KR20070057992A

KR20070057992A - 다른 표면에 이송 가능한 맨드릴 상에서 제작되는 전기주조스프링

Info

Publication number: KR20070057992A
Application number: KR1020077009658A
Authority: KR
Inventors: 벤자민 엔 엘드릿지; 개탄 엘 매튜
Original assignee: 폼팩터, 인코포레이티드
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-06-07
Also published as: EP1807240A2; US20060085976A1; US7621044B2; JP2008518209A; EP1807240A4; CN100524976C; WO2006047349A2; TW200620512A; WO2006047349A3; CN101048920A

Abstract

전기 방식용 층상에 형성되어 추후에 에칭되어 떨어지는 접점 구조체와는 달리, 재사용 가능한 맨드릴 상에 접점 구조체를 도금함으로써 탄성 스프링 접점 구조체가 제조된다. 일 실시예에서는, 맨드릴은 기판의 도금 관통 홀을 통해 삽입되는 형태 또는 금형 영역을 포함한다. 그 다음, 도금이 맨드릴의 금형 영역 뿐 아니라 스프링 접점을 부착할 기판에도 스프링 접점을 형성하도록 수행된다. 제2 실시예에서는, 맨드릴은 기판을 관통하여 삽입되지 않고서, 먼저 도금되어 탄성 접점을 형성한 다음 기판의 영역에 부착되는 형태를 포함한다. 제2 실시예에서의 부착은 스프링 접점을 형성하기 위해 사용된 도금 공정 동안 달성될 수 있거나, 또는 맨드릴로부터의 스프링 접점의 분리 이전이나 이후에 전도성 접착제, 또는 납땜을 사용함으로써 달성될 수 있다.

Description

다른 표면에 이송 가능한 맨드릴 상에서 제작되는 전기주조 스프링 {ELECTROFORM SPRING BUILT ON MANDREL TRANSFERABLE TO OTHER SURFACE}

본 발명은 탄성 전기 접점 소자, 또는 전기 부품들 사이의 압력 접점을 형성하기 위한 스프링 접점에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 스프링 접점을 형성하는 데 사용되는 구조체, 및 웨이퍼 상의 집적 회로(IC)를 탐침(프로빙)하는데 사용하기 위한 기판에, 또는 웨이퍼 레벨 패키징을 위한 접점, 소켓 접점, 또는 기타 탄성 접점 구조체의 구현예로서, 스프링 접점을 형성하고 그 접점을 기판에 부착하는 방법에 관한 것이다.

탄성 접점 소자 또는 스프링 접점은 다양한 형태로 제조된다. 웨이퍼 상의 IC를 프로빙하는 데 사용되는 한가지 유형의 스프링 접점은 모두 발명자가 Khandros인 미국특허 제5,476,211호(발명의 명칭,“Method of Manufacturing Electrical Contacts, Using a Sacrificial Member”)와, 그의 대응 분할 특허인 미국특허 제5,852,871호 및 미국특허 제6,049,974호에 기재되어 있다. 이들 특허는 가변 길이형 코어 소자[예컨대, 와이어 “스템” 또는 “스켈레톤(skeleton)”]를 전자 부품의 단자에 실장하고, 탄성 특성을 보장하기 위해 그 가변 길이형 코어 소자를 하나 이상의 재료의 “셀(shell)”로 코팅함으로써, 탄성 상호접속 소자를 형 성하는 방법에 대해 개시하고 있다. 그 코어 소자를 위한 예시적인 재료로는 금을 포함한다. 탄성 코팅을 위한 예시적인 재료로는 니켈 및 그의 합금을 포함한다. 결과적인 스프링 접점 소자는 프로브 카드와 웨이퍼 상의 IC 사이를 포함하여 둘 이상의 전자 부품 사이의 압력 접속(pressure connection)을 만드는 데 사용된다.

프로브 카드, 또는 기타 구조를 형성하기 위해 기판에 스프링 접점을 접속하는 것은 발명자가 Eldridge, Grube, Khandros and Mathieu이고, 발명의 명칭이 “Method of Planarizing Tips of Probe Elements of a Probe Card Assembly”인 미국특허 제5,974,662호에 기재되어 있다. 이 특허에서는 “스페이스 트랜스포머(space transformer)”를 형성하도록 실장된 탄성 스프링 접점 소자를 포함한 프로브 카드 어셈블리에 대해 기재하고 있다. 스페이스 트랜스포머는 제1 피치에 배치된 단자를 갖고, 또는 일 표면 상의 단자들 사이에 간격을 두며 대향 표면 상의 제2 피치에 배치된 대응 단자를 갖는 다중층 상호접속 기판이다. 제1 피치로부터 제2 피치로의 “피치 확장(pitch-spreading)”을 이루는 데 사용되는 기판의 층에 라인을 배선(routing)함으로써 공간 변형이 제공된다. 사용시, 길이형 스프링 접점 소자의 자유 단부(free end)(팁)는 프로빙 또는 테스트되고 있는 전자 부품 상의 대응하는 단자와 압력 접속을 형성한다.

더욱 최근의 유형의 스프링 접점 소자는 발명자가 Eldridge, Grube, Khandros 및 Mathieu이고, 발명의 명칭이 “Microelectronic Spring Contact Element and Electronic Component Having A Plurality Of Spring Contact Elements”인 미국특허 제6,482,013호에 기재되어 있으며, 여기에 참조용으로써 포 함된다. 이 특허에서는 탄성 접점 소자를 제조하기 위해 기구적인 기술이 아닌 포토 리소그라피에 대해 기재하고 있다. 기구적으로 형성된 접점 소자에서와 같이, 리소그라피 기술을 사용하여 형성된 탄성 접점 소자는 니켈 및 그의 합금과 같은 탄성 재료를 포함한다. 프로브 카드, 또는 포토 리소그라피 기술을 사용하여 탄성 접점을 갖는 다른 기판을 제조하기 위해, 일 실시예에서는 재료의 도금 또는 증착, 포토레지스트의 도포, 포토리소그라피 기술을 사용한 마스킹, 및 에칭을 포함한 일련의 단계에 의해, 스프링 접점이 전기 방식용(防蝕用) 기판의 표면 상에 형성된다. 그 다음, 스프링 접점을 갖는 전기 방식용 기판은 이송되어, 스페이스 트랜스포머 상의 단자에 실장된다. 그 다음, 전기 방식용 기판은 제거된다.

프로브 카드의 스페이스 트랜스포머 상에 제공되는 것에 더하여, 탄성 스프링 접점은 또한 다수의 스페이스 트랜스포머 기판을 유연성 있게 상호접속시키기 위해 프로브 카드의 인터포저(interposer) 상에도 사용될 수 있다. 인터포저는 기판의 양면에 제공된 탄성 접점을 포함한다.

또한, 발명의 명칭이 “Interposer, socket and assembly for socketing an electronic component and method of making and using same”인 미국 특허 제6,669,489호에 기재된 바와 같이, 탄성 접점은 다수의 다른 전자 부품 상의 패드 또는 단자에 고정될 수 있다. 탄성 접점은 패드 또는 단자에 전기적으로 부착하는 역할을 하고 한쪽 단부에 고정되며, 전기적 접속을 유지하고 자유 단부에 인가된 압축력을 흡수한다. 스프링 접점이 적용될 수 있는 전자 부품은 전술한 스페이스 트랜스포머 및 인터포저 기판, 반도체 웨이퍼 및 다이; 생산품 접속용 소켓; 테스 트용 소켓; 전기 방식용 부재, 소자 및 기판, 세라믹 및 플라스틱 패키지를 포함한 반도체 패키지, 칩 캐리어; 및 커넥터를 포함하여 설명되어 있다. 탄성 접점은 실리콘 다이에 적용되는 경우 반도체 패키징을 가질 필요성을 제거하므로 특히 유리하다.

미세 피치 전기 접속에 적합한 상호접속 소자를 제조하는 새로운 방법, 특히 재현가능하고 일관적이며 저가의 방법을 지속적으로 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 전기 방식용 층상에 형성되어 추후에 에칭되어 떨어지고 재생성되어야 하는 접점 구조체와는 달리, 재사용 가능한 맨드릴 상에 접점 구조체를 형성하도록 도금하여 제조될 수 있는 탄성 접점 구조체가 설명된다.

제1 실시예에서는, 탄성 접점 구조체를 생성하기 위한 맨드릴(mandrel)은 기판의 도금 관통 홀을 통해 삽입되는 형태를 포함한다. 그 형태는 탄성 접점용 금형을 제공하는 표면을 가지며, 그 금형의 주위 영역은 도금 동안 금속이 부착되는 것을 방지하는 차단 재료로 이루어진다. 탄성 접점을 제조하기 위해, 맨드릴이 기판의 홀을 통해 삽입되고, 전기 도금을 사용한 도금 또는 무전해 도금 공정이, 맨드릴의 금형 영역상에 뿐 아니라 기판에 탄성 접점을 부착할 기판의 표면상에도 탄성 접점 구조체를 생성하도록 수행된다. 그 다음, 맨드릴이 분리되어, 탄성 접점 구조체가 부착된 채로 남는다.

제2 실시예에서는, 탄성 접점을 생성하기 위한 맨드릴은 탄성 접점 구조체를 형성하기 위한 금형 영역을 포함하지만, 제1 실시예와는 다르게 맨드릴은 기판을 관통하여 삽입되지 않고서 스프링 접점 구조체를 형성하고 부착하도록 구성된다. 제2 실시예의 탄성 접점 구조체는 기판 표면을 맨드릴과 접촉시키고 도금을 수행함으로써 부착되어 맨드릴의 접점 구조체를 형성할 뿐 아니라 접점 구조체를 기판 표면 상의 패드에 부착시킬 수 있다. 제2 실시예에서 맨드릴 상에 생성되는 탄성 접점은 마찬가지로 맨드릴 상에 형성된 후에, 납땜, 용접과 같은 수단에 의해 또는 전도성 접착 재료를 사용하여 기판 상의 구조체에 부착될 수 있다. 제2 실시예의 탄성 접점은 또한 맨드릴에 형성되고 분리된 후, 추후에 납땜, 용접과 같은 수단에 의해 또는 전도성 접착제를 사용하여 기판에 부착될 수 있다. 부착 후에, 제1 실시예나 제2 실시예의 어디에서든 탄성 접점은 금형으로부터 분리되고, 맨드릴은 재사용될 수 있다.

제1 및 제2 실시예 모두에 대하여, 도금을 사용하여 다수의 탄성 접점을 동시에 형성할 수 있도록 다수의 맨드릴은 어레이로 일체로 부착될 수 있다. 이러한 어레이의 경우, 탄성 접점은 그룹 방식으로 기판 상의 전도성 영역에 부착될 수 있고, 맨드릴은 추후 재사용된다.

스프링 접점을 형성하기 위한 맨드릴 상의 금형은 여러가지의 형상으로 제공될 수 있다. 일 실시예에서는 금형 영역은 단순하게 경사진 표면이다. 다른 실시예에서는 금형 영역은 테이퍼진 나선형으로 형성된다. 또 다른 실시예에서는, 접점 팁을 제공하도록 생성된 최종 스프링에 범프를 형성하기 위해 경사 표면에 함입부가 생성된다.

적어도 두 개의 유형의 재료가 맨드릴에 사용될 수 있다. 일 실시예에서는, 맨드릴은 세라믹 또는 폴리머로 이루어지며, 그의 몰딩 표면은 탄성 접점을 도금하기 위한 영역을 제공하도록 금속화된다. 다른 실시예에서는, 맨드릴은 금속으로 이루어지며, 표면을 선택적으로 부동태화(passivation)하거나, 표면을 알루미늄 옥사이드와 같은 차단 재료로 코팅함으로써, 차단이 제공된다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1a 내지 도 1f는 기판의 도금 관통 홀을 통해 삽입된 맨드릴 상에 도금함으로써 탄성 접점 소자를 형성하는 제1 실시예의 제조 단계를 도시한 단면도이다.

도 2a 내지 도 2d는 다양한 형상의 탄성 접점 구조체를 형성하기 위한 맨드릴의 팁의 다른 실시예를 도시한다.

도 3은 전기주조 영역의 금속 코팅을 갖는 세라믹 재료로 형성되거나, 또는 도금 재료를 원하지 않는 곳에 차단 재료 코팅을 갖는 금속 구조로 형성된 맨드릴로서, 경사진 팁을 갖는 맨드릴을 도시한 사시도이다.

도 4는 팁의 일부만 스프링 접점을 도금하기 위해 코팅된 맨드릴로서, 경사진 팁을 갖는 맨드릴의 사시도이다.

도 5는 테이퍼진 나선형 팁을 갖는 맨드릴을 도시한 사시도이다.

도 6은 도 7a 내지 도 7d에 도시된 단계에 따라 형성된 탄성 접점 구조체의 사시도이다.

도 7a 내지 도 7d는 기판을 관통하여 맨드릴을 삽입하지 않고서 맨드릴 상에 도금하고 접점 소자를 부착함으로써 형성된 탄성 접점 소자의 제2 실시예의 제조 단계를 도시한 단면도이다.

도 8a 내지 도 8f는 탄성 접점 소자를 맨드릴 상에 도금한 다음 부착하는 다른 방법의 제2 실시예의 단계를 도시한 사시도이다.

도 9a 및 도 9b는 탄성 접점 소자에 접점 팁을 형성하기 위해 도 8a 내지 도 8f의 맨드릴을 변형시킨 제2 실시예를 도시한다.

도 10a 및 도 10b는 동시에 접속되는 맨드릴 어레이로서, 피치 확장을 갖는 기판 측면과 갖지 않은 기판 측면 모두에 스프링 접점을 부착하는 데 사용되는 맨드릴 어레이를 도시한다.

도 11a 및 도 11b는 맨드릴 상에 스프링 접점을 형성한 다음, 부착 전에 스프링 접점을 분리시키는 것을 도시한다.

도 1a 내지 도 1f는 기판의 관통 홀을 통해 삽입된 맨드릴 상에 도금함으로써 탄성 접점 소자를 형성하는 제1 실시예의 제조 단계를 도시한다. 먼저 도 1a에서, 맨드릴이 삽입될 도금 관통 홀(4)을 형성하기 위해 전도성 재료로 도금되고 패턴 형성된 개구를 갖는 기판(2)이 제공된다. 기판은 세라믹, 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 유기 재료, 또는 IC를 지원할 수 있는 실리콘 또는 갈륨 비소와 같은 반도체 재료와 같은 다양한 재료로부터 형성될 수 있다.

다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 다수의 맨드릴(6)이 지지 구조체(8)에 부착되고, 도금 관통 홀(4)을 통해 삽입된다. 탄성 접점의 전기 도금 또는 무전해 도금에 사용되는 유체의 흐름을 방지하기 위해 맨드릴(6) 주위의 지지 구조체(8) 상에 밀봉재(12)가 선택적으로 제공된다. 다수의 맨드릴이 바람직하지만, 어레이로 연결되지 않은 개별적인 맨드릴이 동시에 사용되거나 또는 한번에 하나씩 사용될 수 있는 것을 고려할 수 있다.

그 다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 맨드릴(6)의 팁 뿐 아니라 도금 관통 홀(4)의 다른 노출 부분에도 탄성 접점 구조체(10)를 형성하도록 도금이 수행되어, 탄성 접점 구조체(10)를 부착할 수 있다. 탄성 접점은 니켈 기반 금속 및 그의 합금과 같은 탄성 금속 재료의 단일 층을 도금함으로써 형성된 전기주조 스프링일 수 있다. 다른 방법으로, 탄성 접점은 전기 전도도, 낮은 접점 저항, 납땜성, 및 내부식성과 같은 우수한 전기 특성을 위해 선택된 전도성 재료의 제1 층을 도금하고, 이어서 니켈 및 그의 합금과 같은 탄성 금속 층을 도금한 다음, 우수한 전기 특성을 갖는 재료의 또 다른 층을 도금함으로써 형성된 다중층 스프링일 수 있다. 세 개의 도금 층이 설명되었으나, 탄성 접점에 관한 원하는 구조에 따라 하나 이상의 층이 도금될 수 있다. 도 1c에 도시된 공정의 경우, 탄성 접점(10)을 형성하는 도금 재료는 탄성 접점(10)을 기판에 부착하는 역할을 하는 도금 관통 홀(4)과 접점한다.

스프링 접점 구조체의 하나 이상의 층에 다수의 재료가 사용될 수 있다. 재료는 니켈, 및 그의 합금; 구리, 알루미늄, 코발트, 철, 및 그들 합금; 금(특히 경질금) 및 은, 우수한 전류 전달 능력 및 양호한 접점 저항 특성을 나타내는 금 및 은; 백금 그룹의 원소; 귀금속; 준귀금속(semi-noble metal) 및 그들 합금, 특히 팔라듐 그룹의 원소 및 그들 합금; 텅스텐, 몰리브덴 및 기타 내화 금속 및 그들 합금을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 솔더링과 같은 마무리를 원하는 경우, 주석, 납, 비스무트, 인듐 및 그들 합금이 또한 사용될 수 있다. 니켈 코발트는 브레이징(brazing)하기 좋은 재료의 예이다.

도금은 전기 도금, 무전해 도금, CVD, 스퍼터링, 또는 유사 공정에 의해 수행될 수 있다. 무전해 도금은 통상적으로 니켈 아인산(nickel phosphorous), 또는 니켈 붕소(nickel boron)와 같은 니켈 및 그의 합금으로 이루어진 도금 재료를 사용하여 수행된다. 금을 포함한 다른 재료가 또한 무전해 공정에 의해 적용될 수 있다.

도금되면, 도 1d에 도시된 바와 같이 지지 구조체(8)는 맨드릴(6)이 탄성 접점 구조체(10)로부터 분리되도록 도금 관통 홀(4)을 통해 맨드릴(6)을 뒤로 끌어당기도록 이동될 수 있다. 분리는 열 충격을 사용하여 또는 단순히 힘을 인가함으로써 수행될 수 있다. 도금 이후 맨드릴(6) 및 탄성 접점 구조체(10)를 담그는 린스액은 맨드릴(6)과 탄성 접점 구조체(10)의 상이한 재료를 상이한 속도로 확장할 수 있도록 맨드릴(6)을 탄성 접점(10)으로부터 분리시키기에 충분한 열 충격을 제공할 수 있다.

도 1e는 맨드릴(6)이 제거된 경우 기판(2)의 도금 관통 홀(4)에 부착된 결과적인 탄성 접점 구조체(10)를 도시한다. 그 다음, 도 1e의 결과적인 구조체는 스페이스 트랜스포머, 인터포저, 또는 배선 기판과 같이, 도금 관통 홀에 전기적으로 접속하도록 별도의 기판에 부착될 수 있다. 마찬가지로, 구조체는 반도체 웨이퍼, 소켓, 또는 반도체 패키지에 접속될 수 있다.

도 1f는 도 1e의 구조체와 배선 기판(14)의 접속을 도시한다. 기판(2)과 스페이스 트랜스포머 기판(14)의 부착은 스페이스 트랜스포머 기판(14)의 트레이스(18)를 통해 제공된 납땜 범프(16)를 가열하여 흐르게 하고 이에 따라 솔더 범프(16)가 기판(2)의 도금 관통 홀(4)에 부착하게 함으로써 제공될 수 있다. 마찬가지로, 브레이징 또는 전도성 접착제에 의해서도 부착이 수행될 수 있다. 배선 기판(14)은 일 측면의 도금 관통 홀을, 패드들 사이에 다른 간격을 갖는 다른 측면의 패드(20)에 접속시키는 트레이스(18)를 포함하고, 간격이 넓거나 미세한 피치일 수 있다. 결과적인 구조체는 테스트를 위해 웨이퍼 상의 IC에 접점하는 데 사용되는 프로브(10)를 갖는 프로브 카드의 일부, 또는 기타 응용을 형성할 수 있다.

도 2a 내지 도 2d는 다수의 다른 맨드릴 팁이 다양한 형상의 탄성 접점 구조체를 형성하는 데 사용될 수 있음을 도시한다. 도 2a는 도 1a 내지 도 1f에 도시된 바와 같이 경사면을 갖는 맨드릴 팁을 도시한다. 도 2b는 전도성 범프를 탄성 접점 구조체로서 형성할 수 있는 하프 돔(half dome) 형상의 맨드릴 팁을 도시한다. 도 2c는 사각 형상의 팁을 도시한다. 도 2d는 유사하게 테이퍼진 나선 스프링 표면을 형성하기 위한 테이퍼진 나선형 팁을 도시한다. 그러나, 도 2a 내지 도 2d는 단지 몇 개의 가능한 맨드릴 팁을 도시한 것일 뿐, 다수의 다른 팁 형상도 가능하다.

도 3은 도 1a 내지 도 1f와 도 2a에 도시한 바와 같이, 맨드릴 팁의 경사면에 전역에 도금이 생기도록 구성된, 경사진 팁을 갖는 맨드릴의 사시도를 도시한다. 도 3의 일 실시예에서는, 맨드릴은 전기 도금되지 않을 세라믹 또는 유리와 같은 유전체 재료(22)로 이루어지고, 도금을 원하는 영역에 금속(24)으로 코팅된다. 또 다른 실시예에서는, 맨드릴은 도금을 위해 노출된 금속 영역(24)만 남기며, 전기 도금을 원하지 않는 곳의 표면(22)이 차단 재료로 코팅되거나 부동태화되는 금속 구조로 형성한다.

금속 맨드릴을 코팅하는 데 사용되는 차단 재료는 도금을 막기에 충분히 두꺼운 임의의 차단 재료일 수 있다. 금속 맨드릴을 코팅하는 데 사용될 수 있는 차단 재료의 예는 스테인리스 스틸 또는 산화 주석(특히 티타늄 맨드릴을 코팅), 포토레지스트 재료, 또는 전자(electrophonetic) 스프레이 코팅을 포함할 수 있다. 전기 도금이 가능한 금속 코팅의 바람직한 실시예는 알루미늄이다. 금속 재료 맨드릴의 예는 티타늄 또는 스테인리스 스틸이며, 얇은 산화물인 차단 코팅이 어느 하나의 금속 상에 형성된다. 금속 맨드릴을 형성하거나 금속 도금 영역을 제공하기 위한 또 다른 금속 재료는 텅스텐 카바이드이다. 맨드릴을 위한 몇 가지 예의 재료가 설명되었으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 팁(30)의 일부만 도금 표면을 제공하는, 경사진 팁을 갖는 맨드릴을 도시한다. 도 4는 경사진 팁, 또는 다른 팁이 도금으로 하여금 원하는 스프링 형상을 형성하도록 하지 않는 영역(31)에 부분적으로 부동태화되거나 재료로 코팅될 수 있음을 도시한다. 바람직한 실시예에서, 팁은 영역(31)에서 부동태화되고, 맨드릴의 샤프트(33)는 도금을 막을 정도로 충분히 두꺼운 차단 재료로 코팅된다. 맨드릴이 티타늄 또는 스테인리스 스틸이면, 부동태화는 절연, 또는 반절연층임에도 불구하고 도금될 수 있는 얇은 산화물이다. 도 5는 테이퍼진 코일 리본 스프링을 형성하도록 맨드릴이 부동태화되거나 코팅될 수 있는 방법을 나타낸, 테이퍼진 나선형 팁을 갖는 맨드릴을 도시한다. 차단 또는 부동태화 코팅을 갖는 금속 맨드릴이 설명되었으나, 금속 코팅된 표면을 갖는 유전성 맨드릴이 마찬가지로 도 4 및 도 5에 도시된 맨드릴에 형성하는 데 사용될 수 있다.

탄성 접점 소자를 형성하기 위한 제2 실시예에서는, 도 1a 내지 도 1f의 실시예와는 다르게, 기판을 관통하여 맨드릴을 삽입하지 않고서, 탄성 접점을 기판에 부착하고 분리하는 데 사용될 수 있는 맨드릴 상에 탄성 접점이 도금된다. 이러한 제2 실시예에 대해 두 개의 다른 제조 방법이 설명되며, 첫 번째가 도 7a 내지 도 7d에 의해 도시되고, 두 번째가 도 8a 내지 도 8f에 의해 도시된다.

참조를 위해, 도 6은 도 7a 내지 도 7d의 단계에 따라 형성된 탄성 접점 소자(36)를 갖는 맨드릴(32)의 사시도로서, 맨드릴(32)과 탄성 접점 구조체(36)는 부착을 위한 도금 관통 홀(4) 위에 제공된다. 전술한 바와 같이, 맨드릴(32)은 전기 도금을 위해 노출되어 접속된 금속 코팅을 갖는 유전체 재료일 수 있거나, 또는 마찬가지로 맨드릴은 부동태화된 표면 또는 차단 코팅을 갖는 금속 재료일 수 있다. 스프링 접점을 형성하기 위해 특정 기하학적 형상을 갖는 맨드릴(32)이 도시되었지으나, 다른 형상이 제공될 수 있다.

도 7a는 발(foot)과 같은 형상의 맨드릴(32)을 사용하여 스프링 접점을 제조하기 위한 제1 단계를 도시하며, 맨드릴(32)은 탄성 접점 구조체(36)를 도금하기 위한 형태를 제공하는 제1 상면(34)을 갖는다(도 7b에 도시됨). 별도로 도시하였으나, 맨드릴(32)은 지지 구조체와 일체로 유지될 수 있다. 마찬가지로 맨드릴의 어레이가 도 7a에 도시되었으나, 개별적인 맨드릴이 스프링 접점(36)을 개별적으로 부착하는 데 마찬가지로 사용될 수 있다. 부착을 가능하게 하기 위해 맨드릴(32)의 제2 하면(40)은 기판(2)의 도금 관통 홀(4) 상에 위치한다.

스프링 접점(36)을 형성할 뿐 아니라 스프링 접점을 부착하기 위해, 도 7b에 도시된 바와 같이, 도금이 수행된다. 도금은 맨드릴(32)의 영역(34) 뿐 아니라 도금 관통 홀(4)의 금속화된 영역에도 스프링 접점(36)을 형성하여, 탄성 접점(36)을 금속화된 영역에 효과적으로 부착시킨다. 도 1a 내지 도 1f에 관한 설명에서와 같이, 금속화된 표면을 갖는 맨드릴(32)의 일부(34) 상에 금속을 도금함으로써 탄성 접점(36)이 형성되고, 나머지 차단 표면은 코팅되지 않은 채로 남는다. 도금 관통 홀(4)에 부착된 것으로 도시되었으나, 기판(2)의 트레이스와 같은 또 다른 금속 표면에 부착이 이루어질 수 있음은 물론이다. 트레이스를 이용하여 다른 기판에 접속하는 것은 트레이스에 와이어 본딩을 함으로써 이루어질 수 있다. 다른 방법으로, 트레이스는 다른 기판에의 접속을 위해 탄성 접점을 도금 관통 홀에 연결할 수 있다.

도 7c는 탄성 접점 소자(36)가 도금 관통 홀(4)에 부착된 이후 탄성 접점 소자(36)로부터 맨드릴(32)을 분리하는 것을 도시한다. 도 1a 내지 도 1f에 관련하여 설명한 바와 같이, 분리는 열 충격, 또는 상이한 재료 유형의 맨드릴과 탄성 접점을 떼어놓기 위한 다른 수단에 의해 달성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 분리 이후 맨드릴(36)은 기판의 면에 대하여 측면 방향으로 제거되고, 맨드릴(36)은 다음의 추가적인 탄성 접점의 형성을 위해 재사용될 수 있다. 부착된 탄성 접점 소자(36)를 갖는 완성된 기판(2)이 도 7d에 도시된다. 완성된 기판은 도 1f에 도시한 바와 마찬가지로 배선 기판에 부착되어 웨이퍼 테스트를 위한 프로브 카드의 일부를 제공할 수 있다.

도 8a 내지 도 8f는 도 1a 내지 도 1f에서와 같이 기판을 관통하여 삽입될 필요가 없는 탄성 스프링 접점을 형성하기 위한 맨드릴을 사용하는 방법으로서, 도 7a 내지 도 7d에 대한 방법의 다른 예의 제조 방법을 도시한다. 맨드릴이 기판과 접점하고 기판에 대해 측면 방향으로 이동함으로써 분리되는 도 7a 내지 도 7d에 도시된 방법과는 대조적으로, 도 8a 내지 도 8f에서는 부착 동안 맨드릴이 기판과 접점하지 않으며, 기판 표면의 평면으로부터 맨드릴을 접선 방향으로(또는 수직 방향으로) 멀어지도록 이동함으로써 분리가 달성된다.

도 8a는 탄성 스프링 접점이 형성될 지지 구조체(42)에 부착된 맨드릴(40)의 어레이를 도시한다. 도 8b는 도 8a의 맨드릴(40) 중 하나의 확대도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 맨드릴(40)은 도금 영역(46)을 갖는 표면을 포함한다. 전기 도금을 원하는 경우, 맨드릴(40)은 전기 도금을 위한 금속 코팅 영역(46)을 갖는 유전체 재료로 형성될 수 있고, 또는 맨드릴(40)은 도금을 원하지 않는 곳에 부동태화 영역 또는 차단 코팅을 갖는 금속 재료일 수 있다. 금속 맨드릴의 경우, 유전체 코팅은 전술한 바와 같이 포토 레지스트, 전자 스프레이 코팅, 또는 기타 재료일 수 있다. 전에 도시된 바와 같이, 도시된 도금 영역(46)은 도금에 사용되는 경사의 일부만 경사졌으나, 다른 구성이 사용될 수 있다. 도금 영역(46)의 홈이 필요한 것은 아니나, 스프링 접점의 두께의 제어가 가능하도록 도금 영역(46)이 홈형으로 된다.

도 8c는 맨드릴(40)의 도금을 도시한다. 도시된 바와 같이, 탄성 접점(48)을 형성하는 도금 재료는 노출된 금속 영역을 갖는 맨드릴(40)의 영역(46)을 덮는다. 또한, 탄성 접점(48)을 형성하는 도금 재료의 일부 오버플로우가 홈형 부분(46)을 넘어 확장하는 것으로 도시되어 있다. 이러한 오버플로우는 필수적이지는 않으나, 예시를 위해 도 8c에 도시된 것이다.

도 7a 내지 도 7d의 실시예와는 다르게, 도 8d 및 도 8e에 도시된 바와 같이 도금은 탄성 접점(48)의 기판에 부착하는 공정과는 별도로 수행된다. 도 8d는 납땜, 브레이징에서와 같은 부착 재료(50)를 사용하여, 전도성 접착제, 또는 당 업계에 공지된 기타 수단을 사용하여 스프링 접점의 표면(52)에 부착하는 것을 도시한다. 납땜은 다음 세 가지 방식, 즉 (1) 기판 상에 스크린 프린팅된 페이스트와 접점하여 납땜되도록 접점 소자의 끝단을 위치시키고, 이 어셈블리를 오븐에서 역류시키는 제1 방식, (2) 제1 방식에서와 같이 스크린 페이스트를 적용하나, 기판 금속과 맨드릴의 금속 접점 소자 사이에 전류를 흘림으로써 역류시키는 제2 방식, 및 (3) 스폿 용접에 의해 탄성 접점을 접점 포인트에 직접 용접하는 제3 방식 중 적어도 하나의 방식으로 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 레이저를 사용한 부착의 경우, 스프링 접점(48)과 접속하는 재료(50)는 레이저를 사용하여 소결될 수 있는 파우더형 금속이다. 납땜 또는 브레이징 재료인 재료(50)의 경우, 이 재료는 부착을 위해 가열될 수 있다. 더 나아간 다른 방법으로서, 재료(50)는 전도성 에폭시와 같은 접착성 재료이거나, 또는 필요에 따라 부착 강도를 부가하는 충전재를 갖는 전도성 충전 에폭시일 수 있다.

도 7a 내지 도 7d에 도시된 부착과는 다르게, 도 8a 내지 도 8e의 맨드 릴(40)의 경우, 맨드릴(40)은 기판과 접점하지 않으며, 맨드릴(40)은 부착 이후에 탄성 접점이 부착된 표면의 평면으로부터 접선 방향으로 또는 수직 방향으로 멀리 이동시킴으로써 떼어놓을 수 있다. 일단 탄성 접점(48)이 부착되면, 도 8f에 도시된 바와 같이, 맨드릴(40)은 분리되어 기판에 결합된 탄성 접점(48)이 남는다. 전술한 바와 같이, 분리는 열 충격 또는 다른 절차에 의해 수행될 수 있다. 도시된 바와 같이, 탄성 접점(48)은 맨드릴의 함입부(46)에 의해 형성된 확장 접점 영역(54)을 포함한다. 도금 동안 함입부(46)에서 벗어나 흐르는 오버플로우 재료(53)가 도시되나, 오버플로우 재료(53) 없이 영역(54)을 형성하도록 도금이 사용될 수 있다. 탄성 접점(48)은 재료(50)에 의해 기판(52)에 결합된 것으로 도시되어 있다.

도 9a 및 도 9b는 도 8a 내지 도 8f의 맨드릴의 변형예로서, 탄성 접점 소자에 접점 팁 피쳐(62)가 형성되어 있다. 도 9b에 도시된 접점 팁 피쳐(62)는 맨드릴(40)의 홈형 도금 영역(46)의 함입부(60)에 형성된다. 접점 팁 피쳐(62)는 직사각형 구조로 도시되나, 함입부는 원하는 바에 따라 원형, 정사각형, 피라미드형 또는 기타 형상일 수 있다. 접점 팁 피쳐는 접점 영역을 최소화하여, 이웃하는 패드와의 접점을 방지할 뿐 아니라 접점으로 인한 손상이 발생할 수 있는 패드 영역을 최소화한다.

도 10a 및 도 10b는 스프링 접점(48)을 형성하여 기판(2)에 부착하는 데 사용되는, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같은 맨드릴(40)의 어레이를 도시한다. 다수의 맨드릴(48)은 다수의 스프링 접점이 동시에 형성될 뿐 아니라 일체로 부착될 수 있게 하는 고정 장치(71 및 72)의 일부로서 형성된다. 도 10a에는 맨드릴에 스 프링 접점(48)이 도금되고 부착된 것으로 도시되어 있다. 그 다음, 도 10b에는 스프링 접점(48)이 맨드릴로부터 분리된 것으로 도시되어 있다.

도 10a 및 도 10b는 별도의 맨드릴 어레이(71 및 72)를 사용하여 스프링 접점(48)이 기판(2)의 상면 및 하면 모두에 부착될 수 있음을 나타낸다. 기판(2)은 전술한 도 1a 내지 도 1f의 기판과 마찬가지로 도금 관통 홀(4)을 포함한다. 도금 관통 홀(4)이 도시되었으나, 탄성 접점이 기판(2)에서 도금 관통 홀에 접속되지 않은 금속 영역에 접속될 수 있음은 물론이다. 맨드릴(72)을 사용한 부착에 의해 도금 관통 홀(4)에도 접속된 패드에의 접속이 도시되고, 여기서, 탄성 접점(48)은 기판(2)의 트레이스에 의해 도금 관통 홀(4)에 접속된 패드(76 내지 78)에 부착된다. 패드(76 내지 78)는 도금 관통 홀(4)에 길이 트레이스를 달리하여 연결되는데, 이는 피치 확장이 중심이 상이한 스프링 접점들을 기판(2) 표면 전역의 그리고 상이한 맨드릴(71, 72) 사이의 중심 거리에 연결하도록 수행될 수 있다는 것을 보여준다.

도 11a 및 도 11b는 맨드릴 상에 스프링 접점을 형성한 다음 부착 이전에 스프링 접점을 분리하는 것을 보여준다. 도 11a는 어레이(73)로 구성된 맨드릴 상의 스프링 접점(48)의 형성을 보여준다. 그 다음, 도 11b는 앞서 설명한 열 충격과 같은 공정을 사용하여, 형성된 개별 스프링을 분리시키는 것을 보여준다. 스프링 접점은 “스프링 자루(bag of spring)”로서 저장될 수 있다. 그 다음, 스프링 자루로부터의 스프링은 납땜, 브레이징, 전도성 접착, 또는 당 업계에 공지된 다른 절차를 사용한 기판에의 부착에 의해 조립될 수 있다. 도 9a 및 도 9b에 관련하여 설 명된 바와 같이 맨드릴 상에 형성된 스프링 접점(48)이 형성된 것을 보여주였지만, 다른 맨드릴 구성으로부터 스프링 접점이 형성 및 분리될 수 있다.

형성된 스프링 접점은 맨드릴로부터 분리되기 이전에 또는 맨드릴로부터 분리된 이후에 다수의 상이한 전자 부품에 부착될 수 있다. 여기에 설명된 스프링 접점이 사용될 수 있는 전자 부품으로는, 스페이스 트랜스포머, 인터포저, 또는 배선 기판과 같은 기판; 반도체 웨이퍼 및 다이; 생산품 접속용 소켓; 테스트 소켓; 전기 방식용 부재; 소자 및 기판; 세라믹 및 플라스틱 패키지를 포함한 반도체 패키지; 칩 캐리어; 및 커넥터를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기에 본 발명이 상세하게 설명되었으나, 이는 단지 본 발명을 형성하고 사용하는 방법을 당업자에게 교시하기 위한 것이다. 다음의 특허 청구범위에 정의되는 범위 내에서, 다양한 추가적인 수정이 본 발명의 범주에 속할 것이다.

Claims

스프링 소자의 연속하여 형성 및 기구적 분리를 위한 맨드릴을 마련하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 탄성 접점을 형성하는 단계는 상기 탄성 접점을 도금하는 단계를 포함하는 것인 탄성 접점의 제조 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 도금은 전기 도금에 의해 수행되는 것인 탄성 접점의 제조 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 도금은 무전해 도금에 의해 수행되는 것인 탄성 접점의 제조 방법.
스프링 소자를 제조하는 방법으로서,

맨드릴 상에 상기 스프링 소자를 도금하는 단계 및 상기 맨드릴로부터 상기 스프링 소자를 분리시키는 단계를 포함하는 스프링 소자 제조 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 분리시키는 단계는 기구적으로 수행되는 것인 스프링 소자 제조 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 분리시키는 단계는 열 충격에 의해 수행되는 것인 스프링 소자 제조 방법.
청구항 5의 방법에 의해 형성된 스프링 소자.
청구항 8의 스프링 소자를 기판에 부착함으로써 형성된 프로브 카드.
웨이퍼 상에 형성된 집적 회로로서,

청구항 9의 프로브 카드를 사용하여 테스트된 집적 회로.
청구항 5에 있어서, 상기 스프링 소자를 기판에 부착하는 단계를 더 포함하는 스프링 소자 제조 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 도금하는 단계 이전에 기판의 도금 관통 홀을 관통하여 상기 맨드릴을 삽입하는 단계를 더 포함하는 스프링 소자 제조 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 스프링 소자는 상기 도금하는 단계에 의해 기판 상의 영역에 형성되어 부착되는 것인 스프링 소자 제조 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 탄성 접점의 형성 이후에 상기 탄성 접점을 금속 영역에 부착하는 단계를 더 포함하는 스프링 소자 제조 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 탄성 접점을 분리시키는 단계 이후에 상기 맨드릴은 또 다른 탄성 접점을 형성하기 위해 재사용되는 것인 스프링 소자 제조 방법.
청구항 5의 방법에 의해 마련된 프로브 접점을 갖는 소켓 구조체.
청구항 5의 방법에 의해 마련된 접점을 갖는 반도체 웨이퍼 또는 디바이스.
청구항 5의 방법을 사용하여 형성된 스프링 접점을 사용하여 테스트된 반도체 디바이스.
청구항 5의 방법을 사용하여 형성된 스프링 접점에 의해 전기적으로 테스트된 패키지 디바이스.
맨드릴로서, 탄성 접점이 위에 도금될 수 있게 하고 상기 맨드릴 상에 또 다른 탄성 접점이 형성될 수 있도록 분리되게 할 수 있는 표면을 갖는 맨드릴.
청구항 20에 있어서, 상기 탄성 접점이 형성되지 않을 영역에 차단 또는 부 동태화 코팅을 갖는 금속 재료를 포함하는 맨드릴.
청구항 20에 있어서, 비전도성 재료 상의 금속화된 영역을 포함하여 상기 탄성 접점이 도금될 수 있는 표면을 갖는 비전도성 재료를 포함하는 맨드릴.
청구항 20에 있어서, 상기 탄성 접점의 돌출형 접점 팁 부분을 형성하기 위한 홈형 영역을 포함하는 맨드릴.
일체로 부착된 맨드릴 어레이로서, 각각의 맨드릴은 탄성 접점이 위에 전기 도금될 수 있게 하는 재료를 갖는 표면을 갖는 것인 맨드릴 어레이.