KR100394205B1 - 시험된 반도체 장치 및 시험된 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents

시험된 반도체 장치 및 시험된 반도체 장치의 제조방법 Download PDF

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KR100394205B1
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semiconductor device
probe card
interconnect
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KR10-2002-7006744A
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이고르 와이. 칸드로스
개탄 엘. 매튜
벤자민 엔. 엘드리지
게리 더블유. 그루베
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폼팩터, 인크.
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Publication date
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    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
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    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
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    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
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    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
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    • H01L2224/485—Material
    • H01L2224/48505—Material at the bonding interface
    • H01L2224/48599—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au)
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    • H01L2224/48505—Material at the bonding interface
    • H01L2224/48699—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Aluminium (Al)
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    • H01L2224/48505—Material at the bonding interface
    • H01L2224/48799—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Copper (Cu)
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/49105—Connecting at different heights
    • H01L2224/49109—Connecting at different heights outside the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
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    • H01L2924/1515—Shape
    • H01L2924/15153—Shape the die mounting substrate comprising a recess for hosting the device
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    • H01L2924/1517—Multilayer substrate
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    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/153—Connection portion
    • H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15312—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a pin array, e.g. PGA
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    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/153—Connection portion
    • H01L2924/1532—Connection portion the connection portion being formed on the die mounting surface of the substrate
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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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    • H01L2924/1615—Shape
    • H01L2924/16195—Flat cap [not enclosing an internal cavity]
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    • H01L2924/1901—Structure
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    • H01L2924/19041—Component type being a capacitor
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    • H01L2924/19043—Component type being a resistor
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    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30105—Capacitance
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    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30107—Inductance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3011—Impedance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3025—Electromagnetic shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/52—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures connecting to other rigid printed circuits or like structures
    • 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
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03—Conductive materials
    • H05K2201/0332—Structure of the conductor
    • H05K2201/0388—Other aspects of conductors
    • H05K2201/0397—Tab
    • 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
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/06—Thermal details
    • H05K2201/068—Thermal details wherein the coefficient of thermal expansion is important
    • 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
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/1031—Surface mounted metallic connector elements
    • 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
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/1031—Surface mounted metallic connector elements
    • H05K2201/10318—Surface mounted metallic pins
    • 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
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10378—Interposers
    • 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
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10613—Details of electrical connections of non-printed components, e.g. special leads
    • H05K2201/10621—Components characterised by their electrical contacts
    • H05K2201/10719—Land grid array [LGA]
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10613—Details of electrical connections of non-printed components, e.g. special leads
    • H05K2201/10621—Components characterised by their electrical contacts
    • H05K2201/10734—Ball grid array [BGA]; Bump grid array
    • 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
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10613—Details of electrical connections of non-printed components, e.g. special leads
    • H05K2201/10742—Details of leads
    • H05K2201/1075—Shape details
    • H05K2201/10757—Bent leads
    • 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
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10613—Details of electrical connections of non-printed components, e.g. special leads
    • H05K2201/10742—Details of leads
    • H05K2201/1075—Shape details
    • H05K2201/10878—Means for retention of a lead in a hole
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

본 발명은 탐침 카드(502)와, 그 표면의 단자(522)에 직접 장착되고 그로부터 연장되는 탄성 접촉 구조물(탐침 요소)(524)을 갖는 스페이스 트랜스포머(506)와, 스페이스 트랜스포머(506) 및 탐침 카드(502) 사이에 배치된 인터포저(504)를 갖는 탐침 카드 조립체(500)를 사용하여 시험되는 반도체 장치에 관한 것이다. 스페이스 트랜스포머(506)와 인터포저는 적층되어 스페이스 트랜스포머(506)의 방향, 그러므로 탐침 요소(524)의 선단의 방향이 탐침 카드의 방향을 바꾸지 않고 조정될 수 있게 한다. 스페이스 트랜스포머(506)의 방향을 조정하고 어떤 조정을 수행할 지를 결정하는 적절한 기구(532, 536, 538, 546)가 개시된다. 반도체 웨이퍼(508)의 다중 다이 사이트가 개시된 기법을 사용하여 용이하게 탐지되고, 탐침 요소(524)들은 전체 웨이퍼(508)의 탐지를 최적화하기 위해 배열될 수 있다. 탄성 접촉 구조물로서 경질 쉘(218, 220)에 의해 커버코트된 연질 코어(206)를 갖는 복합 상호 접속 요소(200)가 설명된다.

Description

시험된 반도체 장치 및 시험된 반도체 장치의 제조방법{A TESTED SEMICONDUCTOR DEVICE AND A METHOD OF PRODUCING A TESTED SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 전자 소자들 사이에서 일시적으로 가압 연결하는 것에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 패키징 이전에, 양호하게는 각각의 반도체 장치가 반도체 웨이퍼로부터 개별화(singulating)되기 이전에, 반도체 장치에서 시험 및 번인(burn-in) 절차를 수행하는 기술에 관한 것이다.
본 특허 출원은 1995년 5월 26일자 출원된 공동 소유의 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제08/452,255호(상태: 출원 계속 중)(이하, "모출원"이라 한다)의 일부 연속이며, 상기 모출원은 1994년 11월 15일자 출원된 공동 소유의 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제08/340,144호(상태: 출원 계속 중)와 이에 대응하는 1994년 11월16일자 출원된 PCT 특허 출원 제PCT/US94/13373호(WO 95/14314로서 1995년 5월 26일자로 공개됨)의 일부 연속이며, 상기 두 개의 출원 모두는 1993년 11월 16일자 출원된 공동 소유의 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제08/152,812호(상태: 출원 계속 중/특허 사정)의 일부 연속이다.
또한, 본 특허 출원은 1995년 9월 21일자 출원된 공동 소유의 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제08/526,246호(상태: 출원 계속 중)와, 1995년 10월 18일자 출원된 공동 소유의 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제08/533,584호(상태: 출원 계속 중)의 일부 연속이다.
각각의 반도체 (집적 회로) 장치[다이(die)]는 통상적으로는 사진 석판술, 증착 등의 공지 기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 상에서 몇 개의 동일한 장치를 생성함으로써 생산된다. 일반적으로, 이러한 공정은 반도체 웨이퍼로부터 각각의 다이를 개별화(절단)하기 전에, 완전히 기능하는 복수개의 집적 회로 장치를 생성하려고 한다. 그러나, 실제로, 웨이퍼 자체에서의 물리적 결함과, 웨이퍼의 처리에 있어서의 어떠한 결함은 불가피하게 다이들 중 일부가 "양호"(완전히 기능함)하게 되고 다이들 중 일부가 "불량"(기능을 발휘하지 못함)하게 되도록 한다. 패키징 이전에 복수개의 다이 중 어느 것이 양호한 다이인가를 확인할 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위해, 유리하게는 웨이퍼 "시험기" 또는 "탐침"이 채용되어, 다이 상에 있는 동일한 복수개의 분리된 연결 패드(결합 패드)에 대해 복수개의 분리된 가압 연결부를 형성하도록 한다. 이러한 방식으로, 반도체 다이는 웨이퍼로부터 다이를 개별화하기 전에 시험될 수 있다. 웨이퍼 시험기의 종래의 구성 요소는 복수개의 탐침 요소-탐침 요소들의 팁(tip)은 반도체 다이의 각각의 결합 패드에 대해 가압 연결을 수행한다-들이 연결되는 "탐침 카드"이다.
반도체 다이를 탐침 검사(probing)하는 어떠한 기술에서도 몇몇의 고유한 어려운 점이 있다. 예컨대, 현대의 집적 회로는 서로에 대해 밀착하여(예컨대, 5 mil의 중심간 거리) 배치된 수 백개의 결합 패드를 요구하는 수 천개의 트랜지스터 소자들을 포함한다. 더구나, 결합 패드의 배치는 다이의 외주 모서리에 밀접하게 배치된 단일열의 결합 패드로 제한될 필요는 없다(예컨대, 미국 특허 제5,453,583호 참조).
탐침 요소와 반도체 다이 사이에서 신뢰성 있는 가압 연결을 수행하기 위하여, 이하의 것으로 제한되는 것은 아니지만, 정렬, 탐침 힘, 오버드라이브, 접촉력, 균형 잡힌 접촉력, 문지르기(scrub), 접촉 저항 및 평탄화를 포함하는 몇 개의 매개 변수를 고려하여야만 한다. 이러한 매개 변수에 관한 일반적인 논의는 본 명세서에서 참조되고 발명의 명칭이 "고밀도 탐침 카드"인 미국 특허 제4,837,622호에서 볼 수 있는데, 상기 특허는 탐침 요소의 예비 성형된 에폭시 링 어레이를 수용하도록 된 중앙 개구를 갖는 일체식 인쇄 회로 기층을 포함하는 고밀도 에폭시 링 탐침 카드를 기재하고 있다.
일반적으로, 종래 기술의 탐침 카드 조립체는 탐침 카드의 표면으로부터 캔틸레버 비임으로서 연장된 복수개의 텅스텐 니들을 포함한다. 텅스텐 니들은 이상에서 논의된 에폭시 링의 매개에 의한 것처럼 탐침 카드에 임의의 적당한 방식으로 장착될 수 있다. 일반적으로, 어떠한 경우는 니들은 니들을 탐침 카드의 단자에연결하는 개별적이고 분리된 와이어의 매개를 통해 탐침 카드의 단자에 와이어 연결된다.
탐침 카드는 통상적으로는 원형 링으로서 형성되고, 수 백개의 탐침 요소(니들)가 (탐침 카드의 단자에 와이어 연결되고) 링의 내측 외주로부터 연장된다. 회로 모듈과, 양호하게는 길이가 동일한 전도성 트레이스(라인)는 각각의 탐침 요소와 관련된다. 이러한 링 형상의 배치는, 특히 각각의 반도체 다이의 결합 패드가 반도체 다이의 2개의 대향 모서리들을 따른 2개의 직선 어레이와 다르게 배열된 때에는, 웨이퍼 상의 복수개의 개별화되지 않은 반도체 다이[다중 구역(site)]를 탐침 검사하는 것을 곤란하게 하거나, 일부 경우에서는 불가능하게 한다.
웨이퍼 시험기는 다르게는, 본 명세서에서 참조되고 발명의 명칭이 "매우 많은 핀 개수를 갖는 시험 조건에서의 반도체 장치용 대형 돌출 막"인 미국 특허 제5,442,574호에 기재된 바와 같이 중앙 접촉 충돌 구역을 갖는 탐침 막을 채용할 수도 있다. 상기 특허에 기재된 바와 같이, "통상적으로 시험 시스템은 일련의 시험 프로그램을 실행하고 제어하는 시험 제어기와, 시험 준비시 웨이퍼를 기계적으로 취급하고 위치시키는 웨이퍼 분배 시스템과, 시험 중인 장치(DUT)와의 정확한 기계적 접촉을 유지하는 탐침 카드를 포함한다"(칼럼 1의 제41행 내지 제46행).
반도체 장치를 시험하는 것에 있어서의 기술 현황을 나타내는 본 명세서에서 참조된 다른 참고 문헌에는, 미국 특허 제5,442,282호(웨이퍼 상의 각각의 개별화되지 않은 다이의 시험 및 연습), 제5,382,898호(전기 회로용 고밀도 탐침 카드), 제5,378,982호(패널 접촉자에 인접한 중첩 보호막을 갖는 패널용 시험 탐침),제5,339,027호(IC 시험 탐침으로서 상승된 특징부를 갖는 강성-가요성 회로), 제5,180,977호(막 탐침 접촉 충돌 추종 시스템), 제5,066,907호(장치 및 회로 시험용 탐침 시스템), 제4,757,256호(고밀도 탐침 카드), 제4,161,692호(집적 회로 웨이퍼용 탐침 장치) 및 제3,990,689호(진공 척을 위치시키는 조정 가능 홀더 조립체)가 포함된다.
대개, 전자 부품들 사이의 상호 접속은 비교적 영구적인 것과 용이하게 분리할 수 있는 것 등 두 가지로 분류된다.
비교적 영구적인 것의 일례로는 납땜 결합이 있다. 두개의 부품이 일단 납땜되면 이들 부품을 분리하기 위해서는 납땜을 제거하는 공정을 사용해야 한다. 와이어 결합도 비교적 영구적인 접속의 일례이다.
용이하게 분리할 수 있는 것의 일례로는 하나의 전자 부품의 탄성 소켓 요소에 의해 수용되는 다른 하나의 전자 부품의 강성 핀이 있다. 소켓 요소는 전자 부품들 사이에 신뢰성 있는 전기 접속을 보장하기에 충분한 크기의 접촉력(압력)을 핀들 상에 작용시킨다.
본 명세서에서는 전자 부품과의 가압 접속을 이루기 위한 상호 접속 요소를 "스프링" 또는 "스프링 요소"라 한다. 일반적으로, 전자 부품(예를 들어, 전자 부품들 상의 단자)에의 신뢰성 있는 가압 접속을 수행하는 데에는 일정한 최소 접촉력이 필요하다. 예를 들어, (접촉 당 2 gram 이하이고 최대 150 gram 이상인) 약 15 gram의 접촉력(하중)은 표면 상에 필름에 의해 오염되거나 표면 상에 부식 또는 산화물을 갖는 전자 부품의 단자에 신뢰성 있는 전기 접속부를 만드는 것을 보장하는 데 필요하다. 각 스프링에 요구되는 최소 접촉력은 스프링 재료의 항복 강도 또는 스프링 요소의 크기가 증가될 것을 요한다. 일반적으로, 재료의 항복 강도가 높아질수록 그 작업(천공 및 절곡 등)이 어려워지게 된다. 또한, 스프링을 소형으로 만들기 위해서는 이들의 단면을 크게 해야 한다.
탐침 요소는 본 발명과 특별히 관련된 일종의 스프링 요소이다. 종래 기술의 탐침 요소는 통상적으로는 비교적 강성(항복 강도가 높음) 재료인 텅스텐으로 제조된다. 이러한 비교적 강성인 재료를 전자 소자의 단자에 장착하는 것이 요구될 때, 납땜 등의 비교적 "불리한"(예컨대, 고온) 공정이 요구된다. 이러한 "불리한" 공정은 반도체 소자와 같이 어떤 상대적으로 "파손되기 쉬운" 전자 부품의 분야에서 일반적으로 바람직하지 않다(그리고 종종 가능하지 않다). 이와는 반대로, 와이어 결합은 경납땜보다는 전자 부품을 파손하려는 잠재적 손상을 훨씬 적게 보유하는 상대적으로 "우호적인" 공정의 실례이다. 연납땜은 상대적으로 "우호적인" 공정의 다른 실례이다. 그러나, 땜납 및 금은 스프링 부재로서 잘 작용하지 않는 상대적으로 연성(저 항복 강도) 재료이다.
스프링 접촉부를 포함하는 상호 접속 요소와 관련된 문제점은 전자 부품의 단자가 종종 완전하게 동일 평면에 위치하지 않는다는 것이다. 이러한 "공차"(전체 비평면성)를 수용하기 위하여 그곳사이에 병합된 어떤 기구를 갖지 않는 상호 접속 요소는 전자 부품들의 단자들과 계속적 가압 접촉을 이루기 위해 가압되어야 한다.
본 명세서에서 참조 문헌으로서 병합된 하기 미국 특허들은 전자 부품에 대하여 일반적으로 유익한 마주하는 연결 특히 가압 연결의 것으로 언급된다: 미국 특허 제5,386,344호 (플렉스 회로 카드 탄성중합체 케이블 커넥터 조립체), 제5,336,380호 (전자 커넥터용 스프링 편의된 테이퍼형 접촉 부재 및 집적 회로 패키지), 제5,317,479호 (평탄한 유연 리드), 제5,086,337호 (전자 부품의 연결 구조물 및 상기 구조물을 사용하는 전자 장치), 제5,067,007호 (인쇄 회로 기층의 표면에 장착시키기 위한 리드를 갖는 반도체 장치), 제4,989,069호 (지지체로부터 분리된 리드를 갖는 반도체 패키지), 제4,893,172호 (전자 부품용 연결 구조물 및 이를 제조하기 위한 방법), 제4,793,814호 (전자 회로판 상호 연결체), 제4,777,564호 (표면 장착 부품으로 사용하기 위한 리드폼), 제4,764,848호 (표면 장착 어레이 응력 완화 장치), 제4,667,219호 (반도체 칩 내부면), 제4,642,889호 (유연 상호 연결체 및 그의 제조 방법), 제4,330,165호 (가압 접촉형 상호 연결체), 제4,295,700호(상호 연결체), 제4,067,104호 (마이크로 전자 부품 체결용 가용성 금속성 상호 연결체의 어레이를 제조하기 위한 방법), 제3,795,037호 (전자 연결체 장치), 제3,616,532호 (다층 인쇄 회로 전자 상호 연결체 장치), 및 제3,509,270호 (인쇄 회로용 상호 연결체 및 그의 제조 방법).
본 발명의 목적은 특히 반도체 장치가 반도체 웨이퍼 상에 잔류하는 동안 반도체 장치를 탐침 검사하기 위한 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탐침 카드의 위치를 변경시키지 않고 탐침 요소의 팁이 배향될 수 있게 하는 반도체 장치용 탐침 검사 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전자 부품의 단자에 직접 장착될 수 있는 개선된 스프링 부재(탄성 접촉 구조물)를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전자 부품에 가압 접촉부를 형성하기에 적절한 상호 접속 요소를 제공하는 것이다.
도1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 상호 접속 요소의 일단을 포함하는 종방향 부분의 단면도.
도1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상호 접속 요소의 일단을 포함하는 종방향 부분의 단면도.
도1c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상호 접속 요소의 일단을 포함하는 종방향 부분의 단면도.
도1d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상호 접속 요소의 일단을 포함하는 종방향 부분의 단면도.
도1e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상호 접속 요소의 일단을 포함하는 종방향 부분의 단면도.
도2a는 본 발명에 따라 전자 부품의 단자에 장착되고 다층 쉘을 갖는 상호 접속 요소의 단면도.
도2b는 본 발명에 따라 중간층이 유전 재료로 되어 있는 다층 쉘을 갖는 상호 접속 요소의 단면도.
도2c는 본 발명에 따라 전자 부품(탐침 카드 삽입체)에 장착된 복수개의 상호 접속 요소의 사시도.
도2d는 본 발명에 따라 상호 접속 요소를 제조하는 방법의 예시적인 제1단계를 도시한 단면도.
도2e는 본 발명에 따라 상호 접속 요소를 제조하기 위한 도2d의 방법의 예시적인 다음 단계를 도시한 단면도.
도2f는 본 발명에 따라 상호 접속 요소를 제조하기 위한 도2e의 방법의 예시적인 다음 단계를 도시한 단면도.
도2g는 본 발명에 따라 도2d 내지 도2f의 방법에 따라 제조된 복수개의 개개의 상호 접속 요소를 도시한 단면도.
도2h는 본 발명에 따라 도2d 내지 도2f의 방법에 따라 제조되고 서로 소정의 이격 관계로 합체된 복수개의 개개의 상호 접속 요소를 도시한 단면도.
도2i는 본 발명에 따라 상호 접속 요소를 제조하기 위한 변경 실시예를 도시한 것으로서 한 요소의 일단을 도시한 단면도.
도3a는 본 발명에 따른 인터포저의 일례를 도시한 단면도.
도3b는 본 발명에 따른 인터포저의 또 다른 예를 도시한 단면도.
도3c는 본 발명에 따른 인터포저의 또 다른 예를 도시한 단면도.
도4는 본 발명에 의한 포괄적 스페이스 트랜스포머의 한 실시예를 도시한 단면도.
도5는 본 발명에 의한 탐침 카드 조립체의 부분 단면 분해도.
도5a는 본 발명에 의한 도5의 탐침 카드 조립체에 사용하기에 적합한 스페이스 트랜스포머 부품의 사시도.
도5b는 본 발명에 의한 도5의 탐침 카드 조립체에 사용하기에 적합한 다른 스페이스 트랜스포머 부품의 사시도.
도5c는 본 발명에 의한 도5의 탐침 카드 조립체에 사용하기에 적합한 스페이스 트랜스포머 부품의 저면도.
도6a는 본 발명에 의한 도5의 탐침 카드 조립체에 사용하기 위한 인터포저 기층의 한 예의 상부면 또는 저면을 도시한 저면도.
도6b는 본 발명에 의한 도6a에 도시된 인터포저 부품의 부분 단면도.
도7은 본 발명에 의해, 반도체 웨이퍼의 시험에 사용하도록 정렬된 도5에 도시된 탐침 카드 조립체와 유사한 탐침 카드 조립체의 개략적 부분 단면도.
도7a는 본 발명에 의한, 스페이스 트랜스포머 부품의 방향을 자동 조정하는 기법을 도시한 개략적 부분 단면도.
도8a는 본 발명에 의한, 탐침 요소의 팁 구조물을 제조하는 기법을 도시한 단면도.
도8b는 본 발명에 의한, 도8a의 기법의 단계들을 추가 도시한 단면도.
도8c는 본 발명에 의한 스페이스 트랜스포머 부품의 부분 측단면도.
도8d는 본 발명에 의한, 도8b의 팁 구조물과 연결된 도8c의 스페이스 트랜스포머 부품의 부분 측단면도.
도8e는 본 발명에 의한, 도8b의 팁 구조물과 연결된 도8c의 스페이스 트랜스포머 부품의 연결시의 단계를 추가로 도시한 부분 측단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
500 : 탐침 카드 조립체
502 : 탐침 카드
504 : 인터포저
506 : 스페이스 트랜스포머
508 : 반도체 웨이퍼
510, 520, 522 : 단자
512 : 기층
514, 516, 524 : 상호 접속 요소
본 발명에 따르면, 탐침 카드 조립체는 상부면, 하부면 및 상부면상의 복수개의 단자를 갖는 탐침 카드(전자 부품)와, 상부면, 하부면, 상기 하부면상의 단자로부터 연장하는 복수개의 제1 탄성 접촉 구조물, 및 상기 상부면상의 단자로부터 연장하는 복수개의 제2 탄성 접촉 구조물을 갖는 인터포저(전자 부품)와, 그리고 상부면, 하부면, 상기 하부면상에 배열된 복수개의 접촉 패드(단자) 및 상기 상부면상의 단자로부터 연장하는 복수개의 제3 탄성 접촉 구조물을 갖는 스페이스 트랜스포머를 포함한다.
상기 인터포저는 탐침 카드의 상부면과 스페이스 트랜스포머의 하부면 사이에 배열되고, 상기 탐침 카드의 배향(orientation)을 변경시킴이 없이 스페이스 트랜스포머의 배향성(평면성)이 조정되게 한다. 스페이스 트랜스포머 배향의 이러한 조정을 효율적으로 수행하기 위한 적절한 기구, 및 스페이스 트랜스포머의 정확한 배향을 결정하기 위한 기술은 본 명세서에 기재된다. 이러한 방식에서, 탐침 요소의 팁(말단부)은 탐침 요소의 팁과 탐침 검사되는 반도체 장치의 대응하는 결합 패드(단자)사이에 신뢰가능한 가압 접촉부를 확정하도록 조정될 수 있다.
또는, 복수개의 탄성 접촉 구조물은 탐침 카드의 상부면상의 단자에 직접 (즉, 인터포저의 중간 매개 없이) 접촉할 수 있도록 인터포저 부품 대신 스페이스 트랜스포머 부품의 하부면상에 제공(즉, 스페이스 트랜스포머의 하부면상의 단자에 제조)된다.
일반적으로, 스페이스 트랜스포머 부품은 복수개의 탄성 접촉 구조물을 전자 부품의 단자(즉, 반도체 장치상의 결합 패드)와 상대적으로 미세한 피치(간격)로 접촉시킬 수 있도록 그의 상부면으로부터 연장하도록 하는 반면에, 그의 하부면상에서 스페이스 트랜스포머에 대한(즉, 결합 패드 또는 대체적으로 탄성 접촉 구조물에 대한) 연결은 상대적으로 넓은 피치에서 효과적이다.
본 발명의 특징에 따르면, 탐침 카드 조립체의 스페이스 트랜스포머 및 인터포저 부품은 탐침 카드를 사용하기에 적합한 "키트"로서 제공될 수 있다. 임의적으로, 스페이스 트랜스포머의 배향을 조정하기 위한 기구는 상기 "키트"내에 내장될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 상기 스페이스 트랜스포머 부품의 상부면으로부터 연장하는 탄성 접촉 구조물(탐침 요소)은 "복합 상호 접속 요소"(이하 정의됨)이다. 스페이스 트랜스포머의 하부면으로부터 또한 연장하는 탄성 접촉 구조물의 대체 경우도, 또한 "복합 상호 접속 요소"일 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 인터포저 부품의 상부 및 하부면으로부터 연장하는 탄성 접촉 구조물은 "복합 상호 접속 요소"(이하 정의됨)이다.
본 발명의 특징에 따르면, 탐침 요소(스페이스 트랜스포머 부품의 상부면으로부터 연장하는 탄성 접촉 구조물)는 탐침 카드 조립체의 스페이스 트랜스포머 부품의 단자상에 직접 제조되는 "복합 상호 접속 요소"로서 바람직하게 제조된다. "복합"(다층) 상호 접속 요소는 긴 부재("코어")를 전자 부품에 장착시키고, 코어를 스프링 형상으로 형성시키고, 파생하는 복합 상호 접속 요소의 물리적(예를 들면, 스프링) 특성을 향상시키고 및/또는 파생하는 복합 상호 접속 요소를 전자 부품에 견고하게 고정시키기 위하여 코어를 오버 코팅시킴으로서 제조된다. 인터포저 부품의 탄성 접촉 구조물은 복합 상호 접속 요소로서 또한 형성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 설명 전체를 통하여 "복합"이라는 용어의 사용은 그 용어의 "포괄적" 의미(예를 들면, 2개 이상의 부재로 이루어짐)와 동일하고, 다른 분야에서 "복합" 단어의 어떠한 사용, 예를 들면, 글라스, 카본 또는 수지 등의 매트릭스에 지지된 다른 섬유와 같은 재료에 적용되는 것과 혼동하는 것은 아니다.
본 명세서에 사용된 용어인 "스프링 형상"은 긴 요소의 단부(팁)가 이 팁에 작용된 힘에 대하여 탄성(복원) 이동을 나타내게 되는 긴 요소의 임의의 형상을 의미한다. 이는 하나 이상의 절곡부를 갖는 형상의 긴 요소 및 실질적으로 직선형인 긴 요소도 포함한다.
본 명세서에 사용된 것으로, 용어 "접촉 영역", "단자", "패드" 등은 상호 접속 요소가 장착되거나 또는 접촉하는 어떠한 전자 부품상의 어떤 전도 영역을 언급한다.
또한, 코어는 전자 부품에 장착하기 전에 형상화된다.
또한, 코어는 전자 부품이 아닌 희생 기층에 장착되거나 또는 일부이다. 상기 희생 기층은 성형 후 그리고 오버 코팅 전후에 제거된다. 본 발명의 특징에 따르면, 다양한 형상을 갖는 팁은 상호 접속 요소의 접촉 단부에 배열될 수 있다(또한, 모출원의 도11A 내지 11F 참조).
본 발명의 일 실시예에서, 코어는 비교적 낮은 항복 강도를 갖는 "연질" 재료로 되고, 비교적 높은 항복 강도를 갖는 "경질" 재료로 오버코팅 된다. 예를 들어, 금 와이어 등의 연질 재료는 (와이어 결합 등에 의해) 반도체 장치의 결합 패드에 부착되며, (전기화학 도금 등에 의해) 니켈 및 그 합금 등의 경질 재료로 오버코팅 된다.
코어 대면 오버코팅, 단일 및 다층 오버코팅, 미세 돌기를 갖는 거친 오버코팅(모출원의 도5c 및 도5D 참조) 및 코어의 전체 길이 또는 일부만에 걸친 오버코팅에 대하여 기재되어 있다. 코어의 전체 길이 또는 일부만을 오버코팅 하는 경우에, 코어의 팁은 전자 부품에의 접속부를 만들기 위해 적절하게 노출될 수도 있다 (모출원의 도5b 참조).
일반적으로, 여기에 기재된 내용 중에서 "도금"은 코어를 오버코팅 하기 위한 여러 방법 중 일례로 사용된 것이다. 본 발명의 범위 내에서, 수용액으로부터 재료의 침전, 전해 도금, 무전해 도금, 화학 증착(CVD), 물리적 증착(PVD), 액체, 고체 또는 기체의 분리를 일으키는 공정 및 재료를 침전시키는 공지의 모든 방법을 포함하여 임의의 적절한 공정에 의해 코어를 오버코팅 할 수 있다.
대개, 니켈 등의 금속 재료로 코어를 오버코팅하기 위해서는 전기화학 공정, 특히 무전해 도금이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 코어는 근본적으로 스프링 요소로서 기능하도록 구성된 경질 재료로 된 긴 요소이며, 일단에서 전자 부품의 단자에 장착된다. 코어 및 단자의 적어도 하나의 인접 영역은 코어를 단자에 고정하는 것을 도와주게 되는 재료로 오버코팅 된다. 이 방식에서, 코어가 오버코팅 전에 단자에 양호하게 장착될 필요가 없으며, 전자 부품에 실질적으로 손상을 덜 미치는 공정은 후속 오버코팅을 위해 코어를 제위치에 고정하는 데 사용할 수 있다. 이들 바람직한 공정은 납땜, 접착제 접착 및 경질 코어의 일단을 단자의 연질 부분에 관통 삽입하는 것을 포함한다.
바람직하게는 코어는 와이어의 형태이다. 또는 코어는 평평한 탭(전도성 금속 리본)이다.
코어 및 오버코팅의 전형적인 재료에 대해서도 기재되어 있다.
이후에는 일반적으로 매우 작은 치수(예를 들어, 3.0 mil 이하)인 비교적 연질인 (낮은 항복 강도) 코어로 실시하는 방법에 대하여 설명한다. 반도체 장치에 용이하게 부착되는 금 등의 연질 재료는 스프링으로서 기능하기에 충분한 탄성을 갖는다. (이러한 연질 금속 재료는 탄성 변형보다는 주로 소성을 나타낸다.) 반도체 장치에 용이하게 부착되고 적절한 복원성을 갖는 다른 연성 재료는 대부분의 탄성중합체 재료의 경우에서처럼 전기적으로 비전도성을 나타낸다. 양 경우에, 필요로 하는 구조 및 전기적 특성은 코어 위에 침착된 오버코팅에 의해 복합 상호 접속 요소에 부과될 수 있다. 복합 접속 요소는 적절한 접촉력을 나타내면서도 매우 작게 만들 수 있다. 또한, 복수개의 상기 복합 접속 요소는 인접한 복합 접속 요소로의 거리(인접하는 접속 요소들 사이의 거리를 "피치"라고 한다.)보다 매우 더큰 길이(예를 들어, 100 mil)를 갖더라도 미세 피치(예를 들어, 10 mil)로 배열될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서, 복합 상호 접속 요소는 25 ㎛ 이하의 단면 치수를 갖는 커넥터 및 소켓용의 예를 들어 초소형 스프링으로서 초소형으로 제조할 수 있다. 이는 밀(mil)보다는 미크론(micron)으로 측정된 치수를 갖는 신뢰성 있는 상호 접속 요소를 제조할 수 있게 해주며, 상호 접속 방법 및 더 나아가서는 영역 어레이 방법에서의 필요성을 나타낸다.
본 발명의 복합 상호 접속 요소는 전도성, 납땜성, 및 낮은 저항을 포함하여 우수한 전기적 특성을 나타낸다. 많은 경우에, 작용된 힘에 반응하는 상호 접속 요소의 변형은 와이핑 접촉을 일으키며, 이는 신뢰성 있는 접속을 이루는 것을 도와준다.
본 발명의 또 다른 장점은 본 발명의 상호 접속 요소로 만들어진 접속부를 용이하게 분리할 수 있다는 것이다. 전자 부품의 단자에 상호 접속부를 만들기 위해 납땜하는 것은 선택적인 것으로, 일반적으로는 시스템 수준에 바람직하지 않은 것이다.
본 발명의 일면에 따르면, 제어식 임피던스를 갖는 상호 접속 요소를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이들 방법은 전도성 코어 또는 전체 복합 상호 접속 요소를 유전 재료(절연층)로 코팅(예를 들어, 전기 영동 코팅)하고, 유전체 재료를 전도성 재료의 외부 층으로 오버코팅하는 단계를 수반한다. 외부 전도성 재료층을 접지함으로써 상호 접속 요소를 효과적으로 차폐할 수 있고 그 임피던스를 용이하게 제어할 수 있다 (모출원의 도10K 참조).
본 발명의 일면에 따르면, 상호 접속 요소는 전자 부품에의 후속 부착을 위하여 개개의 유닛으로서 미리 제조할 수 있다. 이 목적을 달성하기 위한 여러 방법이 기재되어 있다. 본 명세서에 특별히 기재되지는 않았으나 이는 복수개의 개개의 상호 접속 요소를 기층에 장착하거나 복수개의 개개의 상호 접속 요소를 탄성중합체 또는 지지 기층 상에 현수하기 위하여 취급하게 되는 기계를 제조하도록 비교적 직선형을 취하도록 되어 있다.
본 발명의 복합 상호 접속 요소는 전도 특성을 증진시키고 부식에 대한 저항성을 증진시키도록 코팅되는 종래 방법의 상호 접속 요소와는 매우 다르다.
본 발명의 오버코팅은 특히 상호 접속 요소를 전자 부품의 단자에 고정하는 것을 증진시키고 그리고/또는 필요로 하는 탄성 특성을 복합 상호 접속 요소에 부과하기 위한 것이다. 응력(접촉력)은 이 응력을 흡수하도록 된 상호 접속 요소의 부분들로 안내된다.
또한, 본 발명은 스프링 구조물을 제조하기 위한 새로운 방법을 제공한다. 일반적으로, 이러한 스프링의 작동식 구조는 절곡 및 형상 작업보다는 도금에 의한 제품이다. 이는 스프링 형상을 형성하는 데 여러 재료를 사용하고 코어의 "비계"를 전자 부품에 부착하기 위해 바람직한 공정을 사용할 수 있게 해준다. 오버코팅은 코어의 "비계" 위에 "상부 구조"로서 기능하며, 이들 두 가지 용어는 원래는 토목 공학 분야에 사용되는 용어이다.
본 발명의 현저한 장점은 탐침 요소(탄성 접촉 구조물)들이 경납땜 또는 연납땜과 같은 부가적 재료들을 필요로 하지 않고 탐침 카드 조립체의 스페이스 트랜스포머 기층 부품의 단자 상에 직접 제조될 수 있다는 것이다.
본 발명의 한 양태에 의하면, 탄성 접촉 구조들은 어느 것이나 적어도 2개의 복합 상호 접속 요소들로서 성형될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 이후의 설명에 명확하게 기재되어 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명을 양호한 실시예에 대하여 설명하지만 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다.
본 특허 출원은 탐침 카드 조립체와, 그 부품들과, 그 사용 방법에 관한 것이다. 이하의 설명으로부터 명확하듯이 전자 부품들의 단자에 가압 접속을 실행하기 위해 탄성 접촉 구조물의 사용이 필수적이다. 바람직하게는 탄성 접촉 구조들은 본 명세서에 참고로 포함된 전술한 미국 특허 출원 제08/452,255호(1995. 5. 26, 모출원)에 개시된 것과 같은 "복합 상호 접속 요소"로서의 기능을 충족한다. 이 특허 출원은 도1a 내지 도1e 및 도2a 내지 도2i의 설명에서 모출원에 개시된 수개의 방법을 요약한 것이다.
본 발명의 중요한 일면은, 복합 상호 접속 요소가 (전자 부품의 단자에 장착되는) 코어로 개시하고, 그 후에 (1) 복합 상호 접속 요소의 기계적 특성을 이루도록 그리고/또는 (2) 상호 접속 요소가 전자 부품의 단자에 장착될 때 상호 접속 요소를 단자에 견고하게 고정하도록 상기 코어를 적절한 재료로 오버코팅 함으로써형성된다. 이 방식으로, 스프링 형상으로 용이하게 형성되고 전자 부품의 가장 취약한 부분에도 용이하게 부착되는 연질 재료의 코어로 개시함으로써 탄성 상호 접속 요소(스프링)를 제조할 수 있다. 연질 재료가 스프링 요소의 기부를 형성할 수 있다는 것은 경질 재료로부터 스프링 요소를 형성하는 종래 기술의 방법에서는 쉽게 발견할 수 없고 직관적으로도 알 수 없다. 이같은 "복합" 상호 접속 요소는 일반적으로 본 발명의 실시예에 사용되는 탄성 접촉 구조물의 양호한 형태이다.
도1a, 도1b, 도1c 및 도1d는 일반적인 방식에서 본 발명에 따른 복합 상호 접속 요소의 여러 형상을 도시한다.
이후에는 탄성을 나타내는 복합 상호 접속 요소에 대하여 주로 설명한다. 그러나, 비탄성 복합 상호 접속 요소도 본 발명의 범위 내에 속하는 것을 알 수 있다.
또한, 용이하게 형상을 형성할 수 있고 바람직한 공정에 의해 전자 부품에 부착할 수 있고 경질(스프링) 재료에 의해 오버코팅 된 연질 코어를 갖는 복합 상호 접속 요소에 대하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서 코어는 경질 재료로 제조할 수 있으며, 여기서 오버코팅은 주로 상호 접속 요소를 전자 부품의 단자에 견고하게 고정하는 기능을 한다.
도1a에서 전기적 상호 접속 요소(110)는 2,812 kg/cm2 (40,000 psi) 미만인 항복 강도를 갖는 연질 재료로 된 코어(112)와, 5,624 kg/cm2 (80,000 psi)를 초과하는 항복 강도를 갖는 경질 재료로 된 쉘(114)을 포함한다. 코어(112)는 실질적으로 직선형인 캔틸레버 비임과 같은 형상(외형)을 취하는 긴 요소이며, 0.00127 -0.00508 cm (0.0005 - 0.0020 inch), (0.001 inch = 1 mil 　 25 micron(㎛))의 직경을 갖는 와이어로 될 수도 있다. 쉘(114)은 적절한 도금 공정(예를 들어, 전기화학 도금) 등의 적절한 공정에 의해 미리 형성된 코어(112) 위에 침착된다.
도1a는 본 발명의 상호 접속 요소용 스프링 형상의 간단한 예를 도시한 것으로, 여기서 직선형 캔틸레버 비임은 그 팁(110b)에 작용된 힘(F)에 대하여 각을 이루고 위치하여 있다. 이러한 힘이 상호 접속 요소가 가압 접촉을 이루게 되는 전자 부품의 단자에 의해 작용될 때 팁의 하향 편향(도면에서 보았을 때)은 단자를 가로질러 이동하는 팁(와이핑 이동)에서 확연히 나타난다. 이러한 와이핑 접촉은 상호 접속 요소와 전자 부품의 접촉된 단자 사이에서의 접속을 신뢰성 있게 해준다.
쉘(114)은 자체의 경도 및 그 두께(0.00064 - 0.0127 cm (0.00025 - 0.00500 inch))를 제어함으로써 전체 상호 접속 요소(110)에 소정의 탄성을 부과한다. 이 방식에서, 전자 부품(도시 생략)들 사이의 탄성 상호 접속 요소는 상호 접속 요소(110)의 두개의 단부(110a, 110b) 사이에 형성된다. (도1a에서, 부호 110a는 상호 접속 요소(110)의 단부 부분을 나타내고, 단부(110b)의 반대쪽 단부는 도시되어 있지 않다.) 전자 부품의 단자를 접속시킬 때 상호 접속 요소(110)는 화살표(F)로 도시된 것처럼 접촉력(압력)을 받게 된다.
상호 접속 요소(110)는 작용된 접촉력에 반응하여 편향하게 되고, 이 편향(탄성)은 상호 접속 요소의 전체 형상에 의해 부분적으로 결정되고 오버코팅 재료의 (코어에 대하여) 우수한(높은) 항복 강도에 의해 부분적으로 결정되며 오버코팅 재료의 두께에 의해 부분적으로 결정된다.
여기 사용된 용어 "캔틸레버" 및 "캔틸레버 비임"은 [예를 들어 오버코팅된 코어(112)와 같은] 긴 구조물이 한 단부에 장착(고정)되고, 다른 단부는 통상적으로 긴 요소의 종축에 대체로 횡방향으로 작용하는 힘에 응답하여 자유로이 이동가능한 것을 나타내는 데 사용되었다. 이 용어들의 사용에 의해 다른 특정한 또는 제한적 의미가 부여되는 것은 아니다.
도1b에서 전기적 상호 접속 요소(120)는 연질 코어(122) 및 경질 쉘(124)을 포함한다. 이 실시예에서, 코어(122)는 두개의 절곡부를 갖는 형상을 취하고, 따라서 S형을 취하는 것을 알 수 있다. 도1a의 실시예에서처럼 이 방식에서도 전자 부품(도시 생략)들 사이의 탄성 상호 접속 요소는 상호 접속 요소(120)의 두개의 단부(120a, 120b)들 사이에 형성된다. (도1b에서, 부호 120a는 상호 접속 요소(120)의 단부 부분을 나타내고, 단부(120b)에 대향한 실제의 단부는 도시되어 있지 않다.) 전자 부품의 단자를 접속시킬 때 상호 접속 요소(120)는 화살표(F)로 도시된 것처럼 접촉력(압력)을 받게 된다.
도1c에서 전기적 상호 접속 요소(130)는 연질 코어(132) 및 경질 쉘(134)을 포함한다. 이 실시예에서, 코어(132)는 하나의 절곡부를 갖는 형상을 취하고, 따라서 U형을 취하는 것을 알 수 있다. 도1a의 실시예에서처럼 이 방식에서도 전자 부품(도시 생략)들 사이의 탄성 상호 접속 요소는 상호 접속 요소(130)의 두개의 단부(130a, 130b)들 사이에 형성된다. (도1c에서, 부호 130a는 상호 접속 요소(130)의 단부 부분을 나타내고, 단부(130b)의 반대쪽 단부는 도시되어 있지 않다.) 전자 부품의 단자를 접속시킬 때 상호 접속 요소(130)는 화살표(F)로 도시된 것처럼 접촉력(압력)을 받게 된다. 이와 달리, 상호 접속 요소(130)는 화살표(F')로 도시된 것처럼 그 단부(130b)가 아닌 다른 위치에 접속부를 형성하는 데 사용할 수도 있다.
도1d는 연질 코어(142) 및 경질 쉘(144)을 갖는 탄성 상호 접속 요소(140)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서 상호 접속 요소(140)는 자체의 종축을 가로지르는 접촉력(F)을 받는 만곡 팁(140b)을 갖춘 간단한 캔틸레버(도1a와 비교)를 반드시 포함한다.
도1e는 연질 코어(152) 및 경질 쉘(154)을 갖는 탄성 상호 접속 요소(150)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서 상호 접속 요소(150)는 약간 만곡된 팁(150b)을 갖춘 C형을 취하고 화살표(F)로 도시된 것처럼 가압 접속부를 만드는 데 적합하다.
연질 코어는 임의의 스프링 형상으로 용이하게 형성할 수 있는데, 즉 상기 형상은 팁에 작용된 힘에 반응하여 탄성적으로 편향되는 상호 접속 요소를 형성하게 된다. 예를 들어, 코어는 종래의 코일형으로 형성할 수 있다. 그러나, 코일 형상은 상호 접속 요소의 전체 길이 및 이와 관련한 인덕턴스 등에 기인하여 고주파수(속도)에서 작동하는 회로에서는 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 않다.
쉘의 재료 또는 다층 쉘(나중에 설명함) 중 적어도 하나의 재료는 코어의 재료보다 현저하게 높은 항복 강도를 갖는다. 따라서, 쉘은 상호 접속 구조의 기계적 특성(예를 들어, 탄성)을 이루는 데 영향을 미친다. 쉘 대 코어의 항복 강도의비는 적어도 3:1, 5:1, 가장 높게는 10:1을 포함하여 바람직하게는 2:1 이상이다. 이는 쉘 또는 다층 쉘의 적어도 외층이 전도성을 갖는 것이 확실하며, 이는 쉘이 코어의 단부를 덮는 경우에 더욱 확연하다. (그러나, 모출원의 경우에는 코어의 단부가 노출되고 코어가 전도성을 가져야 하는 경우에 대하여 기재되어 있다.)
학술적인 관점에서, 복합 상호 접속 요소의 스프링(형상) 부분이 경질 재료로 오버코팅되는 것만이 필요하다. 이러한 관점에서, 오버코팅될 코어의 두개의 단부들이 오버코팅될 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 그러나, 실제로는 전체 코어를 오버코팅하는 것이 바람직하다. 전자 부품에 고정(부착)되는 코어의 단부를 오버코팅 함에 따른 특별한 이유 및 장점에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.
코어(112, 122, 132, 142)에 적합한 재료는 금, 알루미늄, 구리 및 이들의 합금을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 이들 재료는 필요로 하는 물리적 특성을 얻기 위하여 베릴륨, 카드뮴, 실리콘 및 마그네슘 등의 다른 금속을 적은 양으로 갖는 합금이다. 또한, 백금 그룹으로 된 금속 등의 은, 팔라듐, 백금 또는 그 합금을 사용할 수도 있다. 납, 주석, 인듐, 비스무스, 카드뮴, 안티몬 및 이들의 합금을 사용하여 땜납을 형성할 수도 있다.
코어를 전자 부품의 단자에 부착(나중에 상세하게 설명함)하는 것에 관하여는, 결합될 수 있는 (절곡을 수행하도록 온도, 압력 및/또는 초음파 에너지를 사용하는) 절곡가능한 임의의 재료로 된 와이어가 본 발명을 실시하는 데 적합하다. 오버코팅(예를 들어, 도금)하도록 비금속 재료를 포함하는 절곡가능한 임의의 재료를 코어에 사용하는 것도 본 발명의 범위에 속한다.
쉘(114, 124, 134, 144)에 적합한 재료(및 나중에 설명하는 것처럼 다층 쉘의 개개의 층에 적합한 재료)는 니켈 및 그 합금, 구리, 코발트, 철 및 그 합금, 우수한 전류 반송 능력 및 양호한 접촉 저항 특성을 나타내는 금(특히, 경질 금) 및 은, 백금 그룹의 요소, 희귀 금속, 반희귀 금속 및 그 합금, 특히 백금 그룹의 요소 및 그 합금, 텅스텐 및 몰리브덴이 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 납땜형 마무리부가 필요한 경우에는 주석, 납, 비스무스, 인듐 및 이들의 합금을 사용할 수 있다.
여러 코어 재료 위에 상기 코팅 재료를 침착하기 위하여 선택하는 방법은 나중에 설명하는 것처럼 매 경우마다 다르다. 전해 도금 및 무전해 도금은 일반적으로 양호한 방법이다. 그러나, 본 발명의 일면에 따르면 금 코어 위에 니켈 쉘을 도금(특히, 전해 도금)할 때에는 도금 개시 작업을 용이하게 하기 위하여 금 와이어 스템 위에 얇은 구리 개시 층을 먼저 침착하는 것이 바람직하다.
도1a 내지 도1e에 도시된 것처럼 예시적인 상호 접속 요소는 약 0.00254 cm (0.001 inch)의 코어 직경 및 0.00254 cm (0.001 inch)의 쉘 두께를 가지며, 따라서 상호 접속 요소는 약 0.00762 cm (0.003 inch; 즉, 코어 직경 ＋ 쉘 두께의 2배)의 전체 직경을 갖는다. 일반적으로, 상기 쉘의 두께는 코어 두께(직경)의 0.2 - 5.0배로 된다.
복합 상호 접속 요소의 몇몇 변수의 예는 다음과 같다.
(a) 1.5 mil의 직경을 갖는 금 와이어는 전체 40 mil의 높이를 갖고 9 mil의 반경으로 된 C형 곡선(도1e와 비교)을 갖는 형상을 취하며, 0.75 mil의 두께로 니켈 도금되고(전체 직경 ＝ 1.5 ＋ 2 × 0.75 ＝ 3 mil), (접촉 저항을 낮추고 증진시키도록) 50 마이크로인치 두께로 금으로 된 최종 오버코팅을 선택적으로 수용한다. 이렇게 형성된 복합 상호 접속 요소는 약 3 - 5 gram/mil의 스프링 상수(k)를 나타낸다. 사용 시에, 3 - 5 mil의 편향량은 9 - 25 gram의 접촉력을 일으킨다. 이 실시예는 인터포저용 스프링 요소의 경우에 유용하다.
(b) 1.0 mil의 직경을 갖는 금 와이어는 전체 35 mil의 높이를 갖고 만곡 캔틸레버 형상을 취하며, 1.25 mil의 두께로 니켈 도금되고(전체 직경 ＝ 1.0 ＋ 2 × 1.25 ＝ 3.5 mil), 50 마이크로인치 두께로 금으로 된 최종 오버코팅을 선택적으로 수용한다. 이렇게 형성된 복합 상호 접속 요소는 약 3 gram/mil의 스프링 상수(k)를 나타내고, 탐침용 스프링 요소의 경우에 유용하다.
(c) 1.5 mil의 직경을 갖는 금 와이어는 전체 20 mil의 높이를 갖고 약 5 mil의 반경으로 된 S형 곡선을 갖는 형상을 취하며, 0.75 mil의 두께로 니켈 또는 구리 도금된다 (전체 직경 ＝ 1.5 ＋ 2 × 0.75 ＝ 3 mil). 이렇게 형성된 복합 상호 접속 요소는 약 2 - 3 gram/mil의 스프링 상수(k)를 나타내며 반도체 장치용 스프링 요소의 경우에 유용하다.
나중에 상세하게 설명하는 것처럼, 코어는 둥근 단면을 가질 필요가 없으며 오히려 시트로부터 연장되는 (장방형 단면을 갖는) 평평한 탭으로 될 수도 있다. 본 명세서에 사용된 것처럼 "탭"은 "TAB(Tape Automated Bonding)"과는 다른 용어이다.
다층 쉘
도2a는 단자(214)를 갖춘 전자 부품(212)에 장착된 상호 접속 요소(210)의 구체적인 예(200)를 도시한다. 이 실시예에서, 연질(예를 들어, 금) 와이어 코어(216)는 일단에서 단자(214)에 결합(부착)되고, 단자로부터 연장되고 스프링 형상(도1b에 도시된 형상과 비교)을 취하고, 자유단(216b)을 갖도록 절단되어 있다. 이러한 방식으로 와이어를 결합, 형상 형성 및 절단하는 것은 와이어 결합 설비를 사용함으로써 이루어진다. 코어의 단부(216a)에서의 결합으로 단자(214)의 노출된 표면의 비교적 작은 부분만 덮게 된다.
*쉘(오버코트)은 와이어 코어(216) 위에 배치되며, 쉘은 이 실시예에서는 다층으로 되고 도금 공정에 의해 적절하게 침착되는 내층(218) 및 외층(219)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 다층 쉘의 하나 이상의 층들은 필요로 하는 탄성을 상호 접속 요소(210)에 부과하도록 경질 재료(예를 들어, 니켈 및 그 합금)로 형성되어 있다. 예를 들어, 외층(219)은 경질 재료로 되고, 내층은 코어 재료(216) 상에 경질 재료(219)를 도금하면 버퍼 또는 차단층(또는 활성층 또는 접착층)으로서 작용하는 재료로 될 수 있다. 이와 달리, 내층(218)은 경질 재료로 될 수 있고, 외층(219)은 전도성 및 납땜성을 포함하여 우수한 전기적 특성을 나타내는 재료(예를 들어, 연질 금)로 될 수 있다. 납땜 또는 경납땜형 접속이 필요한 경우에는 상호 접속 요소의 외층을 납-주석 땜납 또는 금-주석 경납땜 재료로 각각 될 수 있다.
단자에의 고정
도2a는 일반적인 방식에서 본 발명의 또 다른 핵심 특징을 도시한 것으로,탄성 상호 접속 요소가 전자 부품 상의 단자에 견고하게 고정될 수 있는 것을 도시한다. 상호 접속 요소의 부착단(210a)은 상호 접속 요소의 자유단(210b)에 작용된 압축력(F)의 결과로서 현저한 기계 응력을 받게 된다.
도2a에 도시된 것처럼 오버코팅(218, 219)은 코어(216)를 덮으며, 연속(비중단) 방식으로 코어(216)에 인접한 단자(214)의 전체 잔여 노출면(즉, 결합부(216a) 이외의 부분)도 덮는다. 이는 상호 접속 요소(220)를 단자에 견고하고 신뢰성 있게 고정하며, 오버코팅 재료는 상호 접속 요소를 단자에 고정하는 데 (예를 들어, 50% 이상) 기여한다. 일반적으로, 오버코팅 재료는 코어에 인접한 단자의 적어도 일부를 덮을 것만 요구된다. 그러나, 오버코팅 재료는 단자의 전체 잔여면을 덮는 것이 바람직하다. 쉘의 각층은 금속성으로 되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 코어가 단자에 부착(결합)되게 되는 비교적 작은 영역은 상호 접속 요소 상에 부과된 접촉력(F)으로부터 일어나는 응력을 수용하는 데 적합하지 않다. (단자에의 코어단(216a) 부착부를 포함하는 비교적 작은 영역 이외의) 단자의 전체 노출된 표면을 덮는 쉘에 의해 전체 상호 접속 구조는 단자에 견고하게 부착된다. 오버코팅의 부착 강도 및 접촉력에 반응하는 능력은 코어 단부 자체에서의 능력에 비해 매우 우수하다.
본 명세서에 사용된 용어인 "전자 부품(예를 들어, 212)은, 상호 접속 및 인터포저 기층, 실리콘(Si) 또는 갈륨 아르센나이드(GaAs) 등의 임의의 적절한 반도체 재료로 된 반도체 웨이퍼 및 다이, 상호 접속 소켓, 시험 소켓, 희생 부재, 모출원에 기재된 것과 같은 요소 및 기층, 세라믹 및 플라스틱 패키지와 칩 캐리어를포함하는 반도체 패키지, 커넥터를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 상호 접속 요소는 다음 용도에 특히 적합하다.
- 반도체 패키지를 가질 필요성이 없이 실리콘 다이에 직접 장착된 상호 접속 요소,
- 전자 부품을 시험하기 위해 기층으로부터 탐침으로서 연장되는 (나중에 상세하게 설명함) 상호 접속 요소,
- 인터포저의 상호 접속 요소 (나중에 상세하게 설명함).
본 발명의 상호 접속 요소는 독특한 것으로, 경질 재료에서의 전형적인 나쁜 결합 특성에 의한 제한을 갖지 않고 경질 재료의 기계적 특성(예를 들어 높은 항복 강도)을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 모출원에 기재되어 있는 것처럼 이는 쉘(오버코팅)이 코어의 폴스워크 위에 중첩되는 구조로서 기능할 가능성을 제공하며, 상기 두 용어는 토목 공학 분야에서 주로 사용하는 용어이다. 이는 도금이 보호성(예를 들어, 내식성) 코팅으로서 사용되고 상호 접속 요소에 소정의 기계적 특성을 부과할 수 없었던 종래 기술로 도금된 상호 접속 요소와는 매우 다르다. 또한, 이는 전기적 상호 접속부에 침착된 벤조트리아졸(BTA) 등의 비금속성 내식 코팅과는 현저하게 다르다.
본 발명의 여러 장점 중에서, 복수개의 프리스탠딩(free-standing) 상호 접속 구조물은 이들의 자유단들이 서로 공통 평면에 위치하도록 기층의 상이한 높이로부터 기층 위의 공통 높이로 분리 커패시터를 갖는 PCB 등의 기층 상에 용이하게 형성된다. 또한, 본 발명에 따른 상호 접속 요소의 전기적·기계적 특성(예를 들어, 소성 및 탄성)은 특별한 용도에서 쉽게 얻어진다. 예를 들어, 소정 용도에서는 상호 접속 요소가 소성 및 탄성 변형을 나타내는 것이 바람직하다. (소성 변형은 상호 접속 요소에 의해 상호 접속되는 부품에서의 전체적인 비평면성을 수용하기 위해 요구될 수 있다.) 탄성 특성이 필요한 경우에는 상호 접속 요소가 신뢰성 있는 접속을 수행하는 데 필요한 최소의 접촉력을 생성할 필요가 있다. 또한, 상호 접속 요소의 팁은 접속 표면 상에 간혹 오염 필름이 있는 것 때문에 전자 부품의 단자와 와이핑 접촉을 이루는 것이 유리하다.
여기 사용된 용어 "탄성적"은 접촉 구조에 응용되는 것으로서, 인가된 부하(접촉력)에 응답하여 주로 탄성 행동을 나타내는 탄성 구조물(상호접속 요소)을 의미하고, 용어 "추종성(compliant)"은 인가된 부하(접촉력)에 응답하여 탄성 및 소성 행동을 모두 나타내는 접촉 구조물(상호 접속 요소)을 의미한다. 여기 사용된 "추종성" 접촉 구조는 "탄성적" 접촉 구조이다. 본 발명의 복합 상호 접속 요소는 추종성 또는 탄성 접촉 구조의 어느 하나인 특별한 경우이다.
모출원에는 여러 특징, 즉 희생 기층 상에 상호 접속 요소를 제조하는 방법, 복수개의 상호 접속 요소를 전자 부품에 단체로 이송하는 방법, 상호 접속 요소에 거친 표면 마무리부를 갖춘 접속 팁을 마련하는 방법, 전자 부품에 일시적인 접속부를 만들고 그 후에 영구 접속부를 만들도록 전자 부품 상에 상호 접속 요소를 사용하는 방법, 대향 단부들보다는 일단부들에서 상이한 공간을 갖도록 상호 접속 요소를 배열하는 방법, 상호 접속 요소를 제조하는 것과 동일한 공정 단계로 스프링 클립을 제조하고 배열하는 방법, 접속된 부품들 사이의 열팽창에 의한 차이를 수용하도록 상호 접속 요소들을 사용하는 방법, 반도체 패키지(SIMM용)를 분리할 필요성을 없애는 방법, 탄성 상호 접속 요소(탄성 접속 구조)를 선택적으로 납땜하는 방법 등이 기재되어 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
제어식 임피던스
도2b는 다층을 갖는 복합 상호 접속 요소(220)를 도시한다. 상호 접속 요소(220)의 최내측부(내측의 긴 전도성 요소, 222)는 상기에 설명한 것처럼 비코팅 코어 또는 오버코팅된 코어이다. 최내측부(222)의 팁(222b)은 적절한 마스킹 재료(도시 생략)로 마스킹 된다. 유전층(124)은 무전해 공정 등에 의해 최내측부(222) 위에 침착된다. 전도성 재료의 최외측부(226)는 유전층(124) 위에 침착된다.
사용 시에, 외층(226)을 전기적으로 접지하면 상호 접속 요소(220)가 제어식 임피던스를 갖게 된다. 유전층(124) 재료의 일례로는 중합체 재료가 있으며, 임의의 적절한 방법 및 두께(예를 들어, 0.1 - 3.0 mil)로 침착된다.
외층(226)은 다층으로 될 수 있다. 예를 들어, 최내측부(222)가 비코팅된 코어인 경우에 전체 상호 접속 요소가 탄성을 가질 필요가 있으면 외층(226)의 적어도 하나의 층은 스프링 재료로 된다.
피치 변경
도2c는 복수개(6개만 도시)의 상호 접속 요소(251, …, 256)가 탐침 카드 삽입체(종래의 방식으로 탐침 카드에 장착된 조립체) 등의 전자 부품(260)의 표면 상에 장착된 실시예(250)를 도시한다. 탐침 카드 삽입체의 단자 및 전도성 트레이스는 도시의 명확성을 위해 상기 도면에는 도시하지 않았다. 상호 접속 요소(251, …, 256)의 부착단(251a, …, 256a)은 0.127 - 0.254 cm (0.05 - 0.10 inch) 등의 제1피치(공간)를 이룬다. 상호 접속 요소(251, …, 256)는 그 자유단(팁)들이 0.0127 - 0.0254 cm (0.005 - 0.010 inch) 등의 제2의 더 미세한 피치로 되도록 하는 형상 및 방향을 취한다. 하나의 피치로부터 다른 피치로 상호 접속을 이루는 상호 접속 조립체를 "스페이스 트랜스포머"라 한다.
도시된 것처럼, 상호 접속 요소의 팁(251b, …, 256b)들은 결합 패드(접촉부)의 두개의 평행 열을 갖는 반도체 장치에의 접속을 이루기 위해(시험 및/또는 번인을 위해) 두개의 평행 열로 배열된다. 상호 접속 요소는 어레이로서 다른 접촉부 패턴을 갖는 전자 부품에의 접속을 이루기 위해 다른 팁 패턴을 갖도록 배열된다.
일반적으로, 본 명세서에 기재된 실시예에서는 하나의 접속 요소만이 도시되어 있으나, 본 발명은 복수개의 상호 접속 요소를 제조하고 복수개의 상호 접속 요소를 평행 패턴 또는 장방형 어레이 패턴처럼 서로 소정 간격을 갖도록 이격 배열하는 데에도 적용할 수 있다.
희생 기층의 사용
상호 접속 요소를 전자 부품의 단자에 직접 장착하는 것에 대해서는 상기에 설명했다. 일반적으로, 본 발명의 상호 접속 요소는 희생 기층을 포함하여 임의의 적절한 기층의 적절한 표면 상에 제조 또는 장착할 수 있다.
모출원을 보면, 도11A 내지 도11F를 참조하여 전자 부품에의 연속 장착을 위한 분리 및 분할 구조로서 복수개의 상호 접속 구조물(예를 들어, 탄성 접속 구조물)을 제조하는 방법과, 도12A 내지 도12C를 참조하여 복수개의 상호 접속 요소를 희생 기층(캐리어)에 장착하고 그 후에 이들을 전자 부품에 한꺼번에 이송하는 방법이 기재되어 있다.
도2d 내지 도2f는 희생 기층을 사용하여 미리 형성된 팁 구조물을 갖는 복수개의 상호 접속 요소를 제조하는 방법을 도시한다.
도2d는 마스킹 재료(252)의 패턴층을 희생 기층(254)의 표면에 침착하는 방법의 제1단계를 도시한다. 희생 기층(254)은 예를 들어 얇은 (1 - 10 mil) 구리 또는 알루미늄 포일로 되고, 마스킹 재료(252)는 통상의 감광성 내식막으로 된다. 마스킹 층(252)은 위치(256a, 256b, 256c)에서 상호 접속 요소를 제조하는 데 필요한 복수개의 개구(3개만 도시)를 갖도록 하는 패턴을 취한다. 위치(256a, 256b, 256c)는 전자 부품의 단자에 비교된다. 위치(256a, 256b, 256c)는 거친 또는 형상을 갖는 표면 조직을 갖도록 이 단계에서 처리되는 것이 바람직하다. 도시된 것처럼, 상기 방법은 위치(256a, 256b, 256c)에서 포일(254)에 오목부를 형성하는 엠보싱 공구(257)에 의해 기계적으로 이루어진다. 이와 달리. 이들 위치에서 포일의 표면은 표면 조직을 갖도록 화학적으로 에칭될 수도 있다. 이러한 전체적인 목적을 달성하기에 적합한 예를 들어 샌드블라스팅 및 피닝 등의 임의의 방법도 본 발명의 범위에 속한다.
그 다음에, 복수개(하나만 도시)의 전도성 팁 구조물(258)이 도2e에 도시된 방법으로 각 위치(예를 들어, 256b)에 형성된다. 이는 전해 도금 등의 임의의 적절한 방법을 사용함으로써 달성되며, 다층 재료를 갖는 팁 구조물을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 팁 구조물(258)은 희생 기층 상에 침착된 얇은(예를 들어, 10 - 100 마이크로인치) 니켈 차단층을 갖고, 얇은(10 마이크로인치) 연질 금층, 얇은(20 마이크로인치) 경질 금층, 비교적 두꺼운(200 마이크로인치) 니켈층, 최종적으로 얇은(100 마이크로인치) 연질 금층으로 침착된다. 일반적으로, 니켈의 제1 얇은 차단층은 후속 금층을 기층(254)의 재료(예를 들어, 알루미늄, 구리)에 의해 무력화되는 것으로부터 보호하며, 비교적 두꺼운 니켈층은 팁 구조물에 강도를 부여하고, 최종적인 얇은 연질 금층은 용이하게 결합되게 하는 표면을 제공한다. 본 발명은 용도에 따라 달라지게 되는 팁 구조물이 희생 기층 상에 형성되는 특정 방법에는 제한되지 않는다.
도2e에 도시된 것처럼, 상호 결합 요소용 복수개(하나만 도시)의 코어(260)는 연질 와이어 코어를 상기에 설명한 것처럼 전자 부품의 단자에 결합하는 임의의 방법 등에 의해 팁 구조물(258) 상에 형성될 수도 있다. 그 다음에, 코어(260)가 상기에 설명한 방식으로 바람직하게는 경질 재료(262)로 오버코팅되고, 마스킹 재료(252)가 제거되어 도2f에 도시된 것처럼 희생 기층의 표면에 장착된 복수개(3개만 도시)의 프리스탠딩 상호 접속 요소(264)가 형성된다.
도2a와 관련하여 설명한 단자(214)의 적어도 인접 영역을 덮는 오버코팅 재료와 유사하게, 오버코팅 재료(262)도 코어(260)를 이들의 각 팁 구조물(258)에 견고하게 고정하고, 필요에 따라서는 상호 접속 요소(264)에 탄성 특성을 부과한다. 모출원에 기재되어 있는 것처럼 희생 기층에 장착된 복수개의 상호 접속 요소는 전자 부품의 단자에 한꺼번에 이송될 수도 있다. 이와 달리, 두개의 넓게 분기되는 통로를 취할 수도 있다.
실리콘 웨이퍼가 팁 구조물이 상부에 제조된 희생 기층으로서 사용될 수 있다는 것과, 그와 같이 제조된 팁 구조물들이 전자 부품에 이미 장착된 탄성 접촉 구조에 (예를 들어 연납땜 또는 경납땜으로) 연결될 수 있다는 것은 본 발명의 범주내이다. 이러한 기술의 추가의 논의를 도8a 내지 도8e에서 알 수 있다.
도2g에 도시된 것처럼, 희생 기층(254)은 선택적 화학 에칭 등의 임의의 적절한 공정에 의해 간단하게 제거될 수도 있다. 대부분의 선택적 화학 에칭 공정은 하나의 재료를 다른 재료보다 훨씬 더 많은 비율로 에칭하기 때문에 다른 재료는 이 공정에서 약간만 에칭되며, 이러한 현상은 희생 기층을 제거하는 동시에 팁 구조물의 얇은 니켈 차단층을 제거하는 데 바람직하게 사용된다. 그러나, 필요하다면 얇은 니켈 차단층을 각각의 후속 단계에서 제거할 수 있다. 이는 복수개(3개만 도시)의 개개의 분리된 단일 상호 접속 요소(264)가 점선으로 도시된 것처럼 되게 하며 그 후에 전자 부품 상의 단자에 (납땜 또는 경납땜 등에 의해) 장착되게 한다.
오버코팅 재료는 희생 기층 및/또는 얇은 차단층을 제거하는 공정에서 약간 얇아질 수도 있다. 그러나, 이러한 현상은 일어나지 않는 것이 바람직하다.
오버코팅이 얇아지는 것을 방지하기 위하여, 얇은 금층 또는 약 20 마이크로인치의 경질 금 위에 침착된 예를 들어 10 마이크로인치의 연질 금층을 오버코팅 재료(262) 위에 최종층으로서 침착하는 것이 바람직하다. 이러한 금으로 된 외부층은 우수한 전도성, 접촉 저항 및 납땜성을 갖게 하기 위한 것이며, 얇은 차단층 및 희생 기층을 제거하는 데 사용하도록 된 대부분의 에칭 용액에 대하여 높은 불투과성을 나타낸다.
이와 달리, 도2h에 도시된 것처럼 희생 기층(254)을 제거하기 전에 복수개(3개만 도시)의 상호 접속 요소(264)를 희생 기층(254)의 제거 시에 복수개의 구멍을 자체에 갖는 얇은 판 등에 의해 임의의 적절한 지지 구조물(266)에 의해 서로 소정의 이격 관계로 고정시킬 수도 있다. 지지 구조물(266)은 유전 재료 또는 유전 재료로 오버코팅된 전도성 재료로 될 수도 있다. 그 다음에, 복수개의 상호 접속 요소들을 실리콘 웨이퍼 또는 인쇄 회로 기판 등의 전자 부품에 장착하는 등의 후속 공정 단계(도시 생략)를 수행할 수도 있다. 또한, 몇몇 용도에서는 상호 접속 요소(264)의 팁(팁 구조물의 반대쪽)이 특히 이에 접촉력이 작용될 때 이동되는 것을 방지하도록 안정화시킬 필요가 있다. 이를 위하여, 유전 재료로 형성된 복수개의 구멍을 갖는 메쉬 등의 적절한 시트(268)로 상호 접속 요소의 팁의 이동을 제한할 필요가 있다.
상기에 설명한 방법(250)의 또 다른 장점은 팁 구조물(258)이 임의의 필요로 하는 재료 및 임의의 필요로 하는 조직으로 형성할 수도 있다는 것이다. 상기에 설명한 것처럼, 금은 전도성이 우수한 전기적 특성, 낮은 접촉 저항, 납땜성 및 내식성을 나타내는 희귀 금속의 일례이다. 또한, 금은 양호한 재료이기 때문에 본 명세서에서 설명한 상호 접속 요소, 특히 탄성 상호 접속 요소 위에 침착된 최종 오버코팅에 매우 적합하다. 다른 희귀 금속도 마찬가지로 바람직한 특성을 나타낸다. 그러나, 로듐 등의 몇몇 재료는 우수한 전기적 특성을 나타내기는 하지만 전체 상호 접속 요소를 오버코팅하는 데에는 부적합하다. 예를 들어, 로듐은 취성이 크고, 탄성 상호 접속 요소 상에 최종 오버코팅으로 수행하기 어렵다. 이러한 관점에서, 방법(250)에 의해 예시된 방법은 이러한 제한을 쉽게 해결한다. 예를 들어, 다층 팁 구조물(258 참조)의 제1층은 (상기에 설명한 것처럼 금보다는) 로듐으로 제조할 수 있어서 상호 접속 요소의 기계적 특성을 해치지 않으면서 전자 부품에 접속부를 만들기 위한 우수한 전기적 특성을 나타낸다.
도2i는 상호 접속 요소를 제조하기 위한 변경 실시예(270)를 도시한다. 이 실시예에서, 마스킹 재료(272)는 희생 기층(274)의 표면에 침착되고, 도2d와 관련하여 상기에 설명한 방법과 유사한 방식으로 복수개(하나만 도시)의 개구(276)를 갖도록 패턴화 된다. 개구(276)는 프리스탠딩 구조로서 제조되게 되는 상호 접속 요소의 영역을 형성한다. (본 명세서에 전반적으로 설명한 것처럼, 상호 접속 요소는 전자 부품의 단자 또는 희생 기층에 결합된 일단을 갖고 상호 접속 요소의 반대쪽 단부는 전자 부품 또는 희생 기층에 결합되지 않을 때 프리스탠딩형으로 된다.)
개구 내의 영역은 임의의 적절한 방식으로 형상을 갖추게 되어 희생 기층(274)의 표면으로 연장되는 단일 오목부(278)로 도시된 것처럼 하나 이상의 오목부를 갖게 된다.
코어(와이어 스템, 280)는 개구(276) 내의 희생 기층의 표면에 결합되어 임의의 적절한 형상을 취하게 된다. 이 실시예에서는 도시의 명확성을 위해 상호 접속 요소의 일단만이 도시되어 있다. 타단(도시 생략)은 전자 부품에 부착될 수 있다. 이 방법(270)은 코어(280)가 팁 구조물(258)보다는 희생 기층(274)에 직접 부착된 것이 상기에 설명한 방법(250)과는 다르다는 것을 알 수 있다. 예로써, 금 와이어 코어(280)는 종래의 와이어 결합 방법을 사용하여 알루미늄 기층(274)의 표면에 용이하게 결합된다.
방법(270)의 다음 단계에서, 금층(282)이 코어(280) 위에 (도금에 의해) 침착되고, 오목부(278) 내부를 포함한 개구(276) 내의 기층(274)의 노출 영역 상에 침착된다. 이 층(282)의 주된 목적은 (희생 기층이 일단 제거된 후에) 상호 접속 요소의 단부에서 접속면을 형성하려는 것이다.
그 다음에, 니켈 등으로 된 비교적 경질인 재료로 된 층(284)이 층(282) 위에 침착된다. 상기에 설명한 것처럼 상기 층(284)의 하나의 주된 목적은 복합 상호 접속 요소에 소정의 기계적 특성(탄성)을 부과하려는 것이다. 이 실시예에서, 층(284)의 다른 목적은 상호 접속 요소의 하단에 제조되는 접속면의 내구성을 증진시키려는 것이다. 금으로 된 최종층(도시 생략)이 층(284)에 침착되어 상호 접속 요소의 전기적 특성을 증진시키게 된다.
최종 단계에서, 마스킹 재료(272) 및 희생 기층(274)이 제거되고, 이로써 복수개의 개별화된 상호 접속 요소(도2g와 비교) 또는 서로 소정 관계로 이격된(도2h와 비교) 복수개의 상호 접속 요소를 형성하게 된다.
이 실시예(270)는 상호 접속 요소의 단부 상에 형상을 갖춘 팁을 제조하는 방법의 예를 도시한 것이다. 이 경우에서 니켈 위에 금이 있는 우수한 예를 설명했다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서 상기에 설명한 방법에 따라 상호 접속 요소의 단부에 다른 유사한 접속 팁을 제조할 수도 있다. 이 실시예(270)의 또 다른 특징은 접속 팁이 이전의 실시예(250)에서처럼 희생 기층(254)의 표면 내에 제조되기보다는 희생 기층(274) 상부에 전체적으로 제조된다는 것이다.
인터포저
전술한 기법은 일반적으로 복합 상호 접속 요소를 제조하는 새 방법에 관한 것이다. 그 물리적 특성은 원하는 정도의 탄성을 얻도록 용이하게 맞추어진다.
일반적으로 본 발명의 복합 상호 접속 요소들은 2개의 전자 부품들 사이에 배치되어 이들을 상호접속하는 인터포저로서의 기능을 갖는 기층에 용이하게 장착(또는 그 위에 제조)된다. 2개의 전자 부품들 각각은 인터포저의 각 측면에 배치된다. 인터포저내의 복합 상호 접속 요소들의 제조 및 사용은 전술한 공유이고 같이 계속중인 미국 특허 출원 제08/526,426호에 상세히 설명되었다.
전술한 기법은 복합 상호 접속 요소를 제조하는 새 방법을 설명한다. 복합 상호 접속 요소의 물리적 특징은 요구되는 정도의 탄성과 이같은 복합 상호 접속 요소를 사용하는 인터포저의 제조성을 나타내기 위해 용이하게 맞추어진다.
일반적으로 본 발명의 복합 상호 접속 요소는 복합 상호 접속 요소의 팁이 반도체 장치의 선택된 영역(예를 들어 결합 패드)과 접촉하도록 배열되는 방식으로 기층에 용이하게 장착(또는 그 위에 제조)된다.
모출원은 반도체 장치를 탐침 검사하는 다양한 방법을 개시한다.
본 발명의 상호 접속 요소를 인터포저에 사용하는 예에 대하여 설명했다.일반적으로, 본 명세서에 사용된 것처럼 인터포저는 두개의 대향 표면들 상에 접속부를 갖고 두개의 전자 부품을 상호 접속하기 위하여 두개의 전자 부품 사이에 배치된 기층이다. 이 인터포저는 두개의 상호 접속된 전자 부품 중 적어도 하나가 (교체 및 업그레이딩 등을 위해) 제거되게 해준다.
인터포저 실시예 1
도3a는 본 발명의 상호 접속 요소를 사용하는 인터포저의 실시예(300)를 도시한다. 일반적으로, PCB형 기층 등의 절연 기층(302)은 이 절연 기층(302)의 상부 표면(302a) 및 하부 표면(302b) 상에 노출된 전도성 부분을 각각 갖는 복수개(2개만 도시)의 전도성 관통 구멍(예를 들어, 도금부; 306, 308)을 갖추고 있다.
한 쌍의 연질 코어(311, 312)는 기층(302)의 상부 표면(302a) 상의 관통 구멍(306)의 노출부에 부착된다. 한 쌍의 연질 코어(313, 314)는 기층(302)의 하부 표면 상의 관통 구멍(306)의 노출부에 부착된다. 마찬가지로, 한 쌍의 연질 코어(315, 316)는 기층(302)의 상부 표면 상의 관통 구멍(308)의 노출부에 부착되고, 한 쌍의 연질 코어(317, 318)는 기층(302)의 하부 표면 상의 관통 구멍(308)의 노출부에 부착된다. 그 다음에, 코어(311 내지 318)들은 기층(302)의 상부 표면(302a) 상에 상호 접속 구조물(322, 324)을 형성하고, 기층(302)의 하부 표면(302b) 상에 상호 접속 구조물(326)을 형성하도록 경질 재료(320)로 오버코팅 된다. 이 방식에서, 개개의 코어(311 내지 318)는 관통 구멍의 각 노출부에 견고하게 고정되고, 상호 접속 구조물(322)은 상호 접속 구조물(326)에 전기적으로 접속되고, 상호 접속 구조물(324)은 상호 접속 구조물(328)에 전기적으로 접속된다.한 쌍의 상호 접속 요소(311, 312)로서 각각의 상호 접속 구조물(322)을 마련함으로써 (단일 상호 접속 요소에 비해) 외부 부품(도시 생략)에의 신뢰성 있는 접속이 수행된다.
도시된 것처럼, 상호 접속 요소(311, 312, 315, 316)의 상부 그룹은 모두 동일 형상을 취하고, 상호 접속 요소의 하부 그룹도 모두 동일 형상을 취한다. 상호 접속 요소의 하부 그룹은 상호 접속 요소의 상부 그룹과는 상이한 형상을 취할 수 있으며, 이는 기층의 하부 표면으로부터 연장되는 상호 접속 구조와는 다른 기계적 특성을 갖는 절연 기층의 상부 표면으로부터 연장되는 상호 접속 구조를 만들 수 있게 해준다는 것을 알아야 한다.
인터포저 실시예 2
도3b는 본 발명의 상호 접속 요소를 사용하는 인터포저의 또 다른 실시예(330)를 도시한다. 이 실시예에서, 복수개(하나만 도시)의 상호 접속 요소(332)는 희생 기층(도시 생략) 상에 소정 패턴(어레이)으로 제조된다. 지지 기층(334)은 대응 패턴에 동일한 복수개의 구멍(336)을 갖추고 있다. 지지 기층(334)은 상호 접속 요소(332)가 관통 구멍(336)을 통해서 연장되도록 상호 접속 요소(332) 위에 위치한다. 상호 접속 요소(332)는 구멍(336)을 충전하는 (탄성중합체 등의) 적절한 재료(338)에 의해 지지 기층 내에 느슨하게 유지되고, 지지 기층의 상부 표면 및 하부 표면으로부터 연장된다. 그리고 나서, 희생 기층은 제거된다. 지지 기층(334; 266과 비교)은 인터포저 조립체를 제조하는 공정에서 희생 기층(254)에 장착된 복수개의 상호 결합 요소(264와 비교) 상으로 간단히 내려놓아질 수 있다.
인터포저 실시예 3
도3c는 본 발명의 상호 접속 요소를 사용하는 인터포저의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예(360)는 상호 접속 요소(362; 332와 비교)가 이 상호 접속 구조물(362)의 중간부를 지지 기층(364)의 관통 구멍(366) 상의 도금부(368)에 납땜함으로써 지지 기층(364; 334와 비교)의 구멍(366) 내에 지지된 것을 제외하고는 상기 실시예(330)와 유사하다. 또한, 지지 기층(364; 266과 비교)은 인터포저 조립체를 제조하는 공정에서 희생 기층(254)에 장착된 복수개의 상호 접속 요소(264와 비교) 상에 떨어진다.
도3b 및 도3c는 단일 상호 접속 요소(332, 362)가 두개의 전자 부품의 각 단자의 단일 접속을 수행하는 데 사용할 수 있는 것을 도시한다. 본 발명의 범위 내에서 임의의 전도성 요소를 도3b 및 도3c에 도시된 것처럼 본 발명의 상호 접속 요소 대신에 사용할 수 있다.
또한, 도3a, 도3b 및 도3c의 인터포저 실시예에서 전자 부품(도시 생략)은 인터포저가 그 단자(도시 생략)들 사이에 전기적 접속을 이루도록 인터포저(300, 330, 360)의 양측면 상에 배치된다.
*시트로부터의 상호 접속 요소의 성형
전술된 설명은 주로 경질 재료로 성형 및 오버코팅된 연질 와이어 코어로부터의 상호 접속 요소의 성형에 집중되어 왔다. 본 발명은 또한 편평한 긴 소자(탭, 리본)로 (스탬핑 또는 에칭에 의한 것과 같이) 제작되고 경질 재료로 오버코팅되는 연질 금속판으로 성형되는 상호 접속 요소의 성형에 적용 가능하다. 이러한 문제는 전술된 미국 특허 출원 제08/526,246호에 상세히 설명된다.
스페이스 트랜스포머
바로 위에 기재된 도3a 내지 도3c는 인터포저 및 본 발명에 (적절하게) 적용 가능한 동일 제작 기술을 기재하고 있다. 주로 본 발명의 복합 상호 접속 요소가 기재되었지만, 본래 탄성이 있는 인 청동 및 베릴륨 동으로 구성된 단일 결정 재료로 구성된 스프링 구조를 포함하여 어떠한 탄성 상호 접속 요소(스프링)도 채용될 수 있다.
(때때로 "피치 확산(spreading)"으로 불리는) "스페이스 트랜스포밍(space transforming)"은 본 발명에 적용 가능한 중요한 개념이다. 간단히 말하면, 탄성 접촉 구조물의 팁이 그 기부에 연결되는 것보다 서로 더 근접 (비교적 가는(fine) 피치로) 배치되는 것이 중요하다. 전술된 도2c에 도시된 대로, 이것은 각각의 스프링 요소(251 내지 256)가 서로 모이도록 성형 및 방향을 정함으로서 달성될 수 있고, 각각의 탄성 접촉 구조물이 상이한 길이를 갖게 되는 경향이 있다. 대개, 탐침 카드 조립체의 환경에서, 관련된 복수개의 신호 통로에서의 항구성을 보증하기 위해, 모든 탐침 소자(탄성 접촉 구조물)가 서로 동일한 길이를 갖는 것은 매우 중요하다.
도4는 본 발명에 따른 스페이스 트랜스포머(400)의 예시적인 설계를 도시하고, 소정의 공간-변환은 부착된 (도시 안된) 각각의 탄성 접촉 구조물의 형태가 아닌 스페이스 트랜스포머의 기층(402)에 의해 달성된다.
스페이스 트랜스포머 기층(402)은 (도시된) 상부면(402a)과 기부면(402b)을 갖고, 바람직하게 절연 재료(일 예로, 세라믹) 및 전도성 재료의 교호(alternating)층을 갖는 다중-층 요소로 성형된다. 이러한 예에서, 하나의 도선(wiring) 층은 (다수 중)2 개의 전도성 트레이스(404a, 404b)를 포함하고 있다.
(다수 중 2 개가 도시된) 복수개의 단자(406a, 406b)는 (비교적 서로 근접된) 비교적 작은 피치로 스페이스 트랜스포머 기층(402)의 상부면(402a) 상에 배치된다. (다수 중 2 개가 도시된) 복수개의 단자(408a, 408b)는 (단자(406a, 406b)에 비해 상대적으로 서로 더 이격되어 있는) 비교적 큰 피치로 스페이스 트랜스포머 기층(402)의 기부면(402b) 상에 배치된다. 일례로, 기부 단자(408a, 408b)는 (인쇄 회로 기층 피치 제한에 필적하는) 50 내지 100 mil의 피치로 배치되고, 상부 단자(406a, 406b)는 (반도체 다이 결합 패드의 중심 대 중심 간격에 필적하는) 5 내지 10 mil의 피치로 배치되어, 10:1의 피치 변환으로 된다. 상부 단자(406a, 406b)는 대응 기부 단자(408a, 408b)에 각각 연결되고, 각각의 결합 도체(410a/412a, 410b/412b)에 의해 단자를 전도성 트레이스(404a, 404b)에 각각 연결시킨다. 대개 이것은 모두 다중-층 랜드 그리드 배열(land grid array, LGA) 지지 기층등의 환경에서 공지되었다.
탐침 카드 조립체
도5는 그 주요 기능의 부품으로서 탐침 카드(502), 인터포저(504) 및 스페이스 트랜스포머(506)를 포함하는 탐침 카드 조립체(500)의 실시예를 도시하고, 반도체 웨이퍼(508)로의 일시적 상호 접속시에 적절하다. 이러한 분해 단면도에서, 어느 부품의 어느 요소는 명확한 도시를 위해 확대 도시되어 있다. 그러나, 다양한 부품의 (도시된) 종방향 정렬은 도면에서 점선에 의해 적절히 나타난다. (이하에 더 상세히 기재되는) 상호 접속 요소(514, 516, 524)는 일부가 아닌 전체가 도시되어 있음을 알 수 있다.
탐침 카드(502)는 대개 (도시된) 그 상부면 상에 배치된 (다수 중 2 개가 도시된) 복수개의 접촉 영역(단자)(510)을 갖는 통상의 회로 기층이다. (도시되지 않은) 능동 및 수동 전자 부품, 커넥터 등과 같은 또 다른 부품이 탐침 카드에 장착된다. 회로 기층 상의 단자(510)는 일반적으로 (앞서 정해진 피치인) 100mil 피치로 배열된다. 탐침 카드(502)는 약 12 인치의 직경을 갖는 적절하게 둥근 형태로 되어 있다.
인터포저(504)는 (기층(302)과 다른) 기층(512)을 포함한다. 전술된 대로, 복수개의(다수 중 2 개가 도시된) 탄성 상호 접속 요소(514)는 (그 가까운 단부에 의해) 장착되고 기층(512)의 (도시된) 기부면으로부터 (도시된 대로) 하향 연장하고, 대응하는 복수개의(다수 중 2 개가 도시된) 탄성 상호 접속 요소(516)는 (그 가까운 단부에 의해) 장착되고 기층(512)의 (도시된) 상부면으로부터 (도시된 대로) 상향 연장한다. 전술된 어떠한 스프링 형태도 바람직하게 본 발명의 복합 상호 접속 요소인 탄성 상호 접속 요소(514, 516)에 적절하다. 일반적으로, 상호 접속 요소(514, 516)의 복수개의 하부 요소(514)와 복수개의 상부 요소(516) 모두의 팁(말단부)은 탐침 카드(502)의 단자(510)의 피치에 부합되는 피치, 일례로 100 mil의 피치로 된다.
상호 접속 요소(514, 516)는 명확한 도시를 위해 확대 도시된다. 일반적으로, 상호 접속 요소(514, 516)는 인터포저 기층(512)의 각각의 기부면 및 상부면으로부터 20 내지 100mil의 전체 높이로 연장한다. 일반적으로, 상호 접속 요소의 높이는 소정의 컴플라이언스 양에 의해 규정된다.
스페이스 트랜스포머(506)는 (도시된) 하부면 상에 배치된 복수개의(다수 중 2 개가 도시된) 단자(접촉 구역, 패드)(520)와 (도시된) 상부면 상에 배치된 복수개의(다수 중 2 개가 도시된) 단자(접촉 구역, 패드)(522)를 갖는 다중-층 세라믹 기층과 같은 적절한 (전술된 기층(402)과 다른) 회로 기층(518)을 포함한다. 이러한 예에서, 복수개의 하부 접촉 패드(520)는 상호 접속 요소(516)의 팁의 피치로(일례로, 100mil의 피치로) 배치되고, 복수개의 상부 접촉 패드(522)는 더 가는(더 근접된) 피치로(일례로, 50mil의 피치로) 배치된다. 이러한 탄성 상호 접속 요소(514, 516)는 반드시 필요한 것은 아니지만 바람직하게 (전술된 소자(210)와는 다른) 본 발명의 복합 상호 접속 요소이다.
복수개의 탄성 상호 접속 요소(524)("탐침" 또는 "탐침 요소"라고도 함)(도면에는 2개만 도시됨)가 (이들의 인접 단부에 의해서) 단자(접촉 패드)(522)에 (단자를 탐침 요소에 연결시키는 도선 재료나 혹은 단자에 탐침 요소를 경납땜하거나 납땜하는 재료와 같은 추가의 재료를 개재시키지 않고) 바로 장착되어서 스페이스 트랜스포머 기층(518)의 (도시되어 있는 바와 같은) 상부 표면으로부터 (도시되어 있는 바와 같이) 상향으로 연장된다. 예시한 바와 같이, 이러한 탄성 상호 접속 요소(524)들은 적절하게 배열되므로 이들의 팁(말단부)은 이들의 근접 단부들보다도 더 미세한 피치(예를 들어 10 mil)로 이격되고, 이에 따라 스페이스 트랜스포머(506)의 피치 감소가 증대된다. 탄성 접촉 구조물(즉, 탄성 상호 접속 요소(524))은 본 발명의 복합 상호 접속 요소(상기 설명에서 도면 부호 210과 비교)인 것이 바람직하지만 필수적인 것은 아니다.
탐침 요소(524)가 희생 기층 상에 제조될 수 있고(도2d 내지 도2f와 비교), 이에 후속하여 스페이스 트랜스포머(506) 구성 부재의 단자(522)에 각각이 개별적으로 장착되거나(도2g와 비교) 무리 지어 이송된다(도2h와 비교).
알고 있는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(508)는 사진 석판술, 부착, 분산 등의 기술에 의해 전방(도면에서는 하부로 도시됨) 표면에 형성된 (도시되지 않은) 복수개의 다이 구역들을 포함한다. 통상적으로, 이러한 다이 구역들은 서로 동일하게 제조된다. 그러나 알려져 있는 바와 같이, 잘 확립되어 있는 시험 기준에 따르면, 웨이퍼 자체의 결함이나 혹은 다이 구역을 형성하기 위해 웨이퍼를 처리하는 임의의 공정에서의 결함은 특정의 다이 구역이 비기능적이게 하는 결과를 야기한다. 반도체 웨이퍼로부터 반도체 다이를 개별화하기에 앞서 다이 구역을 탐침 검사하는 데 관여되는 난점들로 인해, 시험은 종종 반도체 다이를 개별화시키고 패키징한 후에 수행하고 있다. 반도체 다이를 패키징한 후에 결함이 발견되면, 다이 패키징에 관여된 비용만큼 순손실이 발생한다. 통상적으로, 반도체 웨이퍼의 직경은 적어도 20.32cm(8인치)를 포함하는 범위에서 적어도 15.24cm(6인치)이다.
각각의 다이 구역들은 통상적으로 복수개의 접촉 영역(일례로, 결합 패드)을 갖는데, 이들 접촉 영역은 다이 구역의 표면 상에서 임의의 위치에 임의의 패턴으로 배치될 수 있다. 다이 구역들 중 어느 한 다이 구역의 (여러 개의) 결합 패드(526) 중에서 2개의 결합 패드가 도면에 도시되었다.
다이 구역을 각각의 반도체 다이로 개별화시키기 전에 다이 구역을 시험하는 기술에 있어서는 몇 안되는 기술만이 공지되어 있다. 대표적인 종래 기술로는, 세라믹 기층에 매립되어서 그로부터 연장되는 복수개의 텅스텐 니들로서 이것들 각각이 결합 패드들 중 어느 한 소정의 결합 패드로의 순간적 연결을 이루어 내는 복수개의 텅스텐 니들을 구비하는 탐침 카드 삽입체를 제조하는 것이 있다. 이러한 탐침 카드 삽입체는 가격이 저렴하기는 하나 제조하기가 다소 복잡하므로 이에 따라 비용이 비교적 높아지게 되고 제품을 얻기까지의 시간이 상당히 소요된다. 반도체 다이에 있을 수 있는 결합 패드의 배치가 다양하게 마련되는 경우, 각각의 독특한 배열은 이에 대응하는 독특한 탐침 카드 삽입체를 필요로 하게 된다.
독특한 반도체 다이를 신속하게 제조하는 데 있어서 중요한 점은, 짧은 공정 시간에 걸쳐서 제조하기에 간단하고 가격이 저렴한 탐침 카드 삽입체가 시급히 요구된다는 점이다. 인터포저(504)와 스페이스 트랜스포머(506)를 탐침 카드 삽입체로서 사용한다는 것은 위와 같은 어쩔 수 없는 요구를 바로 해결해준다.
실제에 있어서, 인터포저(504)는 탐침 카드(502)의 (도면에 도시된 바와 같은) 상부 표면에 배치되고, 스페이스 트랜스포머(506)는 (도면에 도시된 바와 같이) 인터포저(504) 위에 적층되므로, 상호 접속 요소(514)는 탐침 카드(502)의 접촉 단자(510)와 신뢰성 있는 압력으로 접촉하게 되고, 또한 상호 접속 요소(516)는 스페이스 트랜스포머(506)의 접촉 패드(520)와 신뢰성 있는 압력으로 접촉하게 된다. 이러한 구성 요소들을 적층시키고 또한 위와 같은 신뢰성 있는 접촉 압력을 보장하는 임의의 적절한 기구가 채택되는데, 이들 중 적절한 한가지 기구에 대해서 이하에서 설명한다.
탐침 카드 조립체(500)는 인터포저(504)와 스페이스 트랜스포머(506)를 탐침 카드(502) 상에 적층시키는 다음과 같은 주요 구성 부재들 즉, 스테인레스 강과 같은 강성 재료로 제조된 후방 장착 판(530)과, 스테인레스 강과 같은 강성 재료로 제조된 작동기 장착 판(532)과, 스테인레스 강과 같은 강성 재료로 제조된 전방 장착 판(534)과, 외부 차동 나사 요소(536)와 내부 차동 나사 요소(538)를 포함하는 복수개의 차동 나사(도면에는 2개만 도시되어 있는데, 3개가 바람직함), 인청동과 같은 탄성 재료로 제조되는 것이 바람직한 장착 링으로서 이로부터 연장되는 탄성 탭(도시되지 않음) 패턴을 구비하는 장착 링(540)과, 장착 링(540)과 전방 장착 판(534)을 이들 사이에 잡혀 있는 스페이스 트랜스포머(506)에 의해 유지시키는 복수개의 나사(542)(도면에는 2개만 도시됨)와, 선택적인 것으로서 제조 공차를 허용하기 위하여 장착 링(540)과 스페이스 트랜스포머(506) 사이에 배치되는 스페이서 링(544)과, 차동 나사의 상부(일례로, 내부 차동 나사 요소(538)의 상부)(도면에는 도시되지 않음)에 배치된 복수개의 피벗 구(546)(도면에는 2개만 도시됨)를 포함한다.
후방 장착 판(530)은 탐침 카드(502)의 (도시된 바와 같은) 바닥 표면 상에 배치된 금속 판 또는 링(도면에는 링으로 도시됨)이다. 복수개의 구멍(548)(도면에는 하나만 도시됨)은 후방 장착 판을 관통하여 연장된다.
작동기 장착 판(532)은 후방 장착 판(530)의 (도면에 도시된 바와 같은) 바닥 표면 상에 배치된 금속 판 또는 링(도면에는 링으로 도시됨)이다. 복수개의 구멍(550)(도면에는 하나만 도시됨)이 작동기 장착 판을 관통하여 연장된다. 실제에 있어서, 작동기 장착 판(532)은 (도면에는 간결하게 하기 위해 도시가 생략되어 있는) 나사와 같은 임의의 적절한 방법에 의해 후방 장착 판(530)에 부착된다.
전방 장착 판(534)은 강성인 금속 링이 바람직하다. 실제에 있어서, 전방 장착 판(534)은 탐침 카드(502)를 관통해서 대응하는 구멍(도면에는 간결하게 하기 위해 도시가 생략됨)을 통해서 연장되는 (도면에는 간결하게 하기 위해 도시가 생략되어 있는) 나사와 같은 임의의 적절한 방법에 의해 후방 장착 판(530)에 부착되고, 이에 따라 전방 장착 판(534)과 후방 장착 판(530) 사이에 탐침 카드(502)가 견고하게 유지된다.
전방 장착 판(534)은 탐침 카드(502)의 (도면에 도시된 바와 같은) 상부 표면에 대향해서 배치된 (도면에 도시된 바와 같은) 편평 바닥 표면을 구비한다. 전방 장착 판(534)은 이를 관통하는 큰 중앙 구멍을 구비하는데, 이 중앙 구멍은 탐침 카드(502)의 복수개의 접촉 단자(510)가 도시된 바와 같이 전방 장착 판(534)의 중앙 구멍 내에 유지되도록 한 크기로 되어 있는 내부 가장자리(552)에 의해 한정된다.
상기한 바와 같이, 전방 장착 판(534)은 (도시된 바와 같은) 편평 바닥 표면을 구비한 링형 구조이다. 전방 장착 판(534)의 (도면에 도시된 바와 같은) 상부 표면에는 계단이 형성되어 있고, 상기 전방 장착 판에 있어서 외측 영역의 (도면에도시된 바와 같이 수직 범위에서의) 두께는 내측 영역의 두께보다 더 크다. 계단부 또는 착좌부는 점선(도면 부호: 554)의 위치에 위치되고, 그 크기는 스페이스 트랜스포머(506)가 전방 장착 판의 외측 영역과 간극을 유지하고 전방 장착 판(534)의 내측 영역 상에 놓일 정도로 한다(실질적으로 상기 스페이스 트랜스포머는, 이하에서 알 수 있게 되는 바와 같이, 피벗 구(546) 상에 놓인다).
복수개의 구멍(554)(도면에는 하나만 도시됨)은 전방 장착 판(534)을 적어도 부분적으로(도면에는 이들 구멍이 전방 장착 판(534)을 부분적으로만 관통하여 연장하는 것으로 도시되어 있음) 관통하여서 전방 장착 판의 (도면에 도시된 바와 같은) 상부 표면으로부터 전방 장착판(534)의 외측 영역 안으로 연장되는데, 이들 구멍은 이하에서 알 수 있게 되는 바와 같이 대응하는 복수개의 나사(542)의 단부를 수용한다. 이러한 목적을 위해서, 구멍(554)은 나사 형성 구멍으로 형성한다. 이들 구멍은 스페이스 트랜스포머(506)가 장착 링(540)에 의해 전방 장착 판에 고정되게 하고 이에 따라 탐침 카드(502)에 대해서 가압되게 한다.
복수개의 구멍(558)(도면에는 하나만 도시됨)은 전방 장착판(534)의 얇은 내측 영역을 완전히 관통해서 연장되고 탐침 카드(502)를 관통하여 연장되는 대응하는 복수개의 구멍(560)(도면에는 하나만 도시됨)과 정렬되고, 이에 따라 후방 장착 판의 구멍(548)과 작동기 장착 판(538)의 구멍(550)과 정렬되게 된다.
피벗 구(546)는 내부 차동 나사 요소(538)의 (도면에 도시된 바와 같은) 상단부에서 정렬된 구멍(558, 560) 내에 느슨하게 배치된다. 외부 차동 나사 요소(536)는 작동기 장착 판(532)의 (나사 형성) 구멍(550) 안으로 나사 체결되고,내부 차동 나사 요소(538)는 외측 나사 요소(536)의 나사 형성 구멍 안으로 나사 체결된다. 이러한 방법에 의해서 각각의 피벗 구(546)의 위치에 대한 정확한 조정이 이루어진다. 일례로, 외부 차동 나사 요소(536)는 인치 당 72개의 외부 나사 산을 가지며, 내부 차동 나사 요소(538)는 인치 당 80개의 외부 나사 산을 가진다. 외부 차동 나사 요소(536)를 가동기 장착판(532) 내로 1회전 전진시킴으로써 그리고 대응하는 내부 차동 나사 요소(538)를 [가동기 장착판(532)에 대해] 정지 상태로 유지함으로써, 대응하는 피벗 구(546)의 위치의 순수한 변동은 "+" 0.35036 mm [1/72(0.0139) in] "-" 0.3175 mm [1/80(0.0125 in], 또는 0.03556 mm [0.0014 in]가 된다. 이것은 탐침 카드(502)에 대한 스페이스 트랜스포머(506)의 평평도를 용이하고 정확하게 조정할 수 있게 해준다. 그러므로, 탐침(상호 접속 요소)의 팁(도시된 바와 같이 상단부)의 위치는 탐침 카드(502)의 배향을 변동시키지 않고도 변동될 수 있다. 이러한 특징의 중요성, 탐침의 팁의 정렬을 수행하기 위한 기술 및 스페이스 트랜스포머의 평평도를 조정하기 위한 다른 기구(수단)는 도7을 참조해서 이하에서 보다 상세하게 설명된다. 분명한 사실은, 인터포저(504)는 그 인터포저의 두 표면 상에 배치된 탄성 또는 추종성 접촉 구조에 의해 스페이스 트랜스포머의 조정 범위 전반에 걸쳐 스페이스 트랜스포머(506)와 탐침 카드(502) 사이의 전기적 접속을 유지시켜 준다는 것이다.
탐침 카드 조립체(500)는, 상호 접속 요소(514)의 팁이 탐침 카드(502)의 접촉 단자(510)에 접촉하도록 전방 장착판(534)의 개구(552) 내에 인터포저(504)를 배치하고, 상호 접속 요소(516)의 팁이 스페이스 트랜스포머(506)의 접촉패드(520)에 접촉하도록 스페이스 트랜스포머(506)를 인터포저(504)의 상부에 배치하며, 선택적으로는 스페이서(544)를 스페이스 트랜스포머(506)의 최상부에 배치하고, 장착 링(540)을 스페이서(544) 상부에 배치하며, 그리고 나사(542)를 장착 링(540)과 스페이서(544)를 통해 전방 장착판(534)의 구멍(554) 내로 삽입하고, 나사들[그 중 하나가 참조 부호(555)로 부분적으로 도시됨]을 후방 장착판(530)과 탐침 카드(502)를 통해 전방 장착판(534)의 (도시된) 하부 표면 내의 나사식 구멍(도시 안함) 내로 삽입해서 상기 "부조립체(subassembly)"를 탐침 카드(502)에 삽입함으로써 간단하게 조립된다. 그 다음, 가동기 장착판(532)이 (예를 들어 나사에 의해, 그 중 하나가 참조 부호(556)로 부분적으로 도시되어 있음] 후방 장착판(530), 가동기 장착판(532)의 구멍(550) 내에 투입된 피벗 구(560), 및 가동기 장착판(532)의 구멍(550) 내로 삽입된 차동 나사 요소(536, 538)에 조립될 수 있다.
이러한 방식으로, 오늘날의 결합 패드 간격에 상당하는 미세 피치로 반도체 웨이퍼를 개별화하기 전에 반도체 다이 상의 복수개의 접촉 패드(접촉 구역)에 접촉시키기 위해 연장된 복수개의 탄성 접촉 구조물 또는 요소(524)를 구비한 탐침 카드 조립체가 제공된다. 일반적으로, 사용 시에 있어서 조립체(500)는 (도시되지 않은 외부 기구로) 반도체 웨이퍼를 탄성 접촉 구조물(524)의 팁 상으로 밀어 올린 상태로, 도면에 도시된 것을 뒤집은 조립체가 채용된다.
도면에서 명백한 바와 같이, 전방 장착판(기부판)(534)은 탐침 카드(502)에 대한 인터포저(504)의 위치를 결정한다. 탐침 카드(502)에 대한 전방 장착판(534)의 정확한 위치 결정을 확보하기 위해, 전방 장착판으로부터 연장된 핀과 탐침 카드(502) 내로 연장된 구멍과 같은 복수개의 정렬 요소(도시의 명료성을 위해 도면에서는 생략됨)들이 제공될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서 인청동 재료로 된 탭(리본) 또는 각각의 인터포저 또는 스페이스 트랜스포머 상의 접촉 구역에 경납땜 또는 연납땜된 것을 포함하는, 임의의 적합한 탄성 접촉 구조물(514, 516, 524)이 인터포저(504) 또는 스페이스 트랜스포머(506) 상에 채용될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서 인터포저(504)와 스페이스 트랜스포머(506)는, 전술한 동시 계류 중인 공동 소유의 PCT/US94/13373호의 도29의, 인터포저 기층으로부터 연장된 요소(486)로서 설명된 스프링 클립에 의해서와 같이, 서로 예비 조립될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서 인터포저(504)는 생략될 수 있으며, 그 대신에 참조 부호(514)에 필적할 만한 복수개의 탄성 접촉 구조물이 스페이스 트랜스포머의 하부면 상의 접촉 패드(520)에 직접 장착된다. 그러나, 탐침 카드와 스페이스 트랜스포머 간의 동일 평평도(coplanarity)를 달성하는 것은 곤란하다.
도5a는 도5의 탐침 카드 조립체(500)용으로 적합한 스페이스 트랜스포머 기층(518)을 사시도로 도시하고 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 스페이스 트랜스포머 기층(518)은 길이 "L", 폭 "W" 및 두께 "T"를 갖는 장방형 중실체가 적합하다. 이 도면에서, 탐침용 상호 접속 요소[참조 부호(424)와 비교할 것]가 장착되는 스페이스 트랜스포머 기층(518)의 상부면(518a)을 볼 수 있다. 도시된 바와 같이 복수(예컨대 수 백개)의 접촉 패드(522)가 그 소정 구역에서 스페이스 트랜스포머 기층(518)의 상부면(518a) 상에 배치된다. 소정 구역은 도면 부호(570)가 붙여진 점선으로 표시되며, 명백한 바와 같이 접촉 패드(522)는 소정 영역(570) 내에서 임의의 적합한 패턴으로 배열될 수 있다.
상술한 바와 같이, 스페이스 트랜스포머 기층(518)은 세라믹 층과 패턴화된 전도성 재료의 층이 교호하는 다층 세라믹 기층으로서 형성되는 것이 바람직하다.
그러한 다층 세라믹 기층의 제조는 공지되어 있으며, 예를 들어 랜드 격자 배열(LGA)의 반도체 패키지의 제조 시에 채용된다. 그러한 다층 기층 내에서 패턴화된 전도성 재료를 적절하게 경로 설정함으로써, 기층(518)의 상부면(518a) 상의 접촉 패드(522)의 피치와는 상이한(예를 들어 그보다 큰) 피치로 기층(518)의 하부면(본 도면에서는 볼 수 없음) 상의 접촉 패드[본 도면에서는 볼 수 없으며, 참조 부호(520)와 비교할 것]를 배치하고, 기층 (518) 내에서 접촉 패드(520)와 접촉 패드(522)를 서로 내부적으로 연결시키는 것이 간단하다.
도5a는 스페이스 트랜스포머 기층(518)의 양호한 특징 요소를 도시하고 있다. 언급된 바와 같이, 기층(518)은 상부면(518a), 하부면(518b)(이 도면에서 은폐되어 있음), 및 4개의 측면 모서리(518b, 518c, 518d, 518e)를 갖는 장방형 중실체이다. 도시된 바와 같이, 노치(572b, 572c, 572d, 572e)가 각각의 측면 모서리(518b, 518c, 518d, 518e)의 교차점을 따라 그리고 각각의 측면 모서리(518b 내지 518e)의 (코너를 제외한) 거의 전체 길이를 따른 기층(518)의 상부면(518a)을 따라 제공된다. 이들 노치(572b 내지 572e)들은 일반적으로 스페이스 트랜스포머기층(518)의 다층 세라믹 구조로서의 제조를 용이하게 해주며, 또 도5의 도면에서 볼 수 있다. 노치가 반드시 필요한 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 분명한 것은, 기층(418)의 4개의 코너는 노치가 형성되지 않기 때문에(그것은 기본적으로 세라믹 다층 기층을 제조하는 공정에 의해 지배를 받음), 장착판[도5의 참조 부호(540)]은 명백하게 이들 코너 "특징 요소(features)들"을 수용해야 한다.
도5b는 전술한 도면의 스페이스 트랜스포머 기층(518)에 필적할 수 있고 도5의 탐침 카드 조립체(500)에서 마찬가지로 채용될 수 있는 스페이스 트랜스포머 기층(574)의 실시예를 도시하고 있다. 이러한 경우에, 복수(여러 개 중 4개가 도시되어 있음)의 영역(570a, 570b, 570c, 570d)이 한정되며, 그 각각의 영역 내에서 복수개의 접촉 패드(522a, 522b, 522c, 522c)가 임의의 소망하는 패턴으로 용이하게 배치될 수 있다. 일반적으로, 영역(570a 내지 570d)의 간격은 복수개의 다이 구역이 탐침 카드의 1회 "통과(pass)"에 의해 동시에 탐침 검사될 수 있도록 반도체 웨이퍼 상의 다이 구역의 간격과 일치해야 한다. (이것은 반도체 웨이퍼 상에 존재하는 복수개의 메모리 칩을 탐침 검사하는데 특히 유용하다). 전형적으로, 기층(574)의 각각의 영역(570a 내지 570d) 내의 접촉 패드(522a 내지 522d)의 패턴은 절대적으로 필요한 것은 아니지만 서로 동일하다.
도5b의 도면은 반도체 웨이퍼 상의 복수(예를 들어, 4개가 도시되어 있음)의 인접한 다이 구역을 탐침 검사(이들과 가압 접촉)하기 위한 탐침 요소가 제공될 수 있음을 명확히 보여준다. 이는 웨이퍼 상의 모든 다이 구역들을 탐침 검사하는 데 요구되는 셋다운(setdown) (또는 스텝)의 수를 감소시키는 데 유리하다. 예를 들면, 웨이퍼 상에 백 개의 다이 구역과 스페이스 트랜스포머 상에 4개 세트의 탐침 요소가 존재하면, 웨이퍼는 단지 스페이스 트랜스포머에 대해 25회[이 예의 목적을 위해 웨이퍼의 모서리(둘레)에서의 효율은 다소 감소될 수 있다는 것은 무시한 것임]만 위치 결정될 필요가 있다. 본 발명의 범위 내에서 개개의 탐침 요소의 배향(예를 들어, 교호로 배치됨)뿐만 아니라 탐침 장소[예를 들어 참조 부호(570a 내지 570d)]의 배치는 전체 웨이퍼를 탐침 검사하는 데 요구되는 터치다운(touchdown)의 수를 최소화하기 위해 최적화될 수 있다. 또한, 본 발명의 범위 내에서 탐침 요소는 교호하는 탐침 요소들이 웨이퍼 상의 2개의 인접한 다이 구역들 중 상이한 것과 접촉하는 방식으로 스페이스 트랜스포머 상에 배열될 수 있다. 일반적으로, 탐침 요소들이 동일한 전체 길이를 갖는 것이 바람직하다면, 탐침 요소들은 스페이스 트랜스포머의 2차원 평면 상의 임의의 지점에 직접 부착(장착)될 수 있는 구속받지 않는 방법이 탐침 요소들이 탐침 카드에 부착되는 위치를 구속하는 임의의 기술(예를 들어 상술한 바와 같은 링 배치)보다 우수하다는 사실은 명백하다. 본 발명의 범주 내로서, 웨이퍼 상에 복수개의 인접하지 않은 다이 구역이 상기 방식으로 탐침 검사될 수 있다. 특히, 본 발명은 웨이퍼 상에서 개별화되지 않은 기억 장치를 탐침 검사하는 데 유용하며, 임의의 종횡비를 갖는 다이 구역을 탐침 검사하는 데 유용하게 사용된다.
도5c는 스페이스 트랜스포머 기층의 하부면 상의 접촉 패드(520)를 도시한 예시적인 배치도이며, 패드(520)는 100 mil의 피치를 갖는 유형으로 배열되고, 패드의 각각의 열은 패드의 인접한 열로부터 서로 엇갈리게 배열되며, 각각의 패드는대략 55 mil의 직경을 구비한다.
도6a는 상호 접속 요소(514, 516)가 장착된 전도성 영역(도5에 도시되지 않음, 도3a 참조)의 예시적인 배열을 도시하는, 예시적인 인터포저 기층(580)(512 참조)의 상부면 또는 하부면의 평면도이다. 도6b는 동일한 인터포저 기층(580)의 일부분의 단면도이다. 도6b에 도시된 바와 같이, 복수개의 도금된 관통 구멍(582)은 기층(580)을 통해 한 면(580a)으로부터 반대 면(580b)으로 연장되어 있다. 기층(보드) 자체는 종래의 회로 기층 재료로 형성되고, 도금된 관통 구멍을 제조하는 종래 기술을 사용한다. 이러한 실시예에서, "베이스(base)" 보드(584)는 먼저 아주 얇은[예를 들어, 0.00254 mm(100 마이크로 인치)] "블랭킷(blanket)" 구리 층(586)으로 덮여진다. 포토레지스트(588) 층은 보드의 양면에 침착되고, 관통 구멍(582)의 도금을 수행하는 개구를 구비하도록 정형된다. 관통 구멍(582)은 대략 1 mm 두께의 구리 층(590)으로 도금되고, 구리 층 상에 얇은[예를 들어, 적어도 0.00254 mm(100 마이크로인치] 니켈 장벽 층(592)이 부착되고 얇은[예를 들어, 적어도 0.00127 mm(50 마이크로인치)] 연성(순) 금층(594)이 부착된다. 그 다음에 포토레지스트(588)가 제거되고, 구리의 초기의 아주 얇은 층(586)의 흔적이 도금된 관통 구멍(582)의 외부 구역으로부터 제거된다. 도6a에 도시된 바와 같이, 도금된 관통 구멍(582)에 의해 형성된 각각의 접촉 구역의 평면도를 도시한 것으로서, 탭이 연장되어 있는 원형 링을 도시하고 있다. 탭은 기층(580)의 표면 상에 (상호 접속 요소를 장착하기 위해) 표출된 관통 구멍의 전도성 영역(패드)의 배향을 한정한다. 패드는 100 mil의 피치로 엇갈리게 배열되고, 그 (탭에 의해 결정된) 배향은 기층표면의 중심선에 반대로 위치되어 있다.
본문에 설명된 예시적인 탐침 카드 조립체(500)에 관해서, 다음의 치수와 재료가 소정의 적용예로서 예시적으로 제시된다.:
a. 스페이스 트랜스포머 기층(518)은 2.5 인치의 길이(L), 2.5 인치의 폭(W), 0.25 인치의 두께(T)를 구비하고, 세라믹 및 정형된 전도체의 적어도 3개의 교대 층을 구비한다.
b. 스페이스 트랜스포머 기층(518)으로부터 연장된 상호 접속 요소(524)는 본 발명의 복합적인 상호 접속 요소이며, 전체 직경 4.0 mil에 대해 1.0 mil 직경의 금 전선 코어를 구비하고, 1.5 mil의 니켈로 피복된다.
c. 인터포저 기층(512)은 종래의 회로 기층 재료로 형성되나, 1.850 인치의 측면 치수와 16 mil의 두께를 구비한다.
d. 인터포저 기층(512)으로부터 연장된 상호 접속 요소(514, 516)는 본 발명의 복합적인 상호 접속 요소이며, 4.0 mil의 전체 직경에 대해 1.0 mil의 직경을 갖는 금 전선 코어를 구비하며, 1.5 mil의 니켈로 피복된다. 상호 접속 요소(524)의 전체 높이는 60 mil이다.
본 발명의 범주 내로서, 상호 접속 요소(514, 516)는 단일 상호 접속 요소로서 도5에 도시되어 있지만, 각각의 도시된 요소는 탐침 카드(502)의 각각의 접촉 단자(510)와 스페이스 트랜스포머(506)의 접촉 패드(520)에 신뢰할 만한 압력 접촉이 발생하도록 보장하기 위해 도3a에 대해 전술된 방식으로 2개 이상의 상호 접속 요소를 구비한 상호 접속 구조물로서 용이하게 실시된다.
스페이스 트랜스포머(506, 518, 574) 및 인터포저(504, 580)는 "키트(kit)" (또는 "부조립체")로서 최종 사용자에 공급될 수 있으며, 이러한 경우에 최종 사용자는 탐침 카드 및 관련 장착 하드웨어(예를 들어, 530, 532, 534, 536, 538, 540, 544)를 공급하게 된다.
본 발명이 도면 및 전술된 설명부에서 상세하게 도시 및 설명되었으나, 본 발명에 대한 설명은 제한적이 아닌 예시적인 것으로 고려되어져야 한다. 다시 말해, 단지 양호한 실시예로서 도시 및 설명되었으며, 본 발명의 목적 내에 있는 모든 변형예 및 개조예가 보호되는 것이 바람직함을 이해하여야 한다. 틀림없이, 본문에 설명된 특징에 관한 복수개의 다른 "변형예"가 본 발명이 가장 근접해 있는 기술 분야에서 보통의 기술자에 의해 발생될 것이나, 그러한 변형예는 전술된 바와 같이 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 고려되어져야 한다. 이러한 변형예들 중의 일부는 모출원으로부터 시작된다.
탐침 카드 조립체의 정렬
도7은 도5에서와 같은 탐침 카드 조립체를 정렬하는 기술(700)을 도시한다. 이러한 목적을 위해, 도5의 탐침 카드 조립체(500)의 요소들의 일부는 도면에서 동일한 참조 부호(5xx)로 표시된다. 도7은 주 부품들이 다른 부품과 접촉하는 부분적으로 조립된 상태를 도시하는 도면이다.
본 발명에 의해 직면하게 되는 문제점은 탐침 카드(또는 탐침 카드 삽입체)의 접촉 팁을 시험될 반도체 웨이퍼에 대해 정렬시키는데 있어서, 종종 곤란함이 발생한다는 것이다. 각각의 탐침 요소[즉, 탄성 접촉 구조물(524)]의 각각의팁(524a)(도시된 바와 같은 상단부)에서 일정한 신뢰할만한 접촉 압력을 보장하기 위해, 탐침의 팁과 웨이퍼의 표면의 공통 평면 상에서의 공차가 최소로 유지되는 것이 필수적이다. 본문에 설명한 바와 같이, 스페이스 트랜스포머를 작용시켜 탐침 요소의 팁(524a)의 평면성을 조정하는 기구[예를 들어, 차동 나사(536, 538)]가 탐침 카드 조립체 내에 제공된다. 상기 설명에서, 스페이스 트랜스포머 기층(506)은 본문에 설명되어 도4에 도시된 방식으로 상부 단자 및 하부 단자 사이에 내부 접속이 있는 것으로 도시되어 있다.
반도체 웨이퍼 상에 시험을 수행하기 위해 탐침 카드 조립체를 사용하기 전에, 탐침 팁의 정렬이 측정되고, 필요하다면 탐침 팁(524a)이 탐침 카드 조립체에 순차적으로 제공되는(즉, 탐침 팁에 대항하여 추진되는) 반도체 웨이퍼와 동일 평면에 위치하도록 보장하기 위해 조정된다.
일반적으로, 탐침 카드 조립체가 장착되는 웨이퍼 시험기(도시되지 않음)는 반도체 웨이퍼를 탐침 카드 조립체 구역으로 운반하고 탐침 팁(524a)에 대항하여 반도체 웨이퍼를 전진시키기 위한 기구(도시되지 않음)를 구비하게 된다. 이러한 목적으로, 반도체 웨이퍼는 척 기구(도시되지 않음)에 의해 지지된다. 상기 설명에서는, 시험기 및 척 기구가 잇따른 웨이퍼들을 정확하고 반복 가능한 위치 및 배향으로, 즉 "기준면"으로 작용하는 웨이퍼의 정확한 위치로 이동시킬 수 있음을 가정하여야 한다.
본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼의 예상된 배향으로, 즉 기준면으로 팁(524a)을 정렬시키기 위해, 평면 전도 금속판(702)이 반도체 웨이퍼 대신에 시험기 내에 장착된다. 평면 금속 판은 탐침 요소의 팁(524a)을 정렬시키기 위해 "실질적인" 웨이퍼로 기능한다.
각각의 탐침 요소(524)는 탐침 카드(502) 상의 복수개의 단자(도시되지 않음) 중의 하나와 연관되고, 그 사이의 전도성 통로는 탐침들 중의 선택된 하나와, 탄성 접촉 구조물(516) 중의 연관 및 선택된 하나와, 탄성 접촉 구조물(514) 중의 연관 및 선택된 하나와, 탐침 카드(502) 내의 전선 층(도시되지 않음)으로 구성된다. 탐침 카드 단자는 소켓 등의 표면 단자의 형태로 구성된다. 케이블(704)은 탐침 카드(502)와 디스플레이 모니터(708)를 구비한 컴퓨터(시험기)(706) 사이에 연결된다. 본 발명은 컴퓨터 장치 또는 디스플레이 모니터의 사용에 제한되지 않는다.
상기 실시예에서, 100번의 압력 접촉이 10 x 10 직사각형 배열체에서 배열된 100개의 탐침 팁(524a)과 반도체 웨이퍼의 100개의 단자(예를 들어, 결합 패드) 사이에서 수행되도록 시도되는 것으로 가정된다. 그러나, 본 발명은 탐침 팁의 특정 수와 결합 패드의 특정 배열로 제한받지 않는다.
편평 금속 판(702)은 척(chuck)(도시되지 않음)에 의해서 운반되어서 탐침 팁(524a)들에 (화살표A에 의해서 지시된 바와 같이 앞으로 나와서) 작용되게 된다. 이것은 상대적으로 단계적인 방식으로 시행되어서, 이 탐침 팁(524a)들이 모두 일치해서(유사하게가 아닌) 편평 금속 판(702)에 접촉하고 있는지 여부, 또는 이 탐침 팁(524a)들 중에서 어떤 것들은 탐침 팁(524a) 중 나머지 것들 보다 먼저 편평 금속 판(702)에 의해서 접촉하게되는지 여부를 확인할 수 있게 된다. 설명에서,모니터(708)상의 영역(710) 내에서 72개의 채워진 원(도트)들은 72개의 탐침 팁(524a)이 탐침 팁(524a)들 중 나머지 28개(비워진 원으로 도시)의 탐침 팁(524a)이 편평 금속판(702)과 접촉되기 전에 편평 금속 판(702)과 접촉되었음을 나타낸다. 이러한 시각적 표시에 의하면, 스페이스 트랜스포머(506)(또는 가능하게는 금속 판(702)은 좌하방(도시된 바와 같이 page 외부로)으로 경사지게 되고, 스페이스 트랜스포머(506)의 배향은 차동 나사(536, 538)들의 적절한 조정에 의해서 쉽게 조정될 수 있다는 것이 명백하다.
평면상이라는 소정의 목적을 달성하고, 모든 탐침 팁(524a)들이 편평 금속 판(702)과 사실상 동시에 접촉하도록 하기 위해서 탐침 카드(502)의 배향을 변환시키지 않고도 모든 팁(524a)들을 편평 금속 판(702)과 동시 접촉하게 하는 데 필요한 조정은 온-라인 또는 오프-라인 상에서 쉽게 계산된다. 계산된 조정을 하는 것에 의해서, 탐침 요소(524)의 팁(524a)들은 계속해서 시험중인 반도체 웨이퍼상의 결합 패드와 사실상의 동시 접촉을 하게 된다.
상기 문단에서 설명된 "진행/중단"(접촉/분리) 형식의 시험은 본 발명의 탐침 카드에 의해서 용이하게 된 제1 정렬 "명령"의 예시적인 것이다. 제2 정렬 "명령"은 탐침 요소 팁들이 금속 판을 접하고 있는 순서(명령)를 (예를 들어, 컴퓨터 메모리에서) 기록함으로써 쉽게 수행될 수 있다. 금속 판과 처음으로 접촉하는 팁은 일반적으로 너무 "높은" 스페이스 트랜스포머의 코너(corner)를 나타내고 있고, (예를 들어, 차동 나사를 조정하는 것에 의해서) 저하되어야 할 필요가 있다. 금속 판과 접하는 팁의 순서에 기초한 어떤 적절한 알고리듬(algorithm)이 제작에 필요한 조정을 판단하는 데 사용되어 질 수 있는 것은 본 발명의 범위에 속한다. 또한 각각의 탐침 팁(524a)들과 편평 금속 판(702) 사이의 저항(예를 들어, 접지에 대한 저항)은 측정되어서 표시 모니터 상에서 단지 채워진 원 대 채워지지 않은 원으로서보다는, 비록 일반적으로 선호되지는 않지만, 측정된 저항을 지시하는 숫자, 또는 기호, 또는 도트 색으로 표시될 수 있는 것도 본 발명의 범위에 속한다.
스페이스 트랜스포머, 즉 탐침 요소(524)의 팁(524a)들을 평면화시키는 것의 배향을 조정하는 데 어떤 적절한 기구가 사용될 수 있는 것은 본 발명의 범위이다. 상술한 차동 나사(536, 538) 배열을 사용하는 것에 대한 대안으로 평면화를 위해서 서보(servo) 기구, 압전 구동기(piezoelectric actuator) 또는 발전기, 전자기 기구, 그 혼합 장치 등과 같은 것이 사용될 수 있을 것이다.
도7a는 스페이스 트랜스포머(도시되지 않음)의 공간 배향을 조정하기 위한 자동화된 기술(750)을 도시하고 있다. 본 예에서, 작동기 기구(552)("ATC"로 부착)는 차동 나사를 대체하였으며 컴퓨터(706)로부터의 신호들에 반응해서 작동한다. 세개의 이와 같은 기구(552)들은 간단한 방식으로 세 쌍의 차동 나사 부재를 대체할 수 있다. 도7a에서와 유사한 요소들은 도7에서 나타난 것들과 동일한 숫자로 표시되며, 도7에서 도시된 여러 가지 요소들은 설명의 명확성을 위해서 도7a에서 생략되었다.
또한 스페이스 트랜스포머(506)를 평면화시키기 위한 기구(특히 도7a에서 도시된 바와 같이 자동화된 기구)가 여기에서 설명된 예시적 실시예에서 도시된 것과는 다르게 배치될 수 있는 것도 본 발명의 범위에 속한다. 예를 들어, 탐침 카드의 (도시된 바와 같은) 상부면과 전방 장착판(534) 사이에 적절한 기구가 배치되거나 전방 장착판(234) 내로 합체될 수 있다. 이들 기구들 중에 어떠한 것을 사용하는 주요 특성은 탐침 카드(502)의 배향을 변경시키지 않고도 스페이스 트랜스포머(예, 506)의 각도(배향)를 변경시키는 능력이다.
탐침 요소용 팁 구조물의 사전 제조, 탐침 요소의 가공, 및 탐침 요소에 대한 팁 구조물의 결합
상술된 도2d-도2f는 희생 기층(254) 상에 팁 구조물(258)을 제조하고, 전자 부품의 단자에 계속해서 장착하기 위해서 팁 구조물(258) 상에 복합 상호 접속 요소(264)를 제작하는 기술을 제시하고 있다. 이러한 기술은 스페이스 트랜스포머(518)의 상부면에 제작된 팁 구조물을 갖는 복합 상호 접속 요소에 대해서 분명하게 사용될 수 있다.
도8a는 제작된 팁 구조물을 갖는 제작된 복합 상호 접속 요소에 대한 것으로, 특히 하기에서 설명하고 있는 스페이스 트랜스포머 정상부에 위치한 탄성 접촉 구조에 특히 적합하다. 본 예에서, (도시된 바와 같은) 상부면을 갖는 실리콘 기층(웨이퍼)(802)은 부식성 기층으로서 사용된다. 실리콘 기층(802)의 상부면 상에는 한 티타늄 층(804)이 (예로서, 스퍼터링에 의해) 침착되며, 대략 250Å(1Å=0.1nm=10-10m)의 두께를 갖는다. 이 티타늄 층(804) 위에는 (예를 들어, 스퍼터링에 의해) 하나의 알루미늄 층(806)이 침착되며, 대략 10,000Å의 두께를 갖는다. 이 티타늄 층(804)은 선택적인 것이며 알루미늄 층(806)에 대한 연마층으로서 작용한다. 이 알루미늄 층(806) 위에는 (예를 들어, 스퍼터링에 의해)하나의 구리 층(808)이 침착되며, 대략 5,000Å의 두께를 갖는다. 구리층(808) 위에는 마스크(mask)용 재료(예, 포토레지스트)의 한 층(810)이 침착되며, 대략 2mil의 두께를 갖는다. 이 마스크용 재료(810)는 포토레지스트 층(810)을 통해서 하부 구리 층(808)까지 연장된 복수개의 구멍(812)(많은 것들 중에서 세 개만 도시됨)들을 갖는 적절한 방식으로 처리된다. 예를 들어, 각각의 구멍(812)은 직경이 6mil이고, 이 구멍(812)들은 10mil의 간격(중심 대 중심)으로 배열될 수 있다. 부식성 기층(802)은 이러한 방식으로 다음과 같이 구멍(812)들 내에 복수개의 다층 접촉 팁들을 제작하도록 준비된다.
도금에 의해서, 구리 층(808) 위에 니켈 층(814)이 침착되며, 그 두께는 대략 1.0-1.5mil이다. 선택적으로는, 로듐(rhodium)과 같은 귀금속의 얇은 층(도시 않됨)은 니켈을 침착시키기에 앞서서 구리 층위에 침착될 수 있다. 다음으로, 도금과 같은 것에 의해서, 니켈 층(814) 위에 금층(816)이 침착된다. 니켈 및 알루미늄(그리고 선택적으로는 로듐)의 다층 구조는 제작된 팁 구조물(820, 도8b에 도시)로서 역할을 한다.
다음으로, 도8b에서 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(810)은 (어떤 적절한 용제를 사용해서) 벗겨지게 되고, 구리 층(808) 위에 놓여 있는 복수개의 제작된 팁 구조물들을 남기게 된다. 다음으로, 구리 층(808)에 빠른 에칭 처리를 해서, 알루미늄 층(806)을 노출시킨다. 명백하게도, 알루미늄은 땜납 재료에 대해서 사실상 비가용성이기 때문에 다음 단계에서 유용하다.
이것은 팁 구조물(820)들을 제작하는 데 사용된 동일한 처리 단계에서 제작될 수 있는 "대용" 팁 구조물(822)들이 있는 다른 구멍들로서 포토레지스트를 패터닝하는 하는 것이 적합하다는 것을 확인한다. 이들 대용 팁 구조물(822)들은 급격한 경사(비균일성)가 도금된 표면에 걸쳐서 명백하게 드러나게 되는 것을 감소시키므로서 하기의 도금 단계를 공지되고 알 수 있는 방식으로 균일화시키는 역할을 한다. 이러한 구조물(822)들은 도금 분야에서 "로버(robber)"로서 공지되어 있다.
다음으로, 납땜 또는 경납땜 페이스트(반죽물)(결합 재료)(824)는 팁 구조물(820)들의 (도시된 바와 같은) 상부면 상에 침착된다. (페이스트를 대용 팁 구조물(822)들 위에 침착시킬 필요는 없다). 이것은 스테인레스 강 차폐물 또는 형판을 구비하는 것과 같은 어떤 적절한 방식에도 사용될 수 있다. 정형적인 페이스트(결합 재료)(824)는 (유체 기지물에서) 예를 들어 1mil의 구형물(볼(ball)들을 형성하는 금-주석 합금을 함유할 수 있다.
팁 구조물(820)들은 탄성 접촉 구조물, 적합하게는 본 발명의 복합 상호 접속 요소들의 단부(팁)들에 손쉽게 장착(예, 용접)된다. 그렇지만, 적합하게는, 팁 구조물(820)들을 수납하기 위한 복합 상호 접속 요소들이 첫번째로 특별히 "준비"된다.
도8c는 스페이스 트랜스포머 기층(830, 560에 대응됨)이 복합 상호 접속 요소(832)의 단부에 장착되는 팁 구조물(820)을 예상하여 복수개의(많은 것 중 2개가 도시됨) 복합 상호 접속 요소(832)를 구비하게 하는 기술(도면 부호 850으로 도시됨)을 설명하고 있다. 상기 복합 상호 접속 요소(탐침 요소, 832)는 (단면도가 아니고) 완전히 도시된다.
본 실시예에 있어서, 복합 상호 접속 요소(832)는 (도2a에 비해) 다중 층이며, (도시되지 않은) 구리 층과, (도시되지 않은) 니켈 층(양호하게는, Ni:Co의 비율이 90:10인 니켈-코발트 합금 층)과, (도시되지 않은) 구리 층으로 상부 코팅된 금(와이어) 코어를 갖는다. 잘 알 수 있게 되는 바와 같이, 상기 니켈 층은 소정의 최종 두께의 대부분(예컨대, 80%)으로 적층되고 상기 니켈 두께의 잔여 소량 부분(예컨대 20%)은 후술하는 후속 단계에서 적층되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서, 스페이스 트랜스포머 기층(830)은 이하 명백하게 되는 바와 같이 연마 "정지부"로서 기능하는 (도시 방향으로) 상부 표면으로부터 연장하는 복수개의(많은 것 중 2개가 도시됨) 필라형(pillar-like) 구조물(834)을 구비한다. 많은 개수의 이러한 연마 정지부를 구비할 필요는 없고, 따라서 상기 정지부는 상기 기층과 동일한 재료(예컨대, 세라믹)로써 용이하게 형성된다.
스페이스 트랜스포머 기층(830)은 열용융 가능하고 용액 용융 가능한 중합체와 같은 적절한 주조 재료(836)로써 주조되어, 상기 스페이스 트랜스포머 기층의 상부 표면으로부터 연장하는 복합 상호 접속 요소(832)를 지지하도록 작용한다. 과성형된 기층의 (도시 방향으로) 상부 표면은 주조 재료의 상부 표면 상으로 (도시 방향으로) 하향 압착되는 연마 휘일(838)과 같은 것으로써 연마 작업을 받게 된다. 전술한 연마 정지부(834)는 점선(P)으로 도시된 바와 같이 상기 연마 휘일의 최종 위치를 결정한다. 이러한 방법으로, 복합 상호 접속 요소(832)의 팁(도시 방향으로 상단부)은 상호 간에 거의 완벽하게 동일 평면이 되도록 연마된다.
전술한 바와 같이, (예컨대, 차동 나사 또는 자동 기구와 같은) 기구가 전체탐침 카드 조립체(500) 내에 구비되어, 탄성 접촉 구조물의 팁이 시험되는 반도체 웨이퍼와 동일 평면에 있도록 보장하고 상기 팁이 평면화되어 상기 웨이퍼와 거의 동시에 접촉하도록 보장하게 배치된다. 명백하게는, 우선 연마(또는 임의의 다른 적절한 수단)에 의해 평면화된 팁은 이러한 주요한 목적을 달성하는 데에 기여한다. 더욱이, 탐침 요소(832)의 팁이 동일 평면에 있게 함으로써, 우선 상기 스페이스 트랜스포머 기층으로부터 연장하는 탐침 요소(832)의 팁 내의 비평면성을 (컴플라이언스에 의해) 수용하도록 상기 전방 장착판(534) 상에 부과된 제한 조건을 완화(감소)시킨다.
연마에 의해 상기 탐침 요소의 팁을 평면화한 후에, 주조 재료(836)는 적절한 용제로써 제거된다. [연마 정지부(834)는 이때 제거된다.] 주조 재료는 그 용제와 같이 잘 공지되어 있다. 단순히 용융될 수 있는 왁스와 같은 주조 재료가 연마용의 탐침 요소(832)를 지지하는 데 사용될 수 있다는 것은 본 발명의 범위에 속한다. 이러한 방법으로, 상기 스페이스 트랜스포머는 전술한 팁 구조물(820)을 수납하도록 준비된다.
상기 연마 작업의 유리한 부수적 효과는 복합 상호 접속 요소(832)의 금 와이어 스템(코어)을 상부 코팅하는 재료가 상기 금 코어를 노출시킨 상태로 팁에서 제거된다는 것이다. 팁 구조물(820)을 복합 상호 접속 요소의 팁으로 납땜하는 것이 바람직하므로, 이에 납땜하기 위해 금 재료를 노출시키는 것이 양호하다.
언급한 바와 같이, 복합 상호 접속 요소가 소정의 전체 두께의 전술한 잔여 소량 부분(예컨대, 20%)을 갖도록 추가 도금 공정을 수행함으로써, 즉 상기 복합상호 접속 요소(832)에 니켈 도금을 수행함으로써 상기 팁 구조물을 수납하기 위한 스페이스 트랜스포머를 "준비"하는 것이 양호하다.
도8b에 도시된 준비된 기층은 이제 준비된 스페이스 트랜스포머로 가져와진다. 도8d에 도시된 바와 같이, (간결하게 도시하기 위해 도8d에는 단지 2개의 팁 구조물이 도시된) 팁 구조물(820)은 표준 플립-칩 기술(예컨대, 분리 프리즘)을 이용하여 복합 상호 접속 요소(832)의 팁과 정렬되고, 상기 조립체는 결합 재료(824)를 재유동시키기 위해 납땜 용융로를 통과하여 상기 기조립된 팁 구조물(820)을 접촉 구조물(832)에 결합(예컨대, 납땜)시킨다.
이러한 기술이 기조립된 팁 구조물을 비탄성 접촉 구조물, 탄성 접촉 구조물 및 복합 상호 접속 요소 등에 결합(예컨대, 납땜)시키는 데에 이용될 수 있다는 것은 본 발명의 범위에 속한다.
재유동 공정 중에, 젖지 않는 노출된 알루미늄 층(806)은 땜납(예컨대, 놋쇠)이 팁 구조물(820) 사이로 유동하는 것을 방지하고, 예컨대 땜납 브리지(bridge)가 인접한 팁 구조물 사이에 형성되는 것을 방지한다. 알루미늄 층이 이와 같이 젖지 않는 기능뿐만 아니라, 상기 알루미늄 층은 해제 층으로도 작용한다. 적절한 부식제(etchant)를 이용하여, 상기 알루미늄은 우선적으로 (상기 조립체의 다른 재료로) 화학적 부식되고, 상기 실리콘 기층(802)은 단순히 "팽창하여 떨어져 나가(pop off)" 도8e에 도시된 바와 같이 기조립된 팁 구조물을 각각 갖는 복합 상호 접속 요소(탐침 요소)를 구비한 스페이스 트랜스포머를 완성하게 된다. [결합 재료(824)가 탐침 요소(832)의 단부 상의 "필렛(fillet)"과 같이 유동했다는것을 명심하라.] 이러한 공정의 최종 단계에서, 잔여 구리(808)는 화학적으로 부식되어 검출되는 전자 요소의 단자에 접촉하도록 노출되는 니켈(또는 이후에서 설명되는 로듐)을 갖는 팁 구조물(820)을 남기게 된다.
복합 상호 접속 요소(832)가 도2d 내지 도2f에 관해 설명된 "요지"의 관점에서 팁 구조물 상에 먼저 조립되고, 도8a에 관해 설명된 상기 구조물을 야금학적으로 이용하여 상기 스페이스 트랜스포머 기층 상에 장착된다는 것은 본 발명의 범위에 속하나, 통상 양호한 것은 아니다.
놋쇠(땜납) 페이스트(824)는 생략되고, 대신에 공융 재료(예컨대, 금-주석)의 층은 접촉 팁 구조물(820)을 이에 장착하기 이전에 탄성 접촉 구조물 상에 도금되는 것은 본 발명의 범위에 속한다.
비록 본 발명이 첨부 도면과 상기 상세한 설명 부분에서 상세히 도시되고 설명되었으나, 이는 특성상 설명적인 것이지 제한적인 것은 아닌 것으로 고려되며, 단지 양호한 실시예가 도시된 것이어서 본 발명의 요지 내에 속하는 모든 변경 및 수정은 보호되어야 하는 것을 알 수 있다. 명백하게는, 이상에서 개시된 모든 "요지"에 대한 많은 다른 "변형"은 본 발명에 친숙한 당업자에게 가능할 것이고, 전술한 바와 같이 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 이들 변형예의 몇몇은 기본적으로 개시되어 있다.
예컨대, 마스크 재료(예컨대, 포토레지스트)가 기층에 작용하고 마스크를 통과하는 빛에 노출되는 것과 상기 마스크 재료를 화학적으로 제거하는 부분처럼 패턴화되는 본원에서 설명되고 제안된 임의의 실시예(예컨대, 종래의 사진 평판 기술)에 있어서, 적절히 조준(collimate)된 광선을 (예컨대, 엑시머 레이저로부터) 제거되어야 하는 마스크 재료(예컨대, 블랭킷식 경화 포토레지스트)의 일부분에 조사하여 마스크 재료의 상기 일부분을 제거하는 단계나 (마스크의 사용없이) 적절하게 조준된 광선으로써 상기 마스크 재료의 일부를 직접 경화시킨 후 경화되지 않은 마스크 재료를 화학적으로 세척하는 단계를 포함하는 대체 기술이 사용될 수 있다.
본 발명의 복합 상호 접속 요소는 단지 탐침 카드 조립체의 스페이스 트랜스포머 요소의 단자에 직접 장착될 수 있는 적절한 탄성 접촉 구조물의 실시예라는 것을 상기에서 제안하였다. 예컨대, 텅스텐과 같이 본질적으로 탄성인 (상대적으로 큰 항복 강도를 갖는) 재료의 니들은 납땜 가능할 수 있고 선택적으로 소정의 패턴으로 지지되고 상기 스페이스 트랜스포머의 단자에 납땜될 수 있도록 땜납 또는 금과 같은 재료로써 코팅될 수 있다는 것은 본 발명의 범위에 속한다.
본원 발명의 시험된 반도체 장치는 예를 들어 스페이스 트랜스포머와 같은 탐침 기층을 포함한 탐침 카드 조립체를 사용한 시험을 통해 제조되며, 특유의 반도체 장치의 탐침 검사시 이에 대응하여 스페이스 트랜스포머만을 적절히 교환함으로써 용이하고 저렴하게 제공된다. 또한, 웨이퍼 상의 반도체 장치를 탐침 검사할 때, 탐침 검사 장치의 탐침 요소의 팁이 반도체 장치의 접촉 패드와 일정하고 신뢰성 있게 접촉하도록 하기 위해, 본원 발명은 본원 발명의 탐침 카드 조립체와 관련하여 탐침 요소(접촉 구조물)의 팁의 평면성을 조정하는 수단 및 방법을 제공한다. 이에 따라, 탐침 카드 자체의 배향(orientation)을 변경하지 않고도, 탐침 요소를갖는 지지 기층(양호하게는, 스페이스 트랜스포머)의 배향만을 조정하여 탐침 요소의 배향을 조정함으로써 탐침 요소의 팁의 평면성을 용이하고 정확하게 유지할 수 있다. 본원 발명의 탄성 접촉 구조물은 일단부가 표면에 장착되어 그 표면으로부터 연장되는 프리스탠딩형으로 제조될 수 있어, 가압 접속에 따라 굴곡 및 탄성 변형되므로 전자 부품의 접촉 부분(단자 또는 접촉 패드)과 접촉 구조물의 평면성에 공차가 있더라도 접촉 구조물과 접촉 부분 사이에 신뢰성있는 가압 접속이 이루어지며, 전자 부품의 접촉 부분의 배치에 의해 제한되지 않는다. 또한, 탄성 접촉 구조물은 복합 상호 접속 요소로 제조될 수 있는데, 코어 상에 오버코팅함으로써 경납땜 또는 납땜 등의 추가의 재료를 필요로 하지 않으면서 전자 부품의 접촉 부분 상에 직접 제조될 수 있다. 오버 코팅은 상호 접속 요소를 전자 부품의 접촉 부분에 고정하는 것을 증진시키고 필요로 하는 탄성 특성을 상호 접속 요소에 부과한다.

Claims (58)

  1. 시험된 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    복수개의 전기 접촉들을 구비한 탐침 카드와, 복수개의 긴 탄성 탐침 요소들을 구비한 탐침 기층과, 상기 전기 접촉들을 상기 탐침 요소들에 전기적으로 연결시키는 추종성 상호 접속 구조물을 포함하는 탐침 카드 조립체를 제공하는 단계와;
    각각 전기 접촉 패드들을 포함하는 복수개의 반도체 장치를 제공하는 단계와;
    상기 탐침 요소들을 상기 반도체 장치의 상기 전기 접촉 패드들에 접촉시키는 단계와;
    상기 반도체 장치를 시험하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 추종성 상호 접속 구조물은 상기 탐침 카드와 상기 탐침 기층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 반도체 장치는 웨이퍼 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시험된 반도체 장치를 제조하는 방법은 상기 반도체 장치를 개별화하기 위해 상기 웨이퍼를 절단하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을특징으로 하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 추종성 상호 접속 구조물은 상기 상호 접속 구조물의 대향면들로부터 연장하는 복수개의 긴 상호 접속 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 상기 긴 상호 접속 요소들은 상기 긴 요소가 상기 추종성 상호 접속 구조물의 개구를 통해 통과하고, 상기 긴 상호 접속 요소의 대향 단부들은 상기 상호 접속 구조물의 상기 대향면들로부터 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 복수개의 긴 상호 접속 요소들은 상기 탐침 카드 및 상기 탐침 기층에 대해서 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 힘은 스프링 힘인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 긴 상호 접속 요소들은 탄성적인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 각각의 상기 긴 상호 접속 요소들은 제1 재료의 코어와 제2재료의 코팅을 포함하고, 상기 제2 재료는 상기 제1 재료보다 더 탄성적인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제5항에 있어서, 각각의 상기 긴 상호 접속 요소들은 제1 재료의 프리커서와 제2 재료의 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 추종성 상호 접속 구조물은 상기 상호 접속 구조물의 일면으로부터 연장하는 복수개의 제1 상호 접속 요소들과, 상기 상호 접속 구조물의 대향면으로부터 연장하는 복수개의 제2 상호 접속 구조물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수개의 제1 상호 접속 요소들은 상기 복수개의 제2 상호 접속 구조물들과 다른 기계적 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수개의 제2 상호 접속 구조물은 단단한 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제5항에 있어서, 상기 추종성 상호 접속 구조물은 탈착 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제2항에 있어서, 상기 탐침 카드는 복수개의 상호 접속 요소 구조물을 포함하며, 상기 복수개의 상호 접속 요소 구조물은 상기 복수개의 전기 접촉들로부터 연장하고 상기 추종성 상호 접속 구조물과 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제2항에 있어서, 상기 탐침 기층은 상기 추종성 상호 접속 구조물과 접촉하는 복수개의 상호 접속 요소 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의 배향을 변경함으로써 상기 탐침 요소들의 팁을 정렬하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해 상기 탐침 기층의 배향에 영향을 미치도록 배치된 이동 가능한 요소를 이동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소에는 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소는 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 나사는 차동 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소의 제1 방향으로의 이동은 상기 탐침 기층의 적어도 일부분이 상기 탐침 카드를 향해서 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소의 제2 방향으로의 이동은 상기 탐침 기층의 적어도 일부분이 상기 탐침 카드로부터 떨어져서 이동하도록 허용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제18항에 있어서, 복수개의 상기 이동 가능한 요소들을 이동시키는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제19항에 있어서, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의 위치를 변경하도록 배치된 서보 기구를 구동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제19항에 있어서, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의위치를 변경하도록 배치된 압전 구동기를 구동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제19항에 있어서, 상기 정렬은 상기 팁을 정렬판과 함께 정렬시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제1항에 있어서, 상기 탐침 기층은 스페이서 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제1항에 있어서, 각각의 상기 탐침 요소들은 제1 재료와 제2 재료를 포함하고, 상기 제2 재료는 상기 제1 재료보다 더 탄성적인 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 시험된 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    복수개의 전기 접촉들을 포함하는 탐침 카드를 제공하는 단계와,
    상기 탐침 카드에 이동 가능하게 부착되고 상기 전기 접촉들과 전기적으로 소통되는 복수개의 긴 탄성 탐침 요소들을 포함하는 탐침 기층을 제공하는 단계와;
    상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의 배향을 변경함으로써 상기 탐침 요소들의 팁을 정렬하는 단계와;
    반도체 장치를 제공하는 단계와;
    상기 팁을 상기 반도체 장치에 접촉시키는 단계와;
    상기 반도체 장치를 시험하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해 상기 탐침 기층의 배향에 영향을 미치도록 배치된 이동 가능한 요소를 이동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소에는 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소는 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 나사는 차동 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제32항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소의 제1 방향으로의 이동은 상기 탐침 기층의 적어도 일부분이 상기 탐침 카드를 향해서 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소의 제2 방향으로의 이동은 상기 탐침 기층의 적어도 일부분이 상기 탐침 카드로부터 떨어져서 이동하도록 허용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제31항에 있어서, 복수개의 상기 이동 가능한 요소들을 이동시키는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제31항에 있어서, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의 위치를 변경하도록 배치된 서보 기구를 구동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제31항에 있어서, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의 위치를 변경하도록 배치된 압전 구동기를 구동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제31항에 있어서, 상기 탐침 기층은 스페이서 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제31항에 있어서, 각각의 상기 탐침 요소들은 제1 재료의 코어와 제2 재료의 코팅을 포함하고, 상기 제2 재료는 상기 제1 재료보다 더 탄성적인 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제31항에 있어서, 상기 정렬은 상기 팁을 정렬판과 함께 정렬시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 각각 복수개의 전기 접촉 패드를 구비한 복수개의 반도체 장치를 그 위에 포함하는 웨이퍼를 제공하는 단계와;
    복수개의 전기 접촉들을 구비한 탐침 카드와, 복수개의 긴 탄성 탐침 요소들을 구비한 탐침 기층과, 상기 전기 접촉들을 대응하는 상기 탐침 요소들에 전기적으로 연결시키는 추종성 상호 접속 구조물을 포함하는 탐침 카드 조립체를 제공하는 단계와;
    상기 반도체 장치의 상기 전기 접촉 패드들이 상기 탐침 요소들과 전기적으로 접촉하도록 상기 웨이퍼와 상기 탐침 카드 조립체를 접촉시키는 단계와;
    상기 반도체 장치를 시험하는 단계
    를 포함하는 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 방법은 상기 탐침 요소들의 팁을 대응하는 상기 전기 접촉 패드들과 정렬시키는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  46. 제45항에 있어서, 상기 탐침 요소들의 팁의 상기 정렬은 상기 탐침 카드에대해서 상기 탐침 기층의 배향을 변경하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  47. 제46항에 있어서, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해 상기 탐침 기층의 배향에 영향을 미치도록 배치된 이동 가능한 요소를 이동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  48. 제45항에 있어서, 상기 정렬은 상기 팁을 정렬판과 함께 정렬시키는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  49. 제44항에 있어서, 상기 방법은 상기 반도체 장치를 개별화하기 위해 상기 웨이퍼를 절단하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  50. 제44항에 있어서, 상기 탐침 기층은 스페이서 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  51. 복수개의 전기 접촉들을 포함하는 탐침 카드를 제공하는 단계와,
    상기 탐침 카드에 이동 가능하게 부착되고 상기 전기 접촉들과 전기적으로 소통되는 복수개의 긴 탄성 탐침 요소들을 포함하는 탐침 기층을 제공하는 단계와;
    상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의 배향을 변경함으로써 상기 탐침요소들의 팁을 정렬하며, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의 배향에 영향을 미치도록 배치된 이동 가능한 요소를 이동시키는 것을 포함하는 단계와;
    반도체 장치를 제공하는 단계와;
    상기 팁을 상기 반도체 장치에 접촉시키는 단계와;
    상기 반도체 장치를 시험하는 단계
    를 포함하는 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  52. 제51항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소에는 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  53. 제51항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소는 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  54. 제53항에 있어서, 상기 나사는 차동 나사를 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  55. 제51항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소의 제1 방향으로의 이동은 상기 탐침 기층의 적어도 일부분이 상기 탐침 카드를 향해서 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  56. 제55항에 있어서, 상기 이동 가능한 요소의 제2 방향으로의 이동은 상기 탐침 기층의 적어도 일부분이 상기 탐침 카드로부터 떨어져서 이동하도록 허용하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  57. 제51항에 있어서, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의 위치를 변경하도록 배치된 서보 기구를 구동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
  58. 제51항에 있어서, 상기 변경은 상기 탐침 카드에 대해서 상기 탐침 기층의 위치를 변경하도록 배치된 압전 구동기를 구동하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 시험된 반도체 장치.
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