KR100370720B1 - 예리하게 되고 배향된 접촉 팁 구조물 - Google Patents

예리하게 되고 배향된 접촉 팁 구조물 Download PDF

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Abstract

전자부품의 단자 간에 압력 접속을 수행하기 위한 개선된 상호접속요소와 팁 구조물을 제공하는 방법 및 장치가 설명된다. 본 발명의 팁 구조물은 팁 구조물의 상부면에 배향된 예리하게 된 블레이드를 가지고 있으며, 상기 블레이드의 배향은 팁 구조물이 전자부품의 단자를 가로질러 편향될 때 팁 구조물의 수평 운동 방향에 실질적으로 평행하게 블레이드의 길이가 배향되어 있다. 이러한 방식에 있어서, 상기 예리하게 되고 실질적으로 평행하게 배향된 블레이드는 단자 표면상의 임의의 비전도성 층을 관통하여 깨끗이 베어내고, 전자부품의 단자와 상호접속요소 사이에 신뢰할 만한 전기적 접속을 제공한다.

Description

예리하게 되고 배향된 접촉 팁 구조물{SHARPENED, ORIENTED CONTACT TIP STRUCTURES}
일반적으로 전자부품 사이의 접속은 "비교적 영구적" 접속과 "용이하게 착탈 가능한" 접속이라는 두 가지의 넓은 범주로 분류될 수 있다. 비교적 영구적인 접속의 예로는 땜납 결합이 있다. 일단 두 개의 전자부품이 서로 납땜되면 상기 부품들을 분리하게 위해서는 납땜을 떼어내는 공정을 이용해야 한다. 와이어 접합, 가령 반도체 다이와 반도체 패키지의 내부 리드(또는 리드 프레임 핑거의 내부단) 사이의 와이어 접합은 비교적 영구적 접속의 다른 실례이다.
용이하게 착탈 가능한 접속의 예로는 다른 전자 부품의 탄성 소켓 요소에 수용되는 전자 부품의 강성 핀이 있다. 상기 소켓 요소는 전자 부품 사이의 신뢰할 만한 전기적 접속을 보장하기에 충분한 정도의 접촉력(압력)을 핀에 가한다. 용이하게 착탈 가능한 접속의 다른 예는 자체가 탄성이 있으며, 스프링 같이 탄력이 있거나, 스프링 매개체 내부 그리고/또는 상부에 장착된 상호접속 요소(또한 본 명세서에서는 스프링, 스프링 요소, 스프링 접촉부 또는 스프링 접촉 요소라고도 한다)이다. 그러한 스프링 접촉 요소의 예로는 탐침 카드의 구성요소인 니들이 있다. 그러한 스프링 접촉 요소는 전형적으로 시험중인 반도체 장치와 같이 스프링 접촉 요소가 장착된 부품과 다른 부품의 단자 사이의 일시적인 압력 접속을 수행하기 위한 것이다.
팁 구조물들은 종종 상호접속 요소의 한쪽 단부에 장착(또는 부착 또는 연결)된다. 팁 구조물들은 상기 상호접속 요소들에 원하는 팁 형상을 제공하여, 반복가능한 고압을 생성하는 제어된 형상과의 작은 면접촉을 제공하기에 특히 유용하다. 팁 구조물들은 상호접속 요소들 자체가 점점 작아 짐에 따라서 점점 중요해 진다. 하나의 팁 구조물은 두 개의 전기 부품 사이에서 전기적인 접촉을 제공하는 것을 돕기 위하여 팁 구조물의 표면에 형상적인 특징들을 가질 수 있다. 예를 들면, 팁 구조물의 목적은 전형적으로 시험중인 전기 부품의 단자들 상에 있는 비전도성 층(종종 부식, 산화물, 또는 다른 형식의 오염된 막)을 깨뜨리고 관통하기 위한 것이다. 접촉력이 작용되면, 상호접속 요소는 시험중인 전자부품의 단자에 압력을 작용하여 팁 구조물을 단자를 가로질러 편향되게 한다. 대응하는 단자의 표면을 가로지르는 팁 구조물의 이러한 미세한 수평 운동은 팁 구조물이 단자 상의 비전도성 층을 관통하도록 하여, 두 전자 부품 사이의 양호한 전기적 접촉을 성립시킨다. 예를 들면, 상호접속 요소(12)에 장착된 팁 구조물(10)은 전기적 접촉을 성취하기 위하여 비전도성 층을 긁어 벗겨내는 블레이드(14)를 가지고 있다(도1a 및 도1b에 도시됨).
위에서 설명된 전기적 접촉의 성취와 관련된 많은 문제들이 있다. 첫째로, 단자 접촉 면적이 또한 작아짐에 따라서, 팁 구조물(10)의 수평 운동이 문제가 되고 있다. 둘째로, 팁 구조물(10)이 단자를 가로질러 힘을 받아 편향됨에 따라서, 팁 구조물은 또한 하방으로 힘을 받아 단자로부터 멀어지게 되고, 팁 구조물이 단자를 가로질러 편향될 때 팁 구조물(10)의 블레이드(14)를 회전시켜 단자로부터 벗어나게 할 수 있다. 시험중인 전자부품의 단자로부터 분리되도록 하는 블레이드의 회전은 팁 구조물이 전자 부품의 단자와 신뢰할 수 있는 전기적 접속을 성취할 가능성을 감소시킨다. 더 나아가 비전도성 표면을 관통하여 양호한 전기적 접속을 성취하기 위해서 팁 구조물이 상기 단자의 비전도성 표면을 가로질러 긁어냄에 따라서, 블레이드를 따라서 또는 팁 구조물(10)의 상부 표면에 긁어낸 조각이 흩어지거나 축적된다. 상기 축적된 긁어낸 조각들은 팁 구조물과 단자 사이의 높은 접촉저항의 원인이 될 수 있고, 팁 구조물을 가로질러 생성되는 전압때문에 장비를 시험하는 동안 부정확한 전압 레벨을 야기할 수 있다. 상기 부정확한 전압 레벨은 장비가 바람직하지 못하게 실패하도록 만들고, 장비 시험 환경에서 상기 접촉부가 사용될 경우 낮은 시험 수율을 야기할 것이다.
그러므로, 팁 구조물이 단자의 표면을 가로질러 편향될 때, 블레이드를 따라서 생기는 긁어낸 조각의 축적을 최소화하고, 팁 구조물과 시험중인 전자부품의 단자 사이의 접촉 압력을 최대화하는 상호접속 요소와 팁 구조물이 요망된다.
본 발명은 일반적으로 전기적 접속(접촉) 요소들의 기술 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자 부품간에 압력 접속을 수행하기에 적합한 접속 요소들과 팁 구조물들에 관한 것이다.
도1a는 종래 기술의 상호접속요소 및 팁 구조물의 측면도이다.
도1b는 종래 기술의 편향된 상호접속 요소 및 팁 구조물의 측면도이다.
도2a는 본 발명의 상호접속 요소 및 팁 구조물의 측면도이다.
도2b는 본 발명의 팁 구조물의 일 실시예의 사시도이다.
도2c는 본 발명의 편향된 상호접속 요소 및 팁 구조물의 측면도이다.
도2d는 일 단부에 실질적으로 평행한 방향의 브레이드를 가진 상호접속요소를 나타내는 본 발명의 다른 실시례의 측면도이다.
도3a는 세장형 상호접속요소의 단면도이다.
도3b는 세장형 상호접속요소의 단면도이다.
도3c는 세장형 상호접속요소의 단면도이다.
도4a는 본 발명의 일반화된 실시예의 사시도로서, 제조된 접촉 팁 구조물과 그들이 결합될 상호접속요소를 보여준다.
도4b는 경납땜에 의하여 도1a의 상호접속요소에 결합된 도4a의 접촉 팁 구조물의 측 단면도이다.
도4c는 경납땜에 의하여 도1a의 상호접속요소에 결합된 도4a의 접촉 팁 구조물의 측 단면도로서 희생 기층이 제거된 후의 모습이다.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 실시예에 따라서 상호접속요소를 위한 희생 기층 상에 외팔보 형태의 팁 구조물을 제조하는 과정의 단계를 나타내는 단면도이다.
도5d는 본 발명에 따라서 희생기층 상에 형성된 외팔보 형식의 팁 구조물의 일 실시예의 사시도이다.
도5e는 본 발명에 따라서 희생기층 상에 형성된 외팔보 형식의 팁 구조물의두 번째 실시예의 사시도이다.
도5f는 전자 부품의 표면상에 올려진 상호접속요소에 장착된 5e의 외팔보 형상의 팁 구조물의 측면도이다.
도5g는 전자 부품의 표면상에 올려진 상호접속요소에 장착된 5e의 외팔보 형상의 팁 구조물의 전면도이다.
도5h는 도5d에 도시된 올려진 상호접속요소에 장착된 외팔보 형식의 팁 구조물의 단면도이다.
도5i는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 외팔보 형식의 팁 구조물을 제조하는 다른 실시예의 측단면도이다.
도5j는 도5i에 도시된 실시예의 전방 단면도이다.
도5k는 도5i 및 도5j에 도시되고 본 발명의 다른 실시예에 따라서 전자부품상에 장착된 외팔보 형식의 팁 구조물의 측단면도이다.
도6a는 피라미드 형상의 날을 가진 블레이드를 가지고 있는 본 발명의 팁 구조물의 사시도이다.
도6b는 다이아몬드 형상의 날을 가진 본 발명의 팁 구조물의 사시도이다.
도7a는 두 개의 날을 가진 본 발명의 팁 구조물의 평면도이다.
도7b는 브리지로 결합된 두개의 블레이드를 가진 본 발명의 팁 구조물의 단면도이다.
도7c는 병렬로 위치한 두개의 블레이드를 가지는 본 발명의 팁 구조물의 단면도이다.
도8a는 주 블레이드와 종 블레이드를 구비한 블레이드를 갖는 본 발명의 팁 구조물의 사시도이다.
도9a는 코브라 형태 탐침에 부착된 본 발명의 팁 구조물과 실질적으로 평행한 방향의 블레이드의 단면도이다.
도9b는 일 단부에 실질적으로 평행하게 위치된 블레이드를 가진 코브라 형태 탐침의 단면도이다.
도10은 떨어져 있는 블레이드를 가진 본 발명의 팁 구조물의 사시도이다.
전자 부품들의 단자들 사이에 압력 접속을 수행하기 위한 개량된 상호접속 요소들과 팁 구조물들을 제공하는 장치와 방법이 설명된다. 본 발명의 팁 구조물은 팁 구조물의 상부 표면에 예리하게 된 블레이드를 가지고 있으며 블레이드는 팁 구조물이 전자 부품의 단자를 가로질러 편향됨에 따라 블레이드의 길이부가 팁 구조물의 수평 운동 방향과 실질적으로 평행하게 배향되어 있다. 이러한 방식으로, 예리하게 되고 실질적으로 평행하게 방향이 정해진 블레이드는 단자 표면위의 임의의 비전도성 층을 깨끗이 베어내고 전자부품과 상호접속 요소사이에 신뢰할 만한 전기적 접속을 제공한다.
전자부품 단자 간에 압력 접속을 수행하기에 적합한 개선된 상호접속 요소들과 팁 구조물들을 제공하는 장치와 방법을 설명한다. 아래의 설명에서, 재료의 형태, 크기, 가공 단계 등과 같은 많은 상세한 세부적 사항을 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위하여 설명한다. 그러나 이러한 상세한 세부적 사항이 없더라도본 발명이 행하여지는 기술분야에 있어서 숙련된 사람에게는 본 발명의 내용은 명백할 것이다. 다른 사례에 있어서는 불필요하게 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 공지의 요소들과 가공 기술들을 특별히 상세하게 설명하지 않았다. 더 나아가, 비록 본 발명은 시험 중인 전자부품의 단자와 탐침 카드 사이의 전기적인 접속을 제공하는 탐침 카드의 니들로서의 사용에 관한 논의이지만, 본 발명은 탐침 카드에 있어서의 사용에 한정되지 않고 다른 환경에 있는 다른 전기 부품 상호 간의 전기적 접속을 제공하기위하여 사용될 수도 있다.
앞에서 논의된 바와 같이, 현재 알려진 기술로 두 개의 전자 부품 간에 양호한 전기적 접촉을 성취하기 위하여 상호접속 요소들과 팁 구조물들을 사용하는 것과 관련하여 많은 문제점이 있다. 본 발명은 이러한 문제를 예리하게 되고 상부 표면에 배향된 블레이드를 가진 팁 구조물을 구비한 상호접속 요소를 제공하여서 집중적으로 다루게 된다. 예리하게 되고 팁 구조물의 상부에 배향된 블레이드의 길이부는 시험 중에 팁 구조물이 전자 부품의 단자를 가로질러 편향될 때 팁 구조물의 수평 운동의 방향과 실질적으로 평행하게(약 ±15°이내로 평행하게) 미끄러져서 움직이도록 되어있다. 본 발명의 사용을 통하여 전자부품 간에 신뢰할 수 있는 전기적인 접속이 성립된다. 일단 상기 팁 구조물이 전자부품의 단자에 접촉하면, 상호접속 요소는 팁 구조물을 단자의 표면을 가로질러 편향되도록 힘을 가하여, 팁 구조물의 블레이드는 단자 표면상의 비전도성 층(들)을 얇게 베어(관통하여)낸다. 상기 전자부품은 집적회로, 상호접속 기판, 반도체 웨이퍼 또는 인쇄회로기판 일 수 있다.
도2a는 본 발명의 측면도로서, 한 쪽 단부는 기층(26)에 연결되고 반대 쪽 단부에는 팁 구조물(20)을 구비한 스프링 접촉 요소(24)를 도시한다. 도2b는 본 발명에 의한 팁 구조물(20)의 사시도로서, 팁 구조물(20)의 상부표면 상에 블레이드(22)를 가지고 있음을 도시한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 블레이드(22)는 접촉 요소를 포함하는 데, 상기 접촉 요소의 면은 펼쳐졌을 때 공간에서 선을 형성한다. 상기 팁 구조물(20)이 전자부품의 단자와 접촉하도록 놓여지고 힘이 가하여 졌을 때, 팁 구조물은 단자의 면을 가로질러 편향될 것이다. 팁 구조물(20)이 단자를 가로질러 편향됨에 따라서 팁 구조물(20)의 블레이드(22)는 단자 표면상의 비전도성 층을 관통할 것이다. 도2c는 본 발명의 측면도이다. 도2c의 점선은 단자를 가로질러 편향된 후의 상호접속 요소(24)와 팁 구조물(22)을 도시한다. ΔX는 팁 구조물(20)의 측면(또는 수평의) 편향 양을 나타낸다.
상기 블레이드(22)는 팁 구조물(20)이 단자 면을 가로질러 편향될 때(도2c 참조), 블레이드의 길이부(L)가 팁 구조물(20)의 수평 방향 운동(ΔX) 방향에 실질적으로 평행하도록 상기 팁 구조물(20)의 상부면에 배향된다. 블레이드(22)의 방향은 팁 구조물의 수평 운동의 방향과 실질적으로 평행하여 블레이드(22)가 단자 표면상의 비전도성 층을 관통하여 얇게 베어내는 것(절단)을 허용한다.
도2d는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서 블레이드(26)는 분리된 팁 구조물 상에 있다기 보다는 오히려 스프링 접촉 요소(28) 자체의 단부에 형성되어 있다. 이러한 방식에 있어서, 실질적으로 평행하게 배향된 블레이드(26)는 옮겨진 팁 구조물(가령 도2a에 도시된 팁 구조물과 같은)을 사용하지 않고서 형성될 수 있다. 상기 블레이드(26)는 도금이나 기계가공과 같은 공정을 포함하나 이에 제한되지 않고 여러 가지 방법에 의하여(예를 들면 압형(stamp), 스웨이지(swage), 전기연마(electropolish), 또는 전기방전(electro-static discharge)을 이용하여) 스프링 접촉부(28)의 단부에 형성될 수 있다.
팁 구조물(20)의 수평 운동 성분의 방향과 실질적으로 평행한 팁 구조물(20)의 상부면 상에 있는 블레이드(22)(또는 스프링 요소(28)의 단부에 형성된 블레이드(26))의 방향은 종래 기술의 팁 구조물에 비해서 많은 이점을 제공한다. 첫째로, 블레이드(22)의 길이(L)를 따라서 예리하게 된 평행한 날의 방향은 블레이드(22)가 단자 상의 비전도성 층을 관통하여 깨끗이 절단하도록 하여 시험될 전자부품의 단자와 양호한 전기적인 접속을 이루도록 한다. 반면에, 종래기술에 의한 팁 구조물에 있어서 실질적으로 수직인 블레이드의 방향(즉, 블레이드의 길이부분이 팁 구조물이 시험 중인 단자의 표면을 가로질러 편향될 때 팁 구조물의 수평 운동 성분의 방향에 실질적으로 수직인 팁 구조물의 상부표면 상에 배향된 경우)은 상기 비전도성 층을 가로질러 긁고 지나가는 운동을 제공한다. 상기 종래 기술에 의한 블레이드는 불도저가 쓰레기를 긁어 쌓듯이 단자 표면을 가로질러 긁고 지나간다. 수직으로 배향된 블레이드의 긁고 지나가는 운동은 단자의 표면을 손상시킬 수 있으며, 종종 블레이드 상에 심각한 마모나 파열을 생기게 하여 블레이드의 수명을 단축시키고, 블레이드를 따라서 부스러기 입자 및 비전도성 층의 형성을 초래한다. 반면에, 본 발명의 평행하게 배향된 블레이드(22)는 팁 구조물의 수평 운동 성분 방향을 따라 움직이고 단자상의 비전도성 층을 관통하여 깨끗이 베어냄에 의하여 상기 기술된 문제점들을 피하게 된다. 더 나아가, 본 발명에 의하면 블레이드(22)를 따라서, 있다고 하더라고, 최소한의 부스러기 입자 및 비전도성 층의 형성되어, 단자와 팁 구조물 간의 낮은 접촉 저항을 발생시키고 시험 중에 보다 정확한 전압 수준을 생성한다.
평행한 블레이드(22)의 방향은 또한 시험 중인 전자 부품 단자와 보다 신뢰할 만한 전기적 접속을 제공한다. 전자 부품의 단자가 작아짐에 따라서, 임의의 블레이드의 운동이 블레이드를 단자의 외부로 움직이도록 하여 블레이드가 단자와 전기적인 접속을 할 수 없도록 할 가능성이 높아지기 때문에 어떠한 블레이드의 운동이라도 중요해 진다. 도1b와 2c에 도시된 바와 같이, 단자를 가로지르는 팁 구조물(10, 20)의 편향은 상호접속 요소의 재질과 형상 모두에 좌우될 것이다. 일 실시예에 있어서, 팁 구조물(10, 20)이 하방으로 눌리어 단자로부터 이탈될 때, 팁 구조물은 운동에 대한 측 방향(또는 수평 방향) 및 수직 방향 성분을 가지고 있어서 측 방향 편향과 수직 방향 편향을 초래하는 실질적으로 회전 경로를 따라서 편향된다. 팁 구조물(10)의 회전 운동의 결과로서 수직으로 배향된 블레이드(14)가 단자 접촉 영역의 외부로 밀려나가게 되는 것이 가능하다. 반면에, 팁 구조물(20)이 단자를 가로질러 편향됨에 따라서, 블레이드(22)의 일부분이 단자 접촉 영역의 외부로 이동되더라도, 블레이드(22)의 나머지 길이부분(종(trailing) 단부)은 단자의 접촉영역 내에 계속하여 있게 된다. 게다가, 블레이드의 전단부가 하방으로 회전하게 되어 단자의 접촉 영역으로부터 멀어지더라도, 블레이드(22)의 종 단부는 단자의 면과 접촉을 유지하게 될 것이다. 이러한 방식으로 본 발명의 평행하게 배향된 블레이드(22)는 시험 중인 전기 부품의 단자와 보다 신뢰할 만한 전기적 접속(또는 상호연결)을 제공한다.
본 발명의 구성요소
본 발명의 상호접속요소와 팁 구조물은 다양한 방법과 다양한 재료로 제조될 수 있다. 다음에 논의된 제조 방법과 재료의 형태는 단지 예시적인 것이며 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 기술 분야에서 알려진 다른 방법과 재료들이 계속되고 그리고/또는 사용될 수 있다.
상호접속요소
세장형의 그리고/또는 탄성의 상호접속 요소들과 같은 현존하는 상호접속요소들은 본 발명(도2a의 요소24)의 상호접속요소로 사용될 수 있다. 탄성 상호접속요소들을 사용할 때, 복합 상호접속 요소는 접촉 구조물(스프링 또는 스프링과 유사한 요소)의 바람직한 한 형태이다. 도3a 내지 도3c는 보통 복합 상호 접속 요소들로 사용되는 다양한 형태를 도시한다. 본 발명의 팁 구조물은 이하에서 논의된 것들과 본 발명의 양수인에게 양도되고 본 발명의 일부로 포함된 1995년 12월 19일 공개된 미국 특허 제4,467,211호에 나타난 것들을 포함하여 임의의 스프링과 유사한 요소들 상에서 사용될 수 있다.
도3a에서 전기적 접속요소(310)는 "연성" 재료(예를 들면 40,000 psi 미만의 항복강도를 갖는 물질)의 코어(312)와 "경성" 재료(예를 들면 80,000 psi 초과의 항복 강도를 갖는 재료)의 쉘(314)(오버코팅)을 포함한다. 상기 코어(312)는 실질적으로 직선인 외팔보 형상의 세장형 요소로서, 0.0127 - 0.0762 mm(0.0005 - 0.0030 inch)의 직경을 갖는 와이어 일 수 있다. 상기 쉘(314)은 적당한 도금 공정(예를 들면 전기 화학적 도금)과 같은 임의의 적절할 공정에 의하여 미리 형성된 코어(312)상에 도포된다. 일반적으로 쉘의 두께(단일 층 오버코팅이건 다층 오버코팅이건)는 오버코팅 되는 와이어의 직경보다 두꺼운 것이 바람직하다. 쉘 재료의 "경도"에 의하여, 그리고 쉘의 두께(0.00635 - 0.058 mm(0.00025 - 0.02000 inch))를 제어함에 의하여, 상기 쉘(314)은 전체 상호접속 요소(310)에 바라는 탄성을 부여한다. 이러한 방식으로, 전자 부품사이의 탄성적인 상호접속은 상호접속 요소(310)의 두개의 단부(310a, 310b)사이에서 수행될 수 있다.
도3a는 본 발명의 상호접속요소로 아마 가장 단순한 형태 즉, 팁(110b)에 작용된 힘(F)에 대하여 임의의 각으로 배향된 직선의 외팔보를 도시하고 있다. 그러한 접촉력이 상호접속 요소가 압력 접촉을 하고 있는 전자 부품의 단자에 의하여 작용되었을 때, 팁의 하방 편향(도시된 바와 같이)은 팁이 단자를 가로질러 와이핑 운동(wiping motion)의 형태로 움직이게 할 것이다. 그러한 와이핑 접촉은 상호접속요소와 전자 부품의 접촉된 단자 사이에 신뢰할만한 접촉이 이루어지도록 보장한다. 일반적으로 상호접속요소의 편향(탄성)은 부분적으로는 상호접속요소의 전체 형상에 의하여 결정되고, 또 부분적으로는 오버코팅 재료의 우세한(보다 큰) 항복강도(코어의 항복강도에 비해서)에 의하여 결정되고, 또 다른 한편으로는 부분적으로 오버코팅 재료의 두께에 의하여 결정된다.
도3b에 있어서, 전기적 상호접속 요소(320)는 연성 코어(322)(312와 비교)와경성 쉘(324)을 포함한다. 이 실시예에 있어서 코어(322)는 두개의 굴곡부를 갖도록 형성되어, S자 형상으로 간주될 수 있다. 도3a의 예에 있어서, 전자 부품(도시되지 않음) 사이의 탄성 접속은 상호접속 요소(320)의 두개의 단자(320a, 320b)사이에서 수행될 수 있다. 전자부품의 단자와의 접촉에 있어서, 상기 상호접속요소(320)는 "F"자 화살표로 지시된 것과 같은 접촉력(압력)을 받게 될 것이다.
도3c에 있어서, 전기적 상호접속요소(330)는 유사하게 연성의 코어(332)(312와 비교)와 경성의 쉘(314와 비교)을 포함한다. 이 실시예에 있어서, 코어(332)는 하나의 굴곡을 갖도록 형성되어 있으며, U자 형상으로 간주 될 수 있다. 도3a의 실시예에 있어서와 같이, 전자 부품(도시되지 않음) 간의 탄성 상호접속은 상호접속 요소(330)의 두개의 단부(330a, 330b) 사이에서 수행될 수 있다. 전자 부품의 단자와의 접촉에 있어서, 상기 상호접속 요소(330)는 "F"자 화살표로 지시된 바와 같은 접촉력(압력)을 받을 수 있다. 선택적으로 상기 상호접속 요소(330)는 "F"자 화살표로 지시된 바와 같이 단부(330b) 이외의 곳에서 접촉하도록 사용될 수도 있다.
상기 연성 코어는 임의의 스프링 작용을 할 수 있는 형상으로 용이하게 형성될 수 있는 것으로 이해된다. - 즉, 최종의 상호접속요소가 팁에 작용된 힘에 반응하여 탄성적으로 편향되도록 하는 임의의 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 코어는 전통적인 코일 형상으로 형성될 수 있다. 그러나 코일 형상은 상호접속요소의 전체 길이와 관련된 인덕턴스(그리고 이와 유사한 것) 및 고주파에서 작동하는 회로에 대한 부정적인 영향 때문에 바람직한 것은 아니다. 게다가, 코어 요소는 원형의 단면을 가질 필요는 없으며, 오히려 일반적으로 사각 단면을 갖고 얇은 판으로 연장되는 평평한 탭(리본)으로 될 수 있다. 다른 비원형 단면, 예를 들면 C자 형상, I자 형상, L자 형상 그리고 T자 형상의 단면이 또한 상호접속 요소를 위하여 사용될 수 있다.
쉘의 재료 또는 다층 쉘(이하에서 설명되는)의 적어도 하나의 층은 코어의 재료보다 상당히 높은 항복 강도를 가지고 있다. 그러므로 쉘은 최종의 상호접속 구조물의 기계적인 특성을 정하는데 있어서 코어보다 중요한 역할을 한다. 쉘 대 코어의 항복강도 비율은 바람직하게는 적어도 2:1, 그리고 10:1 정도까지 높게 할 수 있다. 쉘 또는 적어도 다층 쉘의 외부 층은 전기적으로 전도성을 가지고 있어야 하고, 특히 쉘이 코어의 단부를 덮는 경우에 있어서는 전기적으로 전도성을 가지고 있어야 한다는 것이 명백하다.
코어(312, 322, 332)용의 적당한 재료로 금, 알루미늄, 구리, 그리고 이들의 합금을 포함하나 이들에 제한되지는 않는다. 이러한 재료들은 전형적으로 원하는 물리적 성질을 얻기 위하여, 예를 들면 베릴륨(beryllium), 카드뮴(cadmium), 실리콘(silicon), 마그네슘(magnesium)과 같은 다른 금속의 소량과 합금된다. 또한 은(silver), 팔라듐(palladium), 플래티늄(platinum); 원소 중 플래티늄 족의 금속과 같은 금속들 또는 합금들을 사용하는 것도 가능하다. 납(lead), 주석(tin), 인듐(indium), 비스무스(bismuth), 카드뮴(cadmium), 안티몬(antimony) 그리고 이들의 합금으로 구성된 땜납이 사용될 수 있다. 일반적으로 임의의 접합이 용이한(접합을 위하여 온도, 압력, 그리고/또는 초음파 에너지를 사용) 재료(예를 들면 금)로 된 와이어는 본 발명을 실시하기에 적합한 것이다. 비금속 재료를 포함하여 오버코팅(예로 도금)이 용이한 임의의 재료를 코어로 사용할 수 있다는 것은 본 발명의 범위 내에 있다.
쉘용의 적절한 재료로는 니켈(nickel)과 니켈의 합금; 구리(copper), 코발트(cobalt), 철(iron), 그리고 이들의 합금; 우수한 전류 운반 능력과 양호한 저항 특성을 나타내는 금(특히 경성 금) 및 은; 플래티늄(platinum) 족의 원소; 귀금속(noble metal); 반귀금속(semi-noble metal)과 이들의 합금, 특히 플래티늄(platinum) 족 원소와 이들의 합금; 텅스텐(tungsten) 및 몰리브덴(molybdenum)을 포함하나 이들에 제한되지는 않는다. 땜납 같은 마무리가 필요한 경우에는 주석(tin), 납(lead), 비스무스(bismus), 인듐(indium) 그리고 그들의 합금이 또한 사용될 수 있다. 앞에서 설명된 다양한 코어 재료들 위로 이러한 코팅 재료를 도포하기 위하여 선택된 기술은 물론 적용사례에 따라서 다양하게 변한다. 전기도금 및 무전해 도금은 일반적으로 바람직한 기술들이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 전기적 상호접속 요소의 다른 형태는 석판 인쇄술(lithographically)에 의하여 형성된 탄성 상호접속 요소이다. 본 발명의 배향된 날은 석판인쇄술에 의하여 형성된 탄성 상호접속 요소의 접촉 단부에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배향된 날은 희생기층 상에 형성되어, 석판인쇄술에 의하여 형성된 탄성 상호접속요소의 접촉 단부에 옮겨질 수 있다.
본 발명의 상호접속 요소들(도2a 내지 도2d의 요소(24))은 희생기층을 포함하여 임의의 적절한 기층의 임의의 적절한 표면상에서 제조되거나 장착되고, 그곳에서 제거되거나 전자 부품의 단자에 장착될 수 있다.
상호접속요소의 팁 구조물에의 연결
도4a는 본 발명의 일반화된 실시예(400)를 도시하고 있으며, 이하에서 설명된 방식으로 복수 개의 접촉 팁 구조물들(402)(4개만 도시됨)이 지지(희생) 기판(404)상에 미리 제조되어 있는 것이 도시되어 있다. 상응하는 복수개의 상호접속 요소들(406)(4개만 도시됨)이 자유단(406a)을 접촉 팁 구조물(402)에 결합하기 위하여(또는 역으로) 준비된 상태를 보이고 있다. 세장형 상호접속 요소(406)의 상기 자유단(406a)은 반도체 장비, 다층 기판, 반도체 패키지 등과 같은 전자부품의 표면으로부터 전형적으로 연장되는 상기 세장형 상호접속 요소의 반대쪽 단부로부터 떨어져(말단에) 있다.
도4b는 측면도로서, 경납땜(brazing)에 의하여 접촉 팁 구조물들(402)을 세장형 상호접속 요소에 결합하는 다음 단계를 도시한다. 최종의 경납땜 필렛(408)이 도시되어 있다. 상기 접촉 구조물(402)은 서로 간에 이리 규정된 공간적인 관계에 따라서 아직 상기 희생기층(404) 상에 존재하고 있다. 도4b는 또한 전도성 결합제(예를 들면 은으로 충진된 에폭시)또는 이와 유사한 것으로 결합된 접촉 팁 구조물들(402)을 도시하고 있다. 접촉 팁 구조물을 세장형 상호접속 요소들에 결합하는 다른 방법은 적어도 접촉 구조물들의 결합 부위와 세장형 상호접속 요소들(406)의 인접 단부들을 니켈과 같은 금속 재료로 도금하여 오버코팅 하는 것이다.
도4c는 측면도로, 후속 단계를 도시하는 것으로, 접촉 팁 구조물들(402)을 세장형 상호접속 요소들(406)에 결합한 후에 상기 지지(희생) 기판이 제거된 것을 도시하고 있다. 최종의 “팁이 부착된”상호접속 요소(406)(여기에서 사용되는 바와 같이, “팁이 부착된”상호접속 요소는 분리된 접촉 팁 구조물을 결합한 상호접속 요소를 말한다.)가 도4b에 대해서 설명된 방식으로 접촉 팁 구조물을 경납땜한 것처럼 보여지고 있다.
여기에 설명된 희생기층 상에 프리스탠딩(free-standing) 상호접속 요소를 형성(그 것들 자체만으로 또는 미리 제조된 팁 구조물 상에)하는 실시예에 있어서, 일반적으로 상호접속 요소의 일 단부를 희생기층 상에 접합(또는 복합 상호접속 요소의 경우에는 세장형 코어를 접합)하는 것에 논의가 집중된다. 접합 이외의 방편(기술)이 사용될 수 있다는 것은 본 발명의 범위 내에 있다.
팁 구조물
도5a 내지 도5h는 평행하게 배향된 블레이드를 가진 팁 구조물을 제조하고 전자부품의 단자로 기능할 상호접속요소에 동 구조물을 장착하기 위한 기술(500)을 도시하고, 도5i 내지 도5k는 그러한 팁 구조물을 이용하는 다른 기술을 도시한다. 이러한 기술들은 특히 프리스탠딩 상호접속 요소들을 반도체 장비, 탐침 카드 조립체의 공간 변환 기층 등과 같은 전자부품에 장착하는데 있어서 가장 적합하다.
도5a는 단결정 실리콘 같은 희생기층(502)으로 복수의 트랜치(trench)(1개만 도시됨)가 표면에 에칭된 것을 도시하다. 포토리지스트(도시되지 않음)와 같이 패턴화된 마스킹 층이 트랜치(504)의 길이와 폭을 정하기 위하여 기층(50) 상에 먼저패턴화된다. 다음으로 트랜치(504)가 기층(504) 내에 형성된다. 바람직한 실시예에 있어서, 선택적 수산화 칼륨(potassium hydroxide, KOH) 에칭이 111 및 001 결정 방향 사이에서 행해진다.
본 발명의 블레이드들을 형성하는데 사용되는 상기 트랜치(504)를 형성하기 위하여 선택적 수산화 칼륨 에칭 이외의 방법이 사용될 수 있음을 주목하라. 예로 상기 트랜치는 활성 이온 에칭(reactive ion etch, RIE)에 의하여 형성될 수도 있다. 더 나아가 팁 구조물을 연마(전자연마 및 기계 연마 모두), 스탬핑, 또는 연삭하는 것을 포함하는, 그러나 이러한 방법에 제한되는 것은 아니나, 비인쇄석판 기술의 방법도 또한 이용될 수 있다. 또한 직선의 벽과 홈을 구비한 구조물은 다른 종류의 에칭 기술의 조합에 의하여 생성될 수 있다. 그러한 조합은 도10에 도시된 스탠드오프형 구조물을 생성하는데 있어서 바람직할 것이다. 앞에서 팁 구조물에 대하여 논의된 바와 같이, 팁 구조물(980)은 팁 기층(982)과 팁 블레이드(984)로 구성되어 있다. 그러나 팁 구조물(980)은 또한 팁 구조물(980)에 대하여 스탠드오프 거리(D)를 제공하는 직선의 벽 부분(986)을 또한 포함한다.
바람직한 실시예는 상부 표면에 블레이드를 보유한 팁 구조물을 포함하고, 상기 블레이드는 블레이드의 길이 방향을 따라서 예리하게 된 날과 삼각형의 단면을 가지고 있다. 그러나 트랜치(504)는 단순히 희생기층(502) 상에 제조될 팁 구조물을 위한 임의의 표면 조직의 '형판(template)'의 예시에 불과하다. 트랜치(504)의 배치(간격과 배열)는 팁 구조물이 궁극적으로 부착되는 프리스탠딩 상호접속 요소에 의하여 최종적으로(사용에 있어서) 접촉될(예를 들면 탐침 검사되는) 반도체 다이의 접합 패드 배치로부터 도출 될 수 있다. 예를 들면 상기 트랜치(504)는 일열 횡대(in a row), 일열 종대(in a single file), 희생기층의 중심 하방에 배열될 수 있다. 예로 많은 메모리 칩들은 접합 패드들의 중앙 가로 줄(row)로 제작된다.
도5b는 경성의 “필드”층이 트랜치(504) 내부를 포함하여 희생기층의 표면 상에 피착된 것을 도시한다. 상기 필드 층은 릴리스 층으로 기능하게 될 것이다. 임의의 가능한 릴리스 층은 대략 5000(옹스트롬)두께를 가진 알루미늄으로 구성된다. 만약 필드 층이 도금에 적합하지 않은 경우에는 다른 층(508)이 선택적으로 필드 층(506)상에 도포될 수 있다. 전형적으로 다른 층(508)은 대략 5000(옹스트롬)의 두께를 갖는 구리로 구성된다. (만약 필드 층(506)을 제거하기 어렵다면, 그러한 제거를 피하기 위하여 선택적인 피착(예로 마스킹을 통한 패턴화에 의하여)으로 도포될 수 있다.) 접촉 구조물이 트랜치 내부에 제조된 후에(아래 참조), 상기 희생기층(502)은 예를 들면 선택적인 화학적 에칭과 같은 임의의 적절한 공정에 의하여 제거될 수 있다.
그러나 또한 화학적 부식액에 부가하여 희생기층(502)을 제거하는 발열과 관련하여 적절한 야금술이 사용될 수 있음을 주목하라. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 필드 층(506)은 스퍼터링과 같은 방법으로 희생기층(502) 상에 피착된 텅스텐과 같은 비습윤성 재료로 구성된다. 다음으로 도금할 수 있는 납(또는 인듐)과 같은 비습윤성의 재료로 구성된 얇은 층(508)이 상기 텅스텐 층(506) 상에피착된다. 그리고 접촉 팁 구조물이 트랜치 내에 제조된 후에, 팁 구조물을 상호접속요소 상에 장착하기 위하여 (열을 사용하는)역류 기술(reflow technique)이 이용될 수 있다. 역류 중에 텅스텐(재료 506)은 납에 대하여 습윤성이 없으므로, 납(재료 508)은 용융되어 둥글게 될 것이다. 이것은 접촉 팁 구조물을 희생기층(502)으로부터 릴리스되게 한다. 선택적으로 비습윤성 재료(예를 들면 텅스텐)의 제2층(도시되지 않음)이 층(508) 상에 도포될 수 있으며, 제거되지 않을 경우에(예를 들면 에칭에 의하여) 최종의 접촉 팁 구조물의 일부가 될 것이다. 더 나아가 가열될 경우 둥글게 되는 재료(예를 들면 납, 인듐)로 된 다른 층이 비습윤성 재료(예로 텅스텐)로 된 제2층 상에 도포될 수 있다. 최종의 접촉 팁 구조물의 표면상에 있는 모든 잔존 납은 용이하게 제거되거나 적절한 장소에 둘 수 있을 것이다. 선택적으로 "차폐(barrier)" 재료로 된 층이 제조된 접촉 팁 구조물의 제1층과 둥글게 될 재료로 된 제2층 사이에 도포될 수 있다. 상기 “차폐”재료로는 텅스텐, 질화규소(silicon nitride), 몰리브덴(molybdenum) 등이 될 수 있다.
일단 층(506)과 층(508)이 도포되면, 포토리지스트와 같은 마스킹 재료(510)(도5c에 도시된)가 팁 구조물의 제조를 위한 복수개의 개구를 정의하기 위하여 도포된다. 마스킹 층(510)내부의 상기 개구는 트랜치(504) 주위의 일정 영역을 정의한다. 첫째로, 전형적으로 최소 약 0.5 mil의 두께를 갖는 접촉 금속(512)이 피착된다. 상기 접촉 금속(512)은 스퍼터링, CVD, PCD에 의하여 피착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접촉 금속(512)은 팔라듐-코발트(palladium-cobolt)로 구성된다. 팔라듐(palladium), 로듐(rhodium), 텅스텐-규화물(tungsten-silicide), 텅스텐, 또는 다이아몬드를 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다른 재료들이 또한 접촉 금속(512)으로 사용될 수 있다. 다음으로, 스프링 합금 재료(니켈 또는 니켈 합금과 같은)로 구성된 층(514)이 팁 구조물의 용적에 주름을 내기 위하여 선택적으로 피착될 수 있다. 층(514)은 전형적으로 약 0 - 2 mil의 두께를 갖는다. 상기 스프링 합금이 접합, 납땜 또는 경납땜이 용이하지 않은 경우에는 층(514) 위로 경납땜성 또는 납땜성이 좋은 층(516)이 피착된다. 상기 스프링 합금 층(514)은 도금, 스퍼터링 또는 CVD와 같은 임의의 적절한 방법에 의하여 피착될 수 있다. 마지막으로 금-경납땜(Au-Braze) 결합 층(516)이 피착된다. 상기 금-경납땜 층은 금주석(AuSn) 경납땜 접합에 특유한 것이다.
다음으로 도5d 및 도5e에 도시된 바와 같이, 마스킹 재료(510)는 마스킹 재료(510)의 밑에 놓여있는 층들(506, 508)의 부분과 함께 벗겨져서(제거되어), 희생기층 상에 제조된 복수개의 팁 구조물을 생성한다. 도5d는 팁 구조물(520)의 발판의 전체 길이를 따라서 연장되는 블레이드(522)를 갖는 본 발명의 팁 구조물(520)의 제1의 실시예를 도시한다. 도5e는 팁 구조물(520a)의 발판의 일부를 따라서 연장되는 블레이드(522a)를 갖는 본 발명의 팁 구조물의 제2 실시예를 나타낸다. 팁 구조물(520a)은 또한 블레이드(522a)가 팁 구조물(520a)의 발판을 통하여 연장되지 않는 후부(521)를 가지고 있다. 상기 두 개의 팁 구조물(520, 520a)의 선택적인 실시예는 시험 중인 전자부품의 단자와의 전기적인 접촉을 제공하는데 있어서 동일한 기능을 하나, 상기 팁 구조물들(520, 520a)을 상호접속 요소에 연결하기 위해서 다른 표면을 제공한다.
도5f 및 도5g는 도5e에 도시된 팁 구조물(520a)을 전자 부품(534)의 상응하는 단자(한개만 도시됨)(532)로부터 연장되는 상승된 상호접속 요소에 장착하는 것을 도시한다. 도5f는 장착된 팁 구조물(520a)의 측면도를 도시하고, 도5g는 장착된 외팔보 팁 구조물(520)의 전면도를 도시한다. 상호접속요소는 팁 구조물(520a)의 후부(521)를 따라서 팁 구조물(522a)의 발판에 연결되어 있는데, 그 부위는 블레이드(522a)가 연장되지 않으며 팁 구조물의 발판 표면이 평평하다. 미리 제조된 팁 구조물(520a)은 경납땜이나 납땜과 같은 임의의 적절한 방법으로 상호접속 요소(530)의 팁(도시된 바와 같이 상부)에 장착된다.
도5h는 도5d에 도시된 팁 구조물(520)을 전자부품(534)의 상응하는 단자(단지 1개만 도시됨)(532)로부터 연장되는(예로 프리스탠딩 형태의) 상승된 상호접속 요소(530)에 장착하는 것을 도시한다. 이 실시예에 있어서, 팁 구조물(520)을 상호접속 요소(530)에 장착하기 위하여 사용되는 땜납 또는 경납땜 재료는 디봇(divot, 523)내에 위치한다. 최종 결과는 상호접속요소가 평평한 후부가 아닌 디봇(523)에 부착된(도5f의 521 참조), 도5f 및 도5g에 도시된 것과 유사하게 장착된 팁 구조물이다. 블레이드(522)를 제조시에 형성된 디봇을 사용하는 것은 땜납과 경납땜 재료를 위치시키는 것을 돕고, 팁 구조물(520)의 발판과 상호접속 요소(530) 사이에 기계적인 접속을 형성하는 보다 신뢰할 수 있는 방법을 제공한다.
상승된 상호접속 요소(530)는 복합 상호접속 요소, 특히 탐침 멤브레인의 접촉 범퍼(이 경우에 전자부품(534)은 탐침 멤브레인이 될 것이다.) 및 전통적인 탐침카드의 텅스텐 니들을 포함하나, 이에 제한되지 않는 임의의 프리스탠딩 상호접속 요소일 수 있다. 상호접속 요소는 석판인쇄술이나 미국 특허 제5,476,211호에 있어서와 같이 결합과 도금 조작에 의하여 형성될 수 있다. 상기 상승된 상호접속 요소는 전형적으로 탄성을 띠고 스프링과 유사한 운동을 제공하지만 강성의 지주일 수도 있다. 팁 구조물이 부착되는 탄성 요소의 형상이 탐침 검사 시에 와이핑 특성(즉, 시험중인 접촉 단자의 표면을 가로지르는 팁 구조물의 수평 운동)에 영향을 미치는 것을 주의하라. 기계 제어된 운동과 같은 외부력도 또한 와이핑 특성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 상호접속 요소는 원하는 접촉 거동을 최적화 하기 위하여 설계될 수 있다.
도5i 내지 도5k는 팁 구조물을 이용하는 다른 기술(550)을 도시하는데, 팁 구조물들은 전자부품의 단자에 장착되기 전에 그들 자신의 상승된 접촉부(상호접속요소)가 제공된다. 이 기술은 희생기층(502)의 표면 내에 트랜치(504)를 형성하는 동일한 단계로부터 시작하여, 필드 층(506)을 도포하고, 선택적인 경납땜 층(508)을 도포하고, 최종의 팁 구조물의 위치와 형상을 정의하는 개구들을 가진 마스킹 재료(510)를 도포한다. 앞의 도5a 내지 도5c를 비교하라.
다음 단계로 도5i 내지 도5j에 도시된 바와 같이(도5i는 측면도이고 도5j는 전면도이다.), 프리스탠딩 상호접속 요소(552)는 팁 구조물(530)의 후방단 부위에 장착된다. 그리고 마스킹 층(510)을 사용하여 경성(탄성의) 재료(554)의 층이 팁 구조물 위로 피착된다(그리고, 선택적으로 경납땜이 가능한 층(516)과 같은 다른 층, 앞의 내용 참조). 마스킹 층(510)은 벗겨지고, 팁 구조물(570)은 땜납필렛(586)에 의하여 지시된 것과 같이 프리스탠딩 상호접속 요소(552)의 팁을 단자(582)에 납땜 또는 경납땜 함으로써 전자부품(584)의 단자(582)에 장착될 수 있다. 도5i 내지 도5k에 도시된 대안적인 장착 기술에 있어서, 결합 단계(전형적으로 납땜 또는 경납땜)는 도5a-도5h에서 기술된 첫 번째 장착기술에 의하여 상호접속 요소를 전자부품에 연결할 때 일어나고, 상기 결합 단계는 팁 구조물을 상호접속 요소에 결합한다는 것을 주목하라. 즉, 두 가지 장착기술을 비교할 때, 납땜 또는 경납땜의 결합 단계는 상호접속 요소의 반대측 단부 상에서 수행된다는 것이다.
이러한 실시예에 있어서, 상호접속 요소(520, 570)는 스프링 형상을 가진 복합 상호접속 요소로 도시되어 있으나, 본 발명은 명백하게 그것에 제한되지 않는 다고 이해되어야 한다. 두 가지 사례(500, 550)에 있어서, 결과는 전자부품(534, 584)에는 그것의 단자로부터 연장되는 복수의 프리스탠딩 상호접속 요소(530, 552)를 제공하고, 프리스탠딩 상호접속 요소(520)의 팁(자유 단부)에는 희생기층(502)상에서 팁 구조물을 제조하는 공정 중에 부여된(정의된)표면 조직을 갖는 팁 구조물을 제공한다는 것이다.
앞의 설명으로부터 상호접속요소(530, 552 (즉, 554에 의하여 오버코팅된 552))만 탄성을 가질 필요는 없다는 것이 명백하다. 팁 구조물(504)이 외팔보를 따라서 배치되었기 때문에 탄성은 다른 전자부품과 압력 접속을 할 때에 대응하여 편향하는 외팔보 팁 구조물의 능력에 의하여 제공될 수도 있다. 바람직하게는 프리스탠딩 상호접속 구조물(520)은 외팔보보다 훨씬 강성이(stiff) 강하여, 압력 접속으로부터 발생하는 접촉력을 잘 정의하고 제어할 수 있다.
임의의 외팔보의 배열에 있어서, 외팔보의 일 단부는 고정되고 다른 단부는 이동 가능한 것이 바람직하다. 상기 외팔보는 팁 구조물을 위한 발판로서 역할을 하거나 미리 제조된 팁 구조물의 발판이 분리되어 제조된 외팔보 상에 장착될 수 있다. 이러한 방식에 있어서 벤딩 모멘트는 용이하게 계산될 수 있다. 따라서 세장형 상호접속요소(530, 552)는 가능하면 강성이 클 수록 바람직하다는 것이 명백하다. (상호접속요소(530)가 멤브레인 탐침상의 접촉 범퍼인 경우에 있어서는 탄성은 멤브레인(534) 자체에 의하여 제공된다.) 그러나 세장형 상호접속요소가, 앞에서 논의된 복합 상호접속요소로서 팁 구조물과 압력 접속되는 것에 대응하여 팁 구조물의 전체 편향에 기여하는 것과 같은 그러한 복합 상호접속요소로 실시되는 것이 전적으로 부적절한 것은 아니다.
본 발명을 이용하는 대체 실시예
팁 섹션 블레이드의 단면은 앞에서 언급된 바와 같이 삼각형이다. 그러나 다른 단면들도 사용될 수 있다. 예를 들면, 각뿔대 형상의 단면이 앞에서 설명된 것과 유사한 방식으로 용이하게 제조될 수 있다. 또한 최초에 팁 구조물의 길이를 따라서 예리한 날의 블레이드를 갖도록 제조된 팁 구조물이 사용에 의해서 종종 상단이 평평하게 된다는 사실을 주목하라. 상기 “평평하게 된 상단”은 각뿔대의 단면과 매우 유사한 단면을 생성한다. 각뿔대 단면을 가진 팁 구조물은 여전히 앞에서 개략적으로 설명된 평행하게 배향된 블레이드의 이점을 유지하고 있다.
본 발명의 평행하게 배향된 블레이드의 다른 실시예는 다른 전부 및 후부 날을 가질 수 있다. 예를 들면, 몇몇의 경우에 있어서 블레이드는 도5d에 제조된 블레이드(522)와 같은 직선인 날(즉, 팁 구조물에 수직인 날)을 가질 수 있다. 도6a는 피라미드 형태의 전부 및 후부 날(602)을 구비한 제1의 대체 블레이드(600)를 보여준다. 상기 블레이드(600) 상의 전부 및 후부 날(602)은 팁 구조물(604)의 발판로부터 90° 이상의 각을 가지고 있다. 다이아몬드 형상을 가지고 있는 제2의 대체 블레이드(610)가 도6b에 도시되어 있다. 상기 블레이드(610)는 격자의 주축에 대하여 45°로 KOH 에칭을 하고 포토리지스트 에칭 위도우(photoresist etch widow)를 6면을 갖는 것으로 정의함에 의하여 형성된다. 이것은 상면에 다이아몬드 형상의 블레이드(610)를 갖는 팁 구조물(614)을 생성하게 된다.
본 발명의 평행하게 배향된 블레이드에 의하여 제공되는 많은 이점으로부터 이익을 얻는 다른 대체 실시예가 많이 있다. 예를 들면, 도7a의 팁 구조물(702)의 평면도에 도시된 것과 같이 팁 구조물 상에 한개 이상의 블레이드(700)가 제조될 수 있을 것이다. 이 실시예는 특히 제어된 붕괴 칩 접속(C4) 납땜 볼(controlled collapse chip connection(C4) solder ball) 또는 다른 구형 구조물의 탐침 검사에 유용한 것이다.
본 발명의 실시예의 다른 변형으로 두개 이상의 블레이드가 단일의 발판에 설치된 것이 도7b에 도시되어 있다. 도7b는 팁 구조물(714)의 전면도로서 브리지(712)에 의하여 결합된 두개의 블레이드(710)와 내포된 스탠드오프(716)를 가지고 있는 것을 도시하고 있다. 부가적으로, 팁 구조물상에 형성된 다수의 블레이드를 구비하여, 블레이드 사이에 미리 정해진 피치는 미세한 피치를 가지고 있는구형 탐침 검사에 특히 유용할 것이다.
도7c는 본 발명의 제3의 실시예의 측면도로서, 단일의 발판 상에 두개 이상의 블레이드가 제조된 것을 도시한다. 팁 구조물(724) 상에서 두개의 블레이드(720)는 병렬로 나란히 위치하고 H의 스탠드오프 높이를 가지는 공통의 트랜치(722)를 공유한다. 병렬로 배치된 블레이드(720)는 아주 근접한 접촉 표면에 미세한 피치를 적용하기 위한 상황에서 특히 유용하다. 본 발명을 이용하는 또 다른 실시예는 도8a 및 도8b에 도시된 블레이드(800)와 같은 다중 높이(multi-height) 블레이드이다. 블레이드(800)는 팁 구조물(806)의 전반부 날 쪽에 위치한 주 블레이드(802)와 팁 구조물(806)의 후반부 쪽에 위치한 종 블레이드(804)를 가지고 있다. 상기 블레이드(800)는 마스킹 공정에 의하여 형성될 수 있는데, 작은 종 블레이드(804)를 감싸는 마스크는 작은 구멍을 제공하여 KOH 에칭에 의한 트랜치 식각이 얕게 되고, 큰 전반부 블레이드를 감싸는 마스크는 큰 구멍을 제공하여 KOH 에칭에 의한 트랜치 식각이 깊게 되어 블레이드(806)가 크게 된다.
본 발명은 종래의 코브라 형식의 탐침과 함께 사용될 수 있으며, 그러한 것의 부분도가 도9a에 도시되어 있다. 코브라 형식의 탐침은 수직으로 위치한 미리 구부려진 접촉 와이어(906)를 이용하고 두개의 안내 판(908, 910)에 의하여 유지된다. 상기 관통된 안내 판(908, 910)은 와이어(906)를 유지하고 조작한다. 상기 코브라 형식의 탐침은 접촉 형상이 원형 와이어를 사용함에 의하여 결정된다는 제한과 접촉부 금속재료가 스프링 자체의 금속재료라는 제한을 갖고 있다. 본 발명의 옮겨진 팁 구조물을 사용함에 의하여 제어된 형상, 분리하는 접촉, 그리고 스프링 금속재료를 생성할 수 있다. 그러므로 팁 구조물(900)을 접촉 와이어(906)의 단부에 부착하는 것은 유용하다. 그리고 상기 안내 판(908, 910)은 접촉 와이어(906) 및 본 발명의 평행하게 배향된 블레이드를 구비한 팁 구조물(900) 둘 다를 시험 중인 전자부품의 단자를 가로지르도록 조정할 것이다. 이러한 방식으로, 본 발명의 여러 가지 실시예는 코브라 형식의 탐침(906)과 시험 중인 전자부품의 단자 간에 신뢰할 만한 전기적 접속을 제공하기 위하여 코브라 형식의 탐침과 관련하여 사용될 수 있다.
선택적으로 도9b는 접촉 와이어(906)의 단부에 평행하게 배향된 블레이드(912)를 가지는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도2d에 관하여 앞에서 설명된 것과 동일한 방식으로 블레이드(912)는 예를 들면 도금 또는 기계가공 공정에 의하여 접촉 와이어(906)의 단부에 형성될 수 있다. 그러므로 상기 접촉 와이어(906)는 옮겨진 팁 구조물을 사용하지 않고서도 블레이드 팁 또는 “끌로 깎인 두부(chiseled head)”를 갖는다. 또한 도6a, 6b, 7a, 7b, 7c, 8b에 대하여 위에서 논의된 그리고 아래에서 논의될 각각의 대체 실시예는 옮겨진 팁 구조물을 사용하지 않는 상호접속요소의 단부에 형성된 블레이드(블레이드(912)와 같은)와 사용하기 위하여 변경될 수 있다는 점을 주목하라.
비록 본 발명의 바람직한 실시예는 팁 구조물이 시험 중인 전자부품의 단자 표면을 가로질러 편향될 때, 예리하게 되고 블레이드의 길이부가 팁 구조물의 수평 운동에 실질적으로 평행하게 배향된 팁 구조물의 블레이드를 가지고 있으나, 대체 실시예는 블레이드를 블레이드의 길이부가 평행한 것에서 약간 벗어난 각을 가지도록 배향시킨다. 예를 들면, 일 실시예는 팁 구조물이 시험 중인 전자부품의 단자의 표면을 가로질러 편향될 때, 블레이드의 길이부가 팁 구조물의 수평 운동에 평행한 축의 약 45° 내에 있도록 하는 각으로 배향된 것을 포함한다. 이상적으로는 상기 블레이드(들)는 평행하게 배향된 축과 약 ±15°내에 있는 것이다. 그러므로 이 실시예는 블레이드(800)를 따라서 축적되는 빌드업의 양을 최소화 하면서 시험 중인 단자의 표면을 가로질러 수정된 스크랩핑 운동을 제공한다.
탐침 검사를 위한 장비들은 종종 정렬 특징을 포함한다. 그러한 정렬 장비는 팁 구조물들의 반사를 검출하기 위하여 광선을 사용하는 광센서를 포함한다. 앞에서 설명된 실시예들의 각각은 보다 나은 반사 특성을 갖는 블레이드 설계를 포함하도록 더 개선될 수 있다. 반사 특성이 보다 좋은 블레이드 그리고/또는 팁 구조물들은 분류와 정렬의 목적을 위하여 자동 인식하는 방법을 제공할 수 있다(예를 들면 웨이퍼 프로버에서 자동적으로 수행되는 정렬 조작). 블레이드의 반사 능력은 블레이드의 팁에 있는 평평한 상부 표면에 좌우된다(즉, 각뿔대 단면을 가진 블레이드). 반사 량은 최초의 트랜치(즉, 블래이드를 형성하기 위하여 사용되는 트랜치)가 에칭되는 시간을 트랜치의 팁이 예리하게 되지 않도록 제어함으로써 제어된다. 블래이드 당 반사량을 제어하는 다른 방법은 알루미늄 및 구리 층을 피착시키기 전에 트랜치의 발판에 역류 유리를 삽입하는 것을 포함한다. 트랜치의 팁에 있는 유리는 블래이드의 날(또는 팁)을 부드럽게 하여 각뿔대와 유사한 단면을 갖는 블레이드를 생기게 한다. 선택적으로 블래이드 팁을 앞에서 예리하게 된 날에 대하여 설명된 방식으로 예리하게 된 날을 갖도록 만들고 블래이드를 샌딩(또는 연삭)하여 평평한 상부 날을 갖도록 하여 반사하게 할 수 있다. 반사성이 있는 블레이드를 만드는 이러한 대체적인 방법은 둘 다 모두 제조 공정에 포함시키는 것이 용이하다.
이상에서 전자부품의 단자들 간에 압력 접속을 수행하기 위한 개선된 상호접속 요소들과 팁 구조물들을 제공하는 방법과 장치를 설명하였다. 팁 구조물이 시험 중인 전자부품의 단자를 가로질러 편향될 때, 예리하게 되고 블레이드의 길이 부가 팁 구조물의 평행 운동 방향에 실질적으로 평행하도록 팁 구조물의 상부 표면에 배향된 블레이드는 종래기술에 비하여 수많은 이점을 제공한다. 상기 실질적으로 평행하게 배향된 블레이드는 본 발명의 팁 구조물이 단자 표면에 있는 임의의 비전도성 층을 깨끗이 관통하여 베어내도록 하고, 단자 표면에 손상을 가하지 않으며 블레이드 표면을 따라서 입자가 쌓이지 않도록 하면서 신뢰할 만한 전기적인 접촉을 수행한다. 더 나아가 본 발명에 의한 블레이드의 평행한 방향은 좁은 접촉 면적을 가지고 있는 단자의 경우에 있어서도 팁 구조물이 팁 구조물을 가로질러 편향될 때 전기적 접촉을 잃지 않도록 팁 구조물과 단자 간의 접촉을 최대화한다.

Claims (45)

  1. 상호접속 요소의 일 단부에 적어도 하나의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 일정한 길이부을 가지며, 상기 일정한 길이부는 전기 단자(electrical terminal)에 대한 상기 블레이드의 수평 운동과 실질적으로 평행하게 이동하도록 상기 상호접속요소 상에 배향된 것을 특징으로 하는 전기 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 블레이드의 수평 운동은 상기 블레이드가 전기 단자와 전기적 접촉을 할 때 발생하는 것을 특징으로 하는 전기장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 블레이드는 각뿔대 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 상기 길이부를 따라서 예리하게 된 날을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 상기 길이부의 제1의 단부에 전부 날과 상기 블레이드의 상기 길이부의 제2의 단부에 후부 날을 구비한 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 직선인 것을 특징으로 하는 전기 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 피라미드 형태인 것을 특징으로 하는 전기 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 상기 블레이드가 육각형 형상을 갖도록 두개의 변을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 장치.
  9. 상부면과 하부면을 가지는 발판과, 상기 발판의 상기 상부면에 적어도 하나의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 일정한 길이부를 가지고 상기 길이부가 상기 발판의 수평 운동에 실질적으로 평행하게 움직이도록 배향된 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 발판의 상기 수평 운동은 상기 팁 구조물이 전기 단자와 전기적 접촉을 할 때 발생하는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  11. 제9항에 있어서, 상기 발판의 상기 하부면에 결합된 탄성 접촉 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  12. 제9항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 상기 길이부를 따라서 예리하게 된 날을 갖는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 전부에 주 날을 가지고 상기 블레이드의 후부에 종 날을 가지는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  14. 제12항에 있어서, 상기 발판의 상기 상부면에 제1 및 제2의 블레이드를 가지는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 블레이드는 브리지로 연결된 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 블레이드는 병렬로 배치된 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  17. 제12항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 상기 길이부의 제1의 단부에 전부 날을 상기 블레이드의 상기 길이의 제2의 단부에 후부 날을 구비한 삼각형 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 직선인 것을 특징으로 한는 팁 구조물.
  19. 제17항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 피라미드 형상인 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  20. 제17항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 상기 블레이드가 육각형 형상을 갖도록 두개의 면을 갖는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  21. 상부면과 하부면을 갖는 발판과, 상기 발판의 상기 상부면에 적어도 하나의 블레이드를 포함하고,
    상기 블레이드는 일정한 길이부를 가지고 상기 길이부가 상기 발판의 수평 운동에 평행한 축에 대하여 약 ±15°내에 있도록 배향된 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  22. 제21항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 상기 길이부를 따라서 예리하게 된 날을 갖는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  23. 제22항에 있어서, 상기 발판의 상기 상부면에 제1 및 제2의 블레이드를 갖는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2 블레이드는 브리지로 연결된 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  25. 제23항에 있어서, 상기 제1 및 제2 블레이드는 병렬로 배치된 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  26. 제22항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 상기 길이부의 제1 단부에 전부 날을 상기 블레이드의 상기 길이의 제2 단부에 후부 날을 구비하고 삼각형 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  27. 제26항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 직선인 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  28. 제26항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 피라미드 형상인 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  29. 제26항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 상기 블레이드가 육각형 형상을 갖도록 두개의 면을 갖는 것을 특징으로 하는 팁 구조물.
  30. 서로 관계를 가지고 배치된 복수개의 상호접속 요소와, 상기 상호접속요소들각각에 부착된 복수개의 팁 구조물을 포함하고,
    상기 팁 구조물들 각각은 상기 상호접속 요소들의 각각의 접촉부 상에 있는 적어도 하나의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는 일정한 길이부를 가지며 상기 상호접속 요소들 각각이 전기적 접촉을 할 때 상기 길이부가 상기 상호접속 요소들 각각의 수평 운동에 실질적으로 평행하게 움직이도록 상기 각각의 상호접속 요소들 상에 배향된 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물.
  31. 제30항에 있어서, 상기 발판의 평행 운동은 팁 구조물이 전기적 표면과 전기적 접촉을 할 때 발생하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물.
  32. 제31항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 상기 길이부를 따라서 예리하게 된 날을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물.
  33. 제32항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 블레이드의 상기 길이부의 제1의 단부에 전부 날을 상기 블레이드의 상기 길이부의 제2의 단부에 후부 날을 구비하고 삼각형 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물.
  34. 제33항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 직선인 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물.
  35. 제33항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 피라미드 형상인 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물.
  36. 제33항에 있어서, 상기 전부 및 후부 날은 상기 블레이드가 육각형 형상을 갖도록 두개의 면을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물.
  37. 희생기층 내에 트랜치를 형성하는 단계와,
    일정한 길이부와 상부면 및 하부면을 가지는 블레이드를 형성하기 위하여 상기 트랜치 내에 적어도 하나의 전도성 재료로 된 적어도 하나의 층을 피착시키는 단계와,
    상호접속 요소를 상기 블레이드의 상기 길이부가 상기 블레이드의 수평 방향 운동에 실질적으로 평행하게 움직이도록 배향된 상기 블레이드의 상기 하부면에 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물의 제조방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 희생기층으로부터 상기 블레이드를 릴리스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물의 제조방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 희생기층으로부터 상기 블레이드를 릴리스시키는 단계는 열 및 화학적 에칭으로 구성된 그룹에서 선택된 공정에 의하여 상기 희생기층으로부터 상기 블레이드를 릴리스시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는전기 접촉 구조물의 제조방법.
  40. 제37항에 있어서, 상기 트랜치를 형성하는 단계는 선택적 수산화칼륨 에칭으로 기층 내에 트랜치를 에칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물의 제조방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 트랜치를 에칭하는 단계는 111 및 001 결정 방향 사이에서 수산화칼륨 식각으로 기층 내에 트랜치를 에칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물의 제조방법.
  42. 제37항에 있어서, 상기 트랜치를 형성하는 단계는 기층 내에 삼각형 단면을 갖는 트랜치를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물의 제조방법.
  43. 제37항에 있어서, 상기 트랜치를 형성하는 단계는 기층 내에 각뿔대 단면을 갖는 트랜치를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물의 제조방법.
  44. 제37항에 있어서, 상기 상호접속 요소를 상기 블래이드의 상기 하부면에 결합시키는 단계는 상기 상호접속 요소를 상기 블레이드의 상기 하부면에 납땜하는단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물의 제조방법.
  45. 제37항에 있어서, 상기 상호접속 요소를 상기 블래이드의 상기 하부면에 결합시키는 단계는 상기 상호접속 요소를 상기 블레이드의 상기 하부면에 경납땜하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 접촉 구조물의 제조방법.
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