのうちの幾つかは「不良」(機能しない)である原因となることは避けられない。
それらがウェーハから単一化される前に識別できることが一般に望ましい。この目的のた
めに、ウェーハ「試験装置」又は「プローブ装置」を有利に用いて、複数の離散的な圧力
接続が、ダイ上の同様に複数の離散的な接続パッド(接着パッド)に対してなされる。こ
のようにして、半導体ダイを、ウェーハからダイを単一化する前に、試験及び動作させる
ことが可能となる。
ローブ要素が接続され、プローブ要素の先端が、半導体ダイの対応する接着パッドに対し
て圧力接続をもたらす。
例えば、最近の集積回路は、互いに近接して(例えば、中心間5ミル)配設された何千も
の接着パッドを含んでいる。更に、接着パッドのレイアウトは、ダイの周辺エッジの近く
に配設される、接着パッドの単一列に限定される必要はない(例えば特許文献1参照)。
メータを問題にする必要があり、これらには、限定ではないが、位置合わせ、プローブ力
、オーバードライブ、接触力、均衡した接触力、洗浄、接触抵抗、及び平坦化が含まれる
。これらパラメータの一般的な議論について開示されている(例えば特許文献2参照)。
特許文献2を参照として本明細書に取り込むが、この特許には、プローブ要素の荒成形さ
れたエポキシリングを受けるよう適合した中央開口を備えたユニット式印刷回路基板を含
む、高密度エポキシリング・プローブカードが開示されている。
持ち梁として延伸する、複数のタングステン針が含まれる。タングステン針は、上記のよ
うなエポキシリングの仲介等により、プローブカードに任意の適切な仕方で実装される。
一般に、いずれの場合でも、針は、プローブカードの端子に針を接続する別個で特異なワ
イヤの仲介によって、プローブカードの端子に配線される。
する(、及びプローブカードの端子に配線される)何百ものプローブ要素(針)を備える
。回路モジュール、及び好適には等しい長さの導電トレース(線)が、プローブ要素の各
々と関連付けられる。このリング形状レイアウトにより、特に各半導体ダイの接着パッド
が、半導体ダイの2つの対向エッジに沿った2つの直線アレイ以外で配列される場合、ウ
ェーハ上の単一化されていない複数の半導体ダイ(多数サイト)にプローブを当てること
が困難になり、ある場合には不可能になる。
ることもできる(例えば特許文献3参照)。特許文献3を参照として本明細書に取り込む
。この特許には、「試験システムは通常、一連の試験プログラムを実行及び制御するため
の試験コントローラと、試験の準備としてウェーハを機械的に取り扱い、位置決めするた
めのウェーハ分配システムと、被試験素子(DUT)との正確な機械的接触を維持するた
めのプローブカードからなる。」(第1段落、41−46行)と記載されている。
おける技術状態が表わされている(例えば特許文献4〜12)。
し可能な」相互接続という2つの広義のカテゴリーに分類できる。
互いに半田付けされると、それらコンポーネントを分離するのに、半田除去工程を用いる
必要がある。ワイヤ接着は、「相対的に永久な」接続の他の例である。
があり、他の電子コンポーネントの弾力のあるソケット要素によって受容される。ソケッ
ト要素は、ピンに対して、それらの間の信頼のある電気接続を保証するのに十分な大きさ
の接触力(圧力)を及ぼす。
いて、「ばね」又は「ばね要素」と呼ぶ。一般に、いくらかの最小接触力が、電子コンポ
ーネントに(例えば、電子コンポーネント上の端子に)信頼性の良い圧力接触をもたらす
のに望まれる。例えば、約15グラム(接触当たり少なくて2グラム以下、且つ多くて1
50グラム以上を含む)の接触(荷重)力が、表面上に膜で汚染され、また表面上に腐蝕
、又は酸化生成物を有する、電子コンポーネントの端子に信頼性良く電気接続をなすこと
を保証するのに望まれる。各ばねに必要な最小接触力には、ばね材料の降伏強度、又はば
ね要素の寸法のどちらかを増大させることが必要とされる。一般的な提案として、材料の
降伏強度が高くなるほど、加工(例えば、打ち抜き、曲げ等)するのが益々困難になる。
そして、ばねを更に小さく製作したいという望みによって、それらの断面を更に大きく製
作することが本質的に不可能になる。
の1つの分類である。従来技術のプローブ要素は一般に、比較的硬質な(高降伏強度)タ
ングステンから製造される。かかる比較的硬質な材料を電子コンポーネントの端子に実装
することが所望である場合、ろう接法等の比較的「過酷な」(例えば、高温)工程が必要
とされる。かかる「過酷な」工程は一般に、半導体素子等のいくつかの比較的「脆弱な」
電子コンポーネントに関連して、望ましいものではない(また、実現できないことが多い
)。それとは対照的に、ワイヤボンディングは、比較的「易しい」工程の一例であり、こ
れは、ろう接法よりも、脆弱な電子コンポーネントに損傷を与えることが場合によってほ
とんどない。半田付けは、比較的「易しい」工程の他の例である。しかし、半田及び金は
共に、比較的軟質な(低降伏強度)材料であり、これらは、ばね要素として十分には機能
しない。
ネントの端子が完全には共平面でない点にある。これらの「公差」(総共平面性)を吸収
するために、共に組み込まれるある機構に欠けている相互接続要素が、激しく押圧されて
、電子コンポーネントの端子と一貫した圧力接触をなすことになる。
に対して、面対向接続、特に圧力接続をなすことを一般的な問題として言及している(例
えば特許文献13〜31)。
る接触構造、ばね要素)を製造するための技法が開示されている。かかるばね要素を多数
必要とする場合、歩留り(成功裡の生産)でなく、非常に多くのばね要素のうちの1つに
よって、結果として、コンポーネント全体が欠陥(使用不能、又は最善でも、大がかりな
手直しを必要とする)となる可能性がある。
合、例えば、1パスで半導体ウェーハの完全な試験を行うことを目的とする場合、非常に
多くのばね接触子をうまく実装できる適切な(例えば、熱膨張係数の一致した)基板を見
出すことは困難である。
素を実装し、広大な面積をカバーして、プローブ要素、特にばね要素であるプローブ要素
を電子コンポーネント上に直接生産する(成功裡に製造)ことに関連した問題を回避する
、改良された技法を提供することである。
接触子を設けると共に、電子コンポーネント上に直接、ばね接触子を製造することに関連
した問題(例えば、歩留り)を回避するための技法を提供することである。
)上に予備製造される。多数のこれらタイルは、好適にはばね接触子の先端が互いに共平
面となるように、互いに規定された関係で、別のコンポーネント(間隔変換器基板、又は
印刷回路基板等)に実装される。タイル基板は、好ましくは比較的安価であり、ばね接触
子の成功裡の生産へと導く。タイルの対向表面における端子が、間隔変換器、又は1つ以
上の半導体素子(単一化されていない半導体素子も含む)等の電子コンポーネントの端子
に、半田、z軸導通接着剤、その他により連結される。
子も、本発明の仕方でタイル化することができ、例えばモノリシックばね接触子、及び皮
膜プローブ部等がある。
導体ウェーハ上にある単一化されていない半導体ダイを含む、半導体ダイ)の端子(例え
ば、接着パッド)に圧力接続をもたらすのに適した、複合相互接続要素、ばね接触子、ば
ね要素、接触バンプ、その他といった任意の要素という意味が含まれる。
ポーネントという意味が含まれ、その複数(好適には同一)がより大きな基板に実装可能
で、それによって、上記プローブ要素をより大きな基板に直接製造することが回避される
。
、922、942、962)だけでなく、フレーム(例えば、1002、1002a、1
002b、1002c)、その他の意味も含まれる。
能である任意の基板を意味する。一般に、少なくとも4つのタイルがより大きな基板に実
装されるが、これは、より大きな基板の表面積が、個々のタイルの表面積の少なくとも4
倍の大きさとなることを示す。これには特に、プローブカード・アセンブリの「間隔変換
器」が含まれる。
に取り付け及び接続されて、ウェーハ段階(多数サイト)の試験を行うことができ、半導
体ウェーハ全体が、複数のプローブ要素と、半導体ウェーハ上にある半導体素子の複数の
接着パッド(端子)との間で同時の圧力接続をなすことにより、エージング及び/又は試
験投入可能である。
隔変換をもたらす多層基板とすることも可能である。
が、セラミック・ウェーハ等の単一で安価な基板から製造可能であり、その基板は続いて
切断され、その結果、複数の別個で好適には同一のタイルとなり、これらは、間隔変換器
の表面、又は半導体ウェーハの表面、或いは他の電子コンポーネントに個々に実装可能で
ある。
ネントの対応する表面と自己整合することを保証するために、電子コンポーネント及びタ
イルには各々、半田付け性の良い特徴が設けられ、それによって、半田がそれらの間に配
設される際に、及びリフロー加熱時に、電子コンポーネントへのタイル基板の自己整合を
もたらす勢いが強化されることになる。
れらの半導体ウェーハからの単一化に先行して、又はその後で直接実装される。このよう
にして、ばね接触要素が、半導体素子に容易に実装されると同時に、半導体素子上に直接
ばね接触要素を製造することが回避される点にある。
表面上に半田バンプを有する、既存の「C4」パッケージとすることができる点にある。
このようにして、タイルは、リフロー加熱により、電子コンポーネント(例えば、間隔変
換器、半導体ウェーハ、その他)に実装可能である。
法の利点は、電子コンポーネントが、単にそれに取り付けられた/接続された1つ以上の
タイルのうちの選択されたタイルを置き換えることにより、容易に手直しされる点にある
。
ル上のプローブ要素は、皮膜プローブに見出された型式の接触バンプとすることもできる
。
半導体素子は、ばね接触要素の先端と一致結合する(圧力接触により)ように配列された
端子を有する印刷回路基板(PCB)と同じくらい簡単である、簡単な試験器具を用いて
、容易に試験及び/又はエージングされる。
として適切に使用され、そのプローブカード・アセンブリには、上部表面、下部表面、及
び該上部表面における複数の端子を有するプローブカード(電子コンポーネント)と、上
部表面、下部表面、該下部表面における端子から延伸する第1の複数の復元性のある接触
構造、及び上記上部表面における端子から延伸する第2の複数の復元性のある接触構造を
有する、介在体(電子コンポーネント)とが含まれる。介在体は、プローブカードと間隔
変換器の間に位置するが、これは、本出願人による、米国特許同時係属出願第08/554,902
号に記載されている。
以上の要素から形成される)の’総称的な’意味に一致しており、例えば、ガラス、カー
ボン、又は樹脂その他の基材に支持される他の繊維等の材料に施されるような試みの他の
分野における「複合」という用語の如何なる利用とも混同すべきではない。
素の端部(先端)の弾性(復元)運動を呈示する、伸長要素の事実上の任意の形状を言う
。これには、1つ以上の湾曲部を有するように成形された伸長要素だけでなく、実質的に
真っ直ぐな伸長要素も含まれる。
要素が実装、又は接触をなす任意の電子コンポーネント上の任意の導電領域を言う。
は犠牲基板の一部である。犠牲基板は、成形後、且つ保護膜生成の前か後のどちらかで除
去される。本発明の1つの態様によれば、各種の構造的特徴を有する先端は、相互接続要
素の接触端に配設できる。(上述した親事例の図11A−11Fも参照されたい。)
本発明の1つの実施例の場合、コアは、比較的低い降伏強度を有する「軟質」材料であ
り、比較的高い降伏強度を有する「硬質」材料で保護膜生成される。例えば、金ワイヤ等
の軟質材料が、半導体素子の接着パッドに、(例えば、ワイヤボンディングにより)取り
付けられて、ニッケル及びその合金等の硬質材料で、(例えば、電気化学メッキにより)
保護膜生成される。
例の図5C及び5Dも参照されたい)、及びコアの全長、又はコア長の一部のみに延伸す
る保護膜が記載されている。後者の場合、コアの先端は、電子コンポーネントに接触させ
るために適切に露出される(親事例の図5Bも参照されたい)。
生成するための多数の技法の一例として用いられる。本発明の範囲内にあるのは、限定で
はないが、水溶液からの材料の堆積を伴う各種工程と、電解メッキと、無電解メッキと、
化学気相成長法(CVD)と、物理気相成長法(PVD)と、液体又は固体先行物質の誘
導壊変を通して、材料の堆積を生じせしめる工程と、その他を含む任意の適切な技法によ
って、コアに保護膜生成することができ、材料を堆積するためのこれら技法の全ては、一
般に周知のところである。
り、特に無電解メッキが好ましい。
硬質」材料の伸長要素であり、一端において、電子コンポーネントの端子に実装される。
コア、及び端子の少なくとも隣接領域は、コアの端子への締結を強化する材料で保護膜生
成される。このようにして、コアが、保護膜生成に先立って、必ずしも端子に十分実装さ
れる必要はなく、電子コンポーネントに潜在的にほとんど損傷を与えない工程を使用して
、コアが、後続の保護膜生成に対して適所に「仮留め」される。これら「易しい」工程に
は、端子の軟質部分への硬質コアの端部の半田付け、貼り付け、及び突き刺しが含まれる
。
ボン)である。
質の(低降伏強度)コアで開始することを伴う技法を説明する。半導体素子に容易に付着
する金等の軟質材料は、一般に、ばねとして機能するのに十分な復元性が無い。(かかる
軟質の金属性材料は、弾性変形ではなく、主に可塑性変形を呈示する。)半導体素子に容
易に付着し、また適切な復元性を持つ他の軟質材料は、非導電性であることが多く、これ
は、大部分の弾性材料の場合にそうである。いずれの場合でも、所望の構造的、及び電気
的特性が、コアにわたって施される保護膜により、結果としての複合相互接続要素に付与
できる。結果としての複合相互接続要素は、非常に小さく製作でき、更に、適切な接触力
も呈示し得る。更に、複数のかかる複合相互接続要素は、それらが、隣接する複合相互接
続要素に対する距離(隣接する相互接続要素間の距離は、「ピッチ」と呼ばれる)よりも
かなり大きな長さ(例えば、100ミル)を有するとしても、微細ピッチ(例えば、10
ミル)で配列できる。
の程度の断面寸法を有する、コネクタ及びソケット用の「超小型ばね」のような、超小型
スケールで製造可能なことである。ミルではなくミクロンで測定される寸法を有する信頼
性の良い相互接続を製造できるこの能力は、現存の相互接続技法、及び将来のエリアアレ
イ技法という発展する要求に真っ向から対処する。
け可能性、及び低い接触抵抗が含まれる。多くの場合、加えられる接触力に応答した相互
接続要素の偏向は、結果として「拭い」接触となり、これは、信頼性の良い接触をなすの
を保証するのに役立つ。
である点にある。電子コンポーネントの端子に相互接続をもたらす半田付けは、任意であ
るが、一般にシステムレベルでは好ましくない。
するための方法が記載される。これらの技法には、一般に、誘電体材料(絶縁層)で導電
コア、又は複合相互接続要素全体を被覆し(例えば、電気泳動的に)、導電材料の外部層
で誘電体材料に保護膜生成することが伴う。外部の導電材料層を接地することにより、結
果としての相互接続要素は効果的に遮蔽することができ、そのインピーダンスは容易に制
御可能となる。(親事例の図10Kも参照されたい。)
本発明の1つの態様によれば、相互接続要素は、電子コンポーネントへの後での取り付
けのために、予め製造することができる。この目的を達成するための各種の技法が、本明
細書に記載されている。本書類では特定的に保護されていないが、複数の個々の相互接続
要素の基板への実装、又は代替として、エラストマーにおいて、又は支持基板上で複数の
個々の相互接続要素の懸架を扱う機械を製造することも比較的簡単明瞭であると考えられ
る。
はその腐食耐性を強化するために被覆されていた、従来技術の相互接続要素とは劇的に異
なるということである。
する、及び/又は結果としての複合相互接続要素に、所望の復元特性を付与することを特
定的に意図するものである。応力(接触力)は、応力を吸収することを特定的に意図する
、相互接続要素の部分に向けられる。
供するということである。一般に、結果としてのばねの動作構造は、曲げ及び成形の生成
物ではなく、メッキの生成物である。これによって、ばね形状を確立する広範な材料、及
びコアの「足場」を電子コンポーネントに取り付けるための各種の「易しい」工程の利用
に対して扉が開かれる。保護膜は、コアの「足場」にわたった「超構造」として機能し、
その両方が、土木工学の分野においてそれらの原点を有することを意味する。
2つの複合相互接続要素そして形成することができる。
に定置(実装、及び接続)して、タイル基板の表面から延伸するばね接触要素が、電子コ
ンポーネントの試験可能な領域上の対応する端子と接触するように、大きな基板と電子コ
ンポーネントを互いに向かって押圧することによって、複数のばね接触要素で電子コンポ
ーネントの試験可能な領域にプローブを当てる(電気的に接触させる)方法を提供するこ
とである。電子コンポーネントは、半導体ウェーハとすることができ、その場合、試験可
能な領域は、半導体ウェーハ上の複数のダイ・サイトとなる。複数のダイ・サイトと接触
するばね接触子の全ての能力が、1度に全て、ウェーハ段階でのエージングといった工程
を容易にすることができる。しかし必ずしも、電子コンポーネント全体が1度に接触する
必要はない。利点が生じるのは、電子コンポーネントの少なくとも半分といった相当の部
分が、1度に接触する場合である。電子コンポーネントは又、例えば、印刷回路基板(P
CB)、又は液晶ディスプレイ(LCD)パネルとすることもできる。
るであろう。
いる。これらの好適な実施例に関連して本発明を説明するが、理解されたいのは、本発明
の精神、及び範囲をこれら特定の実施例に限定することを意図しない、ということである
。
を断面で提示している。例えば、図面の多くで、ワイヤステム(コア)は、太線で完全に
示されるが、保護膜は、本当の断面で示されている(網かけのないことが多い)。
誇張してある(図面の他の要素に面対向して、縮尺が合っていない)ことが多い。
リ、その構成要素、及びそれらを用いる方法に関する。以下の説明から明らかとなるが、
電子コンポーネントの端子に対して圧力接続をもたらすために、復元性のある接触構造を
用いることは不可欠である。復元性のある接触構造(ばね要素、ばね接触子、プローブ要
素)は、「複合相互接続要素」として適切に実施され、これは例えば、本出願人により1
995年5月26日に出願され、参照として本明細書に取り込む、米国特許同時係属出願
第08/452,255号(「親事例」)の開示に記載されているが、復元性のある接触構造は又、
それ自体高い降伏強度を有する材料(高い降伏強度の材料の保護膜を施す必要のない)か
ら製作された、「モノリシック」(「複合」に対して)ばね要素とすることもできる。
る多数の技法を要約することで始まる。
(2)相互接続要素が電子コンポーネントの1つの端子に実装される場合に、その端子に
相互接続要素を確実に締結するために、「複合」(「モノリシック」に対して)相互接続
要素が、コア(電子コンポーネントの端子に実装される)で開始し、次いで、適切な材料
でコアに保護膜を生成することにより形成できる点にある。このようにして、弾性変形可
能な形状へと容易に成形されて、電子コンポーネントの最も脆弱な部分にさえも容易に取
り付けられる、軟質材料のコアで開始することにより、復元性のある相互接続要素(ばね
要素)が製造できる。硬質材料からばね要素を形成し、容易には明白でなく、論証可能に
直感的でない従来技術を鑑みると、その軟質材料は、ばね要素の基底部を形成可能である
。かかる「複合」相互接続要素は、一般に、本発明の実施例に用いるのに、好適な形態の
復元性のある接触構造である。しかし、上述のように、本発明のばね接触子は、複合では
なく、モノリシックとすることもできる。
一般的に示す。
は、復元性のない複合相互接続要素も本発明の範囲内に入るということである。
れて、使い勝手の良い工程により、電子コンポーネントに固定しやすい)コアを有する、
複合相互接続要素を説明する。しかし、コアを硬質材料とし得ることも本発明の範囲内に
あり、保護膜は、主に、電子コンポーネントに相互接続要素を確実に締結するように機能
する。
00psiよりも少ない降伏強度を有する材料)のコア112と、「硬質」材料(例えば
、80,000psiよりも大きな降伏強度を有する材料)のシェル(保護膜)114と
が含まれる。コア112は、概ね真っ直ぐな片持ち梁として成形(構成)される伸長要素
であり、0.0005から0.0030インチ(0.001インチ=1ミル≒25ミクロ
ン(μm))の直径を有するワイヤとすることができる。シェル114は、既に成形され
たコア112にわたって、適切なメッキ工程(例えば、電気化学メッキ)等の任意の適切
な工程により施される。
形状、すなわち、その先端110bにおいて加えられる力「F」に対して、ある角度で配
向された真っ直ぐな片持ち梁を示す。かかる力が、相互接続要素が圧力接触している電子
コンポーネントの端子により加えられる場合、先端の下方への(図で見て)偏向により、
明らかに結果として、先端が端子を横切って移動する、すなわち「拭い」運動となる。か
かる拭い接触により、信頼性の良い接触が、相互接続要素と電子コンポーネントの接触端
子との間でなされることが保証される。
)を制御することにより、シェル114は、相互接続要素110全体に対して、所望の復
元性を付与する。このようにして、電子コンポーネント(不図示)間の復元性のある相互
接続を、相互接続要素110の2つの端部110aと110bの間にもたらすことができ
る。(図1Aにおいて、参照番号110aは、相互接続要素110の一端を示し、端部1
10Bに対向した実際の端部は示されていない。)電子コンポーネントの端子に接触する
際に、相互接続要素110は、「F」で表記される矢印で示されるような、接触力(圧力
)を受けることになる。
が、該偏向(復元性)は、相互接続要素の全体形状によって部分的に、(コアの降伏強度
に対して)保護膜材料の優勢な(より大きな)降伏強度により部分的に、また、保護膜材
料の厚さにより部分的に決定される。
護膜付きコア112)が、一端に実装(固定)されて、他端は、通常、伸長要素の長手方
向軸に対して概ね横方向に作用する力に応答して、自由に移動するという意味で使用する
。これらの用語の使用により、伝達又は暗示を意図する他の特定的な、又は限定的な意味
は何もない。
に匹敵)と、硬質シェル124(114に匹敵)とが含まれる。この例の場合、コア12
2は、2つの湾曲部を有するように成形され、従って、S字形状と見なされる。図1Aの
例のように、このようにして、電子コンポーネント(不図示)間の復元性のある相互接続
を、相互接続要素120の2つの端部120aと120bの間にもたらすことができる。
(図1Bにおいて、参照番号120aは、相互接続要素120の一端部を示し、端部12
0bに対向した実際の端部は示されていない。)電子コンポーネントの端子に接触する際
に、相互接続要素120は、「F」で表記される矢印で示されるような、接触力(圧力)
を受けることになる。
に匹敵)と、硬質シェル134(114に匹敵)とが含まれる。この例の場合、コア13
2は、1つの湾曲部を有するように成形され、U字形状と見なすことができる。図1Aの
例のように、このようにして、電子コンポーネント(不図示)間の復元性のある相互接続
を、相互接続要素130の2つの端部130aと130bの間にもたらすことができる。
(図1Cにおいて、参照番号130aは、相互接続要素130の一端部を示し、端部13
0bに対向した実際の端部は示されていない。)電子コンポーネントの端子に接触する際
に、相互接続要素130は、「F」で表記される矢印で示されるような、接触力(圧力)
を受けられることになる。代替として、相互接続要素130を使用して、「F’」で表記
される矢印で示されるように、その端部130b以外で接触をなすこともできる。
40の他の実施例を示す。この例の場合、相互接続要素140は、本質的に簡単な片持ち
式(図1Aに匹敵)であり、湾曲した先端140bは、その長手方向軸に対して横方向に
作用する接触力「F」を受ける。
50の他の実施例を示す。この例の場合、相互接続要素150は、概ね「C字形状」であ
り、好適には僅かに湾曲した先端を備え、「F」で表記される矢印で示されるように、圧
力接触をなすのに適している。
る相互接続要素に、その先端に加えられる力に応答して弾性的に偏向せしめる形状へと、
容易に形成することができるということである。例えば、コアは、慣用的なコイル形状に
形成することもできる。しかし、コイル形状は、相互接続要素の全長、及びそれに関連し
たインダクタンス(その他)、また高周波(速度)で動作する回路へのインダクタンスの
悪影響に起因して好ましくない。
料よりも大幅に高い降伏強度を有する。従って、シェルは、結果としての相互接続構造の
機械的特性(例えば、弾性)を確立する際にコアの影を薄くする。シェル対コアの降伏強
度の比率は、少なくとも2:1が好適であり、少なくとも3:1及び少なくとも5:1も
含み、10:1程度に高くすることもできる。また明らかなのは、シェル、又は多層シェ
ルの少なくとも外部層は、導電性にすべきであり、シェルがコアの端部を覆う場合には顕
著である。(しかし、親事例には、コアの端部が露出される実施例が記載されており、そ
の場合には、コアは導電性でなければならない。)
学術的な観点から、結果としての複合相互接続要素のばね作用(スプリング形状)部分
に、硬質材料で保護膜生成することが唯一必要である。この観点から、コアの2つの端部
の両方に保護膜生成することは一般に本質的でない。しかし、実際問題としては、コア全
体に保護膜生成することが好ましい。電子コンポーネントに締結される(取り付けられる
)コアの一端に保護膜生成する特定の理由、及びそれで生じる利点を、以下で更に詳細に
論じる。
ミニウム、銅、及びそれらの合金が含まれる。これらの材料は通常、所望の物理的性質を
得るために、少量の他の材料で合金化されるが、それらは例えば、ベリリウム、カドミウ
ム、シリコン、マグネシウム、その他である。銀、パラジウム、プラチナ、プラチナ群の
元素の金属等の金属又は合金を用いることも可能である。鉛、スズ、インジウム、ビスマ
ス、カドミウム、アンチモン、及びそれらの合金から構成される半田が使用可能である。
細に論じる)は、一般に、(温度、圧力、及び/又は超音波エネルギーを用いて、ボンデ
ィングをもたらす)ボンディングしやすい任意の材料(例えば、金)のワイヤであり、こ
れは、本発明を実施するのに適している。非金属材料を含む、保護膜生成(例えば、メッ
キ)しやすい任意の材料が、コアに使用できることも本発明の範囲内である。
層に関して、以下で論じるように)限定ではないが、ニッケル及びその合金と、銅、コバ
ルト、鉄及びそれらの合金と、両方とも卓越した電流搬送能力、及び良好な接触抵抗特性
を呈示する、金(特に硬質の金)及び銀と、プラチナ群の元素と、貴金属と、半貴金属及
びそれらの合金、特にプラチナ群の元素及びそれらの合金と、タングステンと、モリブデ
ンが含まれる。半田状の仕上げが所望の場合には、スズ、鉛、ビスマス、インジウム、及
びそれらの合金を用いることもできる。
技法は、無論のこと、用途に合わせて変化する。電解メッキ、及び無電解メッキは一般に
好適な技法である。しかし、一般には、金のコアにわたってメッキを施すことは、直感的
ではない。
に、無電解メッキする)場合、メッキ開始を容易にするために、まず、金のワイヤステム
にわたって薄い銅の開始層を施すことが望ましい。
0.001インチのシェル厚を有し、従って、相互接続要素は、約0.003インチの全
体径(すなわち、コア径足す2倍のシェル厚)を有する。一般に、シェルのこの厚さは、
コアの厚さ(例えば、直径)の0.2−5.0(1/5から5)倍程度となる。
の略C字状湾曲(図1Eに匹敵)を有するように成形され、0.75ミルのニッケルでメ
ッキされ(全体径=1.5+2×0.75=3ミル)て、任意として金の50マイクロイ
ンチの最終保護膜を受容する。結果としての複合相互接続要素は、約3−5グラム/ミル
のばね定数(k)を呈示する。使用時に、3−5ミルの偏向は、結果として9−25グラ
ムの接触力となる。この例は、介挿物用のばね要素に関連して有用である。
形され、1.25ミルのニッケルでメッキされ(全体径=1.0+2×1.25=3.5
ミル)て、任意として金の50マイクロインチの最終保護膜を受容する。結果としての複
合相互接続要素は、約3グラム/ミルのばね定数(k)を呈示して、プローブ用のばね要
素に関連して有用である。
ら延伸する平坦なタブ(矩形断面を有する)とすることもできる。理解されたいのは、本
明細書で用いる「タブ」という用語は、「TAB」(テープ自動化ボンディング)と混同
すべきでない、ということである。
である。
図2Aは、端子214が設けられる電子コンポーネント212に実装された、相互接続
要素210の1つの実施例200を示す。この例の場合、軟質(例えば、金)ワイヤコア
216が、一端において端子214にボンディングされ(取り付けられ)、端子から延伸
してスプリング形状を有するように構成され(図1Bに示す形状に匹敵)て、自由端21
6bを有するように切断される。このようにワイヤのボンディング、成形、及び切断は、
ワイヤボンディング装置を用いて達成される。コアの端部216aにおける接着剤は、端
子214の露出表面の比較的小さい部分しか覆わない。
して示され、内層218と外層220を有し、その両方の層はメッキ工程により適切に施
される。多層シェルの1つ以上の層が、硬質材料(ニッケル及びその合金等の)から形成
されて、所望の復元性が、相互接続要素210に付与される。例えば、外層220は、硬
質材料とすることができ、内層は、コア材料216上に硬質材料220をメッキする際に
、緩衝又は障壁層として(あるいは、活性層、接着材層として)機能する材料とすること
ができる。代替として、内層218を硬質材料とし、外層220を、導電率及び半田付け
可能性を含めた優れた電気的特性を呈示する材料(軟質の金等)とすることもできる。半
田又はろう接型式の接触が所望の場合、相互接続要素の外層は、それぞれ、鉛−スズ半田
又は金−スズろう接材料とすることができる。
図2Aは、総括的に、本発明の他の重要な特徴、すなわち復元性のある相互接続要素が
、電子コンポーネント上の端子に確実に締結できることを示す。相互接続要素の取付端2
10aは、相互接続要素の自由端210bに加えられる圧縮力(矢印「F」)の結果とし
て、大幅な機械的応力を受ける。
(中断なしに)コア216に隣接する端子214の残り(すなわち、接着剤216a以外
)の露出表面全体も覆う。これによって、相互接続要素210が、端子に確実且つ信頼性
良く締結され、保護膜材料が、端子への結果としての相互接続要素の締結に対して、実質
的に(例えば、50%よりも大きく)寄与する。一般に、必要なのは、保護膜材料が、コ
アに隣接する端子の少なくとも一部を覆うことだけである。しかし、保護膜材料は、端子
の残りの表面全体を覆うことが一般に好ましい。好適には、シェルの各層は金属性である
。
ての複合相互接続要素に課せられる接触力(「F」)から生じる応力を吸収するのにあま
り適さない。シェルが、端子の露出表面全体(端子へのコア端216aの取付をなす比較
的小さい領域以外の)を覆うおかげで、相互接続構造全体が、端子に確実に締結される。
保護膜の接着強度、及び接触力に反作用する能力は、コア端(216a)自体のそれより
はるかに高い。
はないが、相互接続及び介挿基板と、シリコン(Si)又はヒ化ガリウム(GaAs)等
の任意の適切な半導体材料製の半導体ウェーハ及びダイと、生成相互接続ソケットと、試
験ソケットと、親事例に記載されているような犠牲部材、要素及び基板と、セラミック及
びプラスチックパッケージ、及びチップキャリアを含む半導体パッケージと、コネクタと
が含まれる。
ち、
・半導体パッケージを有する必要がなく、シリコンダイに直接実装される相互接続要素と
、
・電子コンポーネントを試験するために、基板(以下で更に詳細に説明する)からプロー
ブとして延伸する相互接続要素と、
・介挿物(以下で更に詳細に論じる)の相互接続要素である。
って制限されることなく、硬質材料の機械的特性(例えば、高い降伏強度)の恩恵を受け
る点で類を見ない。これは、親事例に詳しく述べられているように、シェル(保護膜)が
、コアの「足場」にわたって「超構造」として機能するという事実により大いに可能にな
る。ここで、それら2つの用語は、土木工学の環境から借用したものである。これは、メ
ッキが保護(例えば、耐腐食)被覆として用いられ、また、相互接続構造に対して所望の
機械的特性を付与するのが一般に不可能である、従来技術のメッキ化相互接続要素とは非
常に異なる。また、これは、電気的な相互接続部に施されるベンゾトリアゾール(BTA
)等の、任意の非金属性の耐腐食被覆とはある種著しく対照的である。
して、減結合コンデンサを有するPCB等のその異なるレベルから、基板上に容易に形成
されるので、それらの自由端は互いに共平面にあるという利点がある。更に、本発明に従
って形成される相互接続要素の電気的、及び機械的(例えば、可塑及び弾性)特性が共に
、特定の用途に対して容易に合わせられる。例えば、所与の用途において望ましいのは、
相互接続要素が、可塑及び弾性変形を呈示することである。(可塑変形が望ましいのは、
相互接続要素により相互接続されるコンポーネントにおいて、総非平面性を吸収するため
である。)弾性的な挙動が所望である場合、相互接続要素が、最小閾値量の接触力を発生
して、信頼性の良い接触をもたらすことが必要である。また利点は、接触表面上に汚染膜
が偶発的に存在することに起因して、相互接続要素の先端が、電子コンポーネントの端子
と拭い接触をなす点にもある。
重(接触力)に応答して、主に弾性的な挙動を呈示する接触構造(相互接続要素)を意味
し、また、「従順な」という用語は、加えられた荷重(接触力)に応答して、弾性的及び
可塑的な挙動の両方を呈示する接触構造(相互接続要素)を意味する。本明細書で用いる
ような、「従順な」接触構造は、「復元性のある」接触構造である。本発明の複合相互接
続要素は、従順な、又は復元性のある接触構造のどちらかの特別な場合である。
続要素を製造するステップと、電子コンポーネントに複数の相互接続要素を一括転移する
ステップと、好適には粗い表面仕上げである接触先端を相互接続要素に設けるステップと
、一時的、次いで永久的な接続を電子コンポーネントになすために、電子コンポーネント
上に相互接続要素を使用するステップと、相互接続要素を、それらの対向端での間隔とは
異なる一端での間隔を有するように配列するステップと、相互接続要素を製造するステッ
プと同一工程のステップで、ばねクリップ、及び位置合わせピンを製造するステップと、
接続されたコンポーネント間での熱膨張による差異を吸収するように、相互接続要素を使
用するステップと、個別の半導体パッケージ(SIMM等の)の必要性を廃除するステッ
プと、任意として、復元性のある相互接続要素(復元性のある接触構造)を半田付けする
ステップとを含む。
図2Bは、多層を有する複合相互接続要素220を示す。相互接続要素220の最内部
(内部の細長い導電要素)222は、上記したように、未被覆コアか、又は既に保護膜生
成されているコアのいずれかである。最内部222の先端222bは、適切なマスキング
材料(不図示)でマスクされる。誘電体層224が、電気泳動工程等により最内部222
にわたって施される。導電材料の外層226が、誘電体層224にわたって施される。
制御されたインピーダンスを有することになる。誘電体層224用の例示的な材料は、高
分子材料であり、任意の適切な仕方で、且つ任意の適切な厚さ(例えば、0.1−3.0
ミル)に施される。
では、相互接続要素全体が復元性を呈示することが所望である場合、外層226のうち少
なくとも1つの層は、ばね材料である。
図2Cは、複数(図示では多くのうち6個)の相互接続要素251…256が、プロー
ブカード挿入(慣用的な仕方でプローブカードに実装される副アセンブリ)等の電子コン
ポーネント260の表面上に実装される実施例250を示す。プローブカード挿入の端子
及び導電トレースは、図示の明瞭化のために、この図面から省略されている。相互接続要
素251…256の取付端は、0.05−0.10インチといった第1のピッチ(間隔)
で始まる。相互接続要素251…256は、それらの自由端(先端)が0.005−0.
010インチといった第2の微細なピッチとなるように、成形及び/又は配向される。あ
るピッチから別のピッチへと相互接続をなす相互接続アセンブリは、通常、「間隔変換器
」と呼ばれる。
れるが、これは例えば、接着パッド(接点)の2つの平行な列を有する半導体素子に接触
させる(試験及び/又はエージング時に)ためである。相互接続要素は、他の先端パター
を有するように配列できるが、これは、アレイ等の他の接点パターンを有する電子コンポ
ーネントに接触させるためである。
本発明は、複数の相互接続要素を製造して、周辺パターン又は矩形アレイパターンといっ
た、互いに規定の空間関係で複数の相互接続要素を配列することにも適用可能である。
電子コンポーネントの端子への直接的な相互接続要素の実装を以上に説明した。総括的
に言うと、本発明の相互接続要素は、犠牲基板を含む任意の適切な基板の任意の適切な表
面に製造、又は実装可能である。
の別個、且つ特異な構造として、複数の相互接続構造(例えば、復元性のある接触構造)
を製造する図11A−11Fに関しての記載、及び犠牲基板(キャリア)に複数の相互接
続要素を実装し、次いで電子コンポーネントにひとまとめで複数の相互接続要素を転写す
る図12A−12Cに関しての記載がある。
るための技法を示す。
が、犠牲基板254の表面上に施される。犠牲基板254は、例として、薄い(1−10
ミル)銅又はアルミニウム箔とすることができ、マスキング材料252は、共通のホトレ
ジストとなる。マスキング層252は、相互接続要素の製造を所望する位置256a、2
56b、256cにおいて、複数(図示では多くのうち3個)の開口を有するようにパタ
ーン化される。位置256a、256b、及び256cは、この意味で、電子コンポーネ
ントの端子に匹敵する。位置256a、256b、及び256cは、この段階で好適に処
理されて、粗い又は特徴的な表面模様を有する。図示のように、これは、位置256a、
256b、及び256cにおいて、箔254に窪みを形成する型押し治具257で機械的
に達成される。代替として、3つの位置での箔の表面を、表面模様を有するように化学的
にエッチングすることも可能である。この一般的な目的をもたらすのに適した任意の技法
は、本発明の範囲内にあり、例えばサンドブラスティング、ピーニングその他である。
に、各位置(例えば、256b)に形成される。これは、電解メッキ等の任意の適切な技
法を用いて達成され、多層の材料を有する先端構造を含む。例えば、先端構造258は、
犠牲基板上に施されるニッケルの薄い(例えば、10−100マイクロインチ)障壁層、
続いて軟質の金の薄い(例えば、10マイクロインチ)、続いて硬質の金の薄い(例えば
、20マイクロインチ)層、続いてニッケルの比較的厚い(例えば、200マイクロイン
チ)層、軟質の金の最終の薄い(例えば、100マイクロインチ)層を有する。一般に、
ニッケルの第1の薄い障壁層は、後続の金の層が、基板254の材料(例えば、アルミニ
ウム、銅)によって「腐敗」されるのを防止するために設けられ、ニッケルの比較的厚い
層は、先端構造に強度を与えるためであり、軟質の金の最終の薄い層は、容易に接着され
る表面を与える。本発明は、先端構造を犠牲基板上に形成する方法の如何なる特定例にも
限定されない。というのは、これらの特定例は、用途に応じて必然的に変化するためであ
る。
が、例えば、上記した電子コンポーネントの端子に軟質のワイヤコアをボンディングする
技法のいずれかによって、先端構造258上に形成される。コア260は次に、上記の仕
方で好適には硬質材料262で保護膜生成され、マスキング材料252が次いで除去され
、結果として、図2Fに示すように、犠牲基板の表面に実装される複数(図示では多くの
うち3つ)の自立相互接続要素264となる。
料と同様にして、保護膜材料262は、それらの対応する先端構造258にコア260を
確実に締結し、所望の場合、結果としての相互接続要素262に復元特性を付与する。親
事例で注記したように、犠牲基板に実装される複数の相互接続要素は、電子コンポーネン
トの端子に一括転移される。代替として、2つの広範に分岐した経路をとることもできる
。
びそのように製造された先端構造が、電子コンポーネントに既に実装されている復元性の
ある接触構造に連結(例えば、半田付け、ろう接)できることも、本発明の範囲内である
。これらの技法の更なる記載は、以下の図8A−8Eにおいて見出される。
により簡単に除去される。ほとんどの選択性化学エッチングは、他方の材料よりもかなり
大きな比率で一方の材料をエッチングし、また、他方の材料は、その工程で僅かしかエッ
チングされないので、この現象を有利に用いて、犠牲基板の除去と同時に、先端構造にお
けるニッケルの薄い障壁層が除去される。しかし、必要ならば、薄いニッケル障壁層は、
後続のエッチングステップでも除去可能である。これによって、結果として、複数(図示
では多くのうち3つ)の個々に離散し特異な相互接続要素264となり、これは点線26
6で示され、電子コンポーネント上の端子に(半田付け又はろう接等により)後で装着さ
れる。
、僅かに薄くされるという点である。しかし、これが生じないほうが好ましい。
質の金にわたって施される約10マイクロインチの軟質の金が、保護膜材料262にわた
って最終層として施されることが好ましい。かかる金の外層は、主に、その優れた導電率
、接触抵抗、及び半田付け可能性を意図するものであり、障壁層及び犠牲基板の除去に用
いることを意図した、ほとんどのエッチング溶液に対して、一般に不浸透性が高い。
多くのうち3つ)の相互接続要素264が、内部に複数の穴を有する薄いプレート等の任
意の適切な支持構造266によって、互いの所望の空間関係で「固定」され、それに基づ
き犠牲基板が除去される。支持構造266は、誘電体材料、又は誘電体材料で保護膜生成
される導電材料とすることができる。シリコンウェーハ又は印刷回路基板等の電子コンポ
ーネントに、複数の相互接続要素を装着するステップといった、更なる処理ステップが次
に進行する。加えて、幾つかの用途において、相互接続要素264の先端(先端構造に対
向した)が移動しないように安定化することが望ましく、これは特に、そこに接触力が加
えられる場合である。この目的のために、また望ましいのは、誘電体材料から形成された
メッシュといった、複数の穴を有する適切なシート268で、相互接続要素の先端の移動
に制約を与えることである。
ら形成されて、事実上任意の所望の模様を有する点にある。上述したように、金は、導電
性、低い接触抵抗、半田付け可能性、及び腐蝕耐性という卓越した電気的特性を呈示する
貴金属の一例である。金は又可鍛性であるので、本明細書に記載の相互接続要素、特に本
明細書に記載の復元性のある相互接続要素のいずれかにわたって施される、最終の保護膜
とするのに極めて十分適している。他の貴金属も同様に望ましい特性を呈示する。しかし
、かかる卓越した電気的特性を呈示する、ロジウム等の幾つかの材料は、一般に、相互接
続要素全体に保護膜生成するのに適切でない。例えば、ロジウムは、著しく脆く、復元性
のある相互接続要素上の最終保護膜として十分には機能しない。これに関して、技法25
0に代表される技法は、この制限を容易に克服する。例えば、多層先端構造(258を参
照)の第1の層は、(上記のように金ではなく)ロジウムとすることができ、それにより
、結果としての相互接続要素のいかなる機械的挙動にも何の影響を与えることなく、電子
コンポーネントに接触させるために、その優れた電気的特性を引き出す。
、マスキング材料272が、犠牲基板274の表面に施されて、図2Dに関して上記した
技法と同様にして、複数(図示では多くのうち1つ)の開口276を有するようにパター
ン化される。開口276は、相互接続要素が、自立構造として製造される領域を規定する
。(本明細書に記載の説明を通じて用いる、相互接続要素が「自立」であるのは、その一
端が、電子コンポーネントの端子、又は犠牲基板のある領域にボンディングされ、また、
その他端が、電子コンポーネント、又は犠牲基板にボンディングされない場合である。)
開口内の領域は、犠牲基板274の表面内に延伸する単一の窪みで278と示されるよ
うに、1つ以上の窪みを有するように、任意の適切な仕方で模様加工される。
コア(ワイヤステム)280が、開口276内の犠牲基板の表面にボンディングされて、
任意の適切な形状を有する。この図示の場合、例示の明瞭化のために、1つの相互接続要
素の一端しか示されていない。他端(不図示)は、電子コンポーネントに取り付けられる
。ここで容易に見られるのは、コア280が、先端構造258ではなく、犠牲基板274
に直接ボンディングされるという点で、技法270が上述した技法250とは異なるとい
うことである。例として、金ワイヤコア(280)が、慣用的なワイヤボンディング技法
を用いて、アルミニウム基板(274)の表面に容易にボンディングされる。
窪み278内を含む、開口276内の基板274の露出領域上に施される(例えば、メッ
キにより)。この層282の主な目的は、結果としての相互接続要素の端部に、接触表面
を形成することである(すなわち、犠牲基板が除去されると)。
述したように、この層284の1つの主な目的は、結果としての複合相互接続要素に所望
の機械的特性(例えば、復元性)を付与することである。この実施例において、層284
の他の主な目的は、結果としての相互接続要素の低い方の(図示のように)端部に製造さ
れる接触表面の耐久性を強化することである。金の最終層(不図示)が、層284にわた
って施されることになるが、これは、結果としての相互接続要素の電気的特性を強化する
ためである。
として、複数の特異な相互接続要素(図2Gに匹敵)か、又は互いに所定の空間関係を有
する複数の相互接続要素(図2Hに匹敵)のいずれかとなる。
的な技法である。この場合、「ニッケルの金上重ね」接触先端の卓越した一例を説明した
。しかし、本明細書に記載の技法に従って、他の類似の接触先端が、相互接続要素の端部
に製造可能であることも本発明の範囲内である。この実施例270の別の特徴は、接触先
端が、以前の実施例250で意図したような犠牲基板(254)の表面内ではなく、犠牲
基板(274)の頂部全体に構成される点にある。
上記の技法は、複合相互接続要素を製造するための斬新な技法を一般的に説明するもの
であり、その物理的特性は、所望の度合いの復元性を呈示するように容易に合わせられ、
複合相互接続要素は、電子コンポーネントの端子と圧力接続をなすのに十分適した表面模
様を有する、先端構造を取り込むこともできる。
)され、介在体は、2つの電子コンポーネントの間に配設され、それらを相互接続し、2
つの電子コンポーネントのうちの1つは、介在体の各側に配設される。介在体における複
合相互接続要素の製造及び使用は、本出願人による米国特許同時係属出願第08/526,426号
に詳細に記載されている。親事例は、半導体素子にプローブを当てるための各種技法を開
示している。
明細書に用いる「介在体」とは、基板のことであり、その2つの対向した表面上に接触子
を有し、2つの電子コンポーネントの間に配設されて、その2つの電子コンポーネントを
相互接続する。時折、介在体が、2つの相互接続要素のうちの少なくとも1つの取り外し
(例えば、交換、更新、設計変更の実施、その他のために)を可能にすることが望ましい
。
願人による特許出願の様々なものに以前に記載された、多数の介在体のうちの任意のもの
である。
(図示では多くのうち2つ)の端子304及び306が、その対向した表面302bに、
同様に複数の端子308及び310が設けられる。ばね接触子312及び314(図示の
明瞭化のために、保護膜は省略している)が、それぞれ、端子304及び306上に実装
され、ばね接触子316及び318(図示の明瞭化のために、保護膜は省略している)が
、それぞれ、端子308及び310上に実装される。これらのばね接触子は、上記の図2
Aに開示した型式の複合相互接続要素であるのが好ましいが、ばね接触子は、モノリシッ
クばね接触子とすることもできる。
その各側における特異な組のばね要素からなる(08/554,902の図3Aを参照)か、又は支
持基板302を介して延伸する穴内で支持された(半田又はエラストマー等により)、単
一のばね要素からなる(08/554,902の図3B及び3Cを参照)。
素として適切に形成されるが、保護膜は、図示の明瞭化のために、図面から省かれている
。
、それには、リン青銅及びベリリウム銅といった、本質的に弾力のある材料から製作され
るモノリシックのばね要素も含まれる、ということである。これは、複合相互接続要素を
例示した、本明細書に開示される実施例の幾つかに当てはまる。
エッチング等により)軟質金属シートから形成されて、硬質材料で保護膜生成される相互
接続要素の形成にも適用可能である。この内容は、本出願人による、米国特許同時係属出
願第08/526,246号に詳述されている。
である。簡単に言えば、復元性のある接触構造の先端が、それらの基底部への接続よりも
、互いに近接して間隔を開けられる(比較的微細なピッチ)ことが重要である。上記で説
明した図2Cに示すように、これは、個々のバネ要素(251−256)を成型及び配向
して、互いに収束させ、その結果、個々の復元性のある接触構造が、異なる長さを有する
傾向をもたせることにより達成できる。一般に、プローブカード・アセンブリに関連して
、プローブ要素(復元性のある接触構造)の全てが、互いに同じ長さを有して、必要とさ
れる複数の信号経路において、一定性が保証されることが非常に重要である。
示し、所望の間隔変換は、取り付けられる個々の復元性のある接触構造(不図示)の成型
ではなく、間隔変換器の基板402によって達成される。
402bを有し、絶縁材料(例えば、セラミック)と導電材料の交互層を有する多層構成
要素として、好適に形成される。この例の場合、1つの配線層が、2つ(多数のうち)の
導電トレース404a及び404bを含むように図示されている。
で(互いに比較的近接して)間隔変換器基板402の上部表面402aに配設される(上
部表面内の窪みに置かれる)。複数(図示では多くのうち2つ)の端子408a及び40
8bが、比較的粗いピッチで(端子406a及び406bに対して、更に互いから離れて
)間隔変換器基板402の下部表面402bに配設される(下部表面内の窪みに置かれる
)。例えば、下部端子408a及び408bは、50−100ミルのピッチ(印刷回路基
板のピッチ制約に匹敵)で配設し、上部端子406a及び406bは、5−10ミルのピ
ッチ(半導体ダイの接着パッドの中心間間隔に匹敵)で配設することができ、結果として
10:1ピッチ変換となる。上部端子406a及び406bは、それぞれ、導電トレース
404a及び404bに端子を接続する、それぞれ、関連した導体410a/412a及
び410b/412bによって、それぞれ、対応する下部端子408a及び408bに接
続される。これは全て、多層ランド・グリッド・アレイ(LGA)支持基板、その他に関
連して、一般的に周知である。
以下で説明する図5、5A及び5Bは、本出願人による、米国特許同時係属出願第08/5
54,902号から直接とったものである。以下で詳細に更に説明するように、本発明は、同第
08/554,902号の間隔変換器に関連して非常に実用性があるが、それに関連した使用に限定
されない。
機能構成要素として、プローブカード502と、介在体504と、間隔変換器506とを
含み、半導体ウェーハ508に対して一時的な相互接続をなすのに適している。この分解
組立の断面図において、例示の明瞭化のために、幾つかの構成要素の幾つかの要素を誇張
して示している。しかし、各種の構成要素の垂直方向(図示のように)の位置合わせは、
図面の点線で適切に示されている。留意されたいのは、相互接続要素(514、516、
524、これらは以下で更に詳細に説明する)が断面ではなく完全に示されている点であ
る。
面に配設された複数(図示では多くのうち2つ)の接触領域(端子)510を有する。更
なる構成要素(不図示)、例えば、能動及び受動電子コンポーネント、コネクタ、その他
をプローブカードに実装することもできる。回路基板上の端子510は、通常、100ミ
ルのピッチ(ピッチは上記で規定される)で配列される。プローブカード502は、適切
に丸みを帯び、12インチ程度の直径を有する。
複数(図示では多くのうち2つ)の復元性のある相互接続要素514が、基板512の下
部(図で見て)表面に実装され(それらの近位端により)て、そこから下方(図で見て)
に延伸し、また対応する複数(図示では多くのうち2つ)の復元性のある相互接続要素5
16が、基板512の上部(図で見て)表面に実装され(それらの近位端により)て、そ
こから上方(図で見て)に延伸する。上述のスプリング形状のいずれもが、好適には本発
明の複合相互接続要素である、復元性のある相互接続要素514及び516に適している
。一般的な提案として、相互接続要素514及び516のうち、下側複数514及び上側
複数516の両方の先端(遠位端)は、プローブカード502の端子510のピッチに一
致するピッチであり、例えば100ミルである。
典型的には、相互接続要素514及び516は、介在体基板512の対応する下部及び上
部表面から、20−100ミルの全体長にまで延伸することになる。一般に、相互接続要
素の高さは、所望のコンプライアンスの大きさから決まる。
れ、これは例えば、多層セラミック基板であり、その下側(図で見て)表面に配設された
複数(図示では多くのうち2つ)の端子(接触領域、パッド)520と、その上側(図で
見て)表面に配設された複数(図示では多くのうち2つ)の端子(接触領域、パッド)5
22を有する。この例の場合、下側の複数の接触パッド520は、相互接続要素516の
先端のピッチ(例えば、100ミル)で配設され、上側の複数の接触パッド522は、よ
り微細な(近接した)ピッチ(例えば、50ミル)で配設される。これら復元性のある相
互接続要素514及び516は、好適であるが、必ずしも本発明の複合相互接続要素(上
記の210に匹敵)である必要はない。
「プローブ要素」)が、端子(接触パッド)522に直接(すなわち、端子にプローブ要
素を接続するワイヤ等の追加の材料からなる仲介物なく、又は端子にプローブ要素をろう
接、半田付けすることなく)実装されて(それらの近位端により)、間隔変換器基板51
8の上部(図で見て)表面から上方(図で見て)に延伸する。図示のように、これら復元
性のある相互接続要素524は、それらの先端(遠位端)が、それらの近位端よりも更に
微細なピッチ(例えば、10ミル)で間隔を開けられ、それにより、間隔変換器506の
ピッチ低減が増強されるように、適切に配列される。これら復元性のある接触構造(相互
接続要素)524は、好適であるが、必ずしも本発明の複合相互接続要素(上記の210
に匹敵)である必要はない。
隔変換器構成要素(506)の端子(522)に個々に実装される(図2Gに匹敵)か、
又はそれら端子に一括転移される(図2Hに匹敵)ことが可能であることも、本発明の範
囲内である。
ソグラフィ、堆積、拡散、その他により形成される、複数のダイ・サイトが含まれる。典
型的には、これらのダイ・サイトは、互いに同じに製造される。しかし、周知のように、
ウェーハ自体の欠陥、又はウェーハが、ダイ・サイトの形成に被る工程のいずれかにおけ
る欠陥のどちらかによって、結果として、幾つかのダイ・サイトが、十分に確立した試験
基準に従って、機能不全となる可能性がある。しばしば、半導体ウェーハから半導体ダイ
を単一化する前に、ダイ・サイトにプローブを当てることに付随の困難性に起因して、試
験工程は、半導体ダイを単一化、及び実装した後に実施される。欠陥が、半導体ダイの実
装後に発見された場合、正味の損失は、半導体ダイの実装に付随する費用により悪化する
。半導体ウェーハは通常、少なくとも6インチの直径を有するが、少なくとも8インチも
含む。
イ・サイトの表面上の任意の場所に、及び任意のパターンで配設できる。ダイ・サイトの
うちの1つの2つ(多くのうち)の接着パッド526が図面に示されている。
、限定数の技法が知られている。代表的な従来技術の技法には、セラミック基板に埋め込
まれて、そこから延伸する複数のタングステン「針」を有する、プローブカード挿入の製
造が伴い、各針は、接着パッドのうちの所与のパッドに対して、一時的な接続をなす。か
かるプローブカード挿入は、高価で、製造するのに幾分複雑であり、その結果として、そ
れらの費用が比較的高くなり、それらを得るのに相当なリードタイムがかかることになる
。半導体ダイにおいて可能性のある、各種各様の接着パッドが与えられると、各独特の配
列には、特異なプローブカード挿入が必要となる。
るプローブカードに対する緊急の要求を際立たせる。プローブカード挿入として、間隔変
換器(506)及び介在体(504)を用いることが、この抑止できない要求に真っ向か
ら対処する。
、間隔変換器506は、相互接続要素514が、プローブカード502の接触端子510
と信頼性の良い圧力接触をなして、相互接続要素516が、間隔変換器506の接触パッ
ド520と信頼性の良い圧力接触をなすように、介在体504の頂部(図で見て)に積み
重ねられる。これらの構成要素を積み重ねて、かかる信頼性の良い圧力接触を保証するの
に、適切な任意の機構を使用することができ、その適切な機構を以下で説明する。
ード502上に積み重ねるために、以下の主要な構成要素を含む。すなわち、
ステンレス鋼等の堅固な材料製の背部実装プレート530と、
ステンレス鋼等の堅固な材料製のアクチュエータ実装プレート532と、
ステンレス鋼等の堅固な材料製の前部実装プレート534と、
外部の差動ネジ要素536、及び内部の差動ネジ要素538を含む、複数(図示では多
くのうち2つであるが、3つが好適である)の差動ネジと、リン青銅等の弾力のある材料
から好適に製作されて、そこから延伸する弾力のあるタブ(不図示)の1つのパターンを
有する、実装リング540と、
実装リング540を前部実装プレート534に、それらの間に捕捉された間隔変換器5
06と共に保持するための複数(図示では多くのうち2つ)のネジ542と、
任意として、製造公差を吸収するために、実装リング540と間隔変換器506の間に
配設されるスペーサリング544と、
差動ネジ(例えば、内部の差動ネジ要素538の頂部)の頂部(図で見て)に配設され
る、複数(図示では多くのうち2つ)の枢軸球546である。
された、金属プレート又はリング(リングとして図示)である。複数(図示では多くのう
ち1つ)の穴548が、背部実装プレートを介して延伸する。
)表面に配設された、金属プレート又はリング(リングとして図示)である。複数(図示
では多くのうち1つ)の穴550が、アクチュエータ実装プレートを介して延伸する。使
用時に、アクチュエータ実装プレート532は、ネジ(例示の明瞭化のために図面からは
省略されている)等による任意の適切な仕方で、背部実装プレート530に固定される。
装プレート534は、プローブカード502を介した対応する穴(例示の明瞭化のために
図面からは省略されている)を貫通するネジ(例示の明瞭化のために図面からは省略され
ている)等による任意の適切な仕方で、背部実装プレート530に固定され、それによっ
て、プローブカード502は、前部実装プレート534と背部実装プレート530の間で
確実に捕捉される。
設される、平坦な下部(図で見て)表面を有する。前部実装プレート534は、図示のよ
うに、それを介する大きな中央開口を有し、これは、プローブカード502の複数の接触
端子510が、前部実装プレート534の中央開口内にあるのを可能にすべく寸法決めら
れる、内部エッジ552によって規定される。
グ状構造である。前部実装プレート534の上部(図で見て)表面には、段差が付けられ
、前部実装プレートは、その内部領域よりも、その外部領域において厚く(図で見て、垂
直方向の大きさ)なっている。段差、又は肩部は、点線(554で表記)の位置に配置さ
れて、間隔変換器506が、前部実装プレートの外部領域を外して、前部実装プレート5
34の内部領域上に載ることを可能にすべく寸法決められる(しかし、お分かりと思うが
、間隔変換器は、実際には枢軸球546上に載る)。
部分的に介して、その上部(図で見て)表面から、前部実装プレート534の外部領域へ
と延伸し(これらの穴は、図面では、前部実装プレート534を部分的にしか介さずに延
伸するよう示されている)、これらはお分かりのように、対応する複数のネジ542の端
部を受ける。この目的のために、穴554はねじ切り穴である。これによって、間隔変換
器506を、実装リング540で前部実装プレートに固定し、ゆえにプローブカード50
2に対して押圧することが可能になる。
域を完全に介して延伸し、プローブカード502を介して延伸する対応した複数(図示で
は多くのうち1つ)の穴560と位置合わせされ、順に、背部実装プレート内の穴548
、及びアクチュエータ実装プレート538内の穴550と位置合わせされる。
558及び560内で緩く配設される。外部の差動ネジ要素536は、アクチュエータ実
装プレート532の(ねじ切り)穴550内へと通され、内部の差動ネジ要素538は、
外部の差動ネジ要素536のねじ切りボア内へと通される。このようにして、非常に微細
な調整を、個々の枢軸球546の位置においてなすことができる。例えば、外部の差動ネ
ジ要素536は、72ネジ/インチの外部ネジ山を有し、内部の差動ネジ要素538は、
80ネジ/インチの外部ネジ山を有する。アクチュエータ実装プレート532内へと、1
回転、外部の差動ネジ要素536を進ませて、対応する内部の差動ネジ要素538を静止
状態(アクチュエータ実装プレート532に相対して)に保つことにより、対応する枢軸
球の正味の位置変化は、「プラス」1/72(0.0139)インチ「マイナス」1/8
0(0.0125)インチ、すなわち0.0014インチとなる。これによって、プロー
ブカード502に面対向した間隔変換器506の平面性の手軽で精密な調整が可能になる
。ゆえに、プローブ(相互接続要素)の先端(図で見て、上端)の位置変更が、プローブ
カード502の配向を変えることなく可能となる。この特徴と、プローブの先端の位置合
わせを実施するための技法と、間隔変換器の平面性を調整するための代替機構(手段)は
、本出願人による、米国特許同時係属出願第08/554,902号に更に詳細に記載されている。
明らかではあるが、介在体504は、介在体の2つの表面に配設された復元性のある又は
従順な接触構造のおかげで、間隔変換器の調整範囲を通じて、電気的接続が、間隔変換器
506とプローブカード502の間で維持されることを保証する。
。すなわち、
相互接続要素514の先端が、プローブカード502の接触端子510と接触するよう
に、前部実装プレート534の開口552内に介在体504を配置するステップと、
相互接続要素516の先端が、間隔変換器506の接触パッド520と接触するように
、介在体504の上部に間隔変換器506を配置するステップと、任意ステップであって
、
間隔変換器506の頂部に、スペーサ544を配置するステップと、
スペーサ544にわたって実装リング540を配置するステップと、
実装リング540を介したネジ542を、スペーサ544を介して、前部実装プレート
534の穴554内に挿入するステップを含む任意ステップと、
背部実装プレート530及びプローブカード502を介して、前部実装プレート534
の下部(図で見て)表面内のねじ切り穴(不図示)内に、ネジ(1つは符号555として
部分的に図示される)を挿入することにより、「サブアセンブリ」をプローブカード50
2に実装するステップである。
れ(例えば、そのうちの1つが、556として部分的に図示されるネジで)、枢軸球56
0が、アクチュエータ実装プレート532の穴550内に落とされて、差動ネジ要素53
6及び538が、アクチュエータ実装プレート532の穴550内に挿入できる。
ド間隔に見合っている微細ピッチで、半導体ウェーハからのダイの単一化に先行して、半
導体ダイ上の複数の接着パッド(接触領域)と接触させるために、アセンブリから延伸す
る複数の復元性のある接触構造(524)を有する。一般に、使用時には、アセンブリ5
00は、図示のところから上側を下にして使用されることになり、半導体ウェーハは、復
元性のある接触構造(524)の先端へと押し上げられる(図示しない外部機構により)
。
ード502と面対向の介在体504の位置を決定する。プローブカード502と面対向し
た前部実装プレート534の正確な位置決めを保証するために、複数の位置合わせ特徴(
図示の明瞭化のために図面から省略されている)、例えば、前部実装プレートから延伸す
るピン、及びプローブカード502内へと延伸する穴を設けることができる。
又は間隔変換器上の接触領域にろう接、又は半田付けされる、リン青銅材料その他のタブ
(リボン)を含む、介在体(504)及び/又は間隔変換器(506)上に用いることも
、本発明の範囲内である。
T/US94/13373の図29の要素486として記載され、介在体基板から延伸する、ばねクリ
ップ等によって、互いに予備組み付け可能であることも、本発明の範囲内である。
構造を、間隔変換器の下側表面の接触パッド(520)に直接実装することも、本発明の
範囲内である。しかし、プローブカードと間隔変換器の間で共平面性を達成することは困
難であろう。介在体の主な機能は、かかる共平面性を保証するコンプライアンスをもたら
すことである。
関連して用いる場合に、非常に恩恵がある。
ブリの間隔変換器506が、その上部表面に実装される(直接製造される)ばね(プロー
ブ)要素で構成されたのに対して、本発明は、間隔変換機構性要素の上部表面へのばね要
素の実装に関連した問題を回避して、プローブ・アセンブリ全体の実用性の範囲を広げる
ものである。
斜視図である。そこに示されるように、間隔変換器基板518は、長さ「L」、幅「W」
、及び厚さ「T」を有する矩形の立体が適している。この図で、間隔変換器基板518の
上部表面518aは見えており、そこに、プローブ検査の相互接続要素(524に匹敵)
が実装される。図示のように、複数(数百等)の接触パッド522が、その所定領域にお
いて、間隔変換器基板518の上部表面518aに配設される。この所定領域は、570
で表記される点線で示され、明らかなように、接触パッド522は、その所定領域570
内において、任意の適切なパターンで配列することができる。
、セラミック材料とパターン化された導電材料の交互層を有する。
アレイ(LGA)半導体パッケージの製造の際に用いられる。かかる多層基板内でパター
ン化された導電材料を適切に経路指定することにより、基板518の上部表面518aの
接触パッド522のピッチとは異なる(例えば、より大きい)ピッチで、基板518の下
部表面(この図では見えない)に接触パッド(この図では見えないが、520に匹敵)を
配設すること、及び基板518内部で互いに、接触パッド520を接触パッド522と接
続することが簡単明瞭である。かかる基板上で、接触パッド520と接触パッド522の
間の約10ミルのピッチを達成することは、大いに実現可能である。
、上部表面518a、下部表面(この図では視界から隠れている)、及び4つの側部エッ
ジ518b、518c、518d、518eを有する矩形立体である。図示のように、ノ
ッチ572b、572c、572d及び572eが、対応する側部エッジ518b、51
8c、518d及び518eと、基板518の上部表面518aとの交差部に沿って、ま
た対応する側部エッジ518a−518eのほぼ全体長(角部を除いた)に沿って設けら
れる。これらのノッチ572b−572eは、多層セラミック構造としての間隔変換器の
製造を概ね容易にし、図5の例示にも見えている。ここで理解されたいのは、ノッチは必
ずしも必要ではないということである。明らかではあるが、基板518の4つの角部には
ノッチがない(これは、セラミックの多層基板を製作する工程により基本的に示される)
ので、実装プレート(図5の540)は、これらの角部の「特徴」に明確に適応する必要
がある。
ブリ500に同様に使用可能である、間隔変換器574の1つの実施例を示す。この場合
、複数(図示では多くのうち4つ)の領域570a、570b、570c及び570dが
規定され、その各々内に、複数の接触パッド522a、522b、522cを、任意の所
望パターンで容易に配設することができる。概ね意図するところは、領域570a−57
0dの間隔が、半導体ウェーハ上のダイ・サイトの間隔に対応するので、複数のダイ・サ
イトを、プローブカードの単一「パス」で同時にプローブ検査可能である点である。(こ
れは、1つの半導体ウェーハ上にある多数のメモリチップにプローブを当てるのに特に有
用である。)典型的には、基板574の領域570a−570d内の対応する接触パッド
522a−522dのパターンは、互いに同一とはならないが、これは、絶対的に必要と
いうわけではない。
て、図5Bの例示が、単一の間隔変換器に、半導体ウェーハ上の複数(例えば、図示では
4つ)の隣接したダイ・サイトにプローブを当てる(圧力接触をなす)ために、プローブ
要素を設けることが可能であることを明瞭に実証することが論じられた。これは、ウェー
ハ上のダイ・サイトの全てにプローブを当てるのに必要なセットダウン(ステップ)数の
低減に有利である。例えば、1つのウェーハ上に100個のダイ・サイトと、間隔変換器
上に4組のプローブ要素が存在すると、ウェーハに必要なのは、間隔変換器に対して25
回の位置決めだけである(この例の目的のために、ウェーハのエッジ(周辺)での効率が
、幾分減衰されることを無視したとして)。プローブ・サイト(例えば、570a−57
0d)の配列だけでなく、個々のプローブ要素(例えば、千鳥状の)の配向も、ウェーハ
全体にプローブを当てるのに必要なタッチダウン(パス)数を最小化すべく最適化できる
ことは、本発明の範囲内である。交互のプローブ要素が、ウェーハ上の2つ隣のダイ・サ
イトの異なるダイ・サイトと接触するようにして、プローブ要素が、間隔変換器の表面に
配列可能であることも、本発明の範囲内である。プローブ要素が全て、同じ全体長を有す
ることが一般に望ましいという前提の場合、明らかではあるが、プローブ要素が、間隔変
換器の2次元表面上のいかなる点にも直接取り付け(実装)可能であるという、制約を受
けない仕方は、プローブ要素のプローブカードへの取付け場所に制約を与えるいずれの技
法よりも優れている(例えば、上記のようなリング配列)。このようにして、1つのウェ
ーハ上の複数の隣接しないダイ・サイトにプローブを当てられることも、本発明の範囲内
である。本発明は、1つのウェーハ上の単一化されていないメモリ素子にプローブを当て
ることに特に有利であり、また、任意のアスペクト比を有するダイ・サイトにプローブを
当てるのに有用である。
設されたばね接触子、プローブ要素、又はその他を有するより小さなタイル基板が定置可
能であり、このことは以下で更に詳細に説明する。
、7A、8A及び8Bの例示及び説明は、本質的ではないので省略しているが、参照とし
て本明細書に取り込む。
上記のように、プローブ要素(例えば、524、526)であるばね接触子は、プロー
ブカード・アセンブリ(例えば、500)の間隔変換器基板(例えば、506、518、
574)の表面に直接実装可能である。しかし、この手法は、幾つかの固有の制限を有す
る。間隔変換器は通常、比較的高価な基板を含む可能性があり、その上にばね(プローブ
)要素が製造される。歩留り(成功裡の製造)問題が、表面上に複合相互接続要素を製造
する工程において体験され、その結果として、最善でも、間隔変換器構成要素の手直しが
困難となる(すなわち、時間を消費し、割高となる)。更に、各々の及び全ての試験用途
(すなわち、接触/試験しようとする電子コンポーネント上の接着パッド/端子のレイア
ウト)に対して、異なる間隔変換器を設計することは、費用のかかる提案である。更に、
単一パスで、半導体ウェーハ全体を試験する能力を有することが望ましく、それには、上
記したように設計が制限され、歩留り問題が悪化した、相当に大きな間隔変換器が必要と
なるであろう。
安価な基板上に製造される。これらのタイルは、間隔変換器の表面に容易に取り付けられ
(実装、連結され)、その端子に、半田付け又はz軸導電接着剤等により電気的に接続さ
れる。複数のかかるタイルは、単一の間隔変換器構成要素に取り付け、及び接続されて、
ウェーハ段階の試験をもたらすことができる。タイルは、間隔変換の度合いに応じて、単
一層基板とすることも、又は多層基板(図4に匹敵)とすることもできる。タイルと間隔
変換器の表面とのz軸間隔は、取り付け/接続をなすのに用いられる、半田、z軸接着剤
、その他の量により容易に制御される。
等の単一で安価な基板から製造され、この基板は続いて切断され、結果として、複数の分
離した好適には同一のタイルとなり、これらは、間隔変換器の表面、又は(以下で説明す
るように)半導体ウェーハ又は他の電子コンポーネントの表面に、個々に実装される。
れている複数のかかるタイルが、単一で大きな間隔変換器構成要素に取り付け/接続され
て、単一のパスで半導体ウェーハ全体のウェーハ段階のプローブ当て(試験)をもたらす
ことができる。
体ダイなしの)等の既存の基板に容易に半田付け可能である。かかる「C4」パッケージ
は、容易に入手可能である。
の利点は、間隔変換器が、それに取り付け/接続された1つ以上のタイルのうちの選択さ
れたタイルを交換することで、容易に手直しされる点にある。
成された基板602と、その上部(図で見て)表面602a上に(又は、それ内に)配設
された端子(図示では多くのうち2つ)604及び606と、その対向した下部表面60
2b上に配設された端子(図示では多くのうち2つ)608及び610を有する。タイル
基板602は、図3の介在体基板302と、又は図4の間隔変換器基板402と類似であ
る。端子604と606のうちの選択された端子が、基板602を貫通する導電バイア(
不図示)等の任意の適切な仕方で、それぞれ、端子608と610のうちの対応する選択
された端子に電気的に接続される。(基板を介するバイヤ、及び基板内の内部配線は、周
知のところであり、例えば図4に示されている。)
複数(図示では多くのうち2つ)のばね要素612及び614が、それぞれ、端子60
4及び606に実装され、これらのばね要素は、上記で説明したような複合相互接続要素
とすることも、又は上記で説明したようなモノリシックのばね要素とすることもできる。
接触子(例えば、612、614)を有するタイル基板(例えば、602)を意味する。
構成を有して示されている。これは、単に例示に過ぎず、理解されたいのは、任意の構成
(形状)を有する任意のばね要素を、タイル基板602の表面602aに固定可能という
ことである。
センブリ(例えば、500)の間隔変換器構成要素(例えば、506)に容易に実装及び
接続される。図示のように、半田バンプ616及び618が、それぞれ、端子608及び
610上に容易に形成されるため、タイル600は、リフロー加熱、及びタイル構成要素
の端子と、間隔変換器構成要素の端子との間に半田連結部を形成することにより、間隔変
換器構成要素の対応するパッド(端子)に接続可能となる。代替として、半田の代わりに
、z軸導電接着剤(不図示)を用いて、タイル構成要素の端子と、間隔変換器構成要素の
端子との間に、電気的な接続をもたらすことができる。
敵)が、間隔変換器構成要素622(図5Bに示す間隔変換器構成要素基板574に匹敵
)に実装できる仕方を示す。
領域624a、624b、624c及び624d(570a、570b、570c及び5
70dに匹敵)を有し、その各々内に、複数の接触パッド(図示しないが、522a、5
22b、522c、522dに匹敵)が、任意の所望のパターンで配設される。
田バンプ(例えば)は省略している。リフロー加熱されて、タイル基板が間隔変換器基板
に半田付けされると、タイル620は、間隔変換器622の領域624a…624dに対
して、自己整合する傾向を有することになる。しかし、小さい半田特徴(C4バンプ等)
は、かかる自己整合をもたらすのに、常に、十分な大きさの表面張力となるとは限らない
。
の自己整合を強化するために、間隔変換器基板622の上部(図で見える部分)表面には
、少なくとも1つの半田付け性の良い特徴626が設けられ、また、タイル基板620の
一致結合する下部(図で見える部分)表面には、少なくとも1つの半田付け性の良い特徴
628が設けられる。リフロー加熱時に、これら2つの対応する一致結合特徴626及び
628上に配設され、それらを湿潤させる半田によって、間隔変換器基板に対するタイル
基板の自己整合をもたらすための勢いが強化される。半田は、リフロー加熱の前に、一致
結合特徴のいずれか1つに施される。
アセンブリの単一の間隔変換器構成要素に実装されて、ウェーハ縮尺試験を含む、1つの
半導体ウェーハ上の多数のダイ・サイトの多数ヘッド試験を、単一のパス(タッチダウン
)でもたらすことが可能となる。それに取り付けられた複数のタイルを有する間隔変換器
基板が、多数素子試験ヘッドとして容易に機能する。
、ばね要素が、タイル基板の周辺を越えて延伸できることも、本発明の範囲内である。
る説明は、図9A−9Dに関連して以下で見出される。
の背部表面とより大きな基板の前部表面との間に、精確なスタンドオフ(間隙)を確立す
るように、注意深く制御されるべきである。半田量のばらつきが、許容できない高さ(z
軸)ばらつきにまで広がる可能性がある。高さの均一性が所望である場合、半田量を制御
する任意の適切な精密手段が使用できるが、それには、精密形成の半田荒成型品、半田ペ
ーストの精密な液滴を供給するためのシステム、その他の利用が含まれる。
幾つかの例において、ある種の半導体素子の表面上に直接、ばね要素を製造することは
望ましくない場合がある。例えば、能動素子を有する完全定置の「C4」ダイ(半導体素
子)上に、本発明の複合相互接続要素を製造することは、素子に損傷を与えるか、もしく
は素子の幾つかの機能へのアクセスを妨げる可能性がある。
又は後のいずれかで、能動素子で完全定置されたC4ダイを含む半導体素子に直接実装さ
れる。このようにして、ばね接触要素が、半導体素子に容易に実装されると同時に、半導
体素子上に直接ばね接触要素を製造することが回避される。
要素を有する半導体素子が、ばね接触要素の先端と一致結合(圧力接触)するよう配列さ
れた端子(パッド)を有する印刷回路基板(PCB)と同じくらい簡単である、簡単な試
験器具を用いて、容易に試験及び/又はエージングされる。
実装することの利点は、間隔変換器基板の上述したタイル敷設から生じる利点と類似して
おり、すなわちそれは、ウェーハ全体を生産する必要はなく、手直しが大いに容易になり
、また任意の(すなわち、複合又はモノリシック)ばね要素が、半導体素子に容易に実装
及び接続可能である点においてである。
996年2月15日に出願された米国特許出願第08/602,179号に開示されるような、ばね
要素が既に製造されている基板を半導体素子にワイヤボンディングする技法よりも優れて
いる。
可能性もある)より大きな基板706の表面に、複数(図示では多くのうち3つ)のタイ
ル基板702が定置する技法700を示す。より大きな基板706は、例えば、プローブ
カード・アセンブリの間隔変換器構成要素である。
続要素710を有する。これらの相互接続要素710は、モノリシック相互接続要素とす
ることも、又は複合相互接続要素とすることもでき、またそれらの自由端に固定される先
端構造を有しても有さずともよい。相互接続要素710は、ばね要素であるのが好ましく
、プローブ要素であるのが適切である。各タイル基板702は、より大きな基板706の
上部(図で見て)表面における対応する端子(不図示)への半田接続部708の手段によ
り実装される。半田接続部708は、「C4」半田接続部とすることができる。
基板702)が定置される。この技法(700)の多数の利点の中には、相互接続要素の
歩留り(成功裡の生産)に伴う問題によって、より小さなタイル基板(702)のみ影響
を受け、より大きな基板(706)は影響を受けないという利点がある。
上記では主に、1つの電子コンポーネントの1つの端子にワイヤ端部を接着し、弾力の
ある形状を有するワイヤステムとなるようにワイヤを構成し、ワイヤに復元性のある(高
い降伏強度)材料で保護膜生成することによって、複合相互接続(復元性のある接触)構
造を製造するための技法を説明した。このようにして、復元性のある接触構造が、本発明
のタイル等の電子コンポーネントの端子上に直接製造される。
ントへの実装(ろう接等により)に対して、ばね要素(復元性のある接触構造)を電子コ
ンポーネントに実装することなく、複数のばね要素が予備製造される。
子コンポーネントの端子への後ほどの取り付け(実装)のために、製造及び倉庫に蓄える
ことが可能である。図2Gに匹敵する。他の技法によれば、複数のばね要素が、犠牲基板
上に予備製造され、次いで電子コンポーネント(例えば、タイル)の端子に一括転移する
ことが可能である。これら2つの技法は、親事例に記載されている(例えば、その中の図
11A−11F、及び12A−12Eを参照)。
に、複数の予備製造された接触構造を一括転移する技法800を示す。この図示において
、タイル構成要素は、間隔変換を幾らかもたらすが、これは必要ではない。
上記で説明した技法、又は上述の本出願人による特許同時係属出願のいずれかの技法に従
って、犠牲基板810上に既に形成されている先端構造808上に製造される。
ト806の端子804に一塊で実装(一括転移)され、その後、犠牲基板810は容易に
除去可能である(選択性湿式エッチング等により)。半田ボール814が、タイル基板の
対向表面上の端子に容易に取り付けられる。図8Bのタイル基板は、図6のタイル基板に
匹敵するが、それは、両方とも、一方の表面に半田ボールを有し、対向した表面にばね要
素を有する点においてである。
、ばね要素が模様加工された先端を有することの利点は、上述の本出願人による特許出願
の幾つかに詳細に記載されている。図8Bは、多数の方法のうちの1つに関する例示であ
り、タイル基板には、(所望であれば)模様加工された先端を有するばね要素を設けるこ
とが可能である。
ばね要素の遠位端(先端)が共平面をなすことの利点、及びこれを達成する容易性は、
上述の本出願人による特許出願の幾つかに詳細に記載されている。
ル基板に実装された相互接続要素の先端に転移するための例示的な技法を示す。
の先端構造を有する複合相互接続要素を製造するための代替技法820を示し、これを次
に説明する。この例において、上部(図で見て)表面を有するシリコン基板(ウェーハ)
822が、犠牲基板として用いられる。チタンの層824が、シリコン基板822の上部
表面に堆積され(例えば、スパッタリングにより)、約250Å(1Å=0.1nm=1
0−10 m)の厚さを有する。アルミニウムの層826が、チタン層824の頂部に堆
積され(例えば、スパッタリングにより)、約10,000Åの厚さを有する。チタン層
824は、任意であり、アルミニウム層826用の接着層として機能する。銅の層828
が、アルミニウム層826の頂部に堆積され(例えば、スパッタリングにより)、約5,
000Åの厚さを有する。マスキング材料(例えば、ホトレジスト)の層830が、銅層
828の頂部に堆積され、約2ミルの厚さを有する。マスキング層830は、任意の適切
な仕方で処理されて、ホトレジスト層830を介して、下にある銅層828へと延伸する
複数(図示では多くのうち3つ)の穴832を有する。例えば、各穴832の直径は、6
ミルとすることができ、穴832は、10ミルのピッチ(センター間)で配列できる。犠
牲基板822は、このようにして、以下のような、穴832内に複数の多層接触先端の製
造に対して準備されている。
ミルの厚さを有する。任意として、ロジウムといった貴金属の薄い層(不図示)を、ニッ
ケルの堆積の前に、銅層上に堆積することも可能である。次に、金の層836が、メッキ
等により、ニッケル834上に堆積される。ニッケルとアルミニウム(及び、任意として
、ロジウム)の多層構造は、製造済みの先端構造(840、図8Dに示す)として機能す
ることになる。
を用いて)、銅層828の頂部に載置する複数の製造済み先端構造が残る。次に、銅層(
828)は、急速エッチング工程を被り、それによって、アルミニウム層826が露出す
る。明らかなように、アルミニウムは、半田及びろう材料に対して実質的に非湿潤性であ
るので、後続のステップにおいて役立つ。
」先端構造842が、先端構造840の製造に用いられるのと同じ工程ステップで製造さ
れることが好ましい、ということである。これらの代用先端構造842は、周知且つ理解
される仕方で上記のメッキステップを均一化するよう機能し、それにより、急勾配(非均
一性)が、メッキしようとする表面を横切って現れるのが低減される。かかる構造(84
2)は、メッキの分野で「ラバー(robbers)」として知られている。
(図で見て)表面上に堆積される。(代用先端構造842の上部にペーストを堆積する必
要はない。)これは、ステンレス鋼スクリーン、又はステンシル等により、任意の適切な
仕方で実施される。典型的なペースト(連結材料)844は、例えば、1ミルの球(ボー
ル)を示す金−スズ合金(フラックス基材に)を含有する。
要素の端部(先端)への実装(例えば、ろう接)の準備が整う。しかし、複合相互接続要
素がまず、先端構造840を受けるべく特別に「準備」されるのが好ましい。
装されるのを予想して、複数(図示では多くのうち2つ)の複合相互接続要素854(6
12、614に匹敵)を、タイル基板852(602に匹敵)に準備するための技法85
0を示す。複合相互接続要素(ばね接触子)854は完全に示されている(断面ではなく
)。
ヤ)コアを有し、これには、銅の層(不図示)で保護膜生成され、更にニッケル(好適に
は、90:10のNi:Co比率を有するニッケル−コバルト合金)の層で保護膜生成さ
れ、更に、銅の層(不図示)で保護膜生成される。明らかなように、ニッケル層が、その
所望の最終厚さの大幅な部分(例えば、80%)にのみ堆積され、ニッケル厚の残りの少
ない部分(例えば、20%)は、以下で説明する、後続のステップで堆積されるのが好ま
しい。
示では多くのうち2つ)の柱状構造856が設けられ、これらは、明らかなように、研磨
「ストップ」として機能することになる。これらの研磨ストップを、必ずしも多数備える
ことは必要でなく、それらは、基板(例えば、セラミック)と同じ材料から容易に形成さ
れる。
854を支持するように機能する、熱可溶性、溶剤可溶性ポリマー等の、適切な鋳造材料
858で「鋳造」される。上成型された基板の上部(図で見て)表面は、次いで、研磨を
受けるが、これは例えば、鋳造材料の上部表面へと下方に(図で見て)押圧される、研磨
ホイール860等によりなされる。上述の研磨ストップ856は、表記「P」の鎖線で示
される、研磨ホイールの最終位置を決定する。このようにして、複合相互接続要素854
の先端(図で見て、上端)が研磨されて、互いに実質的に完全に共平面となる。
ーハと共平面をなすこと、及びばね(プローブ)要素の先端が、ウェーハと実質的に同時
の接触をなすように平坦化されることを保証するために、間隔変換器基板を配向する機構
(例えば、差動ネジ、又は自動化機構)が、プローブカード・アセンブリ(500)全体
に設けられる。確かなことに、研磨により(又は、他の任意の手段により)平坦化されて
いる先端での開始は、この重要な目的を達成するのに寄与することになる。更に、何とは
言っても、プローブ要素(854)の先端の共平面性を保証することによって、タイル構
成要素から延伸するプローブ要素(854)の先端での非共平面性を吸収する(コンプラ
イアンスにより)ために、介在体構成要素(534)に課せられる制約が和らげられる(
低減される)。
858が、適切な溶剤で除去される。(研磨ストップ856は、この時点で除去されるこ
とになる。)鋳造材料は、それらの溶剤と同じく周知のところである。簡単に溶融除去で
きる、ワックス等の鋳造材料も、研磨に対してプローブ要素(854)を支持するために
使用可能なことは、本発明の範囲内である。タイル(852)のばね要素(854)は、
このようにして、上述の先端構造(840)を受けるべく準備完了となる。
金ワイヤステム(コア)に保護膜生成する材料が、先端において除去され、金コアが露出
状態にされるという点にある。複合相互接続要素の先端に先端構造(840)をろう接す
ることが所望である限りは、ろう接すべき金材料が露出しているのが望ましい。
素854をニッケルメッキして、複合相互接続要素を、それらの所望のニッケル全体厚の
うちの残りの少ない部分(例えば、20%)に設けることにより、先端構造840を受け
るためのタイル基板852を更に「準備」することである。所望であれば、以前に述べた
露出した金の先端(以前の段落を参照)を、この追加のメッキステップ時にマスクするこ
とも可能である。
ることになる。図8Fに示すように、先端構造840(図示の明瞭化のために、2つの先
端構造だけが図8Fに示されている)は、標準的なフリップ・チップ技法(例えば、分割
プリズム)を用いて、自立型の相互接続要素854の先端と位置合わせされ、アセンブリ
は、連結材料844をリフローするためにろう接炉を通過し、それによって、予備製造さ
れた先端構造840が、接触構造854の端部に連結(例えば、ろう接)される。
触構造、複合相互接続要素、モノリシック相互接続構造、その他に連結(例えば、ろう接
)可能であることは、本発明の範囲内である。
、図8Gに示すように、各々が予備製造された先端構造840を備えた複数の自立型の相
互接続要素854を有する、タイル基板852となる。(注意されたいのは、連結材料8
44は、相互接続要素854の端部における「スミ肉」として既にリフローされている点
である。)
ろう接(半田付け)ペースト844を省いて、その代わりに、共晶材料(例えば、金−
スズ)を復元性のある接触構造上にメッキした後に、それに接触先端(840)を実装す
ることは、本発明の範囲内である。
上記のように、プローブカード・アセンブリの間隔変換器基板といった、比較的大きな
基板(例えば、622)には、表面上にばね接触子を有する複数の比較的小さなタイル(
例えば、620)を設けることが可能であり、この目的は、半導体ウェーハ全体といった
、比較的大きな表面積を有する別の電子コンポーネントに対して、圧力接続をなすのを容
易にし、それによって、ウェーハ段階のエージング(Wafer-Level Burn-In:WLBI)等
の工程の実施を可能にするためである。
工程において、適切な位置合わせが以下により維持されねばならない。すなわちそれは、
(1)z軸において、ばね要素の先端(遠位の自由端)に対して、規定の高さ(通常は
共平面)を維持して、
(2)x及びy軸において、ばね要素の先端間の規定の間隔を維持することによる。
のであり、それは、個々のタイル上の複数のばね要素の高さ(z軸)、及び間隔(x及び
y軸)が、より大きな基板へのタイルの実装に先行して、チェック(検査)可能であると
いう点においてである。高さ又は間隔が不良のばね要素を有するタイルは、手直し又は廃
棄される可能性がある。
ー半田付けにより、より大きな基板(例えば、622)に実装可能である。非常に注意深
く配置された(例えば、リソグラフィ法で)半田特徴(例えば、628、626)は、基
板に対してタイルのx−y位置合わせを実質的に制御可能である。そして、使用する半田
の量を注意深く制御することにより、タイルの背部表面(例えば、602b)と、より大
きな基板(例えば、622)の前部表面との間の間隔にわたって、大幅な制御を実行する
ことが可能である。また、上述のように、これによって、自立型のばね要素の先端が、タ
イル基板の背部表面に対して確固たることが合理的に推定される。
ち3つ)のタイル基板902(620に匹敵)を維持するための代替技法900を示す。
この場合、より大きな基板904の前部(図で見て)表面には、複数(図示では多くのう
ち3つ)の凹部(井戸)906が設けられ、これらは、個々のタイル902を受けて、そ
れらを互いに規定のx−y位置合わせ状態に維持するように寸法決めされる。図6Aの例
の場合のように、半田量の注意深い制御によって、タイルの背部表面と基板904の前部
表面との間で、再現性のあるz軸(図で垂直方向)間隔が保証される。この技法は一般に
好ましくない。というのは、それによって、より大きな基板904に、あるレベルの複雑
性が加わるためである。
図示では多くのうち3つ)のタイル基板922(902に匹敵)を維持するための代替技
法920を示す。この場合、タイル922の前部(図で見て、上部)表面には各々、複数
(図示では多くのうち2つ)自立型のばね接触子926が設けられ、これらは、可塑的モ
ードではなく、弾性的モードで主に動作するような仕方(例えば、材料、ばね形状)で製
造される。タイル922の背部(図で見て、下部)表面には各々、複数(図示では多くの
うち2つ)の接触要素928が設けられ、これらは、実質的に可塑的変形モードで動作す
るような仕方で製造される。(これらの接触要素928は、「従順な接続子」と呼ばれる
。)タイル922は、任意の適切な仕方で基板924に半田付けされて、表面張力が、タ
イルを互いにx−y位置合わせ状態に維持しようとする。多数のばね要素926の先端(
図で見て、上端)の共平面性を確立するために、圧力プレート930が、ばね要素926
の全てと接触するまで、ばね要素の先端に対して下方に押圧される。ばね要素928の可
塑的変形によって、個々のタイルが、z軸で下方に移動するのが可能となる。ばね要素9
26の全ての先端を確実に共平面にした後に、圧力プレート930は除去されて、タイル
922は、エポキシ等の埋込用樹脂(不図示)で適所に固定可能となる。埋込用樹脂は、
タイルと基板の間の間隔を少なくとも「欠肉充填」すべきであり、またタイルを覆うこと
もできる(自立型のばね接触子926の下部のみが覆われるまでの間は)。この技法は一
般的には好ましくない。というのは、手直し、すなわち多数のタイル基板922の個々の
基板を除去及び交換するのが、遂行できないためである。
、図9Aにおける)を幾らか達成し、半田ボールは、自立型のばね接触子の基底部よりも
更に離れて間隔を開けられる(図8Aに匹敵)。ばね接触子を、本発明のこれらの及び他
の実施例において、半田ボールと同じ間隔、又は半田ボールよりも大きな間隔(ピッチ)
とすることができるのは、本発明の範囲内である。
イル基板942(922に匹敵)を維持するための代替技法940を示す。例示の明瞭化
の目的のために、より大きな基板(例えば、904、924)、及びタイル基板の背部(
図で見て、下部)表面の接続子(例えば、半田ボール)は、この図から省略している。
4といった、連結する「さねはぎ」特徴部が設けられる。例えば、正方形又は矩形のタイ
ル基板の2つの隣接した側部エッジは凹特徴部を有し、残り2つの隣接した側部エッジは
凸特徴部を有するであろう。この技法は一般的には好ましくない。というのは、それには
、タイル基板にあるレベルの複雑性が伴い、手直しが問題となるためである。
標は、幾分間接的、すなわち複数のタイル基板が実装されるより大きな基板の前部表面に
面対向して、タイル基板の背部表面及び/又はエッジの位置合わせを制御することにより
、対処されている。更に「直接的な」手法は、タイル基板の背部表面の位置合わせに関係
なく、ばね要素の先端が適切に位置合わされるのを保証すること、すなわちタイル基板の
背部表面は、より大きな基板との適切な接続性を保証するだけで十分位置合わせされるこ
とであろう。
らの背部表面によってではなく、それらの前部(図で見て、上部)表面によって、互いに
位置合わせされる技法960を示す。各タイル962には、その上部表面から延伸する複
数(図示では多くのうち2つ)のばね接触子964があり、その背部表面に半田ボール(
又は、パッド)が設けられる。前提として、タイル基板962は、それにばね接触子(9
64)を実装する前に注意深く検査可能であり、また、ばね接触子964は、高度に制御
された仕方で、タイル基板の表面上に製造可能(又は、犠牲基板上に製造されて、タイル
基板に一括実装可能)であり、又は、ばねが実装されたタイルは、「良い」タイルのみを
より大きな基板968(622に匹敵)に組み付けるのが保証されるように、容易に検査
可能であるとする。一般に、基板(962)の表面上に複数のばね接触子(964)を製
造することは、比較的簡単明瞭であり、また信頼性が良く(及び、再現性があり)、ばね
接触子(964)の各々は、基板(962)の表面から上の規定の高さまで延伸し、ばね
接触子の先端は、上記(例えば、図2Aを参照)の技法に従って、互いに十分な位置合わ
せがなされる(互いから離間して)。この技法は一般的には好ましくない。
高精度性は、リソグラフでそれらの配置を規定することにより達成可能である。補強基板
970は、比較的堅固な絶縁材料とすることができ、又は絶縁材料で被覆された金属性基
板とすることもできる。
基板の背部(図で見て、下部)表面に実装され、ばね接触子964の各々は、補強基板9
70における穴972のうちの対応する穴を介して延伸する。これは、適切な接着剤(不
図示)で実施され、補強基板にタイルを実装する工程時に、視覚システムが使用されて、
ばね接触子の先端を、タイル毎に互いに位置合わせすることが保証可能となる。換言する
と、これは、高精度で容易に達成できる。
定された後、タイル/補強基板のアセンブリは、半田ボール966、及びより大きな基板
968の前部(図で見て、上部)表面の対応するパッド976等によって、任意の適切な
仕方でより大きな基板968に実装することができる。
8へのタイル962のアセンブリの実装が終了すると、補強部材970を除去可能である
ことは、本発明の範囲内である。
に実装される場合、タイル/補強基板のアセンブリ全体が、より大きな基板から取り外さ
れ(半田除去等により)、個々のタイルが交換されて、アセンブリが、より大きな基板に
再実装されることになる。一時的な補強基板、これは最終アセンブリ(より大きな基板へ
のタイルの)の部品ではないが、その場合には、個々のタイルが取り外され、交換タイル
が、補強基板(970)と同じか又はそれより小さい(数個の隣接したタイルのみをカバ
ーする)サイズである、手直し補強基板(不図示)を用いて装備可能である。
Eに匹敵)。自立型のばね要素が、任意の適切な形状をとり、それらが、複合相互接続要
素、又はモノリシック相互接続要素のいずれかとすることができるのは、本発明の範囲内
である。
その表面から延伸するばね接触子(モノリシック、又は複合のどちらか)以外を有する
複数のタイルを、ウェーハ段階のエージング、その他を実施する目的のために、より大き
な基板に組み付け可能なことは、本発明の範囲内であり、それにより上述した利点が生じ
る。
0,977 号(発明者「Huff」)、及び同第5,422,574号(発明者「Kister」)に開示されて
いる。「Huff」特許に注記されるように、プローブが、薄い誘電体フィルム、すなわち皮
膜上の一般に接触バンプとして既知の超小型接触子のアレイからなる。各接触バンプに対
して、マイクロストリップ伝送線が、「パフォーマンス・ボード」(プローブカード)へ
の電気的な接続のために、皮膜上に形成される。接触バンプは、金属メッキ法により形成
され、高いプローブ密度で多数の接触子を作り出すべく形成可能である。「Kister」特許
に注記されるように、皮膜プローブには通常、薄くて柔軟性のある誘電体フィルム皮膜の
突出部上の超小型接触子(接触バンプ)のアレイが含まれる。皮膜は、中央の接触バンプ
領域と、皮膜における三角形の起伏により分離される、複数の信号接続部とを有する。皮
膜における三角形の起伏系によって、皮膜にひだを付けるのが可能となるため、中央の接
触バンプ領域が、プローブカードの全体平面の上に隆起できる。
ル基板1002が、中実の基板(例えば、902、922、942、962に匹敵)とし
てではなく、中央開口1004を有するリング(例えば、正方形のリング)又はフレーム
として形成され得る。代替として、中央開口1004は単純に、図10Cに示すタイル基
板1002aで例示されるように、中実の基板における窪められた中央領域とすることも
できる。
上部(図で見て)表面を横切って実装される。代替として、薄い誘電体フィルム1006
は、図10Dに示すように、タイルフレーム1002bの上半分1008aと下半分10
08bといった2つの半分の間に挟むこともできる。
見て)表面に形成される。(図10Dに示すような場合には、接触バンプ1010が、任
意の適切な仕方で、上部リング1008aの平面を越えて延伸するのを保証することが必
要となろう。)
信号線1012(例えば、マイクロストリップ伝送線)が、皮膜上に形成されて、「パ
フォーマンス・ボード」(プローブカード)等のより大きな基板(不図示)への電気的な
接続のために、タイルフレーム又はタイル基板を介して、任意の適切な仕方で経路指定さ
れる。図10Eには1つの例が示され、タイルフレーム1002cは、タイルフレームの
上半分1018a(1008aに匹敵)からなり、これには、導電バイア1020(10
20a及び1020b)と、半田バンプ(又は、パッド)1024に終端する線1022
とが設けられる。図10Eに示すように、結果としてのアセンブリ(この例では、タイル
フレームの上半分1018a、タイルフレームの下半分1018b、及び皮膜1006か
らなる)の最下部の特徴は、半田ボール1024又はその他であり、これを利用して、個
々のタイルが、上記の仕方のいずれかで、より大きな基板(不図示)に接続されることに
なる。
うが、図10Eは定型化したものであり、バンプ接触子を最高部(図で見て、最上部)の
特徴とすることもあり、プローブカードとこれらの接触バンプとの間に接触をなす任意の
適切な手段も使用でき、皮膜(例えば、1006)の背後に、(図10C−10Eの全て
と面対向して)エラストマーを使用することもできる。
上述のように、より大きな基板に複数のばね接触子担体によりタイルを敷設することの
利点は、十分な数のプローブ要素をプローブカード・アセンブリ上に設けることができ、
それにより、半導体ウェーハ全体を一挙に(プローブカード・アセンブリと半導体ウェー
ハの間の単一の圧力接続で)接触させる(試験及び/又はエージングのために)ことが可
能となる。本明細書で用いる「ウェーハ段階のエージング」という用語には、上記のよう
にして、1つの半導体ウェーハ全体上で実施される任意の電気的機能の意味が含まれる。
を示す。限定ではないが、自立型のばね接触子(図示のような)、皮膜型式のタイル(例
えば、1000)の接触バンプ、その他を含むプローブ要素1106を有する、複数(図
示では多くのうち6個)のタイル1102が、プローブカード・アセンブリの間隔変換器
とすることができる、より大きな基板1104に実装される(図5に匹敵)。複数(図示
では多くのうち6個)の半導体ダイ1108が、半導体ウェーハ1110上に常駐してい
る(単一化されていない)。この実施例において、各タイル1102が、半導体ダイ11
08のうちの所与の1つと関連づけられ(位置合わせされ)、従って、プローブ要素11
06は、その半導体ダイ上で問題とする接着パッドに対応するパターンで配列されること
になる。
示す。プローブ要素1126(やはり、限定ではないが、自立型のばね接触子、皮膜型式
のタイルの接触バンプ、その他を含む)を有する複数(図示では多くのうち3個)のタイ
ル1122a、1122b及び1122cが、より大きな基板1124(やはり、プロー
ブカード・アセンブリの間隔変換器とすることができる)に実装される。複数(図示では
多くのうち6個)の半導体ダイ1128a−1128fが、半導体ウェーハ1130上に
常駐している(単一化されていない)。この実施例において、各タイル1122a−11
22cは、2つの隣接した半導体ダイ1128a−1128fと関連づけられる(位置合
わせされる)。タイル1122aには、2つの組のプローブ要素1126が設けられ、そ
の各々の組は、2つの対応する半導体ダイ1128a及び1128bのうちの1つにおい
て、問題とする接着パッドに対応するパターンで配列される。タイル1122bには、2
つの組のプローブ要素1126が設けられ、その各々の組は、2つの対応する半導体ダイ
1128c及び1128dのうちの1つにおいて、問題とする接着パッドに対応するパタ
ーンで配列される。タイル1122cには、2つの組のプローブ要素1126が設けられ
、その各々の組は、2つの対応する半導体ダイ1128e及び1128fのうちの1つに
おいて、問題とする接着パッドに対応するパターンで配列される。
示す。プローブ要素1146(やはり、限定ではないが、自立型のばね接触子、皮膜型式
のタイルの接触バンプ、その他を含む)を有する複数(図示では多くのうち6個)のタイ
ル1142a−1142fが、より大きな基板1144(やはり、プローブカード・アセ
ンブリの間隔変換器とすることができる)に実装される。複数(図示では多くのうち5個
)の半導体ダイ1148a−1148eが、半導体ウェーハ1150上に常駐している(
単一化されていない)。この図で留意されたいのは、半導体ウェーハ1150のエッジが
示されており、完全な半導体ダイを、半導体ダイ1148aの左(図で見て)に製造でき
ず、また完全な半導体ダイを、半導体ダイ1148eの右(図で見て)にも製造できない
、ということである。
般に)存在するが、各タイル上のプローブ要素は、一方の半導体ダイ上の接着パッドの一
部、及び他方の隣接した半導体ダイ上の接着パッドの一部でのみ接触するように配列され
る、ということである。例えば、タイル1142b上のプローブ要素は、半導体ダイ11
48aの右(図で見て)部分、及び半導体ダイ1148bの左(図で見て)部分に接触す
る。
たって延伸して、半導体ダイ1148aの左(図で見て)部分に接触することが必要なだ
けである。従って、タイル1142aは、完全な組のプローブ要素を設ける必要はなく、
タイルの大部分(1142b−1142e)とは異なる。タイル1142fから同様の結
果が生じる。しかし、タイル1142a及び1142fを、タイル1142b−1142
eと同じにし得ることは、本発明の範囲内である。
ウェーハ上の半導体ダイの全てを、設計及びレイアウトにおいて共に等しくすることは妥
当な前提である。ゆえに、タイルは一般に共に等しくなる(周辺タイル1142a及び1
142fを除いて)。しかし、プローブ要素のレイアウトが異なる複数の異なるタイルが
、ウェーハ段階のエージングのために、又は複数の圧力接続が必要である他の任意の用途
のために、より大きな基板に実装可能であることは、本発明の範囲内である。
上記のように、間隔変換器構成要素(例えば、622)等のプローブカード要素には、
その表面上に複数のタイル(例えば、600)が定置可能であり、タイルの各々は、複数
のばね接触要素(例えば、612、614)を担持し、これらのばね接触要素は、タイル
段階で容易に生産され、次いでより大きな基板(例えば、プローブカード要素)の表面に
フリップ・チップ接続されて、例えばウェーハ段階のエージングが容易になる。
コンポーネントの熱膨張係数を考慮に入れることが多くの場合必要である(例えば、半導
体ウェーハの熱膨張係数と、プローブカードの熱膨張係数を一致させる)。一般に、周知
のように、各種材料の熱膨張係数は、銅−インバー−銅積層、窒化アルミニウム・セラミ
ック(絶縁材料)、及びガラス・セラミック(絶縁材料)を含む、シリコンの熱膨張係数
と密接に(十分に)一致する。モリブデンの熱膨張係数は、セラミックの熱膨張係数に近
い。
り大きな基板1204(622に匹敵)に、複数(図示では多くのうち1つ)のタイル1
202(602に匹敵)を、このアセンブリの全体の熱膨張係数を変更して、ウェーハ段
階のエージング等のために、プローブを当てようとする半導体ウェーハ(不図示)の熱膨
張係数にうまく一致させるようにして実装し、また、本発明のプローブカード・アセンブ
リの介在体構成要素(例えば、504)等の別の相互接続要素1206と共に、より大き
な基板1204に対して、代表的な必須の接続をなすための技法1200の断面図である
。
図で見て)表面で、それの上に配設された端子等に、上記の任意の適切な仕方で実装され
る。この例の場合、タイル基板1202は、間隔変換を何ら実施しない。タイル基板12
02は、より大きな基板1204の上部(図で見て)表面にフリップ・チップ実装され、
より大きな基板は、その上部表面に一方のピッチ(間隔)の端子と、その下部(図で見て
)表面に他方の大きな(粗い)ピッチの端子とを有する。より大きな基板1204は、上
述のプローブカード・アセンブリの上述の間隔変換器構成要素といった、多層配線基板が
適している。
図で見て)表面に実装され、その受動基板には、より大きな(間隔変換器)基板1204
の下部(図で見て)表面における端子と位置が合った、複数(図示では多くのうち2つ)
の開口1226が設けられる。受動基板1220の目的は、タイル(1202)及び間隔
変換器(1204)からなるアセンブリの熱膨張係数を制御(例えば、変更)して、ばね
要素1210の先端(図で見て、上端)によりプローブを当てようとするコンポーネント
の熱膨張係数と好適に一致させることである。
これは導電性である。間隔変換器基板の下部表面における端子の短絡を回避するために(
その問題に関して、以下で説明するばね要素1230の短絡も回避するために)、基板1
220は、パリレン等の適切な絶縁材料1224で被覆される。
1230の先端(図で見て、上端)によりもたらされ、そのばね要素は、本発明の複合相
互接続要素(不図示)が適しており、これらは、ばね要素1230が貫通する開口を有す
る支持基板1232によって、互いに規定の空間関係で保持され、また適切な弾性配合剤
1234によって保持される。
に複数(図示では多くのうち1つ)のタイル1202を実装するための代替技法1250
の断面図である。
204の下部(図で見て)表面における端子と直接は接触しない。その代わり、基板12
20における穴(開口)1226は、z軸の導電接着剤、又は導電(例えば、銀充填)エ
ポキシといった、相互接続材料1252で充填される。これによって、穴1226を介し
て延伸する必要のない相互接続要素1230の形状、及び高さに関する制約が緩和される
。
CE)を、タイル上のばね接触子により接触させようとする、他の電子コンポーネントの
TCEと一致させることが可能となる。
図面及び以上の説明において、本発明を詳細に例示及び説明してきたが、本発明は、文言
における限定としてではなく、例示として見なされるべきである。すなわち、ここで理解
されたいのは、好適な実施例のみを図示及び説明したということ、及び本発明の趣旨内に
入る全ての変形及び修正も、望ましく保護されるということである。疑うべくもなく、上
記の「主題」に関する多数の他の「変形例」も、本発明の最も近くに属する、当該技術で
通常の知識を有する者が想到するであろうし、また本明細書に開示されるような変形例は
、本発明の範囲内にあることを意図するものである。これら変形例の幾つかは、親事例に
記載されている。
材料(例えば、ホトレジスト)が、基板に施されて、マスクを通過する光への露出、及び
マスキング材料の部分の化学的除去(すなわち、慣用的なホトリソグラフ技法)等によっ
てパターニングされる場合、代替技法を使用することもでき、それには、除去しようとす
るマスキング材料(例えば、ブランケット硬化ホトレジスト)の部分に、適切に平行化さ
れた光ビーム(例えば、エキシマ・レーザからの)を向け、それによって、マスキング材
料のこれら部分を融除すること、又は適切に平行化された光ビームで、マスキング材料の
部分を直接(マスクを使用せずに)硬化し、次いで、未硬化のマスキング材料を化学的に
洗浄することが含まれる。
要素の端子に直接実装可能である、適切な復元性のある接触構造の1つの例であることは
、本発明の範囲内である。例えば、タングステンといった本質的に復元性のある(比較的
高い降伏強度)材料からなる針に、半田又は金で被覆を施して、それらの半田付け性を良
くし、任意として所望のパターンで支持し、またタイルの端子に半田付けすることが可能
なことも、本発明の範囲内である。
を介して延伸する導電バイヤを有するタイル基板は、その一方の表面上の端子に実装され
るばね要素を有することが可能であり、半導体ダイは、上記対向した表面上の端子に直接
(C4半田連結等により)実装されて、半導体チップ・アセンブリとして機能すべく封止
される。
一方の表面上のばね接触子の先端の、タイル基板の他方の対向した表面上の端子からの「
オフセット」を決定する能力をもたらすことも、本発明の範囲内である。他に、かかる決
定をなすために、2カメラ視覚システム、x線、その他といった設備も使用する必要があ
ろう。
ーネントを有することも可能であり、それらには例えば、抵抗とコンデンサ、電流制限素
子(通常、抵抗ネットワーク)、能動スイッチング・コンポーネント(例えば、選択され
た端子に信号を経路指定するために)、その他がある。
コンポーネント(例えば、半導体ウェーハ)に対して押圧され(ウェーハのプローブ当て
等のために)、また温度が上昇し、その結果、より大きな基板にタイルを結合する半田連
結部の軟化となる際に発生する可能性のある現象)を防止するために、スタンドオフ要素
(856に匹敵)が、タイル基板の背部(裏)側に(又は代替として、より大きな基板の
前部(表)側に)組み込み可能である。
先端は、先端の所望の配置(間隔、位置合わせ)において微細加工された窪みを有する、
位置合わせ基板(図9Bの930に匹敵)へと先端を押圧することによって、位置合わせ
することが可能である。
Claims (11)
- 半導体ウェーハに接触させるためのアセンブリであって、
前記アセンブリは、
複数のタイル基板であって、前記複数のタイル基板のそれぞれは、2つの対向する表面を有する、複数のタイル基板と、
前記2つの対向する表面のうちの第1の表面から延びている複数の弾性的な接触子と、
前記2つの対向する表面のうちの第2の表面上にある複数の第1の端子であって、前記複数の第1の端子のそれぞれは、前記複数の弾性的な接触子のうちの対応する1つに接続されている、複数の第1の端子と、
第2の基板であって、前記第2の基板の表面上に複数の第2の端子を有し、前記複数のタイル基板が、前記複数の第2の端子に接続されている前記複数の第1の端子によって前記第2の基板に固定されている第2の基板と、
前記複数のタイル基板のそれぞれの間を所定の間隔に維持するx−y位置合わせ手段と
を備える、アセンブリ。 - 前記複数のタイル基板に実装された補強材であって、前記複数のタイル基板をつなぐ補強材をさらに備えている、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記第2の基板は、セラミック材料から作成されている部分を含み、前記表面上にある前記複数の第2の端子は、対向する側の複数の端子とは異なるピッチを有する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記複数のタイル基板は、前記第2の側の上にある前記複数の第1の端子から他方の側の上にある前記複数の接触子に間隔変換をもたらす、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記複数のタイル基板のうちの第1のタイル基板の複数の弾性的な接触子の先端と、前記複数のタイル基板のうちの第2のタイル基板の複数の弾性的な接触子の先端とは、共平面にある、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記複数の弾性的な接触子は、複合相互接続要素を含み、
各相互接続要素は、
前記タイル基板の前記第1の表面に取り付けられている基底部であって、前記複数の第1の端子のうちの1つにそれぞれ接続されている基底部と、
前記基底部から延びている弾性的で、細長く自立する部分と
を有する、請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記第2の基板は、プローブカードアセンブリに含まれている、請求項1に記載のアセンブリ。
- 各相互接続要素は、その自由端に実装されている先端構造をさらに含む、請求項7に記載のアセンブリ。
- 前記第2の基板の底面に接着されている受動基板をさらに備え、前記底面は、前記タイル基板に実装されている前記表面に対向する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記受動基板は、銅/インバー/銅積層を含む、請求項9に記載のアセンブリ。
- 各タイル基板は、前記半導体ウェーハの対応するダイと位置合わせされている、請求項1に記載のアセンブリ。
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