KR20110117148A - 버클링 칼럼을 가진 전자 컴포넌트용 탄성 콘택트 디바이스 - Google Patents

버클링 칼럼을 가진 전자 컴포넌트용 탄성 콘택트 디바이스 Download PDF

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Abstract

전자 컴포넌트와 전기적으로 접촉하기 위한 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500)가 제안된다. 이러한 콘택트 디바이스는 장축(110)을 갖고 있는, 적어도 하나의 베이식 모듈(100)을 포함한다. 각 베이식 모듈은 베이식 모듈의 탄성을 형성하기 위한 탄성 코어(105)를 포함하고, 탄성 코어는 축방향 압축력에 응답하여 축방향 탄성 변형을 거친다. 제1 콘택트 터미널 엘리먼트(115) 및 제2 콘택트 터미널 엘리먼트(120)는 축방향 반대 포지션에서 탄성 코어와 결합되어 있다. 하나 이상의 긴 콘택트 엘리먼트(125)는 상기 제1 터미널 엘리먼트와 상기 제2 터미널 엘리먼트 사이에서 축방향으로 뻗어 있다. 각 긴 엘리먼트는 임계 압축력보다 낮고 제로 보다 높은 버클링 축방향 크리티컬 부하를 갖도록 구성되어 있다.

Description

버클링 칼럼을 가진 전자 컴포넌트용 탄성 콘택트 디바이스{ELASTIC CONTACT DEVICE FOR ELECTRONIC COMPONENTS WITH BUCKLING COLUMNS}
본 발명의 실시예에 따른 솔루션은 전자 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 이러한 솔루션은 전자 컴포넌트의 전기 접촉에 관한 것이다.
임의의 전자 컴포넌트는 그 동작을 위해 전기적으로 접촉될 필요가 있고, 일부 경우에는, 이러한 접촉은 탄성적인 방식을 갖는 것이 바람직하다.
전형적인 예는 패키지 레벨에서 소켓의 테스트 동안 전자 컴포넌트와 접촉하는데 사용되는 소켓이고, 또 다른 예는 웨이퍼 레벨에서 프로브 카드의 테스트 동안 전자 컴포넌트와 접촉하는데 사용되는 프로브 카드이다. 양측의 경우에, 테스트되는 전자 컴포넌트는 이들의 손상을 피하기 위해 탄성적인 방식으로 접촉된다. 또한 탄성 구조는 칩과 기판 사이의 기계적 스트레스를 감소시키기 위해 예를 들어, 플립칩 기술에서, 상응하는 패키지의 회로화된 기판에, 전가 컴포넌트가 집적된, 반도체 재료의 칩을 전기적으로 연결할 필요가 있다. 동일한 필요가 멀티칩 모듈(MCM)에서, 그리고 DCB(다이렉트 구리 본딩)상의 파워 컴포넌트에서 상이한 전자 컴포넌트를 전기적으로 연결할 필요가 있을 때 필요하다.
이러한 목적을 위해, 탄성 타입의 다수의 전기 콘택트 디바이스 (또는 단순히 콘택트)가 제안되었다.
특히, "포고-핀"으로 알려진 콘택트는 소켓 및 프로브 카드에서 널리 사용된다. 일반적으로, 포고-핀은 예를 들어, 여기에 전체가 언급되어 통합된, US-A-2006/0145719 문서에 기술된 바와 같이 적합한 금속 입자를 임베딩함으로써 도전성을 갖도록 제조된 금속 스프링 또는 폴리머 엘리먼트에 의해 형성된다.
그러나, 스프링에 기초한 콘택트는 상대적으로 번거롭고 따라서, 이들은 피치가 감소된 구조를 얻을 수 없다. 사실, 스프링은 예를 들어, 레스팅 길이의 60% 보다 거의 크지 않은, 제한된, 탄성 특성을 유지할 수 있도록 하는 최대 변형에 의해 정의된 최소 동작 길이를 갖고 있고, 따라서, 이러한 스프링은 상응하는 압축력에 응답하여 반응력의 수용가능한 값을 제공하는 변형을 허용하도록 비교적 길게 유지되어야 한다. 또한, 스프링은(압축/반응) 힘과 변형 사이에 정비례 관계를 보여준다. 이것은 예를 들어, 프로브 카드 및 소켓의 일부 적용예에서 단점이 될 수 있다. 사실, 테스트되는 패키지 또는 웨이퍼의 전자 컴포넌트와의 정확하게 전기 접촉하도록, 각 콘택트는 상응하는 공칭 변형에 의해 상응하는, 공칭 반응력을 제공하여야 한다. 일반적으로 프로브 카드 및 소켓은 수천 오더의 매우 많은 수의 콘택트를 포함하여서, (회피할 수 없는 평면 에러 때문에) 동시에 웨이퍼 또는 패비키에 모든 콘택트가 도달하도록 보장하는 것이 가능하지 않다. 결과적으로, 모든 콘택트가 공칭 변형을 거치도록 보장하도록) 적어도 예측되는 평면 에러의 공칭 변형을 얻을 필요가 있는 것 보다 높은 거리만큼 콘택트를 보다 더 가깝게 이동시킬 수 있는 압축력을 가할 필요가 있다. 그러나, 이러한 변형과 힘 사이의 비례성으로 인해 공칭 변형에 도달하는 제1 콘택트에 의해 가해지는 반응력은 이들의 추가 변형 때문에 상당히 증가되고, 이는 이러한 콘택트에 대한 가능한 손상의 위험을 안게 된다. 또한, 이것은 웨이퍼 또는 패키지에 각각 먼저 도달하는 콘택트에 의해 가해지는 추가 반응력을 극복하기 위해 프로브 카드 또는 소켓에 가해질 압축력이 상당히 증가될 필요가 있다.
도전성 플리머-기초 콘택트는 대신에, 추가된 금속 입자에 의해 폴리머내에 유발되는 구조적 수정으로 인해, 감소된 동작 수명을 갖게 된다. 임의의 경우에, 볼륨이 50%보다 훨씬 더 높은 수용가능한 도전도를 얻기 위한 폴리머에 많은 양의 금속 입자를 추가할 필요는 그 기계적 특성을 제어할 가능성을 상당히 제한하여 불가능하지는 않지만, 요구되는 탄성을 얻는 것을 매우 어렵게 한다.
스프링에 기초한 콘택트에 대한 상기 지적된 동일한 단점은 여기에 언급되어 전체가 통합된 US-A-6796810에 기술된 구조에도 있다. 사실, 이러한 경우에, 절연재에 의해 둘러싸인 탄성 도전성 칼럼을 사용하는 것이 제안되어 있다.
대안으로, 여기에 언급되어 전체가 통합된 US-A-2002/0086566는 액체 상태에서 도체를 임베딩하는 탄성 폴리머 엘리먼트를 사용하는 것을 제안하고 있다. 그러나, 이러한 구조는 제조하기 어렵고, 비표준의 전용 프로세스를 필요로 하고, 콘택트의 정상 동작 온도에서 액체인 도전성 재료를 사용할 필요에 의해 제한된다.
또 다른 가능성은 탄성 폴리머 엘리먼트내에 도전성 입자의 칼럼을 임베딩하는 방법을 제안한, 여기에 언급되어 전체가 통합된 US-A-4820376에 기술되어 있다. 이러한 구조의 단점은 전기 도전도가 고정되어 있지 않고, 인가되는 압축력에 따라변한다는 것이다.
프로브 카드의 상이한 콘택트 구조는 여기에 언급되어 통합된 US-A-5367254에 기술되어 있다. 이러한 문서는 방사형으로 반대 포지션에 배열된 인접한 모든 쌍의 리세스를 갖는) 서로 길이방향으로 스태거링된 리세스를 갖는 강성 가이드내에 수용된, 도전성 전선을 사용하는 것을 제안한다. 이러한 전선은 강성 가이드를 따라 미끄러짐 자유롭고, 강성 가이드에 고정된 일단부 및 그로부터 돌출한 타단부를 갖고 있다. 이러한 방식으로, 부하가 전선의 돌출 단부에 인가될 때, 버클링하고(붕괴하고) 이로 인해 강성 가이드에 다시 들어간다. 강성 가이드의 제안된 구조에 의해 전선의 변형을 제어하는 것이 가능하여서 부하가 제거될 때 전선이 전선의 원래의 위치로 복귀되는 것을 보장한다. 그러나, 이렇게 얻어진 전기 콘택트는 상당히 불안정하다.
전선의 버클링에 기초한 또 다른 구조는 여기에 통합되어 전체가 언급된 WOA-95/04447에 기술되어 있다. 이러한 경우에, 이러한 전선의 버클링은 전선을 절연 상태로 유지하고, 이들의 변형을 강성 인서트에 의해 제어하는 탄성 폴리머 엘리먼트를 횡방향으로 변형시킨다. 이러한 방식에서, 축방향 반응력은 전선에 의해 제공되고, 폴리머 엘리먼트는 상응하는 강성 기계적 제약으로 인해 임의의 축방향 압축력을 거치지 않는다. 따라서, 전선은 상당한 기계적 피로에 취약하다. 동일한 문서는 피로도로 인해 파손되는 전선을 대체하는 것이 가능한 대안을 인용하고 있다.
대신에, 패키지에서, 칩과 기판 사이의 탄성 타입의 콘택트는 컴플라이언트 범프에 의해 만들어질 수 있다. 이러한 범프는 마이크로스프링에 실장되어 있다. 이러한 구조는 그러나 상대적으로 복잡하고 번거롭고, 스프링에 기초한 포고-핀에 대해 상기 지적된 동일한 단점을 갖고 있다. 대안으로, 강성 타입의 콘택트가 자주 사용되고, 이러한 경우에, 일단 칩이 기판에 납땜되면, 탄성 언더-필링 층이 기판과 칩 사이에 추가된다.
소켓, 프로브 카드, 패키지 및 멀티칩 모듈에 사용하기 위한 탄성 타입의 또 다른 콘택트 구조는 여기에 언급되어 전체가 통합된 WO-A-2006/066620에 기술되어 있다. 이러한 경우에, 콘택트는 피라미드 또는 끝을 자른 피라미드 형상을 갖는 금속 커버에 의해 코팅된 도전성 또는 절연성의 탄성 폴리머 코어에 의해 형성된다.
전선에 기초한 콘택트가 또한 알려져 있다. 이러한 구조는 일반적으로, 예를 들어, 여기에 언급되어 전체가 통합된 US-A-5334029에 기술된 바와 같이, 임베딩된 전선을 유지하는 폴리머 층에 의해 형성된, 탄성 인터포저를 만드는데 사용된다.
인터포저의 또 다른 예는 전선을 기계적으로 유지하는 유사한 층을 가져서 전기적으로 절연시키고, 이는 여기에 언급되어 전체가 통합된 US-A-4998885에 기술되어 있다. 이러한 경우에, 노치는 상이한 전선 사이의 폴리머 층에 만들어지고, 이러한 노치는 이러한 구조의 압축력 균일성을 제어하도록 이들의 크기 및 스페이싱에 따라 사용된다.
여기에 언급되어 전체가 통합된 US-B-6264476은 상이한 타입의 인터포저를 기술하고 있고, 각 콘택트는 상응하는 탄성 엘리먼트와 함께 탄성에 시너지를 갖고 기여하는 스프링에 의해 또는 단독으로 있기에 너무나 가느다란 미세한 와이어에 의해 형성된 전성 엘리먼트를 포함하고 있다.
또한, 폴리머 층에 임베딩되는, 다공성 실리콘의 기판에 제조된 와이어의 상승에 기초한 콘택트를 제조하기 위한 특별한 기술이 여기에 전체가 언급되어 통합된 WO-A-2007/104799에 기술되어 있다.
다른 타입의 콘택트가 여기에 언급되어 전체가 통합된, 도전성 엘리먼트가 연선에 의해 형성된 US-A-6079987, 스프링과 결합된 릴로부터 공급된 와이어에 의해 도전성 엘리먼트가 얻어지는 US-A-2002/060579, 튜브형 스프링에 연결된 플런저에 의해 도전성 엘리먼트가 형성된 WO-A-98/41877, 그리고 러버의 튜브 또는 스프링과 결합된 텔레스코프 구조를 갖는 2개의 프로브에 의해 도전성 엘리먼트가 형성된 US-A-5174763에 기술되어 있다.
일반적으로, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 솔루션은 콘택트의 기계적 특성 및 전기적 특성의 디커플링에 기초하고 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 솔루션의 하나 이상의 특징은 독립항에 기재되어 있고, 동일한 솔루션의 유익한 특징이 종속항에 기재되어 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시에에 따른 솔루션의 특징은 전기 접촉 전자 컴포넌트에 대한 탄성 콘택트 디바이스를 제공한다. 이러한 콘택트 디바이스는 장축을 갖는, 적어도 하나의 베이식 모듈을 포함한다. 각 베이식 모듈은 베이식 모듈의 탄성을 형성하기 위한 예를 들어, 폴리머 재료의 탄성 코어를 포함한다. 이러한 탄성 코어는 축방향 압축에 응답하여 축방향 탄성 변형을 거친다. 제1 콘택트 터미널 엘리먼트, 예를 들어, 패드 및 제2 콘택트 터미널 엘리먼트, 예를 들어, 팁은 축방향 반대 포지션에서 탄성 코어와 결합된다. 또한, 하나 이상의 긴 콘택트 엘리먼트, 예를 들어, 금속 칼럼은 제1 터미널 엘리먼트와 제2 터미널 엘리먼트 사이에 축방향으로 뻗어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 솔루션에서, 각 긴 엘리먼트는 베이식 모듈의 생성 동안 외부력 없이 자체 유지하기 위한 제로보다 크고 베이식 모듈의 동작 동안 베이식 모듈의 탄성에 영향을 주지 않도록 버클링하기 위한 임계 압축력보다 낮은 버클링 축방향 크리티컬 부하를 갖도록 구성되어 있다. 임계 압축력은 0.1%와 50% 사이의 탄성 코어의 레스트 상태에 대해 탄성 코어의 임계 변형에 상응한다.
본 발명의 실시예에 따른 솔루션의 추가 특징은 하나 이상의 콘택트 디바이스를 포함하는 전자 컴포넌트를 제공한다. 이러한 전자 컴포넌트의 예는 소켓, 이러한 소켓을 갖는 테스트 보드, 프로브 카드, 이러한 패키지 레벨에서의 전자 컴포넌트, 멀티칩 모듈 및 DCB 플레이트상의 파워 컴포넌트이다.
본 발명의 실시예에 따른 솔루션의 추가 특징은 전자 디바이스에 접촉하기 위한 상응하는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 솔루션의 추가 특징은 콘택트 디바이스를 제공하기 위한 방법 및 이러한 모든 방법을 약간 수정하여 수정하여 적용한 콘택트 디바이스에 대한 종속항에 기재된 동일한 유익한 특징을 갖는 전자 컴포넌트에 제공한다.
추가 특징 및 그 장점은 물론 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 솔루션은, 다음의 도면을 참조하여 상세한 설명을 읽을 때 보다 더 잘 이해될 것이다. 본 발명은 이러한 상세한 설명에 의해 제한되지 않는다. 이에 대해, 도면은 (일부 상세부분은 강조되고 및/또는 단순화되어) 스케일링되지 않았고 도면은 단지 구조 및 프로시져를 개념적으로 설명하는데 사용될 뿐이다.
도 1a-1b는 본 발명의 실시예에 따른 (상이한 동작 상태에서의) 콘택트를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2a-2c는 본 발명의 실시예에 따른 콘택트의 탄성 특성을 나타낸 도면이다.
도 3a-3c는 본 발명의 상이한 실시예에 따른 콘택트의 단면도이다.
도 3d는 도 3c의 콘택트의 탄성 특성을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 추가 실시예에 따른 (상이한 동작 상태에서의) 콘택트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 추가 실시예에 따른 콘택트를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4d는 도 4c의 콘택트의 탄성 특성을 나타내는 도면이다.
도 5a-5c는 본 발명의 추가 실시예에 따른 (상이한 동작 상태에서의) 콘택트를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자 컴포넌트를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7a-7k는 본 발명의 실시예에 따른 콘택트를 제조하기 위한 다양한 제조 공정을 도시하는 도면이다.
도 8a-8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘택트를 제조하기 위한 다양한 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 9a-9h는 본 발명의 추가 실시예에 따른 콘택트를 제조하기 위한 다양한 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 1a에서, 본 발명의 실시예에 따른 탄성 타입의 콘택트(100)가 개략적으로 도시되어 있다. 특히, 콘택트(100)는 (예를 들어, 폴리머 절연재로 제조된) 탄성 코어(105)를 포함한다. 탄성 코어(105)는 콘택트(100)의 장축(110)을 따라 뻗어 있고, 예를 들어, 탄성 코어(105)는 길이 10-1250㎛ 및 폭 2-250㎛의 원형 단면을 갖고 있다.
전기 콘택트 터미널 엘리먼트(115)(예를 들어, 금속으로 제조된다)는 탄성 코어(105)에 그 상면에서 연결되어 있고, 마찬가지로, 또 다른 전기 콘택트 터미널 엘리먼트(120)(동일하거나 상이한 재료로 제조된다)는 탄성 코어(105)에 그 하면에서 연결되어 있다. 예를 들어, 터미널 엘리먼트(115)는 패드로서 형상화된 베이스를 포함하고, 터미널 엘리먼트(120)는 팁을 포함한다. 하나 이상의 전기 콘택트 긴 엘리먼트(125)(예를 들어, 원형 단면을 가진 칼럼)는 (예를 들어, 탄성 코어(105) 내측의 패드(115)와 팁(120) 사이의 축(100)을 따라 뻗어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 솔루션에서, 칼럼(125)는 아무런 압축력이 (하중을 지탱할 수 없는 얇은 전선와 대조적으로) 탄성 코어(105)에 축(110)을 따라 인가되지 않는) 탄성 코어(105)의 레스트 상태에서 수직 방향으로 자체 지탱될 수 있다. 그러나, 도 1B에 도시된 바와 같이, (축방향) 압축력이 콘택트(100)에 (예를 들어, 도면에 도시된 화살표의 방향으로 패드(115)에, 또는 팁(120)으로 반대방향으로) 콘택트(100)에 인가되는 콘택트(100)의 정상 동작 상태에서 버클링한다. 일반적으로, 버클링은 압축력에 대한 아무런 저항이 더 이상 저항되지 않도록 (크리티컬 부하로서 알려진) 리미트 값에 도달할 때 일어나는 서든 스트럭쳐 컬랩스로 구성되어 있다.
이러한 결과는 칼럼(125)을 구성함으로써 달성되어, 이들의 크리티컬 부하는 제로바 높아서, 탄성 코어(105)의 레스트 상태에서 자체 유지를 보장하지만, 콘택트(100)에 의해 그 정상 동작 상태에서 요구되는 반응력보다 낮다. 일반적으로, 콘택트(100)의 반응력은 탄성 코어(105)의 변형에 상응하는 압축력과 동일하지만 반대여서, 콘택트(100)의 정상 동작 상태에서의 반응력(정상 반응력)은 탄성 코어(105)의 상응하는 정상 변형에 의해 정의된다. 이러한 방식으로, 정상 변형의 사전정의된 퍼센트에 동일한 탄성 코어(105)의 임계 변형에 상응하는 임계력보다 낮은 임의의 양의 값(>0)으로 칼럼(125)의 크리티컬 부하를 설정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 크리티컬 부하는 0.1%과 50% 사이의 탄성 코어(105)의 임계 변형에 상응하고, 바람직하게는, 크리티컬 부하는 0.5%와 40% 사이의 탄성 코어(105)의 임계 변형에 상응하고, 보다 바람직하게는, 1%와 30% 사이, 예를 들어, 그 레스트 길이에 대해 10%와 동일하다.
본 발명에 의해, 콘택트(100)의 기계적 그리고 전기적 특성을 실질상 디커플링하는 것이 가능하다. 사실, 콘택트(100)의 도전도는 (도전성) 엘리먼트(115, 120, 125)에 의해서만 정의되어서, 이러한 엘리먼트(115, 120, 125)는 (이들의 재료 및 크기를 적합하게 선택함으로써) 요구되는 도전도를 얻도록 제조될 수 있다. 반대로, 탄성 코어(105)는 콘택트(100)의 탄성을 제공하도록 배타적으로 전용되어서, 탄성 코어(105)는 (그 전기 특성에 대해 임의 제약없이) 욕되는 탄성을 얻도록 제조될 수 있다. 예를 들어, (실리콘과 같은) 높은 내구성을 제공하기에 적합한 탄성 코어(105)에 대한 재료를 선택하는 것이 가능하고, 또한 이러한 재료의 혼합 수정 및/또는 입자(예를 들어, 탄소 또는 실리카 나노-입자)의 임베딩이 가능하여서 그 탄성 특성을 변경하는 것이 가능하다. 또한, 매우 높은 정확도로 콘택트(100)의 탄성을 제어하는 것이 가능하다. 사실, 정상 동작 상태에서, (버클링된) 칼럼(125)은 임의의 저항과 대치되지 않아서 탄성 코어(105)의 기계적 동작과 간섭하지 않는 것에 주목해야 한다. 이러한 결과는 상당한 도전성 단순성에 의해 달성된다. 사실, 자체 짙애 칼럼(125)은 (제조 공정의 연속 단순화에 의해 (전성에 대해 필요할 때) 제조 공정 동안 임의의 기계적 지지 구조를 필요로 하지 않는다. 또한, 제조 공정 동안 칼럼(125)은 자유로운 상태로 남아 있을 수 있다. 이로 인해 탄성 코어(105)를 제조하기 위해 필요한 폴리머의 적용이 촉진된다.
특히, 선형성이 높은 탄성 특성을 갖는 폴리머를 콘택트(100)의 상술된 탄성 코어(105)에 대해 선택하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 2a에, 상응하는 특성 커브(200p)에 의한 전형적인 폴리머의 (레스트 길이에 대한 퍼센트에서의) 변형의 함수로서 스트레스를 MPa로 나타내는 도면이 도시되어 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 커브(200p)는 40%의 변형에까지 (수용가능한 에러를 갖고) 직선으로 근사화될 수 있다. 대신, 이러한 변형의 값을 넘어, 커브(200p)는 실질상 직선으로부터 분산되고, 이는 5^ 디그리 폴리노미얼로 나타낼 수 있다. (탄성 특성을 유지하는 최대 변형에 의해 정의되는) 폴리머의 최소 동작 길이는 75-80%의 오더로 매우 높다. 따라서, 제안된 콘택트의 탄성 코어는 (어떤 경우에도 높은 변형도가 반응력의 수용가능한 값을 제공하기 때문에) 상대적으로 짧게 유지될 수 있다.
또한, 이로 인해, (선형 패턴에 대해) 변형의 함수로서 감소된 정도까지 스트레스가 시작에서 증가하는 패턴을 갖는 커브(200p)가 가능하다. 이에 대해, 상술된 폴리머로 제조된 탄성 코어의 특성 커브(200a)의 초기 부분을 도시하는 도 2b를 살펴보자. 이러한 도면은 (이제 ㎛로 표현된) 변형의 함수로서 예로서, 10,000(㎛)2의 탄성 코어의 단면적에 의해 승산되는 스트레스에 의해 주어진 힘을 mN으로 도시하고 있다. 또한, 선형 탄성 특성에 대해 점선으로 전형적인 스프링의 특성 커브(200m)를 도시하고 있다. 특히, 커브(200m)는 시작에서 커브(200a) 위에 있는 직선으로 구성되어 있다. 이제 콘택트가 80mN(8g)의 정상 반응력을 필요로 하는 프로브 카드 또는 소켓으로 사용되고, 정상 반응력은 탄성 코어 (커브 200a)의 경우에 300㎛의 정상 변형으로 그리고 스프링 (커브 200m)의 경우에 170㎛의 정상 변형으로 얻어진다고 가정해보자. 또한, 프로브 카드 또는 소켓의 모든 소켓이 이러한 정상 변형을 통과하는 것을 보장하기 위해 추가 변형이 필요하도록 125㎛의 예측된 평면 에러를 갖는다고 가정해보자. (이러한 추가 변형을 얻기 위해) 프로브 카드 또는 소켓에 인가되는 추가 변형력은 탄성 코어의 경우에 100-80 = 20mN(2g) 이고 스프링의 경우에 130 - 80 = 50 mN(5g)이다. 따라서, (추가 변형으로 인한) 웨이퍼 또는 패키지에 도달하는 제1 콘택트에 의해 가해지는 상응하는 추가 반응력은 스프링으로 제조될 때에 대해 탄성 코어로 제조될 때 상당히 감소된다. 이러한 방식으로, 콘택트에 가해지는 보다 더 높은 균일도의 반응력이 얻어진다. 또한, 이것은 (콘택트에 의해 가해지는 추가 반응력을 극복하기 위해) 프로브 카드 또는 소켓에 인가될 압축력의 증가를 제한한다. 예를 들어, 2000 콘택트를 갖는 프로브 카드 또는 소켓에서, 실질상 50%가 (정상 압축력인) 최소 압축력을 경험하고 50%는 (정상 압축력 더하기 추가 압축력인) 최대 압축력을 경험한다. (스프링으로 콘택트가 제조되는 경우에 1,000ㆍ80 + 1,000ㆍ130 = 230N의 압축력과 대조적으로) 탄성 코어로 콘택트가 제조되는 경우에, 1,000ㆍ80 + 1,000ㆍ100 = 180N의 전체 압축력을 인가할 필요가 있다. 일반적으로, 웨이퍼가 프로브 카드에 대해 눌려지거나 패키지가 소켓내에 삽입되는 힘이 (특정 청크가 제공되지 않는다면) 최대 200N인 것을 생각할 때, 이것은 스프링의 경우에, 모든 콘택트가 양호한 전기 접속의 상태가 되도록 보장하는 것이 불가능하다는 것을 보여준다.
힘이 변형의 함수로서 스프링(커브 200m)에 대해 탄성 코어(커브 200a)의 시작에서 보다 낮은 정도까지 증가하기 때문에 정상력(80mN)을 얻기 위해 필요한 변형은 스프링(170㎛)에 대해 탄성 코어의 경우에 보다 크다는 (300㎛)것에 주목해야 한다. 그러나, 이러한 단점은 탄성 코어를 사전 변형시킴으로써 용이하게 극복될 수 있다. 이러한 결과는 예를 들어, 0.01%와 70% 사이, 바람직하게는, 0.1%와 50% 사이의 (예를 들어, 0.5%와 40% 사이의) (아무런 압축력이 외측으로부터 인가되지 않는 콘택트의 레스트 상태에서) 탄성 코어로의 영구 변형을 인가함으로써 달성된다. 특정 경우에, 즉, 도 2c에서, (이러한 양에 의해 좌상부의 특성 커브를 변환함으로써 얻어지는) 새로운 특성 커브(200a')를 갖기 위해 탄성 코어에 130㎛의 사전-변형을 적용하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 300㎛의 정상 변형에 상응하는 80mN의 정상 반응력이 이제 (콘택트의 반응력의 균일함에 대해 상기 지적된 장점을 갖는) 스프링의 경우와 같이 단지 300 - 130 = 170㎛의 (사전-변형에 대해) 탄성 코어의 추가 변형으로 얻어진다. 이러한 경우에, (사전 변형 없이 레스트 상태에 대해 탄성 코어의 임계 변형에 따라 정의된) 칼럼의 크리티컬 부하가 선택되어 칼럼은 (탄성 코어가 사전-변형된) 콘택트의 레스트 상태에서 이미 버클링될 수 있거나, 임의의 경우에 탄성 코어의 최소 추가 변형에 응답하여 버클링한다.
상기 지적된 결과는 상이한 구조의 상술된 콘택트에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 상이한 실시예에 따른 (도 1a의 평면 A-A를 따른) 콘택트의 단면적이 도 3a-3c에도시되어 있다.
도 3a에서, (부재번호 105A로 차별된) 탄성 코어는 (예를 들어, 원형 단면을 갖는) 솔리드 구조를 갖고 있어서, 칼럼(125)(예에서 16)은 탄성 코어(105A)에 온전히 내장되어 있다. 이러한 구조는 콘택트의 제조를 촉진시키고, 탄성 코어(105A)의 최적 특성을 제공한다. 또한, (콘택트의 주파수 응답의 연속 감소되어) 전기 임피던스를 증가를 수반하는 나선형상의 버클링된 칼럼(125)이 취하는 리스크를 피하거나 최소한 감소시킨다.
대안으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, (부재번호 105B로 차별화된) 탄성 코어는 (옐르 들어, 토로이드 단면을 갖는) 중공 구조를 갖고 있다. 특히, 탄성 코어(105B)는 그 장축을 따라 하나 이상의 관통구멍(305)에 의해 크로싱된다. 이러한 경우에, 칼럼(125)은 구멍(305) 내측에 배열되어 있고, 칼럼(125)은 (예를 들어, ㎛에 의해) 구멍(305)의 사이드월을 정의하는 탄성 코어(105B)의 내표면으로부터 그리고 칼럼(125)들 가운데 분리되어 있다. 이러한 구현은 이들이 구멍(305)내에 변형이 자유롭기 때문에 칼럼(125)의 버클링을 촉진한다. 또한, 칼럼(125)은 랜덤하게 구부러짐으로써 변형한다. 따라서, (비교적 높은 수의 칼럼(125)이 제공된다면, 임의의 경우에 하나 보다 많이 제공된다면), 칼럼은 일단 버클링되면 접촉하게 된다. 이것은 비정규적인 도전성 행크를 생성하고, 이것은 (단일 칼럼이 나선형상을 취함으로써 버클링되는 경우에 대해) 칼럼(125)의 전체 전기 임피던스를 감소시킨다.
콘택트의 상이한 실시예가 도 3c에 도시되어 있다. 이러한 경우에, 번호 105C의 탄성 코어는 예를 들어, 정방형 단면의 복합 구조를 갖고 있다. 특히, 탄성 코어(105C)는 105Ci로 표시된 하나 이상의 내측 중공부를 포함하고 있다. 이러한 중공부(105Ci)는 내측에 125i로 표시된 (내측) 칼럼의 일부가 배열된 하나 이상의 관통구멍(305i)에 의해 크로싱된다. 그다음, 탄성 코어(105C)는 동일하거나 상이한 재료로 제조된 (105Ce로 표시된) 외부 중공부를 포함한다. 이러한 중공부(105Ce)는 내측이 중공부(105Ci)가 배열된 하나 이상의 관통구멍(305e)에 의해 크로싱된다. 이러한 방식으로, 중공부(105Ce)와 중공부(105Ci) 사이에 (프레임 형상 단면을 갖는) 중공부 스페이스(305e)가 형성된다. 그 내측에는 125e로 표시된 다른 (외부) 칼럼이 배열되어 있다.
이러한 방식으로, 칼럼(125i) 및 칼럼(125e)은 축방향 도전성 구조를 형성한다. 이러한 칼럼(125i)은 중앙 또는 웜 폴로서 사용될 수 있고, 칼럼(125e)는 기준 전압 또는 그라운드에서 콘택트 브레이드로서 사용될 수 있다. 이로 인해 임피던스 매칭 및 동작 주파수에서 상당한 장점을 제공하는 플렉시블 동축 와이어를 만드는 것이 가능하다.
전기 콘택트의 탄성은 중공부(105i, 105e)의 병렬 특성 커브에 의해 정의된다. 예를 들어, 도 3c에 도시된 바와 같이, 중공부(105Ci)가 특성 커브(300i)를갖고 있고 중공부(105Ce)가 특성 커브(300e)를 갖고 있다고 가정해보자, 이들은 상술된 바와 같이 힘(mN)을 변형(㎛)의 함수로서 표현한다. 전체 탄성 코어(105i, 105Ce0의 커브(300t)는 모든 변형에 대해, 커브(300i, 300e)의 상응하는 힘을 더함으로써 얻어진다.
일반적으로, (이들이 콘택트의 정상 동작 상태에서 버클링되도록) 전기 콘택트의 칼럼을 설계하기 위해, 각각의 탄성 코어를 제조하는데 사용되는 폴리머는 비선형 탄성 특성을 갖고 있고 무니-리블린(Mooney-Rivlin) 솔리드로서 모델화될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 무니-리블린 솔리드에서, (훅의 법칙을 따르는 서형 탁성 특성을 가진 재료의 영의 모듈러스에서) 정의하는 것이 가능하고, 시컨트 탄성 모듈러스 E'(ε)는 다음과 같고, 특성 커브를 따른 변수인 변형에 대한 스트레스의 미분이다.
Figure pct00001
여기에서, σ는 스트레스이고, ε는 변형이고, E'(ε)는 변형 ε에 대한 시컨트 모듈러스이다. 탄성 코어의 임계 변형에 상응하는 스트레스는 아래와 같은, (εl로 표시된) 임계 변형에 따른 시컨트 모듈러스인 영의 모듈러스에 따른 폴리머의 탄성 특성을 선형화함으로써 계산될 수 있다.
Figure pct00002
칼럼의 크리티컬 부하는 다음의 관계를 충족하도록 선택된다.
Figure pct00003
여기에서, S는 탄성 코어의 단면적이고, E'(εl)ㆍεl는 (훅의 법칙에 기초한) 임계 변형 εl이고, Fc는 크리티컬 부하이다. 예를 들어, 상응하는 시컨트 모듈러스 E'(10%) = 10MPa로 만들어진 단면적 S = 2,500(㎛)2을 가진 탄성 코어에서의 임계 변형 εl=10%의 경우에, 칼럼은 크리티컬 부하
Figure pct00004
를 갖도록 설계될 것이다.
각 칼럼의 크리티컬 부하는 일반적으로 다음의 방정식에 의해 정의된다.
Figure pct00005
여기에서, E는 칼럼이 만들어지는 재료의 영의 모듈러스이고, I는 칼럼의 이너시아의 모멘트이고, K는 칼럼의 억제의 타입에 따른 팩터이고, L은 칼럼의 길이이다. 특히, 컨스트레인트 팩터 K는 칼럼이 그 양단부에서 제약될 때 값 K=0.5를 취하고, 칼럼이 일단부가 제약되고 타단부가 자유로울 때 값 K=2.0을 취한다. 솔리드 원형 단면을 가진 칼럼의 경우에, 그 이너시아의 모멘트는 다음과 같이 된다.
Figure pct00006
여기에서, r은 칼럼의 반경이다. 따라서, 일단 칼럼의 길이 L이 (그 레스팅 상태에서 탄성 코어의 길이에 의해 주어져) 설정되었다면, (영의 모듈러스 E를 정의하는) 재료 및 그 반경을 선택가능하여 요구되는 크리티컬 부하 Fs를 얻을 수 있다. 예를 들어, 구리(E=110GPa)로 제조되고 그 양단부에서 제약된 (K=0,5) 길이 L=100㎛이고 반경 r=1㎛인 칼럼은 대략 20mN의 크리티컬 부하를 갖는다. 크리티컬 부하는 길이 L의 제곱에 종속되어서 매우 높은 방식으로 콘택트의 크기를 스케일링하는 것이 가능하다.
또한, 이러한 칼럼은 자체 지탱할 수 있는 것이 명백하다. 사실, 그 길이 L은 핵심 길이 Lc를 초과하지 않고, 이 값 위로 칼럼은 그 하중 아래에 버클링하고, 핵심 길이 Lc는 다음의 방정식에 의해 정의된다.
Figure pct00007
여기에서, ρ는 칼럼의 밀도이고 g=9.81m/s2는 중력 가속도이다. 예를 들어, 구리의 밀도가 ρ=8,9g/cm3인 경우에, 길이 L=1001㎛보다 훨씬 더 긴) 핵심 길이 Lc=5,8mm가 취득된다.
이러한 칼럼은 이들의 장축을 따라 불균일한 구조를 갖도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 단면적은 그 단부에 대해 중심에서 감소될 수 있다. 이러한 결과는 5-99%의 최대 직경 사이에 포함되는, 단부에서의 최대 직경과 중심에서의 최소 직경 사이의 차이를 얻도록 (양단부로부터 중심으로 이동하는) 칼럼의 직경을 점차 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 이로 인해, 동일한 구조에 대해 칼럼의 크리티컬 부하를 감소시키는 것이 가능하다. 그 결과, 보다 넓지만 (그리고 보다 도전도가 높지만) 임의의 방식으로 콘택트의 정상 동작 상태에서 버클링하는 칼럼을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 장축을 따라 다수의 특정 포인트에서 칼럼의 단면을 다양화하는 것이 가능하고, 이는 칼럼이 이들의 버클링을 변형할 정확한 존을 달성하는 것을 가능하게 한다.
이제 도 4a를 보면, 포고핀을 구현하는 (본 발명의 추가 실시예에 따른) 콘택트(400A)가 대략적으로 도시되어 있다. 콘택트(400A)는 도 1a에 도시된 콘택트의 것과 완전히 동일한 구조, 즉, 콘택트(400A)의 장축(410)을 따라 뻗은 탄성 코어(405), 패드(415), 팁(420) 및 다수의 칼럼(425)을 가진 구조)를 가진 베이식 모듈(400-1)을 포함하고 있다.
이러한 베이식 모듈(400-1)은 강성 셀(430A)내에 포함되어 있다. 예를 들어, 강성 셀(430A)은 상부 디스크(440A) 및 하부 디스크(445A)에 의해 둘러싸인 부시(435A)에 의해 형성되어 있다.
특히, 패드(415)는 그 중심에서 디스크(440A) 아래에 고정되어 있다. 디스크(445A)는 팁(420)의 출구에 대한 중앙 관통구멍(450A)이 제공되어 있다. 팁(420)은 (보다 넓은) 내부 베이스(455) 및 (보다 좁은) 외부 니들(460)을 갖는 테이퍼된 구조를 갖고 있다. 니들(460)은 구멍(450A)중 하나를 매칭하는 섹션을 갖고 있어서, 니들(460)이 축(410)을 따라 관통 구멍(450A)를 자유롭게 슬라이딩시킬 수 있고 베이스(455)는 대신 구멍(450A)중 하나보다 큰 섹션을 갖고 있어서, 디스크(445)에 인접되어 있을 수 있다.
부시(435A)는 폭이 탄성 코어(405)의 것보다 큰 중공 실린더로 구성되어 있다. 부시(435A)는 탄성 코어(405)가 압출될 때 방사형으로 뻗을 수 있도록 하는 직경을 갖고 있다. 또한, 부시(435A)는 또한 변형, 그다음, 탄성 코어(405)의 반응력을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 실제로, 일단 탄성 코어(405)가 부시(435A: 도 4a'에 도시되어 있다)에 도달하면, 추가 변형을 허용하지 않는 강성체로서 동작한다. 예를 들어, 탄성 코어(405)가 16㎛의 반경 및 100㎛의 레스트 길이를 갖고 있다면, 대략 다음의 체적을 갖는다.
Figure pct00008
부시(435A)가 22,6㎛의 내경을 갖고 있다면, 탄성 코어(405)는 최대 이러한 폭에 도달할 때까지 변형할 수 있다. 이것은 다음의 길이가 될 때 얻어진다.
Figure pct00009
이러한 방식으로 탄성 코어(405)의 변형은 50/100=50%로 제한된다.
도 4a에서, 부시(435A)는 탄성 코어(405)를 사전 변형시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 패드(415), 탄성 코어(405) 및 팁(420)의 베이스(455)에 의해 형성된 베이식 모듈(400-1)의 부분중 하나보다 탄성 코어(405)의 길이를 작게 설정하는 것이 가능하다.
셀(430A)은 요구되는 전기 커넥션을 구현하기 위한 패드(415)에 연결된 예를 들어, 금속으로 제조된 디스크(440A)의 내부를 제외하곤, 예를 들어, 세라믹, 폴리머 또는 진성 실리콘의 절연재로 전체가 제조될 수 있다. 대안으로, 디스크(440A)의 내부 도전성 부분으로부터 전기적으로 적합하게 절연된 도전성 재료의 부시(435A)를 제조하는 것이 가능하다. 예를 들어, 부시(435A)는 팁(420)과 접촉이 가능한 경우에 스크래치로부터 보호하기 위해 다이아몬드 라이크 카본(DLC)과 같은 하드 절연재에 의해 내부적으로 덮힌 금속으로 제조될 수 있다. 디스크(445A)는 (예를 들어, 팁(420)에 의해 유발된 스크래치로부터 보호하는 것은 물론 DLC에 의해 내부적으로 덮힌 금속의) 도전성 재료 또는 절연재로 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 포고 핀은 동축 구조를 갖는 것으로 얻어지는데, 이러한 동축 구조는 디스크(440A)의 도전성 내부, 패드(415), 칼럼(425) 및, 중앙 폴을 형성하는 팁(420)를 갖고 있고, 부시(435A) 및 가능한 디스크(445A)는 그라운드 콘택트를 형성한다.
도 4b에, 본 발명의 추가 실시예에 따른 콘택트(400B)(다시 포고 핀)가 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 경우에, 콘택트(400B)는 직렬로 연결된 다수의 베이식 모듈(400-1a, 400-1b 및 400-1c)를 포함한다. 이러한 모듈(400-1a)은 도 1a에 도시된 콘택트의 것과 온전히 동일한 구조를 갖고 있다. 즉, 탄성 코어(405a)가 콘택트(400B), 패드(415a), 팁(420a) 및 다수의 칼럼(425a)의 장축(410)을 따라 뻗어 있다. 베이식 모듈(400-1b)는 그 단부 엘리먼트가 모두 패드 형상을 가졌다는 차이를 제외하곤 유사한 구조를 갖고 있다. 즉, 탄성 코어(405b)가 축(410), 상부 패드(415b), 하부 패드(420b) 및 다수의 칼럼(425b)을 따라 뻗어 있다. 한편, 베이식 모듈(400-1c)은 단순히 축방향으로 오버터닝된 베이식 모듈(400-1a)와 동일한 구조를 갖고 있다. 즉, 탄성 코어(405c)는 축(410), 패드(415c), 팁(420c) 및 다수의 칼럼(425c)을 따라 뻗어 있다. 베이식 모듈(400-1a)의 패드(415c)는 베이식 모듈(400-1b)의 패드(420b)에 연결되어 있고, 그 다른 패드(415b)는 베이식 모듈(400-1c)의 패드(415c)에 연결되어 있다. 베이식 모듈(400-1a, 400-1b, 400-1c)는 부시(435B), 상부 디스크(440B) 및 하부 디스크(445B)에 의해 형성된) 도전성재료 및/또는 절연재로 제조된 유사한 강성 셀(430B) 안에 밀폐되어 있다. 상술된 바와 같이, 디스크(445B)에 베이식 모듈(400-1a)의 팁(420a)의 출구에 대한 중앙 관통구멍(450Bd)가 제공된다. 하지만, 이러한 경우에, 디스크(440B)는 (베이식 모듈(400-1c)의) 팁(420c)의 출구에 대한 중앙 관통 구멍(450Bu)이 제공된다.
이러한 방식으로, 팁(420a, 420c)에 의해 정의된 투폴드 컴플레인트 구조를 가진 콘택트(400B)가 얻어진다. 이들 팁은 엘리먼트(425a, 415a, 420b, 425b, 415b, 415c, 425c)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 이제 콘택트(400B)의 탄성은 직렬로 연결된 탄성 코어(405a, 405b, 405c)에 의해 정의된다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 모든 탄성 코어는 동일한 특성 커브(400a)를 갖는다고 가정하자. 이러한 특성 커브는 상술된 바와 같이 ㎛ 단위의 변형의 함수로 mN 단위의 힘을 나타낸다. 전체 탄성 코어(405a, 405b, 405c)의 전체 특성 커브(400t)는 커브(400a)의 상응하는 변형을 더함으로써, 즉, 그 공통 값을 3으로 승산함으로써 모든 힘에 대해 취득된다. 이로 인해 매우 높은 콘택트의 플렉시빌리티를 취득할 수 있다.
이제, 도 5a 및 도 5b에, 프로브 카드 또는 그 사이즈를 적합하게 변화시킴으로써 소켓에서 사용되는 본 발명의 추가 실시예에 따른 콘택트(500)를 개략적으로 도시하고 있다. 특히, 도 5a는 정면도 및 평면도로 콘택트(500)를 도시하고 있고, 도 5b는 정면도 및 측면도로 콘택트(5000를 도시하고 있다. 콘택트(500)는 도 1a에 도시된 콘택트의 것과 온전히 유사한 구조를 가진 베이식 모듈(500-1)을 포함한다. 즉, 콘택트(500), 패드(515), 팁(520) 및 다수의 칼럼(525)의 장축(5100을 따라 뻗은 탄성 코어(505)를 갖고 있다.
도면에서 오직 하나만 도시된 다수의 베이식 모듈(500-1)은 상부 플레이트(540) 및 하부 플레이트(545)를 포함하는 강성 서포트 구조내에 밀폐되어 있다. 특히, 플레이트(540)는 도전성 트랙을 가진 절연 기판에 의해 형성되어 있다. 베이식 모듈(500-1)은 플레이트(540) 아래에 고정되어 각 베이식 모듈(500-1)의 패드(515)는 플레이트(540)의 상응하는 트랙에 연결되어 있다. 플레이트(545)는 온전히 절연재로 제조되고, 각 베이식 모듈(500-1)에 대한 중공부(547)를 갖고 있다. 이러한 중공부(547)는 베이식 모듈(500-1)의 탄성 코어(505)의 것보다 큰 폭을 갖고 있어서, 압축될 때 방사형으로 확장되게 할 수 있고 그 변형을 최대값으로 제한하는 것이 가능하다. 스폿-페이싱(552)을 갖는 관통구멍(550)은 상응하는 베이식 모듈(500-1)의 팁(520)의 출룩에 대한 각 중공부(547)의 바닥에 만들어진다. 특히, 팁(520)은 베이스를 갖는 테이퍼 구조를 갖고 있고, 이러한 베이스로부터 스폿-페이싱(552)내로 수용되는 경미하게 보다 좁은 플랫폼이 돌출하고, 이러한 베이스로부터 구멍(550)을 크로싱하는 얇은 니들이 뻗는다. X 방향을 따라, 구멍(550)은 팁(520)의 니들과 매칭하는 섹션을 갖고 있고, 스폿-페이싱(552)는 팁(520)의 플랫폼과 매칭하는 섹션을 갖고 있다. Y 방향을 따라, 구멍(550)은 팁(520)의 니들 보다 큰 섹션을 갖고 있고, 스폿-페이싱(552)은 팁(520)의 플랫폼 보다 큰 섹션을 갖고 있다.
플레이트(540)는 예를 들어, 도면에 도시되지 않은 나사에 의해 플레이트(545)에 고정되어 있다. 2개의 플레이트(540, 545) 사이의 거리는 조정되어 플레이트(540)과 중공부(547)의 바닥 사이의 공간이 패드(515), 탄성 코어(505) 및 팁(520)의 베이스에 의해 형성된 베이식 모듈(500-1)의 부분 보다 낮아서, 탄성 코어(505)의 사전 변형을 갖는다. 상술된 구조에 의해 매우 콤팩트한 프로브 카드를 만드는 것이 가능한데, 그 이유는 베이식 모듈(500-1)의 피치가 탄성 코어(505)의 요구되는 변형을 허용하기에 필요한 공간에 의해서만 정의되기 때문이다. 더욱이, 각 베이식 모듈(500-1)을 손상시 개별적으로 교체함으로써 프로브 카드를 보수하는 것이 가능하다. 팁(520)의 니들은 축(510)과 실질상 정렬 유지하는 스폿-페이싱(552)와의 팁(5200의 플랫폼의 간섭을 갖으면서, 구멍(550)을 광통하여 자유롭게 슬라이딩한다. 그러나, 도 5c에 도시된 바와 같이, 팁(520)의 플랫폼이 스폿-페이싱(552)를 나오자마자, 틸팅할 수 있다. 예를 들어, 이것은 0.1%와 50% 사이, 바람직하게는, 0.5%와 40% 사이의 예를 들어, 5%에서 탄성 코어(505)의 사전정의된 변형 후에 일어난다. 이러한 방식으로, 칼럼(525)은 이제 버클링을 상당히 촉진시키는 탄젠셜 컴포넌트를 갖는 압축력의 영향을 받는다. 사실, 탄젠셔널 압축력은, 버클링을 얻기 위해 칼럼(525)의 크리티컬 부하의 1/160에 도달하면 충분하다. 이러한 방식으로, 콘택트(500)의 정상 동작 상태에 버클링을 얻지만 칼럼(525)을 훨씬 더 크게 사용하는 것이 가능하고 따라서, 보다 높은 전기 도전도를 얻는다. 더욱이, 팁(520)의 틸트는 전기 커넥션을 향상시키기 위해 전기접촉되기 위해, 상응하는 터미널에 자연적으로 형성하는 가능한 네이티브 옥사이드 층에 스크러빙 액션을 가한다. 이러한 스크러빙은 콘택트(500)의 관련 컴포넌트를 적합하게 설계함으로써 정확하고 제어가능한 방식으로 얻어진다. 특히, 스폿-페이싱(552)의 두께는 스크러빙을 얻기 위해 필요한 탄성 코어(505)의 최소 변형을 정의한다. 더욱이, 팁(520)의 길이, 구멍(550)의 두께, 스폿-페이싱(552)의 두께, 스크러빙 방향에 따른 구멍(550)의 길이 및 중공부(547)의 폭은 스크러빙에 대한 최대 범위를 정의한다. 구멍(550) 및 스폿-페이싱(552)의 방향은 스크러빙이 일어나는 방향을 정의한다. 예를 들어, 이로 인해 접촉되는 상응하는 터미널의 배열에 따른 각 콘택트에 대한 상이한 방향을 따른 선택적인 스크러빙이 가능하다. 극단적인 경우에, 베이식 모듈의 팁이 부시 내측에 온전히 자유롭게 틸팅하여야 할 때마다, 이러한 결과는 셀의 하부 디스크를 온전히 생략함으로써 달성될 수 있다.
이제, 도 6에서, 본 발명의 실시예에 따른 전자 컴포넌트(600)가 도시되어 있다. 특히, 전자 컴포넌트(600)는 반도체 재료(605)의 칩에 만들어진다. 다수의 유사한 및/또는 디지털 회로(610)가 칩(605)내에 집적되어 있다. 복수의 콘택트(600-1)는 칩(605)의 상표면으로부터 수직으로 뻗어 있다. 각 콘택트(600-1)는 도 1a에 도시된 콘택트의 것과 온전히 유사한 구조를 갖고 있다. 즉, 탄성 코어(605), 패드(615), 팁(620), 및 다수의 칼럼(625)을 갖고 있다. 이러한 경우에, 패드는 칩(605)에 직접 집적된다. 예를 들어, 높은 도판트 농도를 가진 콘택트 영역에 의해 만들어진다.
제안된 솔루션에 의해 칩(605)과 일체화되는, (감소된 기계적 스트레스로 패키지의 기판에 칩(605)을 연결시키기 위한) 탄성 타입의 콘택트를 만드는 것이 가능하다. 동일한 솔루션이 또한 멀티칩 모듈에 상이한 전자 컴포넌트를 상호연결하기 위해 사용될 수 있다.
대안으로, 콘택트(600-1)는 또한 상이한 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 전자 컴포넌트(600)는 DCB 플레이트상의 파워 컴포넌트에 접촉하는데 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 회로(610)는 파워 컴포넌트의 제어 로직을 구현한다. 콘택트(600-1)는 DCB 플레이트 상에 장착된 상이한 디바이스에 그리고 DCB 플레이트 자체에 제어 로직을 연결하여서, 이들의 상이한 높이를 자동으로 보상한다.
또한, 콘택트(600-1)가 플레이트(605)의 하부 표면에 만들어지는 경우에, 보다 많은 컴포넌트가 서로 스태킹되는 다차원 구조를 형성하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 상술된 콘택트를 제조하기 위한 다양한 제조 공정이 도 7a-7k에 도시되어 있다.
특히, 도 7a에서, 제조 공정은 대략으로 동시에 온전히 동일한 콘택트가 제조되는 실리콘 웨이퍼(705), 예를 들어, 단결정질 타입의 실리콘 웨이퍼로 시작한다. 하지만, 설명의 단순성을 위해, 이하, 오직 하나의 콘택트에 대해서만 언급할 것이다. 웨이퍼(705)는 상부 표면으로부터 웨이퍼(705)내로 뻗은, 콘택트의 칼럼에 대한, 블라인드 구멍을 포함하는, 편크쳐 층(710)을 얻도록 처리된다. 다수의 공지된 기술이, 깊이를 따라 다양한 섹션의 또는 일정한 섹션의 구멍을 갖는, 평쳐링된 층(710)을 만드는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 목적을 위해, 여기에 언급되어 통합된 "V. Lehmann, U. Gruning "The limits of macropore array fabrication" Thin Solid Films 297 (1997) 13-17"에 기술된 바와 같이 N 타입 실리콘으로부터 시작하는, 2nm와 50nm 사이의 직경의 구멍을 가진 mesoPS 타입 또는 50nm보다 큰 직경의 구멍을 가진 macroPS 타입의 다공성 실리콘 층(PS)를 형성하는 것이 가능하다. 동일한 결과가 또한 P-타입의 실리콘으로부터 시작함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어, 10Ωcm의 저항을 갖는 웨이퍼에서, 예를 들어, 0.11㎛의 두께를 가진 실리콘 니트라이드의 필름을 증착하고, 예를 들어, 2㎛의 사이드, 및 4㎛의 피치를 가진 정방형 섹션을 가진 적합한 마스크에 의해 실리콘 니트라이트 필름내의 윈도우를 개방하고, 이러한 윈도우를 통해 실리콘을 이방형으로 에칭한 후에, 6시간에 8mA/cm2의 시작 값으로부터 7mA/cm2의 최종 값으로 변하는 전류 밀도를 가진 솔루션 HF:DMSO=10:46을 사용함으로써 macroPS의 층을 형성하여서, 200㎛의 깊이를 가진 상응하는 구멍을 얻는다. 500㎛ 보다 훨씬 더 큰 깊이를 가진 구멍을 취득하기 위한 이러한 타입의 프로세스는 여기에 언급되어 전체가 통합된 "V. Lehmann, S. Ronnebeck, J.Electrochem. Associates 1999, 146, 2968", "S. Lust, C. Levy-Clement, J. Electrochem. Associates 2002, 149, C338", 및 "H. Foll, M. Christophersen, J. Cartensen, G. Hasse, Mater. Ski. Eng., R 2002, 39, 93"에 기술되어 있어 있다.
도 7b에서, 옥사이드 층(715)은 예를 들어, 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD)에 의해 웨이퍼(705)에 증착된다. 옥사이드 층(715)은 펑쳐링된(punctured) 층(710)의 구멍을 온전히 폐쇄시키도록 하는 두께를 갖고 있다. 예를 들어, 1.5㎛의 옥사이드 층은 2.5㎛의 직경을 가진 구멍을 폐쇄시키기에 충분하다. 그다음, 콘택트의 탄성 코어에 상응하는 하나 이상의 윈도우는 포토리소그래픽 및 건식 에칭 또는 습식 에칭 기술에 의해 옥사이드 층(715)에 개방되어 있다. 이러한 점에서, 예를 들어, Deep Reactive Ion Etching, 또는 Deep RIE 기술에 의해 옥사이드 층(715)내의 윈도우를 통해 이방형 에칭을 갖는 펑쳐링된 층(710)을 선택적으로 제거하는 것이 가능하여 하나 이상의 상응하는 그루브(720)를 얻는 것이 가능하다. 그루브(720)는 탄성 폴리머로 채워진다. 폴리머가 열경화성 타입인 경우에, 이러한 결과는 그루브(720)내에 주조의 동작에 이해 달성될 수 있다. 폴리머내의 공기 버블의 형성을 피하기 위해, 주조 동작은 주조 동작에 이은 진공 가스제거 동작을 통해 또는, 버블의 배출을 촉진하기 위해 초음파 소스에 배열된 웨이퍼(705)에 의해 실행될 수 있다. 대안으로, 폴리머가 열가소성 타입인 경우에, 이러한 결과는 폴리머를 점성 상태로의 전이 온도까지 가열한 후에 이것을 그루브(720)내에 누름으로써 달성될 수 있다.
양측 모두의 경우에, 일단 폴리머가 고체가 되면, 웨이퍼(705)로의 과도한 폴리머를 제거하기 위해, 예를 들어, 화학 기계 연마(CMP) 타입의 랩핑 동작이 실행된다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 랩핑 동작은 폴리머 및 옥사이드 층을 펑쳐링된 층(710)의 레벨까지 제거하여 콘택트의 탄성 코어를 형성하는 폴리머 구조(725)를 얻는다. 예를 들어, 2㎛의 두께를 갖는 금속막(730)은 화학 및/또는 전기화학 증착에 이은 박막 증착 동작에 의해 웨이퍼(705)에 만들어진다. 그다음, 금속막(730)은 포토리소그래픽 기술에 의해 패턴화되어 폴리머 구조(725)내에 펑쳐링된 층(710)의 모든 구멍을 폐쇄한다. 하지만 폴리머 구조(725)의 내부 에지부는 자유상태로 남기고 펑쳐링된 층(710)의 외부 에지부는 폴리머 구조(725)에 의해 폐쇄된다. 이는 예를 들어, 도 7d의 점선 상부에 도시된 바와 같다. 실제로 볼 수 있는 부분은 폴리머 구조(725)의 내부 에지부뿐이고 펑쳐링된 층(710)의 외부 에지부는 금속막(730)에 의해 노출된 상태로 남아 있다.)
도 7e에서, 보어(735)는 웨이퍼(705)내에 만들어진다. 보어(735)는 펑쳐링된 층(710)에 도달할 때까지 웨이퍼(705)의 하부면으로부터 뻗는다. 보어(735)는 예를 들어, 더블 사이드 정렬 리소그래피의 공지된 기술에 의해 폴리머 구조(725)의 외부 에지와 정렬된다. 이러한 결과는 딥 RIE 기술에 의한 에칭 동작에 의해 달성될 수 있다. 딥 RIE 기술은 100:1의 오더의 포토레지스터 재료와 실리콘 사이의 선택도를 갖고 있다. 그래서, 2-3㎛의 두께를 갖는 상응하는 마스크는 200-300㎛의 깊이를 가진 보어(735)를 파기에 충분하다.
도 7f에서, 예를 들어, 구리, 니켈, 금, 은 또는 플라티늄과 같은 금속이 폴리머 구조(725)내의 펑쳐링된 층(710)의 구멍내에 그리고 보어(735)내에 증착된다. 이러한 결과는 전자 갈바니 셀의 캐소드 터미널로서 금속막(730)을 사용함으로써 달성된다. 그다음, 이러한 금속은 랩핑 동작에 의해 웨이퍼(705)의 하부면의 레벨로 평탄화되어 금속 구조(740)를 얻는다. 특히, 펑쳐링된 층(710)내의 금속 구조(740)의 부분은 펑쳐링된 층(710)의 상응하는 구멍에 따른 일정하거나 다양한 섹션을 가질 콘택트의 칼럼을 정의한다.
도 7g에서, 포토레지스트 마스크(745)는 포토리소그래픽 기술에 의해 웨이퍼(705)상에 만들어져 폴리머 구조(725) 외측의 펑쳐링된 층(710)의 부분을 보호한다. 예를 들어, XeF2의 증기 상태에서, 실리콘에 이루어지지만 금속 및 포토레지스트에서 이루어지지 않는 선택적인 에칭은 금속막(730)내의 윈도우를 통해, 펑쳐링된 층(710)을 제거하는데 사용된다. 이러한 동작은 포리머 구조(725)에 의해 정의된 탄성 코어내측의 금속 구조(740)의 칼럼을 클리어링한다.
이러한 포인트에서, 도 7h에 도시된 바와 같이, 포토레지스트는 제거된다. 그다음, 추가 금속층(750)이 예를 들어, 후막 또는 박막 기술에 의해 금속막(730)에 증착되어서 상부에서 폴리머 구조(725)를 클로징한다. 금속층(750)은 구리로 제조될 수 있고, 예를 들어, 오직 기계적 압력에 의한 연결의 경우에 니켈, 금, 또는 로듐 또는 루데늄의, 본딩을 촉진하는 또 다른 금속의 박층으로 코팅될 수 있다. 이러한 방식으로, 금속층(730, 750)은 콘택트의 (패드 형상의) 상부 터미널을 형성한다.
금속 구조(740)의 하부는 콘택트의 (팁 형상의) 하부 터미널의 베이스를 형성한다. 그다음, 제조 공정은 예를 들어, SU8 타입의 포토레지스트를 가지고 300-400 ㎛에 이르는 두꺼운 포토레지스트 마스크(755)가 웨이퍼(705)의 하표면에 형성되어 오직 금속 구조(740)의 중앙부 노출시키는 도 7i로 이어진다. 예를 들어, 구리, 니켈, 팔라듐 코발트, 팔라듐 니켈, 금 또는 플라티늄의 하나 이상의 금속층(760)이 마스크(755)의 동일한 두께를 가진 금속 구조(740)의 노출부에 증착되어서, 콘택트의 팁의 니들을 형성한다. 금속층(760)은 또한 (랩핑 동작에 의해) 마스크(755)의 레벨로 평탄화될 수 있다.
임의의 경우에, 도 7j에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 마스크가 제거된다. 필요하다면, 금속층(760)의 자유단부에 버튼(765)을 결합하는 것이 가능하다. 버튼은 예를 들어, 팔라듐 코발트, 로듐, 루데늄 또는 팔라듐 니켈의 금속층중 하나보다 더 경도가 높은 재료로 제조된다. 이러한 버튼(765)은 (포토리소그래피 및 건식 또는 습식 에칭 기술에 의해) 상응하는 리세스가 만들어진 후에 이러한 리세스내에 요구되는 금속을 증착시키는 희생 웨이퍼로부터 시작하는 임의의 요구되는 형상으로 제조될 수 있다.
도 7k에서, 가능한 버튼(765)를 가진 니들(760)이 예를 들어, 니들(760)의 삽입의 순간에 가열된 후 냉각되는 열가소설 재료의 강성 서포트(770)내로 임베딩된다. 그다음, 펑쳐링된 층을 포함하는, 웨이퍼의 나머지 부분은 예를 들어, XeF2의 증기에서 선택적인 에칭 동작으로 제거되어 예를 들어, 도 1a의 콘택트(100)의 요구되는 콘택트를 얻는다.
대안으로, 상술된 동일한 제조 공정이 상이한 타입의 콘택트를 만들기 위해 일부 변화를 가지고 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 7h에서, 제조 공정이 도면에 도시되지 않은, 강성 서포트내로 패드(750)를 임베딩한 후에, 상술된 바와 같이 실리콘 파트를 직접 제거함으로써 이러한 포인트에서 정지된다면, 금속 구조(740)의 하부가 콘택트의 상응하는 터미널을 구현하는 콘택트를 얻는 것이 가능하다. 예를 들어, 이러한 방식으로, 도 4g의 베이식 모듈(400-1b)와 같은, 직렬로 다수의 베이식 모듈과의 접촉되는 중간 베이식 모듈로서 사용될 수 있는, 웨이퍼(705)의 초기 두께를 통해 금속 구조(740)의 하부의 두께를 적합하게 조정함으로써, 패드 형상인 터미널 모두와의 접촉을 얻는 것이 가능하다. 또한, 동일한 동작에 의해 금속 구조(740)의 하부의 두께가 보다 두꺼운 경우에 일정한 섹션에서 팁과의 접촉을 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 상이한 실시예에 따라, 상술된 콘택트를 제조하기 위한 다양한 제조 공정이 도 8a-8c에 도시되어 있다.
특히, 도 8a에서, 웨이퍼(805)는 펑쳐링된 층(810)을 얻기 위해 상술된 바와 같이 처리되고, 옥사이드층(815)은 웨이퍼(805)에 증착되어, 펑쳐링된 층(810)의 구멍을 온전히 클로징한다. 하나 이상의 윈도우는 마찬가지로 옥사이드 층(815)에서 개방되어 있다. 하지만, 이러한 경우에, 윈도우는 콘택트의 칼럼에 상응하여 개방되어 있다. 예를 들어, 구리,니켈, 금, 은 또는 팔라듐인 금속이 옥사이드 층(815)내의 윈도우를 통해, 펑쳐링된 층(810)의 구멍내에 증착되어 있다. 이는 예를 들어, 여기에 언급되어 통합된, Yukio H. Pgata, ET to. "Electronchemical metal deposition on silicon" Solid Been & Materials Science 10 (2006) 163-172 에 기재되어 있다. 이러한 방식으로, 817로 표시된 콘택트의 칼럼이 얻어진다.
도 8b에서, 내측에 칼럼(817)을 포함하는 콘택트의 전체 탄성 코어에 상응하여, 다시 포토리소그래픽 및 건식 또는 습식 에칭 기술에 의해 확대되어 있다. 이러한 포인트에서, 이미 형성된 칼럼(817) 사이의 것을 포함하는 옥사이드 층(815)내의 윈도우를 통해, 펑쳐링된 층(810)을 상술된 바와 같이 제거하여 상응하는 하나 이상의 그루브(820)를 얻는 것이 가능하다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 그루브(820)는 마찬가지로, 펑쳐링된 층(810)의 레벨로 평탄화되는 탄성 폴리머로 채워진다. 이러한 방식으로, 이제 온전히 칼럼(817)을 임베딩하는, 콘택트의 탄성 코어를 형성하는 폴리머 구조(825)가 얻어진다. 그다음, 콘택트의 제조 공정이 상술된 바와 같이 정확하게 이어진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라 상술된 콘택트를 제조하기 위한 다양한 제조 공정이 도 9a-9h에 도시되어 있다.
특히, 도 9a에서, 제조 공정은 실리콘 웨이퍼(905)로 시작한다. 옥사이드 층(910)은 웨이퍼(905) 위에서 성장한다. 콘택트의 부시에 상응하는 윈도우는 예를 들어, 포토리소그래피 및 플라즈마 에칭 기술에 의해 옥사이드 층(910)에서 개방된다. 그다음, 웨이퍼(905)는 도전성 접착층(920)을 통해 예를 들어, 금속인 도전성 강성 기판(915)상에 부착된다. 웨이퍼(905)의 상표면으로부터 접착층(915)에 도달하기까지 뻗은 그루브(925)는 옥사이드 층(910)내의 윈도우를 통해 에칭 동작에 의해, 웨이퍼(905)내로 파진다. 예를 들어, 이러한 목적을 위해, 1:100의 오더의 폭-깊이 관계의 그루브를 만드는 것이 가능하여 7㎛의 폭만을 가진 700㎛의 깊이를 가진 그루브를 얻는 것이 가능한 Deep RIE 기술이 사용된다. 동일한 결과가 또한 옥시드 층(910) 대신에 포토레지스트 마스트를 사용함으로써 달성될 수 있다. 그 이유는 Deep RIE 기술은 1:100의 오더의 포토레지스트와 실리콘 사이의 선택권을 갖고 있어서, 2-3㎛의 두께를 가진 마스크는 200-300㎛의 깊이를 가진 그루브를 파기에 충분하기 때문이다.
도 9b에서, 옥시드 층이 제거된다. 예를 들어, 구리, 니켈, 금, 은 또는 팔라듐인 금속이 전기 갈바니 셀의 캐소드 터미널로서 접착층(920) 및 금속 기판(915)을 사용함으로써 그루브내에 증착된다. 그다음, 이러한 금속은 랩핑 동작에 의해 웨이퍼(905)의 상면의 레벨로 평탄화되어 콘택트의 부시를 형성하는 금속 구조(930)를 얻는다. 예를 들어, 금이 되는, 열 압축에 의해 용이하게 솔더링되는 금속막(935)은 금속막(930)의 노출면상에 전기 갈바니 기술에 의해 더 증착된다.
제조 공정은 각 접착층을 갖는 기판이 웨이퍼(905) 아래로부터 제거되는 도 9c로 이어진다. 유사한 도전성 강성 기판(940)이 이제 도전성 접착층(945)에 의해 웨이퍼의 상부에 접착된다. 상술된 바와 같이, 예를 들어, 금이 되는, 열 압축에 의해 용이하게 솔더링되는 금속막(950)이 금속막(930)의 새로운 노출면상에 증착된다. 이러한 경우에, 기판(940) 및 접착층(945)은 금속막(950)이 예를 들어, 스퍼터링과 같은 박막 기술에 의해 증착될 때 비도전성을 가질 수 있다.
이제 도 9d에서, 포토레지스트 마스크(955)는 금속 구조(930)내의 웨이퍼(905)의 부분을 노출된 상태로 하기 위해, 포토리소그래픽 기술에 의해 웨이퍼(905) 아래에 만들어진다. 실리콘에는 작용하지만 예를 들어, XeF2의 증기 상태에서의 포토레지스트 및 금속에는 작용하지 않는 선택적인 에칭이 금속 구조(930)내의 모든 실리콘을 제거하기 위해 사용된다. 이러한 포인트에서 (도면에 도시되지 않은) 절연막은 금속 구조(930)의 내부 (클리어된) 표면상에 증착된다. 예를 들어, 이러한 절연막은 100-200nm의 두께에 대한 박막 기술에 의해 증착된 다이아몬드 라이크 카본(DLC)으로 구성될 수 있다. 이러한 포인트에서, 실리콘 기판(960), 내장된 실리콘 디옥사이드 층(965), 및 서로 스태킹되는, 예를 들어, 10nm 로부터 100㎛의 두께를 갖는 액티브 실리콘 층(970)에 의해 형성된, 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 타입의 추가 웨이퍼가 제공된다. 이러한 실리콘 층(970)은 셀의 하부 디스크를 형성하는 구조를 취득하도록 예를 들어, 플라즈마 에칭 기술에 의해 이전에 패턴화되었다. 도면에 도시되지 않은 유사한 절연막은 금속층(950)에 상응하는 영역을 제외하곤, 상술된 바와 같이 실리콘 층(970)상에 증착된다. 예를 들어, DLC는 100-200nm의 두께를 가진 박막 기술에 의해 증착된다.
도 9e에서, 각 접착층을 갖는 기판은 웨이퍼(905) 위로부터 제거되고, 마스크는 웨이퍼(905)의 아래로부터 제거된다. SOI 웨이퍼(960-970)는 그다음 웨이퍼(905)와 정렬되고, 금속층(950)은 예를 들어, 363℃의 온도에서 형성하는 금-실리콘 공정을 활용함으로써 실리콘층(970)에 솔더링된다.
이러한 포인트에서, 도 9f에 도시된 바와 같이, SOI 웨이퍼의 옥사이드층은 상응하는 기판을 릴리싱하기 위해 예를 들어, HF의 증기 상태 또는 습식 솔루션에서 제거된다. 예를 들어, 플라스틱 또는 글래스의, 금속 구조(930)에 상응하여 보어를 갖는 강성 서포트(975)는 웨이퍼 아래에 접착된다. 예를 들어, XeF2의 증기 상태에서 금속이 아닌 실리콘 상에 이루어지는 선택적 타입 또는 이방형 타입의 에칭이 웨이퍼의 나머지 부분을 제거하기 위해 사용된다.
제조 공정은 도 1a에 도시된 콘택트의 것과 온전히 유사한 구조를 갖는 베이식 모듈(980)이 상부로부터 금속 구조(930)에 삽입되는 도 9g로 이어진다. 이러한 목적을 위해, 3σ에서 ±0,5㎛의 전형적인 정확도를 제공하는 픽-앤드-플레이스 기술이 사용된다.
마지막으로, 도 9h에 도시된 바와 같이, 서로 적합하게 절연된, 금속층(930)에 상응하는 도전성 부분 및 베이식 모듈(980)의 패드 형상의 상부 터미널에 상응하는 도전성 부분을 갖는 셀의 상부 디스크를 만드는 기판(985)이 베이식 모듈(980) 및 금속 구조(930)의 상부에 연결된다. 이러한 포인트에서, 강성 서포트는 요구되는 콘택트를 얻기 위해 제거될 수 있다.
대안으로, 동일한 결과는 베이식 모듈을 직접 상부 디스크에 연결함으로써 그리고 그렇게 얻어진 도 9f의 구조를 셀의 부시내에 삽입함으로써 (도 9f의 구조로부터) 달성될 수 있다. 특히, 이러한 프로시져는 셀의 하부 디스크가 없을 때(즉, SOI 웨이퍼를 연결하는 단계가 생략되었을 때) 사용될 수 있어서, 온전히 구부러짐 자유로운 베이식 모듈의 팁과의 접촉을 얻을 수 있다.
자연스럽게, 로컬 및 특정 필요조건을 충족시키기 위해, 당업자는 많은 논리적 및/또는 물리적 수정 및 대안을 상술된 솔루션에 적용할 수 있다. 보다 구체적으로, 이러한 솔루션이 하나 이상의 실시예에 대해 특정 정도의 특별한 경우를 기술하였지만, 다양한 생략, 대체 및 변경이 다른 실시예는 물론 형태 및 상세사항에서 가능하다는 것을 이해해야만 한다. 특히, 본 발명의 상세한 실시예가 이해를 위해 보다 많은 것을 제공하도록 상기 기재에서 제시된 (수치 예와 같은) 특정 상세사항 없이 실시될 수도 있다. 반대로, 주지된 특징이 생략되거나 단순화될 수 있다. 또한, 개시된 솔루션의 임의의 실시예에 대해 설명된 특정 요소 및/또는 방법 단계가 일반적인 설계 선택사항으로서 임의의 다른 실시예에 통합될 수 있음을 이해할 수 있다.
특히, 이러한 것은 본 콘택트가 상이한 구조 또는 동등한 컴포넌트를 포함하는 경우에 적용도리 수 있다. 또한, 컴포넌트는 전체 또는 부분적으로 서로 분리되거나 함께 결합될 수 있다.
예를 들어, 콘택트의 각 컴포넌트는 임의의 형상 및/또는 크기를 가질 수 있고, 임의의 다른 재료로 제조될 수 있다. 특히, 상술된 예시된 크기는 단일 콘택트에 대해, 동축 구조 또는 인터포저의 경우에 보다 클 수 있다. 예를 들어, 정방형, 직방형, 타원형 탄성 코어, 상응하는 형상(패드-, 팁-, 피라미드-, 볼-, 토로이드-세그먼트 형상 - 서로 동일하거나 상이함)을 가진 터미널 엘리먼트, 정방형, 직방형, 타원형 (솔리드 또는 중공) 섹션을 가진 칼럼을 갖는 것이 가능하다. 임의의 수의 칼럼 (또는 동등한 엘리먼트)가 단일 것에 대해 제공될 수 있다. 또한, 칼럼은 서로 축방향으로 반대인 콘택트 터미널 사이의 임의의 다른 포지션에 배열될 수 있다.
이는 탄성 코어가 상이한 특성 커브를 갖는 경우에도 적용될 수 있다.
마찬가지로, 임의의 수의 관통구멍이 단일한 것에 대해 임의의 수의 칼럼을 각각 수용하기 위해, 탄성 코어에 만들어질 수 있다. 또한, 칼럼은 각 구멍 안에 (또한 이들중에 및/또는 구멍의 사이드벽에) 임의의 다른 배열을 가질 수 있다. 임의의 경우에, (자유로운 다른 것 및 탄성 코어에 내장되는 일부 칼럼을 가진 조합된 구조를 포함한다.
연속적이지 않은 보다 많은 링 형상의 중공 공간 및/또는 보다 많은 내부 구멍을 가진 동축 구조를 만든 후, 내부 칼럼 및/또는 외부 칼럼의 보다 많은 그룹을 만드는 것이 가능하다. 또한, 탄성 코어의 내부 및 외부는 (예를 들어, 원형 섹션 및 직방형 섹션을 가진) 상이한 형상을 가질 수 있다.
탄성 코어의 사전 변형은 예를 들어, 전용 타이 로드(rod)에 의해) 동등한 수단에 의해 얻어질 수 있고, 다른 값을 취할 수 있다. 그러나, 이러한 특성은 반드시 필요한 것은 아니고, 콘택트의 일부 실시예에서 생략될 수 있다.
다른 기술이 (예를 들어, 구조적 불완전을 생성함으로써) 칼럼의 크리티컬 부하를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 온전히 균일한 칼럼을 사용할 수도 있다.
임의의 수의 베이식 모듈이 (단일 팁 타입 또는 더블 팁 타입 어느 하나의 콘택트를 얻기 위해) 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 동일한 솔루션이 또한 임의의 강성 셀에 삽입되지 않는 콘택트에 적용될 수 있다.
이는 셀이 상이한 구조를 갖거나 동등한 컴포넌트를 포함하는 경우에도 적용될 수 있다. 또한, 컴포넌트는 서로 별개일 수 있거나 함께 조합될 수 있다. 또한, 셀의 각 컴포넌트는 임의의 형상 및/또는 크기를 가질 수 있고, 예를 들어, 탄성 코어의 변형과 임의의 방식으로 간섭됨 없이 임의의 다른 재료로 제조될 수 있다.
대안으로, 콘택트의 팁 (및 강성 셀의 디스크내의 상응하는 개구)는 예를 들어, 피라미드, 또는 원뿔현상의 임의의 다른 테이퍼된 형상을 가질 수 있고, 상응하는 개구는 팁이 임의의 다른 사전정의된 변형 후에 틸팅할 수 있도록 임의의 다른 방식으로 형상화될 수 있다. 임의의 경우에, 팁의 축방향 전환 또는 팁을 온전히 자유롭게 할 수 있다.
제안된 콘택트의 상술된 적용은 단지 설명을 위한 것이고 제한하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 동일한 구조가 인터포저와 같은 임의의 다른 전자 컴포넌트에 사용될 수 있다. 임의의 경우에, 제안된 구조가 집적 회로의 설계의 일부일 수도 있다는 것은 명백하다. 이러한 설계는 또한 프로그래밍 언어로 생성될 수 있다. 또한, 설계자가 칩 또는 마스크를 제조하지 않은 경우에, 설계는 다른 사람에게 물리적 수단에 의해 전달될 수 있다. 임의의 경우에, 최종 집적 회로는 베어 다이로서, 또는 패키지로 생 웨이퍼 형태로 그 공급자에 의해 분배될 수 있다. 또한, 제안된 구조는 동일한 칩내의 다른 회로와 함게 집적될 수 있거나, 마더보드와 같은 중간 프로덕트에 장착되고 프로세서 및 메모리와 같은 하나 이상의 칩과 결합될 수 있다. 임의의 경우에, 전자 컴포넌트는 컴퓨터와 같은 복잡한 시스템에서 사용되기에 적합하다.
콘택트의 상술된 제조 공정은 단순히 예시일 뿐 제한하고자 하는 것은 아니다. 특히, 동일한 결과가 (유사한 단계를 사용함으로써, 또는 핵심적이지 않은 일부 단계를 제거함으로써, 또는 추가 선택 단계를 더함으로써) 동등한 프로세스에 의해 달성될 수 있다. 또한, 단계는 상이한 순서로, 또는 동시에, 또는 적어도 일부 인터리브 방식으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼내의 구멍은 여기에 언급되어 전체가 통합된 "F. Marty et al. "Advanced etching of silicon based on deep reactive ion etching for silicon high aspect ration microstructures and three-dimensional micro and nanostructures" Microelectronics Journal 36, Issue 7 (2005) 673-677"에 기술된 바와 같이 Deep RIE 기술에 의해 만들어질 수 있다. 대안으로, 여기에 언급되어 전체가 통합된 "Woo Lee, et al., "Fast fabrication of long-range ordered porous alumina membranes by Hard anodisation" Materials Nature, 5 (2006) 741-747"에 기술된 바와 같이 알루미늄 플레이트의 애노드화 기술에 의해 얻어지는 다공성 알루미나의 층을 개발하는 것이 가능하다. 더욱이, 칼럼은 예를 들어, 여기에 언급되어 전체가 통합된 Shoso Shingubara, "Fabrication of nanomaterials using porous alumina templates" Journal of Nanoparticles Reserch 5, (2003), 17-30에서 보고된 바와 같이 카본 나노튜브로 만들어질 수 있다.
마찬가지로, 셀은 마이크로일렉트로메커니컬 시스템(MEMS)의 다른 프로세싱 기술, 몰딩 또는 마이크로-몰딩 기술, 보링 밀, 커터 및 레이저 드릴과 같은 수치 제어 기계에 의한 마이크로-프로세싱 기술에 의해 제조될 수 있다.

Claims (19)

  1. 전자 컴포넌트에 전기적으로 접촉하기 위한 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500)로서, 상기 콘택트 디바이스는 장축(110)을 갖는 적어도 하나의 베이식 모듈(100)을 포함하고, 각 베이식 모듈은,
    상기 베이식 모듈의 탄성을 형성하기 위한 탄성 코어(105)로서, 축방향 압축에 응답하여 축방향 탄성 변형되는 상기 탄성 코어(105),
    상기 탄성 코어와 축방향 반대 포지션에서 결합된 제1 콘택트 터미널 엘리먼트(115) 및 제2 콘택트 터미널 엘리먼트(120), 및
    상기 제1 터미널 엘리먼트와 제2 터미널 엘리먼트 사이에 축방향으로 뻗은 적어도 하나의 긴 콘택트 엘리먼트(125)를 포함하고,
    각 긴 엘리먼트는 상기 베이식 모듈의 제조 동안 외부력의 부재시 자체 유지하기 위한 제로 보다 높고, 버클링을 위한 임계 압축력 보다 낮은 버클링 축방향 크리티컬 부하를 가져서 베이식 모듈의 동작 동안 베이식 모듈의 탄성에 영향을 주지 않도록 구성되어 있고, 상기 임계 압축력은 0.1%와 50% 사이에 있는 탄성 코어의 레스트 조건에 대해 탄성 코어의 임계 변형에 상응하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500).
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 코어(105)는 비선형 탄성 특성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄성 코어(105B; 105Ci; 105Ce)는 측면을 가진 적어도 하나의 축방향 관통구멍(305; 305i; 305e)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 긴 엘리먼트는 각 구멍 안에 복수의 칼럼(125; 125i; 125e)을 포함하고, 상기 칼럼은 서로 그리고 상기 측면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 구멍은 적어도 하나의 내부 구멍(305i) 및 상기 적어도 하나의 내부 구멍을 내장하는 적어도 하나의 외부 구멍(305e)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500).
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 탄성 코어(405; 405a; 405b; 405c; 505)를 사전 변형하기 위한 수단(430A; 430B; 540, 545)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500).
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한항에 있어서, 상기 적어도 하나의 긴 콘택트 엘리먼트(125)는 크리티컬 부하를 감소시키기 위한 축방향 가변 구조를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500).
  7. 제1항 내지 제6항중 어느 한항에 있어서, 상기 적어도 하나의 베이식 모듈은 시퀀스내에 축방향으로 정렬된 복수의 베이식 모듈(400-1a, 400-1b, 400-1c)를 포함하고,
    각 베이식 모듈(400-1a, 400-1b, 400-1c)의 제2 터미널 엘리먼트(415a, 415b)는 상기 시퀀스내의 다음 베이식 모듈의 제1 터미널 엘리먼트(420a, 420c), 상기 시퀀스내의 제1 베이식 모듈의 제1 터미널 엘리먼트(420a) 및 상기 콘택트 디바이스의 제1 터미널 엘리먼트와 제2 터미널 엘리먼트를 형성하는 상기 시퀀스내의 마지막 베이식 모듈의 제2 터미널 엘리먼트(415c)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500).
  8. 제1항 내지 제7항중 어느 한항에 있어서, 상기 적어도 하나의 베이식 모듈(400-1; 400-1a, 400-1b, 400-1b; 500-1)을 수용하기 위한 강성 엘리먼트(435A; 435B; 547)를 더 포함하고,
    상기 강성 엘리먼트는 변형을 가능케하기 위한 적어도 하나의 베이식 모듈의 탄성 코어(405; 405a; 405b; 505), 콘택트 디바이스(415; 415c; 515)의 제1 터미널 엘리먼트와 결합된 제1 베이스(440A; 440B; 540), 및 콘택트 디바이스(420; 420a, 520)의 제2 터미널 엘리먼트와 결합된 제2 베이스(445a; 335B; 545)의 섹션 보다 큰 섹션을 갖고 있고,
    상기 제1 베이스와 제2 베이스(405A; 440B; 445B; 547)중 적어도 하나는 개구(450A, 450B, 450Bu; 550)를 갖고 있고 각 상응하는 터미널 엘리먼트(420; 420a, 420c; 520)는 상기 강성 엘리먼트로부터 돌출하기 위한 개구를 통해 슬라이딩하는 콘택트 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500).
  9. 제8항에 있어서, 각 팁(520)은 외측으로 좁아지는 테이퍼형 구조를 갖고 있고, 각 개구(550)는 탄성 코어(505)의 추가 임계 변형에까지 축(510)을 따라 팁을 구동하고 상기 팁이 상기 추가 임계 변형 후에 축에 대해 틸팅할 수 있도록 하기 위한 상응하는 팁과 매칭하는 섹셕을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(500).
  10. 서로 반대인 제1 메인면 및 제2 메인면을 갖고 있는 반도체 재료(605)의 칩 및 상기 칩에 집적된 전가 회로(610), 그리고 상기 제1 메인면과 제2 메인면 사이에 적어도 하나로부터 돌출하는 제1항 내지 제9항중 어느 한항에 따른 복수의 콘택트 디바이스(600-1)을 포함하고, 각각의 콘택트의 디바이스의 제1 터미널 엘리먼트는 상기 칩에 집적되는 것을 특징으로 하는 전자 컴포넌트(600).
  11. 각 베이식 모듈에 대해, 장축(110)을 갖고 있는 적어도 하나의 베이식 모듈(100)을 포함하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500)에 의한 전자 컴포넌트의 전기적 접촉 방법으로서,
    상기 베이식 모듈의 탄성을 형성하기 위한 탄성 코어(105)를 제공하는 단계,
    축방향으로 반대 포지션에 탄성 코어와 결합된 제1 콘택트 터미널 엘리먼트(115) 및 제2 콘택트 터미널 엘리먼트(120)를 제공하는 단계,
    상기 제1 터미널 엘리먼트와 제2 터미널 엘리먼트 사이에 축방향으로 뻗은 적어도 하나의 긴 콘택트 엘리먼트(125)를 제공하는 단계, 및
    축방향 탄성 변형을 유도하기 위해 상기 탄성 코어에 축방향 압축력을 가하는 단계를 포함하고,
    상기 축방향 압축력은 0.1%와 50% 사이의 탄성 코어의 레스트 상태에 대해 탄성 코어의 임계 변형에 상응하는 임계 압축력 보다 높고, 각 긴 엘리먼트는 상기 베이식 모듈의 생성 동안 외부력 없이 자체 유지하기 위해 제로보다 크고 버클링을 위해 임계 압축력 보다 낮은 버클링 축방향 크리티컬 부하를 가져서 상기 베이식 모듈의 동작 동안 상기 베이식 모듈의 탄성에 기여하기 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전자 컴포넌트의 전기적 접촉 방법.
  12. 전자 콘택트를 전기적으로 접촉시키기 위한 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500) 제조 방법으로서, 상기 전자 콘택트는 각 베이식 모듈에 대해, 장축(110)을 갖고 있는 적어도 하나의 베이식 모듈(100)을 포함하고, 상기 방법은,
    상기 베이식 모듈의 탄성을 형성하기 위한, 축방향 압축력에 응답하여 축방향 탄성 변형을 거치는 탄성 코어(105)를 형성하는 단계,
    탄성 코어에 축방향 반대 포지션에서 결합된 제1 콘택트 터미널 엘리먼트(15) 및 제2 콘택트 터미널 엘리먼트(120)을 형성하는 단계, 및
    상기 제1 터미널 엘리먼트와 상기 제2 터미널 엘리먼트 사이에서 축방향으로 뻗은 적어도 하나의 긴 콘택트 엘리먼트(125)를 형성하는 단계를 포함하고,
    각 긴 엘리먼트는 베이식 모듈의 생성 동안 외부력 없이 자체 유지하기 위한 제로 보다 크고 버클링을 위한 임계 압축력보다 낮은 버클링 축방향 크리티컬 부하를 가져서 베이식 모듈의 동작 동안 베이식 모듈의 탄성에 영향을 주지 않도록 구성되고, 상기 임계 압축력은 0.1%와 50% 사이의 탄성 코어의 레스트 상태에 대해 탄성 코어의 임계 변형에 상응하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500) 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 긴 콘택트 엘리먼트(125)를 형성하는 단계는,
    서포트 베이스(705; 805)로부터 자유롭게 돌출하는 적어도 하나의 긴 콘택트 엘리먼트(125)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500) 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    서로 반대인 제1 메인면 및 제2 메인면을 갖고 있는 반도체 재료(705)의 칩을 제공하는 단계,
    상기 제1 메인면으로부터 상기 칩으로 뻗는 적어도 하나의 블라인드 구멍(710)을 가진 펑쳐링된 층을 형성하는 단계,
    상기 제1 메인면으로부터 상기 칩으로 뻗은 적어도 하나의 그루브(720)를 얻기 위해 상기 펑쳐링된 층의 일부를 제거하는 단계,
    탄성 코어(105)를 얻기 위해 상기 그루브를 탄성 폴리머(725)로 채우는 단계,
    상기 제2 메인면으로부터 상기 펑쳐링된 층에까지 상기 칩으로 뻗은 보어(735)를 형성하는 단계,
    적어도 하나의 긴 엘리먼트(125) 및 제2 콘택트 터미널 엘리먼트(120)를 각각 얻기 위해 상기 펑쳐링된 층의 일부 및 상기 보어내에 금속(730)을 증착하는 단계,
    상기 적어도 하나의 긴 엘리먼트를 클리어링하기 위해 상기 펑쳐링된 층을 제거하는 단계, 및
    상기 제1 메인면상의 상기 적어도 하나의 긴 엘리먼트와 접촉하도록 상기 제1 콘택트 터미널 엘리먼트(115)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500) 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    서로 반대인 제1 메인면과 제2 메인면을 갖고 있는 반도체 재료(705)의 칩을 제공하는 단계,
    상기 제1 메인면으로부터 상기 칩으로 뻗은 적어도 하나의 블라인드 구멍(710)을 형성하는 단계,
    금속을 증착하고 및/또는 카본 나노튜브를 상기 펑쳐링된 층의 일부에 성장시켜 상기 적어도 하나의 긴 엘리먼트(125)를 얻는 단계,
    상기 적어도 하나의 긴 엘리먼트를 클리어링하고, 상기 제1 메인면으로부터 상기 칩으로 뻗은 적어도 하나의 그루브(720)를 얻기 위해 상기 펑쳐링된 층의 일부를 제거하는 단계,
    상기 탄성 코어(105)를 얻기 위해 상기 그루브를 탄성 폴리머(725)로 채우는 단계,
    상기 제2 메인면으로부터 상기 적어도 하나의 긴 엘리먼트에까지 상기 칩으로 뻗은 보어(735)를 형성하는 단계,
    상기 제2 콘택트 터미널 엘리먼트(120)를 얻기 위해 금속(730)을 보어에 증착하는 단계, 및
    상기 제1 콘택트 터미널 엘리먼트(115)를 상기 제1 메인면상의 적어도 하나의 긴 엘리먼트와 접촉하도록 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500) 제조 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상응하는 팁을 얻기 위해 상기 제2 콘택트 터미널 엘리먼트91200의 일부에 추가 금속(760)을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500) 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    팁(760)의 일부 위에 상기 팁 보다 단단한 버튼(765)을 본딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500) 제조 방법.
  18. 제14항 내지 제17항중 어느 한항에 있어서, 상기 펑쳐링된 층을 형성하는 단계는 상기 칩(705)내에 다공성 실리콘의 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 콘택트 디바이스(100; 400A; 400B; 500) 제조 방법.
  19. 전자 컴포넌트(600) 제조 방법으로서,
    서로 반대인 제1 메인면 및 제2 메인면을 갖고 있는 반도체 재료(605)의 칩을 제공하는 단계,
    전자 회로(610)를 칩내에 집적하는 단계, 및
    제12항 또는 제13항에 따른 방법의 단계들에 의해 상기 제1 메인면 및 상기 제2 메인면 사이의 적어도 하나로부터 돌출하는 복수의 콘택트 디바이스(600-1)를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 각 콘택트 디바이스의 제1 터미널 엘리먼트는 상기 칩내에 집적되는 전자 컴포넌트(600) 제조 방법.
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