專利名稱：利用犧牲基片制作互連件和接點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電連接(接觸)元件的一種制作技術(shù)，更具體的說，涉及接觸元件的制作技術(shù)，這些接觸元件都是彈性(具有彈力的)接觸元件，適于在電子學(xué)零件之間實現(xiàn)壓力連接。
相關(guān)申請的對照本專利申請是95年5月26日提出的共同擁有、未決的美國專利申請，No.08/452,255(下文中的“母案”)和95年11月13日提出的它的對應(yīng)PCT專利申請，No.PCT/US95/14909的部分繼續(xù)申請，上述兩個申請都是共同擁有而未決的94年11月15日提出的美國專利申請，No.08/340,144和94年11月16日提出的它的對應(yīng)PCT專利申請，No.PCT/US94/13373(95年5月26日作為WO95/14314發(fā)表的)的部分繼續(xù)申請，而這兩個申請又都是共同被擁有而未決的93年11月16日提出的美國專利申請，No.08/152,812(現(xiàn)為USP5,476,211,95年12月19日授予)的部分繼續(xù)申請，所有這些申請都被本發(fā)明結(jié)合參照。
本專利申請還是下述共同被擁有而未決的美國專利申請的部分繼續(xù)申請，這些專利的申請?zhí)枮?8/526,246,95年9月21日申請(PCT/US95/14843,95年11月13日)08/533,584 95年10月18日申請(PCT/US95/14842,95年11月13日)08/554,902 95年11月9日申請(PCT/US95/14844,95年11月13日)08/558,332 95年11月15日申請(PCT/US95/14885,95年11月15日)08/573,945 95年12月18日申請08/584,981 96年1月11日申請08/602,179 96年2月15日申請
60/012,027 96年2月21日申請60/012,040 96年2月22日申請60/012,878 96年3月5日申請60/013,247 96年3月11日申請60/005,189 96年5月17日申請所有這些申請都是前述母案的部分繼續(xù)中請，所有這些申請都被本發(fā)明結(jié)合參照。發(fā)明背景一般而言，電子零件之間的相互連接可以分成“相當(dāng)固定”和“易拆卸的”兩個大類。
“相當(dāng)固定”連接的一個例子是軟釬焊連接。一旦兩個電子零件彼此被軟釬焊焊在一起，必須利用拆焊方法來將兩零件分開。如象在半導(dǎo)體管芯和半導(dǎo)體殼的內(nèi)部引線[或引線架的接頭內(nèi)端]之間的線連接就是這“相當(dāng)固定”連接的另一個例子。
“易拆卸的”連接的一個例子是一個電子零件插入另一個電子零件的彈性插座中的堅硬的插腳。插座元件施加一接觸力(壓力)在插腳上，這力應(yīng)足以確保插腳與插座之間有可靠的電連接。在這里，將用來與電子零件進(jìn)行壓力接觸的互連元件被稱為“彈簧”，也可稱為“彈簧元件”或“彈簧觸頭”。
制作彈簧元件的現(xiàn)行技術(shù)一般包括沖壓[沖制]或侵蝕“單一”彈簧材料，如象磷銅或銅鈹合金，也可是鋼或鎳-鐵-鈷(例如，科伐)合金，以形成單個的彈簧元件；將彈簧元件成形，以便具有彈簧外形(例如，拱形)；任選地在彈簧元件上鍍上一層良好的接觸材料(例如，貴金屬，如象金，當(dāng)與類似材料接觸時，它將顯示出低的接觸電阻)；以及將許多這樣成形的，經(jīng)鍍涂的彈簧元件模塑成為一直線的，圓周的或陣列形式。當(dāng)在前述的材料上鍍金時，有時，有一薄的(例如，30-50微英寸)的鎳的阻擋層是適當(dāng)?shù)摹?br> 一般來說，要求某一最小的接觸力來實現(xiàn)對電子零件(例如，電子零件上的接線端)的可靠的壓力接觸。例如，為了確保電子零件的接線端在表面可能被薄膜污染，或表面被侵蝕或有氧化物的情況下，也能與之進(jìn)行可靠的電連接，大約可能需要15克的接觸(負(fù)載)力(包括每個觸點(diǎn)上的力小到2克以下和多到150克以上)。對于每個彈簧元件所要求的最小接觸力常常不是需要增大彈簧材料的屈服強(qiáng)度就是要求增大彈簧元件的尺寸。但是，一般來說，材料的屈服強(qiáng)度越高，加工(例如，沖孔，彎曲等等)就越困難。想要將彈簧做得較小的愿望就基本排除了加大它們的橫截面來達(dá)到較大的接觸力的做法。
上述母案(08/452,255)描述了作為復(fù)合互連元件的彈性接觸結(jié)構(gòu)(彈簧元件)的制作，其方法是將獨(dú)立的線干(細(xì)長元件)安裝在電子零件的接線端上，將線干成形，并在獨(dú)立線干上涂層，以賦予所制得的獨(dú)立彈簧元件所希望的彈性。在精細(xì)和/或貴重的電子零件的情形，若直接在電子零件表面上的復(fù)合互連元件制作得不合格，則最好的情況是可能要求對這(些)不合格的互連元件進(jìn)行返工，最壞的情形就是將這電子零件報廢。如在母案中所述，復(fù)合互連元件可以在犧牲基片上制作(例如，彎曲，成形，鍍膜)，然后不是單個的就是成組(大批安裝)地從基片轉(zhuǎn)移到電子零件上。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的制造接觸元件，特別是復(fù)合互連元件的技術(shù)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造電子零件，特別是微電子零件的互連元件的技術(shù)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種適合與電子零件進(jìn)行壓力接觸的彈性接觸結(jié)構(gòu)(互連元件)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種將互連元件牢固地固到電子零件上的技術(shù)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造具有可控阻抗的互連元件的技術(shù)。
本發(fā)明公開了一些制造互連元件，具體地說，就是彈簧元件，尤其是復(fù)合互連元件的技術(shù)，和將互連元件安裝到電子零件上的技術(shù)。公開的這種技術(shù)一般包括將細(xì)長的元件安裝到一犧牲基片上，將這細(xì)長元件成形以使之具有彈簧外形(除非細(xì)長元件已經(jīng)具有希望的彈簧形狀)，以及在復(fù)合互連元件情形中是將這些“預(yù)先制得”的彈簧元件安裝到電子零件上。這種互連元件可以成批地安裝到電子零件上，在這種情形中，在犧牲基片上制作互連元件的過程就已預(yù)先確定了這些互連元件的間隔。在將互連元件安裝到電子零件上之前先將互連元件從犧牲基片上拆卸下來的情形，在安裝過程中應(yīng)對它們的最后間距加以控制。公開的這些技術(shù)克服了與直接在各種電子零件，如象半導(dǎo)體裝置上成功制備彈簧接觸元件有關(guān)的一些問題。
在本發(fā)明的實施例中，“復(fù)合”互連元件可通過下述方法來制造，將一細(xì)長的元件(“芯件”)安裝到一犧牲基片上，將芯件做成為一彈簧外形，和在細(xì)長元件上涂鍍等，以提高所制得的復(fù)合互連元件的物理特性(例如彈性)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這些互連元件在安裝到電子零件上以后，可以接受一涂層，或接受一附加的涂層，以牢固地把互連元件固定到電子零件上。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該細(xì)長元件可以是一根具有圓形斷面的金屬絲，也可以是一條“帶”或“帶狀”元件，后兩種術(shù)語都是指具有非圓形斷面的細(xì)長元件，其一橫(橫向)的線度最好至少是另一橫方向的線度的兩倍(包括至少三倍，四倍或五倍)。例如，一個具有矩形斷面的細(xì)長元件，該矩形具有一個至少是高度的兩倍的底長(或反過來)。
使用術(shù)語“復(fù)合”，在這里公開的整個介紹中都與這個術(shù)語的“通用”意義(例如，由兩個或更多元件構(gòu)成)是一致的，由于它可被應(yīng)用到象支撐于樹脂之類基質(zhì)中的玻璃，碳或其它的纖維的材料中，因而將不與，例如，非?；钴S的其它的領(lǐng)域的術(shù)語“復(fù)合”的用法相混淆。
如此處所用的那樣，術(shù)語“彈簧外形”實際上指的是細(xì)長元件的任何一種外形，這種外形的細(xì)長元件相對于施加于接點(diǎn)上的力來說，將使它的一端(接點(diǎn)點(diǎn))顯示出彈性(回復(fù))運(yùn)動。這不僅包括外形具有一個或多個彎曲的細(xì)長元件，而且也包括基本上是直的細(xì)長元件。
如此處所用的那樣，術(shù)語“接觸面積”，“接線端”，“墊片”等等之類是指在一個互連元件固定其上或互連元件與之接觸的電子零件上的任何導(dǎo)電區(qū)域。
一般來說，犧牲基片不是一個電子零件。在細(xì)長元件成形之后和在芯件鍍層之前或在鍍層之后，這犧牲基片即可被拆去。
根據(jù)本發(fā)明的觀點(diǎn)，接點(diǎn)具有各種粗糙的表面光潔度，它可在細(xì)長元件安裝到犧牲基片之前就做在犧牲基片上。這樣，在犧牲基片被拆除后，所得到的互連元件將在它的端部具有一接點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種接點(diǎn)結(jié)構(gòu)最好具有紋理結(jié)構(gòu)，以確保能由所得的互連元件進(jìn)行可靠的壓力連接。
在本發(fā)明的一個實施例中，芯件(細(xì)長元件)是一種“軟”材料，它具有較小的屈服強(qiáng)度，而在這芯件上卻鍍有一層“硬”材料，這硬材料具有較高的屈服強(qiáng)度。例如，如象金絲樣的軟材料被附著(例如，用金屬線焊接法)在犧牲基片的一個區(qū)域上，而且被鍍上(例如，用電化學(xué)噴鍍法)一層硬材料，如象鎳和它的合金。
本發(fā)明介紹了給芯件一層貼一層的鍍膜，單層和多層膜，具有微小凸起的“粗糙”膜(也參看母案的圖5C和5D)，以及遍及芯件的整個長度或僅部分長度的鍍膜。在后一情形，這芯件的接點(diǎn)可以適當(dāng)?shù)乇┞对谕?，以便與電子零件接觸(也請參看母案的圖5B)。
一般來說，這里所作的通篇介紹中，術(shù)語“電鍍”被用作芯件涂敷技術(shù)的一些范例。芯件可以采用下列但并不限于下列的任何適當(dāng)技術(shù)來鍍涂各種涉及從水溶液中沉積材料的過程；電解鍍膜；無電鍍膜；化學(xué)汽相沉積(CVD)；物理汽相沉積(PVD)；通過液體或固體母體的誘導(dǎo)分解使材料沉積的過程；等等，它們都屬于本發(fā)明范圍，而所有這些材料的沉積技術(shù)一般都是很熟知的。
一般來說，對于采用金屬，如象鎳來給芯件鍍膜時，電化學(xué)方法是優(yōu)選的，特別是電解鍍膜。
在本發(fā)明的另一實施例中，芯件是由本來就適于用作“單一”(與復(fù)合相對)的彈簧件的“硬”材料制成的細(xì)長件，而且一端被固定到犧牲基片的一個區(qū)域上。這芯件，和至少接線端的一個相鄰區(qū)域，可任選能提高它的電學(xué)性能的材料來進(jìn)行涂鍍。這樣的單一細(xì)長元件可以用任何下列的但并不限于下列的適當(dāng)方法固定在犧牲基片上，這些方法包括軟釬焊，膠粘，以及將硬芯件的一端穿進(jìn)該犧牲基片的柔軟部分等。
在主要的下文中，介紹了一些從相當(dāng)軟的(低屈服強(qiáng)度)的芯件出發(fā)的技術(shù)，這些芯件尺寸一般都很小(例如，≤2.0密耳)。軟材料，如象金，容易附著在半導(dǎo)體裝置的金屬化層(例如，鋁)上，但對于用作彈簧而言卻缺乏足夠的彈性。(這樣軟的金屬材料基本上顯示塑性，而不是彈性形變。)可容易地附著在半導(dǎo)體裝置上又具有適當(dāng)?shù)膹椥缘钠渌洸牧铣３Ｊ遣粚?dǎo)電的，就象在大多數(shù)彈性材料情形那樣。兩種情況中不論那一種，都能通過在芯件上施加鍍層的方法，使所制得的復(fù)合互連元件具有希望的結(jié)構(gòu)特性和電學(xué)特性。所制得的復(fù)合互連元件能做得很小，但卻能顯示出適當(dāng)?shù)慕佑|力。此外，幾個這樣的復(fù)合互連元件都能按一細(xì)微的節(jié)距(例如，10密耳)進(jìn)行排列，即使它們具有的長度(例如，100密耳)比到鄰近的復(fù)合互連元件的距離大得多也是如此(兩相鄰互連元件之間的距離名曰“節(jié)距”)。
本發(fā)明的范圍還包括在微小尺度上制作復(fù)合互連元件，例如，象在具有數(shù)量級為25微米(μm)或更小的橫截面的接頭和插座上用的“微型彈簧”。這種具有以微米而不是密耳來測度的線度的可靠互連元件的制造能力正好滿足現(xiàn)存互連技術(shù)和將來的區(qū)域陣列技術(shù)的發(fā)展需求。
本發(fā)明的這種復(fù)合互連元件呈現(xiàn)出優(yōu)良的電學(xué)特性，包括電導(dǎo)率，可焊性，以及低的接觸電阻。在許多情形，在施加接觸力時，互連元件的撓曲產(chǎn)生一“掃動”接觸，這有助于保證獲得可靠接觸。
本發(fā)明的一個另外的優(yōu)點(diǎn)是，用本發(fā)明的互連元件進(jìn)行的連接容易拆卸。對于實現(xiàn)與電子零件的接線端的連接來說，軟釬焊是可選的，但在系統(tǒng)水平上一般卻并不是優(yōu)選的。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，對具有可控阻抗的互連元件的制造技術(shù)進(jìn)行了介紹。這些技術(shù)一般包括對芯件或整個復(fù)合互連元件用介電材料進(jìn)行涂層(例如，用電泳法)(絕緣層)，和用導(dǎo)電材料涂敷在介電材料上作外層。將外面的導(dǎo)電材料層接地，這樣就能對得到的互連元件加以有效地屏蔽，而且還能容易對它的阻抗進(jìn)行控制。(還請參看母案的

圖10K。)根據(jù)本發(fā)明的一方面，還能把互連元件作為一些單個的部件來進(jìn)行預(yù)先制造，以便以后附加在電子零件上。這里列出了實現(xiàn)這個目標(biāo)的各種技術(shù)。盡管在本文中沒有具體涉及，但可認(rèn)為制造一個這樣的機(jī)器卻是相當(dāng)簡單的，這個機(jī)器能把很多的單個互連元件固定在基片上，或者用另一方式把一些單個互連元件懸掛在一種彈性體中或在一個支撐基片上。
應(yīng)該清楚地了解，本發(fā)明的復(fù)合互連元件明顯地不同于現(xiàn)行技術(shù)的互連元件，現(xiàn)行技術(shù)的互連元件采用涂層是為了提高它們的導(dǎo)電特性或提高它們的防腐能力。
本發(fā)明的鍍敷是特別想用來明顯提高互連元件在電子零件上的錨固能力和/或使所制造的復(fù)合互連元件具有希望的彈力特性。應(yīng)力(接觸力)是指向互連元件上特別打算用來吸收這些應(yīng)力的部分。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是，此處介紹的這些方法都是很適合在，如象犧牲件上“預(yù)先制造”互連元件，尤其是適合“預(yù)先制造”彈性互連元件，然后再將這些互連元件裝配在電子零件上。和直接在電子零件上制造這些互連元件不同，這便于在處理這些電子零件時減少周期時間。此外，這樣就使可能與這些互連元件的制造相關(guān)的產(chǎn)率問題與電子零件不發(fā)生關(guān)系。例如，要是一個其他方面完好的，較貴的集成電路裝置會被一些制備這些安裝的互連元件的過程中的過失所毀壞，那就太離奇了。把預(yù)先制造的互連元件安裝到電子零件上是相當(dāng)簡單的，這在下面所作的介紹中可顯而易見。
還應(yīng)理解，本發(fā)明實質(zhì)上是提供了制造彈簧構(gòu)件的一種新技術(shù)。一般來說，所得彈簧的運(yùn)作構(gòu)件是一個做成平板的產(chǎn)品，而沒有彎曲和成形。這就打開了通向下列兩個方面的大門利用各種材料來做成彈簧形狀，和利用各種“友好的”方法來將芯件的“腳手架”附著到電子零件上。鍍膜起著芯件的腳手架上的“超結(jié)構(gòu)”的功能，這兩個術(shù)語都起源于土建工程。
本發(fā)明的其他的一些目的，特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下面的介紹都會變得顯而易見。
附圖簡介現(xiàn)在來詳細(xì)參看本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例，這些例子是通過一些附圖來說明的。盡管本發(fā)明是就這些優(yōu)選出的實施例來進(jìn)行介紹的，但應(yīng)明白，這并不是打算將本發(fā)明的精神和范圍限制在這些特定的實施例上。
在這些側(cè)視圖中，為了清楚說明問題，常常將側(cè)視圖的一些部分用剖面的形式給出。例如，在許多圖中，復(fù)合互連元件(彈性接觸構(gòu)件)的線干(芯件)是以粗線全部畫出的，而涂層卻是以純粹的剖面形式畫出的(通常沒畫交叉陰影線)。
在這里所畫的圖中，為了清楚說明問題，通常都夸張了某些元件的尺寸(相對于圖中的其它一些元件來說，沒按比例)。
圖1A是本發(fā)明的一個實施例的縱向部分的剖面圖，它包括細(xì)長的互連元件的一個端。
圖1B是本發(fā)明的另一個實施例的縱向部分的剖面圖，它包括細(xì)長的互連元件的一個端。
圖1C是本發(fā)明的另一個實施例的縱向部分的剖面圖，它包括細(xì)長的互連元件的一個端。
圖1D是本發(fā)明的另一個實施例的縱向部分的剖面圖，它包括細(xì)長的互連元件的一個端。
圖1E是本發(fā)明的另一個實施例的縱向部分的剖面圖，它包括細(xì)長的互連元件的一個端。
圖2A是安裝在電子零件的接線端上并具有一多層殼的本發(fā)明的細(xì)長互連元件的剖面圖。
圖2B是具有一多層殼的本發(fā)明的細(xì)長互連元件的剖面圖，這殼的中間層是由介電材料制成的。
圖2C是安裝在電子零件上的本發(fā)明的一些細(xì)長互連元件的透視圖。
圖3A是本發(fā)明的構(gòu)成環(huán)路的金屬導(dǎo)線的側(cè)視圖，該金屬導(dǎo)線的一端彎到電子零件的接線端上，而金屬導(dǎo)線的另一端則彎到一犧牲層上。
圖3B是按照本發(fā)明，在圖3A的環(huán)路金屬導(dǎo)線上涂鍍涂層后的側(cè)視圖。
圖3C是按照本發(fā)明，在拆去了犧牲元件之后的圖3B的具有涂層的環(huán)金屬導(dǎo)線的側(cè)視圖。
圖3D是按照本發(fā)明的另一實施例，在拆除了犧牲元件之后而在涂層之前的圖1A的環(huán)金屬導(dǎo)線的側(cè)視圖。
圖4A是按照本發(fā)明，跨接在電子零件的接線端和犧牲基片之間的細(xì)長元件的一個側(cè)視圖，圖中的具有表面構(gòu)造的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)是預(yù)先就做好的。
圖4B是按照本發(fā)明，跨接在電子零件的接線端和犧牲基片之間的細(xì)長元件的一個側(cè)視圖，圖中的具有表面構(gòu)造的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)是預(yù)先就做好的。
圖4C是按照本發(fā)明，用于彈性接觸構(gòu)件的多層接點(diǎn)結(jié)構(gòu)(接觸墊)的側(cè)視圖。
圖5A是按照本發(fā)明，在犧牲基片中為互連元件制造接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的技術(shù)的第一個示范步驟的剖面圖，這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)都具有表面構(gòu)造。
圖5B是圖5A所示的本發(fā)明技術(shù)的進(jìn)一步示范步驟，把互連元件制造在接點(diǎn)結(jié)構(gòu)上的剖面圖。
圖5C是圖5B所示的本發(fā)明技術(shù)的進(jìn)一步示范步驟，制造細(xì)長的又是復(fù)合的互連元件的剖面圖。
圖5D是本發(fā)明的按照圖5A-5C所示技術(shù)制造的一些示范的單個細(xì)長元件的剖面圖。
圖5E是本發(fā)明的按照圖5A-5C所示技術(shù)制造的一些示范的細(xì)長元件的剖面圖，這些細(xì)長元件以一預(yù)定的間隔彼此相互關(guān)聯(lián)。
圖5F是按照本發(fā)明，將在犧牲基片上制作的一些細(xì)長元件成批地固定到電子零件上的技術(shù)的剖面圖。
圖5G-5I是本發(fā)明的插入器形成技術(shù)的剖面圖。
圖6A是本發(fā)明的互連元件的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)的剖面圖。
圖6B是本發(fā)明的圖6A所示技術(shù)的另外的一些步驟的剖面圖。
圖6C是安裝有互連元件的電子零件的側(cè)視圖，圖中部分為剖視，部分為全視。
圖6D是按照本發(fā)明，與圖6B的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)相連接的圖6C的電子零件的側(cè)視圖，圖中部分為剖視，部分為全視。
圖6E是按照本發(fā)明，與圖8B的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)相連接的圖6C的電子零件的連接過程的另一步驟的側(cè)視圖，圖中部分為剖視，部分為全視。
圖7A-7C是按照本發(fā)明的一個實施例在犧牲基片上為了設(shè)置互連元件而制作懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的過程的一些步驟的剖面圖。
圖7D是按照本發(fā)明，做在犧牲基片上的懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖7E是按照本發(fā)明，做在犧牲基片上的一些懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖7F是按照本發(fā)明，在圖7A-7D所示過程中的另一步驟的側(cè)視圖，它畫出了安裝在從電子零件的表面凸起的互連元件上的懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
圖7G-7H是按照本發(fā)明的另一個實施例，制作懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)和將它們安裝在電子零件上的另一個方案的側(cè)視剖面圖。
圖8A是按照本發(fā)明，為了在犧牲基片上形成能隨后安裝到電子元件上的互連元件的另一個實施例的側(cè)視圖，圖中部分為剖視，部分為透視。
圖8B和8C是按照本發(fā)明的圖8A所示的技術(shù)中的另一些步驟的側(cè)視剖面圖。
圖9A和9B是按照本發(fā)明，將一些細(xì)長元件安裝到犧牲基片上的另一技術(shù)的側(cè)視剖面圖。
圖9C是按照本發(fā)明，將一些細(xì)長元件安裝到犧牲基片上的再一技術(shù)的側(cè)視剖面圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明介紹的是電互連(接觸)元件的一種制作技術(shù)，更具體的說，介紹的是接觸元件的制作技術(shù)，這些接觸元件都是彈性(具有彈力的)接觸元件，適于在電子學(xué)零件之間實現(xiàn)壓力連接。
我們將對下列類型的犧牲“元件”(a)犧牲“層”，(b)犧牲“基片”(或“構(gòu)件”)作一介紹。
現(xiàn)來介紹犧牲元件的下述用途●在制作附著在電子零件上的互連元件的過程中，可“原位(in situ)”利用犧牲元件；●為了隨后將互連元件附著在電子元件上，可利用犧牲元件來預(yù)先制作這些互連元件；以及●為了隨后將接點(diǎn)結(jié)構(gòu)附著在電子元件上，可利用犧牲元件來預(yù)先制作這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
應(yīng)該明白，本發(fā)明并不限于前述的，共同擁有的美國專利申請中介紹的復(fù)合互連元件(彈性接觸構(gòu)件)，但這些復(fù)合互連元件卻常常使用在隨后的附圖和說明中，以示范地說明本發(fā)明的應(yīng)用。復(fù)合互連元件本發(fā)明對制造復(fù)合互連元件特別適用于，但也并不只限于制造復(fù)合互連元件。前述的95年5月26日提出的美國專利申請，No.08/452,255(“母案”)已為本發(fā)明所結(jié)合參照。本專利申請總結(jié)了在該專利申請中所公開的幾項技術(shù)。
本發(fā)明的一個重要方面是，復(fù)合互連元件可這樣來形成從芯件(它可固定在電子零件的接線端上)出發(fā)，然后用適當(dāng)?shù)牟牧显谠撔炯贤繉?，以?1)使所得到的“復(fù)合”互連元件達(dá)到較好的機(jī)械特性；和/或(2)當(dāng)將該互連元件固定到電子零件的接線端上時，能牢固地將這互連元件錨定到該接線端上。這樣，就可從由一種易于成形為彈簧形狀的和易于附著在甚至最易碎的電子零件上的軟材料制作的芯件出發(fā)來制造一種賦有彈性的互連元件(彈簧元件)。根據(jù)現(xiàn)行的用硬材料形成彈簧元件的技術(shù)來看，軟性材料能構(gòu)成彈簧元件的基礎(chǔ)是不易理解的，而且大概是反直觀的。一般來說，這樣的“復(fù)合”互連元件還是在本發(fā)明的一些實施例中使用的彈性接觸結(jié)構(gòu)(彈簧元件)的優(yōu)選形式。
圖1A,1B,1C和1D用一般的方式圖示出本發(fā)明的各種形狀的復(fù)合互連元件。
下面主要描述了具有彈性的復(fù)合互連元件。但卻應(yīng)明白，非彈性的復(fù)合互連元件也屬于本發(fā)明的范圍。
此外，后面主要介紹了這樣一些復(fù)合互連元件，這些復(fù)合互連元件外面具有一個硬(彈性)材料涂層，里面是一軟性(容易成形，用一些溫和的方法即可將其固定到電子零件上)芯件。但是本發(fā)明的范圍也包括芯件是硬材料做的，而外面的涂層主要用來將互連元件牢固地錨定在電子零件的接線端上。
在圖1A中，電的互連元件110包括一個由“軟”材料(例如，屈服強(qiáng)度小于40,000psi的材料)做的芯112，和一個“硬”材料(例如，屈服強(qiáng)度大于80,000psi的材料)的殼(涂層)114。芯件112是一個做成基本上是直懸臂的細(xì)長件，這個芯件可以是一直徑為0.0005-0.0030英寸(0.001英寸=1密耳≈25微米)的金屬絲。殼114可通過任何適當(dāng)?shù)姆椒?，如象適當(dāng)?shù)碾婂冞^程(例如，電化學(xué)鍍層)敷加在已經(jīng)成形的芯件上。
圖1A圖示出本發(fā)明的可能是互連元件的最簡單的彈簧形狀就是一個取向與施加在它的接點(diǎn)110b上的力F成一角度的直的懸臂桿。當(dāng)通過一個與互連元件成壓力接觸的電子零件的接線端施加這樣的力時，這個接點(diǎn)的向下(如圖所示)撓曲將明顯導(dǎo)致這接點(diǎn)橫移過這接線端，呈“掃”動形式。這樣的掃動接觸就確保了互連元件和電子零件的接觸接線端之間的接觸是可靠的。
借助于它的“硬度”和通過控制它的厚度(0.00025-0.00500英寸)，殼114可使整個互連元件110具有希望的彈性。這樣，電子零件(未畫出)之間的彈性連接可在互連元件110的兩端110a和110b之間實現(xiàn)。(在圖1A中，標(biāo)號110a是指互連元件110的一個端部，而實際與110b相反的一端并未畫出)。在與電子零件的接線端接觸時，互連元件110總會經(jīng)受一接觸力(壓力)，如標(biāo)有“F”的箭頭所示。
一般來說，最好是，涂層的厚度(無論單層或多層涂層)比涂鍍的金屬絲的直徑大。假定事實是，所得的接觸結(jié)構(gòu)的總厚度是芯的厚度與涂層厚度兩倍之和，則具有與芯件相同厚度(例如，1密耳)的涂層總計起來的厚度就是芯件厚度的兩倍。
在施加一個接觸力時，上述互連元件(例如，110)將發(fā)生撓曲，這種撓曲(彈性的)部分由互連元件的總體形狀確定，部分由涂層材料的主(較大)屈服強(qiáng)度(相對于芯件的屈服強(qiáng)度)確定，以及部分由涂層材料的厚度確定。
如此處所使用的一樣，術(shù)語“懸臂桿”和“懸臂梁”常常用來表示在力橫著細(xì)長件的縱軸作用時，一端固定，而另一端可自由運(yùn)動的細(xì)長構(gòu)件(例如，有涂層的芯件112)。因而在使用這些術(shù)語時，并不打算表達(dá)特殊的限制性的意思。
在圖1B中，電學(xué)互連元件120同樣包括一個軟的芯件122(對照112)和一個硬殼124(對照114)。在這個例子中，芯件122做有兩個穹曲部分，因而可認(rèn)為做成了S形。就象圖1A的例子一樣，按這種方式在電子零件(未畫出)之間的彈性連接可以在互連元件120的兩端120a和120b之間實現(xiàn)。(在圖1B中，標(biāo)號120a是指互連元件120的一個端部，而實際與120b相反的端并未畫出。)在與電子零件的接線端接觸時，互連元件120總會經(jīng)受一接觸力(壓力)，如標(biāo)有“F”的箭頭所示。
在圖1C中，電學(xué)互連元件130同樣包括一個軟的芯件132(對照112)和一個硬殼134(對照114)。在這個例子中，芯件132做有1個彎曲部分，因而可認(rèn)為做成了U形。就象圖1A的例子一樣，按這種方式在電子零件(未畫出)之間的彈性連接可以在互連元件130的兩端130a和130b之間實現(xiàn)。(在圖1C中，標(biāo)號130a是指互連元件130的一個端部，而實際與130b相反的端并未畫出。)在與電子零件的接線端接觸時，互連元件120總會經(jīng)受一接觸力(壓力)，如標(biāo)有“F”的箭頭所示。作為一種選擇，互連元件130可以在不是它的端部130b處進(jìn)行接觸，就象箭頭“F’”表示的那樣。
圖1D圖示出了具有軟芯142和硬殼144的另一個彈性互連元件的實施例140。在這個例子中，互連元件140基本上是一個簡單的具有彎曲的接點(diǎn)140b的懸臂(對照圖1A)，它經(jīng)受一個橫著它的縱軸作用的接觸力“F”。
圖1E圖示出了另一個彈性互連元件150的實施例，這個互連元件具有一個軟芯152和一個硬殼154。在這個例子中，互連元件150一般呈C形，最好是其接點(diǎn)150b稍加彎曲，因而它適于作壓力接觸，就象箭頭“F”所示的那樣。
應(yīng)該明白，軟芯能容易做成任何的彈簧形狀，換句話說，就是在向它的接點(diǎn)施力時，能使所得的互連元件彈性撓曲的一種形狀。例如，可將芯件做成慣常的螺旋形狀。但是，由于互連元件的總長和與之相關(guān)的感應(yīng)(等等)，以及由于運(yùn)作在高頻(高速)的電路上的線圈的逆效應(yīng)等原因，螺旋形并不是可取的。
殼材，或至少多層殼的一層(下面介紹)具有比芯件材料顯著高的屈服強(qiáng)度。因而，在確定制得的互連結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性(例如，彈性)時，殼的作用比芯的作用大得多。殼與芯的屈服強(qiáng)度的比率最好至少為2∶1，也包括至少3∶1和至少5∶1，還可高達(dá)10∶1。顯然，殼，或至少多層殼的外層應(yīng)該是導(dǎo)電的，特別是在殼包著芯件的端部的情況更是如此。(但是，母案介紹了芯件端部是暴露的實施例，在這種情形芯件一定是導(dǎo)電的。)從學(xué)術(shù)觀點(diǎn)來說，只需在所制的復(fù)合互連元件的彈性部分(做成彈簧形的部分)外面涂鍍上硬材料。從這觀點(diǎn)來看，一般并不必在芯件的兩端都有涂層。但是，實際上最好把整個芯都包上。對于給錨定(附著)在電子零件上的芯件端部涂層的特別的理由和帶來的好處在下面會作更詳細(xì)地討論。
適合作芯件(112,122,132,142)的材料包括金，鋁，銅，以及他們的合金，但并不限于此。常常都把這些材料和少量的其它金屬一起做成合金，以便獲得希望的物理特性，這些其它的金屬是鈹，鎘，硅，鎂，等等。還可能利用銀，鈀，鉑；以及象鉑族元素的金屬或合金?？梢允褂糜摄U，錫，銦，鉍，鎘，銻和它們的合金組成的焊料。
將芯件(金屬線)的端部與電子零件的接線端面對面的連接(vis a vis)(下面會作更詳細(xì)的討論)時，一般來說，任何一種易于連接(使用溫度，壓力和/或超聲能量實現(xiàn)連接)的材料(例如，金)做成的金屬線都適于用在本發(fā)明上。任何一種易于涂鍍(如，電鍍)的材料，包括非金屬材料都能用作芯件的涂層。
適合作殼(114,124,134,144)的材料(如下面將要討論的那樣，用于作多層殼的各單層)包括，但不限于鎳及其合金；銅，鈷，鐵和它們的合金；金(特別是硬金)和銀，這兩者都顯示出極為良好的傳輸電流的能力和良好的接觸電阻特性；鉑族元素；貴金屬；半貴金屬和它們的合金，尤其是鉑族元素及其合金；鎢和鉬等。在希望有焊料樣涂層的情形，還可使用錫，鉛，鉍，銦和他們的合金。
為了將這些涂敷材料應(yīng)用在上面提出來的各種芯件材料上，所選擇的方法是隨應(yīng)用情況而不同的。一般來說，電鍍和非電鍍是優(yōu)選的技術(shù)。但是，一般來說，要在金芯上鍍層總是與情理預(yù)料相反的。按照本發(fā)明的觀點(diǎn)，當(dāng)在金芯上鍍(特別是非電鍍)一鎳殼時，最好是在金芯上先敷加一薄層的銅作起始層，以便使得涂鍍開始變得較為容易。
如象圖1A-1E中所示，一個示范性互連元件可以具有一個直徑大約為0.001英寸的芯和厚大約為0.001英寸的殼，這樣，這個互連元件的總直徑就約為0.003英寸(就是，芯徑加上兩倍的殼厚)。一般來說，這個殼厚將約為芯厚(也即直徑)的0.2-5.0(1/5-5)倍。
復(fù)合互連元件的某些典型參數(shù)是(a)直徑為1.5密耳的金絲芯可做成總高為40密耳，曲率半徑為9密耳的一般C形曲線(對照圖1E)并鍍有0.75密耳厚的鎳層(總的直徑=1.5+2×0.75=3密耳)的互連元件，而且可任選地采用50微英寸的金作最后涂層(例如，為了降低和提高接觸電阻)。這樣所得到的復(fù)合互連元件顯示出的彈性常數(shù)(k)約為3-5克/密耳。在使用中，3-5密耳的撓曲將產(chǎn)生9-25克的接觸力。這個例子在插入器的彈性元件方面是很有用的。
(b)直徑為1.0密耳的金絲芯可做成總高為35密耳，鍍有1.25密耳厚的鎳層(總的直徑=1.0+2×1.25=3.5密耳)的互連元件，而且可任選地采用50微英寸的金作最后涂層。這樣所得到的復(fù)合互連元件顯示出的彈性常數(shù)(k)約為3克/密耳，它在探針的彈性元件方面是很有用的。
(c)直徑為1.5密耳的金絲芯可做成總高為20密耳，曲率半徑約為5密耳的一般S形曲線，并鍍有0.75密耳厚的鎳或銅層(總的直徑=1.5+2×0.75=3密耳)的互連元件。這樣所得到的復(fù)合互連元件顯示出的彈性常數(shù)(k)約為2-3克/密耳，它在固定到半導(dǎo)體裝置上的彈性元件方面是很有用的。
這種芯件并不一定要具有圓形斷面，而寧可是從一金屬薄板伸出的具有一般的矩形斷面的一薄平條(“帶”)。應(yīng)該明白，如這里所使用的一樣，術(shù)語“薄條”是與術(shù)語“TAB”(自動焊接帶)不可混同的兩個概念。其它的非圓形斷面，如象C-形，I-形，L-形和T-形都屬于本發(fā)明的范圍。
圖2A示出了一個實施例200，其中的互連元件210固定在具有接線端214的電子零件212上。在這例子中，將一軟(例如，金)金屬絲芯216的一端216a焊接(附著)到接線端214上，并做成一個從接線端伸出的彈簧形狀(對照圖1B中的形狀)，而且將其割斷以便具有一自由端216b。這樣將金屬絲焊接，成形和割斷的操作是使用金屬絲焊接裝置完成的。在芯件的端部216a的焊接僅只涉及接線端214的暴露表面的一個相當(dāng)小的部分。
在金屬絲芯216的外面設(shè)置有一殼(涂層)，在本例子中，它是畫成多層結(jié)構(gòu)，具有一內(nèi)層218和一外層220，這兩層都可用一些適當(dāng)?shù)墓に囘M(jìn)行涂敷。這多層殼的一層或多層是由硬材料(如象鎳或它的合金)所構(gòu)成，以便使該互連元件210具有希望的彈性。例如，外層220可以是硬材料，而內(nèi)層可以是在將硬材料涂鍍到芯材216上時用作緩沖或阻擋層[或用作激活層，或用作附著層]的材料。作為一種選擇，內(nèi)層218可以是所說的硬材料，而外層220可以是顯示優(yōu)越電性能，包括導(dǎo)電性和易焊性的材料(如象軟金)。當(dāng)希望軟釬焊或硬釬焊焊接時，互連元件的外層可以是鉛-錫軟釬焊或金-錫硬釬焊。
圖2A用一般方式圖示出了本發(fā)明的另一重要特征，也就是，彈性互連元件可以牢固地錨定到電子零件的接線端上。由于施加在這互連元件的自由端210b的壓縮力(箭頭“F”)的作用，互連元件的這個錨定端210a將經(jīng)受一明顯的機(jī)械應(yīng)力。
如圖2A所示，涂層(218,220)不僅覆蓋芯件216，而且還連續(xù)地(不間斷地)覆蓋著接線端上靠近芯件216的整個剩余暴露表面(就是除焊接部分216a外的表面)。這就牢固而可靠地將互連元件210錨定到接線端上，這種涂層材料對于將所制得的互連元件錨定到接線端上具有重要的貢獻(xiàn)(例如，大于50％)?？偟膩碚f，只要求涂層材料至少覆蓋接線端上靠近芯件的部分。但一般寧愿使這涂層材料覆蓋著這接線端的整個剩余表面。最好是這殼的每層都是金屬的。
作為一般的建議，芯件附著(例如，焊接)在接線端的面積相當(dāng)小并不是很適合于承受由施加在所得的復(fù)合互連元件上的接觸力(“F”)所產(chǎn)生的應(yīng)力。由于殼覆蓋著接線端的整個暴露表面(除了芯件的端216a附著在接線端上的相當(dāng)小的區(qū)域外)，因而整個連接結(jié)構(gòu)都被牢固地錨定在接線端上。涂層的粘附強(qiáng)度和反抗接觸力的能力將遠(yuǎn)超過芯件端部(216a)的粘附強(qiáng)度和反抗接觸力的能力。
如在這里所使用的那樣，術(shù)語“電子零件”(例如，212)包括，但不限于互連元件和插入器的基片；由任何適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料，如象硅(Si)或砷化鎵(GaAs)制作的半導(dǎo)體晶片或芯片；生產(chǎn)的互連插座；測試插座；如在母案中所述的犧牲構(gòu)件，元件和基片；半導(dǎo)體的封殼，包括陶瓷和塑料封殼，和芯片架；及連接件。
本發(fā)明的互連元件特別適合用作●直接安裝在硅片上的互連元件，這就不需要有半導(dǎo)體的封殼；●作為探針從基片上伸出(下面會作更詳細(xì)的描述)以便于測試電子零件的互連元件；●插入器的互連元件(下面會作更詳細(xì)的描述)。
本發(fā)明的互連元件是很獨(dú)特的，因為它得益于硬材料的機(jī)械特性(例如，高的屈服強(qiáng)度)，而又不受常常伴隨的硬材料的不好的焊接特性的限制。如在母案中所詳述的那樣，由于殼(涂層)對芯件的“腳手架”起著“超結(jié)構(gòu)”的作用，因而這已成極為可能的事，上述兩術(shù)語都借自建筑工程。這與現(xiàn)行技術(shù)的電鍍互連元件是很不相同的，現(xiàn)行技術(shù)的電鍍是用作保護(hù)(例如，防腐)層，一般是不能使互連結(jié)構(gòu)獲得希望的機(jī)械性能。這肯定是和任何的非金屬的，防腐涂層，如象涂敷于電學(xué)連接件上的苯井三唑(BTA)明顯相反的。
在本發(fā)明的眾多優(yōu)點(diǎn)中有，在基片上，從基片的不同的層次(如象具有退耦電容的PCB)到基片上部的共同高度都可容易地制作一些獨(dú)立的互連結(jié)構(gòu)，因而它們的自由端是彼此共面的。此外，按照本發(fā)明制成的互連元件的電學(xué)和機(jī)械(例如，塑性的和彈性的)特性容易被特定的用途加以定制。例如，最好是在給定的應(yīng)用中這個互連元件既顯示出塑性形變又顯示出彈性形變。(可能需要塑性形變來適應(yīng)在用這些互連元件連接的零件中嚴(yán)重的非平面性。)當(dāng)希望彈性特性時，就需要互連元件產(chǎn)生一能實現(xiàn)可靠接觸的臨界最小接觸力。因為在接觸表面有時存在污染膜，因而使互連元件的接點(diǎn)與電子零件的接線端作掃動接觸也是有利的。
如象此處所使用的一樣，術(shù)語“彈性的”，當(dāng)應(yīng)用到接觸結(jié)構(gòu)上時，是指在施加負(fù)荷時(接觸力)主要顯示彈性行為的一些接觸結(jié)構(gòu)(互連元件)，而術(shù)語“順應(yīng)性的”是指在加載負(fù)荷(接觸力)時既表現(xiàn)出彈性又表現(xiàn)出塑性的接觸結(jié)構(gòu)(互連元件)。如這里所用，一個“順應(yīng)的”接觸結(jié)構(gòu)是一種“彈性”接觸結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的復(fù)合互連元件不是順應(yīng)接觸結(jié)構(gòu)的特殊情形就是彈性接觸結(jié)構(gòu)的特殊情形。
在母案中許多特點(diǎn)已被詳細(xì)說明，包括但不限于在犧牲基片上制作互連元件；把一些互連元件成批地轉(zhuǎn)移到電子零件上；在互連元件上設(shè)置一些接觸接點(diǎn)，這些接觸接點(diǎn)最好具有粗糙的表面光潔度；在電子零件上使用這些互連元件進(jìn)行臨時的，然后是永久的與這電子零件的連接；安排這些互連元件以使它們在一端上的間隔距離與在它們的另一端的間隔距離不同；以與制造互連元件相同的工藝步驟制造一些彈簧夾和定位銷；使用這些互連元件去適應(yīng)連接零件之間的熱膨脹差異；消除對分離的半導(dǎo)體封裝(如對SIMMs)的需要；可任選地對彈性互連元件(彈性互連結(jié)構(gòu))進(jìn)行焊接。
圖2B畫出了一個具有多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合互連元件220。互連元件220的最里面的部分(里面的細(xì)長的導(dǎo)電元件)222要么是沒有涂層的芯件，要么就是已經(jīng)涂鍍的芯件，就象下面所述那樣。最里面的部分222的接點(diǎn)222b用適當(dāng)?shù)难谀げ牧线M(jìn)行了掩膜(未畫出)。采用電泳法在最里面的部分222上鍍上一介電層224。在介電層224上再鍍涂一導(dǎo)電材料的外層226。
在使用時，將外層226進(jìn)行電接地會導(dǎo)致互連元件220具有受控的阻抗。該介電層224的典型材料是聚合物材料，可用任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄥ兺康饺魏芜m當(dāng)?shù)暮穸?例如，0.1-3.0密耳)。
外層226可以是多層結(jié)構(gòu)。例如，在最里面部分222是未經(jīng)涂鍍的芯件的情形中，當(dāng)希望整個互連元件呈現(xiàn)彈性時，這外層226至少有一層是彈性材料做成的。
圖2C圖示出一個實施例250，其特征是很多(很多中畫出了六個)互連元件251...256都是固定在一個電子零件260，如象一探測板的插入件(以傳統(tǒng)的方式安裝在探測板上的組合件)的表面上。為了圖示明晰，一些接線端和探測板插件的導(dǎo)電線跡都從圖中略去?；ミB元件251...256的附著端251a....256a按第一節(jié)距(間隔)引出，該節(jié)距為，如象0.050-0.100英寸。將互連元件251...256這樣成形和/或取向，以使得它們的自由端(接點(diǎn))具有較小的第二節(jié)距，該節(jié)距為，如象0.005-0.010英寸。一個進(jìn)行從一個節(jié)距到另一節(jié)距的連接的互連裝置常常被稱為“間隔變換器”。
如圖所示，互連元件的接點(diǎn)251b...256b被排成平行的兩列，以便與具有兩列平行的焊接片(接觸點(diǎn))的半導(dǎo)體裝置接觸。可以將互連元件排列得具有接點(diǎn)的另一些圖案，以便與具有另一些接觸點(diǎn)圖樣，如陣列圖案的電子零件接觸。
總的說來，這里公開的所有實施例，雖然只畫出一種互連元件，但本發(fā)明是可用來制造很多種互連元件的，并能按預(yù)先描述的彼此的間隔關(guān)系，如象圓形圖樣或矩形陣列圖樣來排列這些互連元件。使用犧牲基片的技術(shù)將一些互連元件直接安裝在電子零件的接線端上在上面已經(jīng)討論過了。一般地說，本發(fā)明的互連元件可以被制造在或固定在任意適當(dāng)?shù)幕?，包括犧牲基片的任何適當(dāng)?shù)谋砻嫔?，然后或者從基片取下，或者再固定到電子零件的接線端上。
在介紹這些直接將互連元件制造在犧牲基片上的技術(shù)之前，先就這些犧牲層在電子零件上的應(yīng)用作一簡明的討論，以有助于復(fù)合互連元件的制造。層狀犧牲元件如在前面提及的，共同擁有的美國專利申請No.08/152,812(現(xiàn)為美國專利USP4,376,211)和08/452,255中所述，彈性接觸結(jié)構(gòu)可以通過將金屬線的一端焊接到電子零件的接線端和將金屬線的另一端焊接到電子零件上的一層犧牲元件上來形成。請分別參看圖6a-6c和圖8A-8C。
這里所畫的圖3A-3D與前述的共同擁有的美國專利申請No.08/452,255的圖8A-8D相應(yīng)。
圖3A圖示出了一金屬線302，采用將它的靠近端302a焊接在基片308的一個第一接線端312上，不將金屬線302的遠(yuǎn)端302b斷開而是將它的遠(yuǎn)離端302b焊接到具有一適當(dāng)?shù)男ㄐ谓宇^之類的一個第二接線端320上的方法，即可將金屬線302做成一U形環(huán)。
如圖3B所示將所得到的環(huán)形金屬線干330涂鍍上一層或多層涂層340，將整個線干330和接線端312,320包封住。這第二接線端320被恰當(dāng)?shù)姆胖迷跔奚鼘拥捻斏?，它可用作電鍍過程的電接觸點(diǎn)(如果使用這樣的方法來對線干進(jìn)行鍍層的話)，同時它還可用來為金屬線干的兩端302a和302b提供不同的(較高的)Z-軸坐標(biāo)。
如圖3C所示，在金屬線干涂層之后，即可將犧牲層322除去(如象采用選擇性侵蝕的方法)，這樣就在端部302b和基片308的表面之間留下一間隙324。端部302b的“懸空”對于形成由幾何結(jié)構(gòu)控制的彈性接觸來說是重要的，它能與零件或基片上的配套接線端彈性接觸，以便進(jìn)行電子零件[如半導(dǎo)體晶片]的老化或測試(下面會較詳細(xì)討論)，或便于給電子零件提供一個可拆卸的電連接。這間隙324已考慮到了在施力時這樣所得到的接觸結(jié)構(gòu)的接點(diǎn)302b的z-軸的撓曲(移動)。
如圖3C所示，企圖使接觸結(jié)構(gòu)330在沿它的長度上的一個點(diǎn)處進(jìn)行接觸，而不是在它的遠(yuǎn)端(302b)。這已由向下的箭頭“C”所表示出來。
圖3D示出，剛在上面介紹的過程可以重新排序，以便能在金屬線干涂層之前將犧牲層(圖3A中的322)除去(例如，參看圖3B)。
最好是，這樣所得到的互連元件是一種涂層可以是多層結(jié)構(gòu)的“復(fù)合互連元件”，這可賦予所得到的的互連元件(彈性接觸結(jié)構(gòu))以希望的彈性和基本支配它的彈性，這已在前述的，共同擁有的美國專利申請中描述過了。犧牲元件的這種應(yīng)用可認(rèn)為是犧牲元件的一種“原位”應(yīng)用。將芯件(例如，金屬絲)伸出電子零件之外。
在前述的犧牲層的應(yīng)用例子中，所得到的彈性接觸結(jié)構(gòu)完全被限制在電子零件上(可以這么說)。
在下面的例子中，犧牲元件是一個遠(yuǎn)離電子零件放置的犧牲件(或基片)，這樣就得到了一種有用的探針元件的彈性接觸結(jié)構(gòu)，但不限于這種結(jié)構(gòu)。
這里所畫的圖4A-4C與前述的，共同擁有的美國專利申請No.08/452,255中的圖9A-9C相應(yīng)。還可參看前述的，共同擁有的美國專利申請No.08/340,144中的圖14-15。
圖4A圖示了一個實施例400，該實施例利用犧牲件402(用虛線畫出)來配合形成適合用作探針的彈性接觸結(jié)構(gòu)430。在這個例子中犧牲件是由鋁來適當(dāng)做成的。
通過侵蝕，雕刻，模印，沖壓，造窩等技術(shù)在犧牲件402的上表面402a上形成很多(只畫了一個)凹坑404。在這個例子中，凹坑404的底部表面(如圖所示)的形貌是不規(guī)則，如象，這些褶皺的各個尖底都呈倒金字塔形。
然后在這凹坑中可制作一種接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，如下所述。例如，可用任何已知的方法將一很薄的導(dǎo)電材料406，如金或銠(作為一種選擇，當(dāng)接觸軟焊接線端時，也可用錫或焊料)沉積在這凹坑中。然后基本上用一種導(dǎo)電材料408，如鎳，以任何一種已知方法充滿這凹坑404。繼之再以任何一種已知方法將一層導(dǎo)電材料410，如金沉積在填充材料408上。這種由金(406)，鎳(408)，和金(410)構(gòu)成的多層疊合結(jié)構(gòu)形成一適當(dāng)?shù)奶结樤慕狱c(diǎn)結(jié)構(gòu)(”接觸墊”)。
將金屬絲412的靠近端412a焊接在層410的表面上并成形，以伸過電子零件420的邊緣，在那里金屬絲被斷開，而且將它的遠(yuǎn)端412b焊接在電子零件420的接線端422上。這樣就可發(fā)現(xiàn)金屬絲412伸出(伸過)零件420的邊緣。
然后在金屬絲412上至少涂鍍上一層導(dǎo)電材料414，如一層鎳，這一層導(dǎo)電材料還覆蓋著電子零件上的接線端422。為了確保這涂層僅只覆蓋犧牲件上的希望面積，除了凹坑(204)外，犧牲件的整個表面都可被適當(dāng)?shù)难谀げ牧?，如象光阻材料所掩?未畫出)。[這種掩膜材料可以是形成和充填凹坑制造接觸墊時“殘留”下來的。]如圖所示，犧牲件402相對于電子另件420被一適當(dāng)?shù)闹ё?16(用虛線畫出)保持在一預(yù)定位置上，這支座件可簡單地就是由光阻材料構(gòu)成。
在完成時，將這支座件416和犧牲件402拆除，就留下了一些從電子零件420伸出的彈性接觸結(jié)構(gòu)430，每一個這些彈性接觸結(jié)構(gòu)在它的末端都有一個具有控制了幾何形狀的接觸墊。例如，就探測來說，接觸墊上的這些倒金字塔尖對于實現(xiàn)與另一希望探測的電子零件(未畫出)接線端(墊)的可靠電連接是很有用的(例如，對于老化，測試等)。只要施加較小的總力，就能將這些尖端(頂尖)部分地穿透被測電子零件的接線端。一般來說，在這種情形，電子零件420總是一塊其上具有一些探針元件(230)的測試卡(印刷線路板)，這些探針元件都伸向引入被測電子零件的區(qū)域。這測試卡總是一個合適的環(huán)形，而那些探針430則是從環(huán)的內(nèi)邊緣延伸到環(huán)的下面。
本發(fā)明的范圍還包括將上面描述的事件順序的重新排列，使得(a)首先將金屬絲412焊接到電子零件420的接線端422上，和/或(b)在除去犧牲件402后再給金屬絲412鍍涂涂層(414)。
圖4B畫出了完成后的探針442的實施例440，它與前面的實施例400中的探針430類似，但卻有下述的差異。在這情形，探針442的末端(對照430)是焊接到一個具有單一伸出的小圓形凸起而不是有很多小頂尖的接觸墊444上，而且這探針442的端部448(對照412b)是焊接在電子零件450上的(對照420)。
如圖4C所示，互連元件的有用(例如，優(yōu)選的)接觸接點(diǎn)可以按下列方法被做在一薄鋁[箔]犧牲件460上的一個犧牲件中(或上)●為該箔片提供一臨時的背襯462，如象塑料片，以便增加該箔的結(jié)構(gòu)牢靠性[這還可充當(dāng)涂鍍時的阻擋/掩蔽層]；
●在具有一薄(約為3密耳)層光阻材料等物質(zhì)464的箔面上設(shè)計圖案，在希望形成接觸接點(diǎn)的位置上留出一些空檔；●在上述箔片上的光阻材料層的空檔中沉積(如通過電鍍)一層薄(約100μ”)的硬金466；●在硬金層上沉積(如通過電鍍)一層很薄[“觸擊電鍍膜”](約5-10μ”)的銅468(應(yīng)該明白，這樣的銅的觸擊電鍍膜是有點(diǎn)任選的，它主要用來幫助隨后進(jìn)行的前述金層266的電鍍。)；●在這銅的觸擊電鍍膜上沉積(如通過電鍍)一層厚的(約2密耳)的鎳470；以及●在這鎳層上沉積(如通過電鍍)一層薄(約100μ”)的軟金472。
這就形成了一個容易將金絲(未畫出)焊接其上(軟金層上)的4層型的接觸接點(diǎn)，它具有一層硬金的表面(466)用來接觸電子零件，一層鎳(470)用來提供強(qiáng)度，和一層軟金(472)以便易于焊接。如上所述，在將金屬絲焊接到這犧牲件(460)上后，才對金屬絲進(jìn)行電鍍(例如，鍍鎳)和將犧牲件除去(反之亦然)。
本發(fā)明的范圍包括，使用犧牲基片來對安裝在電子元件上的細(xì)長互連元件的自由端進(jìn)行電短路(互連起來)，以便促進(jìn)電鍍等等工作的進(jìn)行。例如，請注意母案(USSN 08/452,255)的圖16A-16C。
本發(fā)明的范圍還包括，使用犧牲基片來在細(xì)長互連元件的中部建立一個“路點(diǎn)”，和可將一預(yù)先制作的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)固定到細(xì)長互連元件的中部，如象在母案中的圖20A-20B所圖示的那樣(USSN 08/452,255)。在犧牲件上預(yù)制互連元件一端固定在電子零件上的互連元件的制作，在上面已經(jīng)論述過了。
按照本發(fā)明，互連元件可以在將互連元件固定到電子零件上，或插口等等結(jié)構(gòu)中之前整個地制作在犧牲件(基片)上。
這里的圖5A-5E與前面提及的美國專利申請No.08/452,255中的圖11A-11F和No.08/554,902中的圖2D-2H相似，圖示出作為隨后固定到電子零件上的分離特殊結(jié)構(gòu)的一些互連元件(如象，但不限于彈性接觸結(jié)構(gòu))的制作過程。這里的圖5F與前面提及的美國專利申請No.08/452.255中的圖12A-12C類似，它圖示出那些固定到犧牲基片[載體]上的互連元件可隨后成批地轉(zhuǎn)移到電子零件上。
圖5A-5D圖示出了將很多互連元件制作在犧牲基片上的一種技術(shù)。在這個例子中，這犧牲基片首先可隨意地制備一些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
圖5A示出了上述技術(shù)550的第一步，這一步是將制有圖案的掩膜材料層552施加在犧牲基片554的表面上。舉例來說，這犧牲基片554可以是很薄(1-10密耳)的銅或鋁箔，而且掩膜材料552可以是普通的光阻材料。將掩膜層552制好圖案，以便在位置556a,556b,556c上有一些空檔(只畫出了很多中的三個)，在這些位置就是希望制作互連元件的位置。在這種意義上，位置556a,556b和556c與電子零件的接線端相當(dāng)。這時最好對這些位置556a,556b和556c作些處理，以便使它們具有一粗糙的或有特征的表面結(jié)構(gòu)。如圖所示，在機(jī)加工上，這可用一凹凸壓花工具557來完成，用這工具在位置556a,556b和556c處的箔554上壓出一些凹坑。作為另一種選擇，也可采用化學(xué)侵蝕法在這些位置的箔表面上形成表面結(jié)構(gòu)。任何適宜實現(xiàn)這個總目的的技術(shù)都應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍，例如，這些技術(shù)可以是噴砂磨蝕，沖擊，沖壓，模印，等等。
其次，在每個位置(例如，556b)上形成一些(只畫出了一個)導(dǎo)電接觸結(jié)構(gòu)558，如圖5B所示。這可利用任何一種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，如電鍍來完成，這還可包括具有多層材料的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)。例如，接點(diǎn)結(jié)構(gòu)558可有一薄的(例如，10-100微英寸)鎳阻擋層施加在犧牲基片上，隨后是一薄層(例如10微英寸)軟金，隨后是一薄層(例如.20微英寸)的硬金，隨后再是一層較厚的(例如，200微英寸)的鎳，最后是一薄層(例如，100微英寸)的軟金。一般說來，第一層薄的鎳阻擋層是用來保護(hù)隨后的金層不受基片材料554(例如，鋁，銅)的“毒害”，而較厚的鎳層是給接點(diǎn)結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)度，最后的一薄層軟金提供了一個易于焊接的表面。本發(fā)明并不局限于接點(diǎn)結(jié)構(gòu)如何在犧牲基片上形成的任何細(xì)節(jié)，因為這些細(xì)節(jié)總是不可避免地隨應(yīng)用情況不同而變化。
如圖5B所示，采用任何一種將軟金屬絲芯焊接到電子零件的接線端上的技術(shù)，都可將復(fù)合互連元件的很多芯件560(只畫出了一個)做在接點(diǎn)結(jié)構(gòu)558上，這些技術(shù)已在前面提及的一些共同擁有的美國專利申請中介紹過了。然后以上述方式在芯件560鍍上一層，最好是硬材料562，然后將掩膜材料552除去，這樣就得到了一些(只畫出了三個)固定在犧牲結(jié)構(gòu)表面上的獨(dú)立的互連元件564，如圖5C所示。
不管是打算將互連元件做成復(fù)合互連元件也好，還是做成單一的互連元件也好，都最好是有一涂層562，牢固地將這些芯件560錨定在它們的相應(yīng)接點(diǎn)結(jié)構(gòu)558上。而且如果希望，還可使所得到的互連元件564具有彈力特性。如在前面提及的共同擁有的美國專利申請No.08/452,255中所注意到的那樣，這些固定在犧牲結(jié)構(gòu)上的互連元件可以成批地轉(zhuǎn)移到電子零件的一些接線端上。另外，也可采取兩個完全不同的途徑來實現(xiàn)這一點(diǎn)。
如圖5D所示，通過任何一個適當(dāng)?shù)姆椒ǎ邕x擇性化學(xué)侵蝕法，就可將犧牲結(jié)構(gòu)554簡單地除去。因為大多數(shù)的選擇化學(xué)侵蝕過程都將以很大的速度侵蝕一種材料，而對另一種材料則侵蝕速度不會很大，另一種材料在這過程中可能會稍稍受到些侵蝕。這種現(xiàn)象可有利地用來除去在接點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的很薄的鎳阻擋層同時除去犧牲基片。但如果需要，這薄的鎳阻擋層也可在隨后的侵蝕工序中被除去。這產(chǎn)生了很多(只畫出了三個)單個的，分離的，獨(dú)特的以后可固定(軟釬焊或硬釬焊)到電子零件的接線端上的互連元件564，如圖中虛線556所示。
值得提及的是在除去犧牲基片和/或薄的阻擋層的過程中，涂層材料也可能稍稍被去薄一些。但，最好是不發(fā)生這種情況。
為了避免涂層被減薄，最好在涂層材料562上施加一薄層金，或者在涂層材料562上施加大約20微英寸的硬金后再施加10微英寸的軟金，作為最后一層。這樣的金的外層主要是為了使涂層具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，接觸電阻和易焊性，而且對于大多的企圖用來除去上述的薄阻擋層和犧牲基片的侵蝕溶液來說，一般它還具有極好的抗?jié)B性。
另外，如圖5E所示，在除去犧牲基片554之前，那些(只畫出了三個)互連元件564彼此間可以按希望的間隔距離被任何適當(dāng)?shù)闹С謽?gòu)件566，如具有很多孔洞的薄板所“固定”，隨后犧牲基片即被除去。這支持構(gòu)件566可以是由介電材料做成，也可是由涂敷了介電材料的導(dǎo)電材料所做成。然后可進(jìn)行進(jìn)一步的工藝步驟未畫出，如象將這些互連元件固定到象硅片或印刷線路板的電子零件上。此外，在某些應(yīng)用中，最好是使互連元件564的接點(diǎn)(與接點(diǎn)結(jié)構(gòu)相對的)穩(wěn)定不動，特別是當(dāng)在它上面施加接觸力時更應(yīng)如此。為此，還可希望用具有一些孔眼的合適薄片568，如象用介電材料作的篩網(wǎng)來約束這些互連元件的接點(diǎn)的移動。
上述技術(shù)550的明顯優(yōu)點(diǎn)是接點(diǎn)結(jié)構(gòu)(558)實際上可由任何希望的材料來制做，而且還可具有任何希望的結(jié)構(gòu)。如上所提及的那樣，金是具有極好的導(dǎo)電特性，低的接觸電阻，易焊性以及抗腐蝕能力的貴金屬的一個例子。因為金還是能延展的，所以它非常適于作最后的涂層施加在這里介紹的任何互連元件上，尤其是施加在這里介紹的彈性互連元件上。其它的貴金屬都具有類似的合意特性。但是，某些材料，如銠盡管也具有極好的電學(xué)特性，但一般卻不適于用來涂敷整個互連元件。例如，銠具有顯著的脆性，因而不能很好地完成彈性互連元件上的最后涂層的使命。關(guān)于這一點(diǎn)，以技術(shù)550作典范的一些技術(shù)就容易克服這種局限。例如，多層接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的第一層(參看558)就可以是銠(而不是象上面描述的那樣是金)，這樣，既發(fā)揮了它的與電子零件接觸的優(yōu)良的電學(xué)性能而對所得到的互連元件的機(jī)械性能又沒任何影響。
圖5F示出了成批地將預(yù)先制作在犧牲基片554上的一些互連元件564轉(zhuǎn)移到電子零件574上的一些接線端576上的情況。用結(jié)合材料(joining material)578將一些互連元件的接點(diǎn)(頂端，如圖所示)適當(dāng)?shù)?任選地)軟釬焊接或硬釬焊接在電子零件574的接線端576上。
圖5G示出了用，如軟釬焊(參看圖5H)或彈性體(未畫出)可以將一些(只畫出了一個)從犧牲基片584(對照554)上伸出的獨(dú)立的互連元件582(對照562)通過相應(yīng)的一些孔眼586(只畫了一個)固定在基片588中，因而這基片588就具有一些支撐于其中并從這基片588的相反兩表面伸出的互連元件。一支座件585，如象光阻材料，在犧牲基片584和基片588之間就確立了一預(yù)定的間隔。圖5I示出了在除去犧牲基片584后的最后產(chǎn)品。這樣的基片588可以被用作兩個(或多個)電子零件之間的插入器以便將從一個電子零件上的一些接線端與另一個電子零件互連起來。圖5G-5I與母案(08/452,255)的圖22D-22F相應(yīng)，容易發(fā)現(xiàn)在母案中對插入器作了進(jìn)一步的討論。
硅片可被用作在其上制備接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的犧牲基片，而且這樣制備的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以被(例如，軟釬焊，銅焊)連接到預(yù)先已被固定到電子零件上的互連元件上，這種技術(shù)屬于本發(fā)明的范圍。這些技術(shù)的進(jìn)一步論述可在下面的圖6A-6E中找到。在犧牲件上預(yù)制接點(diǎn)結(jié)構(gòu)在前述的例子中，互連元件被制作在一塊犧牲基片上，最好是在預(yù)先制有接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的位置上。
在下述的例子中，這個犧牲元件卻是一個用來預(yù)制一些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的犧牲件(或基片)，而這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)是為隨后附著到現(xiàn)成的互連元件上用的。
這里所畫的圖4A-4E與前面提及的共同擁有的美國專利申請No.08/554,902中的圖8A-8E相應(yīng)。
圖6A示出了一種在犧牲基片上制造接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的技術(shù)600，這種接點(diǎn)結(jié)構(gòu)用來隨后附著到從電子零件表面伸出的互連元件的接點(diǎn)上，而且對于前面提及的復(fù)合互連元件尤其有用。在本例子中，一具有上(如圖所示的)表面的硅基片(晶片)602被用作犧牲基片。一層鈦604被沉積(例如，用濺射法)在這硅基片602的上表面上，其厚度約為250(1=0.1nm=10-10m)。一層鋁606被沉積(例如，用濺射法)在這鈦層604的上面，厚度約為10,000。這鈦層604是任選的，它是用作鋁層606的粘附層。在這鋁層606的上面又沉積(例如，用濺射法)一層銅608，其厚約為5,000。再在這銅層608的上面沉積一層掩膜材料(例如，光阻材料)610，其厚度約為2密耳。用適當(dāng)方法將這掩膜層610加工，使其具有一些(只畫出了3個)小孔612，穿過光阻材料層610到達(dá)處在下面的銅層608。例如，每個孔612可以具有6密耳的直徑，而且這些孔可按10密耳的孔距(中心對中心)進(jìn)行排列。這樣，這犧牲基片602就為在孔612內(nèi)制備那些多層接觸接點(diǎn)作好了準(zhǔn)備。那些多層接觸接點(diǎn)的制備過程如下用例如電鍍法將一層鎳614沉積在銅層608上，使其厚度約為1.0-1.5密耳。在沉積鎳之前，可任選地在這銅層上先沉積一薄層貴金屬，如銠(未畫出)。緊接著，在鎳層614上例如用電鍍，沉積一層金616。這由鎳和鋁(以及任選項，銠)組成的多層結(jié)構(gòu)就是所制備的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)(620，如圖6B所示)。
接著，如圖6B所示，(利用任何適當(dāng)?shù)娜軇?除去光阻材料610，就會將一些所制備的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)620留在銅層608上面。接著再使銅(608)經(jīng)受快速的侵蝕過程，于是鋁層606就暴露出來。將會發(fā)現(xiàn)，在隨后的一些工序上鋁是有益的，因為它相對于軟釬焊和硬釬焊材料基本上都是不侵潤的。
值得提及的是，最好是在光阻材料層上構(gòu)作圖案使其具有一些孔，在這些孔中，就在用于制作接點(diǎn)結(jié)構(gòu)620的同樣的一些工序步驟上可以制備一些“代用”接點(diǎn)結(jié)構(gòu)622。這些代用的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)622將用于使前面提及的電鍍工序以一種眾所周知和理解的的方式均勻化，這是由于減小了出現(xiàn)在橫過電鍍表面上的陡峭的梯度(不均勻性)的結(jié)果。這樣的結(jié)構(gòu)622在電鍍領(lǐng)域被稱作“強(qiáng)盜”。
隨后，將軟釬焊或硬釬焊膏[“結(jié)合材料”]624沉積在接點(diǎn)結(jié)構(gòu)620的上表面(如圖所示)上。(不需要把這釬焊膏沉積在代用的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)622的上表面上)。這可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞?，例如用一個不銹鋼遮板或型板來實現(xiàn)。典型的釬焊膏(結(jié)合材料)624總含有金-錫合金[在焊劑基體中]，例如它們呈現(xiàn)為1密耳大小的小球(珠)。
這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)620現(xiàn)在已準(zhǔn)備好固定(例如，硬釬焊)到互連元件，例如固定到本發(fā)明的復(fù)合互連元件的端部(接點(diǎn))。但最好是，首先要特別“準(zhǔn)備”那些互連元件，以便接納這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)620。
圖6C示出了一種制作帶有大量(只畫出了兩個)互連元件632的電子零件630的技術(shù)650，而這些互連元件632的端部都預(yù)先裝上了接點(diǎn)結(jié)構(gòu)(620)。
在這個例子中，電子零件630上裝有很多(只畫出了兩個)從電子零件的上表面(如圖所示)伸出的柱狀的“支座”結(jié)構(gòu)634，這些“支座”結(jié)構(gòu)將起拋光“擋塊”的作用。不需具有很多這些拋光擋塊，而這些擋塊易于用和基片相同的材料[例如，陶瓷]來制作。
然后將這電子零件630用適當(dāng)?shù)臐茶T材料，如象熱融性的，溶液溶解的聚合物636來進(jìn)行“澆鑄”，這些澆鑄材料可用來對從間隔變換器基片的上表面伸出的復(fù)合互連元件632進(jìn)行支撐。然后對覆蓋澆鑄的基片的上表面(如圖所示)用，例如，拋光輪638進(jìn)行拋光，方法是將拋光輪下壓(如圖所示)在澆鑄材料的上表面上進(jìn)行。前面提及的拋光擋塊634決定了這拋光輪的最后位置，如虛線“P”所示。這樣，就可將這些互連元件的632的接點(diǎn)(上端，如圖所示)拋光到彼此基本完全共面。
在使這些互連元件的接點(diǎn)共面后，即可用合適的溶劑將這種澆鑄材料636除去。(這時也可將拋光擋塊634除去。)澆鑄材料和它們的溶劑都是熟知的。本發(fā)明的范圍還包括使用可以簡單地被融化掉的澆鑄材料，如象蠟來支撐互連元件(632)以進(jìn)行拋光。這樣，就已準(zhǔn)備好電子零件來接納前面提及的預(yù)制在犧牲基片(602)上的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)(620)了。
制備的基片示于圖6B中，現(xiàn)在將它支撐在準(zhǔn)備好的電子零件上。如圖6D所示，利用一些標(biāo)準(zhǔn)倒裝晶片技術(shù)(例如，分離棱鏡)將這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)620(為圖示清楚，在圖6D中只畫出了兩個接點(diǎn)結(jié)構(gòu))與互連元件632的接點(diǎn)對準(zhǔn)，并將這組合通過一個釬焊爐來使結(jié)合材料624軟熔，由此將預(yù)制的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)620連接[例如，釬焊]到互連元件632的端部。
本發(fā)明范圍還包括利用這種技術(shù)將預(yù)制的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)連接(例如，釬焊)到非彈性互連元件，彈性互連元件，復(fù)合互連元件等等的端部，在這軟熔過程中，暴露的鋁層(606)，由于是非侵潤的，因而它就使焊料(就是銅鋅合金)不能流遍接點(diǎn)結(jié)構(gòu)620之間，也就是在兩相鄰的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)之間不能形成焊料的搭橋。除了鋁層的這種抗侵潤作用外，它還可用作分離層。利用適當(dāng)?shù)那治g劑，這鋁層就會優(yōu)先(于這組合的其它材料)被侵蝕掉，而硅基片602就會簡單地“一下離去”，結(jié)果就得到了具有互連元件的電子零件，而這些互連元件都具有一預(yù)制的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，如圖6E所示。(注意，結(jié)合材料624在互連元件632的端部軟熔成一些“圓倒角625”)在最后一道工序上，將殘留的銅(608)侵蝕掉，留下接點(diǎn)結(jié)構(gòu)620并把鎳(或銠，如前所述)暴露在外，以便與其他的電學(xué)零件進(jìn)行壓力連接。
本發(fā)明的范圍還包括省去硬釬焊(軟釬焊)膏624，并代之以一層低共熔材料(如，金-錫合金)涂鍍在這些彈性互連元件之上，然后把接觸端(620)放置其上。
由于是從共面的互連元件接點(diǎn)出發(fā)，因而固定在這些互連元件上的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)基本上也將是彼此共面的。這就放松了對于互連元件形成的限制，使得這些互連元件不必在最初(在共面化之前)彼此就基本上是共面的。另外的實施例前面已經(jīng)介紹了如何才能將犧牲基片應(yīng)用到(a)隨后固定到電子零件[如象，基片，半導(dǎo)體晶片等]上的互連元件(包括，但不限于復(fù)合互連元件)的制備；(b)上面制備有互連元件并隨后固定到電子零件上的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的預(yù)制；(c)隨后附著到已經(jīng)固定在電子零件上的細(xì)長互連元件(包括，但不限于復(fù)合互連元件)的接點(diǎn)上的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的預(yù)制。
在制備互連元件方面，這允許在其固定到電子零件之前就可制備這些互連元件并對其進(jìn)行監(jiān)測，而且這樣還可使得貴重的電子零件不致被報廢當(dāng)然固定在這電子零件上的許多互連元件中有一個次品的情況例外。
在預(yù)制互連元件自由端的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)方面，這使得具有一定表面結(jié)構(gòu)(例如，表面粗糙度和形狀)的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，能讓接點(diǎn)結(jié)構(gòu)與接線端的壓力連接處于最佳狀態(tài)而這種表面結(jié)構(gòu)特別適配于被互連元件的接點(diǎn)最后接觸的電子零件的接線端的金屬學(xué)。
應(yīng)該清楚地了解，制備在犧牲基片上的這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以固定(例如，硬釬焊或軟釬焊)到任何一個互連元件上，包括一些單一的彈簧元件[如象，傳統(tǒng)探測卡的鎢針]和接觸凸起[例如，薄膜探頭]。這就允許在互連元件上安裝下述接點(diǎn)結(jié)構(gòu)
(a)這種接點(diǎn)結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)壓力接觸的表面結(jié)構(gòu)；(b)這種接點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以具有任何適當(dāng)?shù)慕饘賹W(xué)，包括完全不同于互連元件的金屬學(xué)；以及(c)這種接點(diǎn)結(jié)構(gòu)容易制作到石印(也就是極端精確的)公差，尤其是相對于內(nèi)接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的間隔來說更是如此。
或是在電子零件上直接制備獨(dú)立的互連元件方面也好，或是在犧牲基片上預(yù)制然后將其轉(zhuǎn)移(例如，用軟釬焊或硬釬焊固定)到電子零件的獨(dú)立的互連元件方面也好，獨(dú)立的互連元件的接點(diǎn)[包括在將分離的預(yù)制接點(diǎn)結(jié)構(gòu)固定到互連元件的接點(diǎn)(自由端)之前]的共面性都可通過控制制備過程的精度和/或拋光互連元件的接點(diǎn)(參看圖6C)來確保。
圖7A-7F示出了一種制備懸臂式(鍍層懸臂而且固定在電子零件上的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的技術(shù)700，而圖7G-7H則圖示出了使用這樣的懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的一種替換技術(shù)750。這些技術(shù)特別適于最后將獨(dú)立的各互連元件固定到電子零件，如象半導(dǎo)體裝置，探測卡組件的間隔轉(zhuǎn)換器基片等等上面。
圖7A示出了一塊犧牲基片702，如象硅片，在它的表面中侵蝕有很多(只畫出了一個)的溝槽704。這些溝槽704是做在犧牲基片702上的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的任何表面結(jié)構(gòu)“模板”的一個例證。溝槽704的布局(間隔和排列)可從(復(fù)制的)半導(dǎo)體晶片(未畫出)的焊接墊片的布局來推出，這塊半導(dǎo)體晶片最后(在使用時)要與獨(dú)立的互連元件接觸(例如，探測)，而接點(diǎn)結(jié)構(gòu)704最后就附連在這獨(dú)立的互連元件上。例如，可將溝槽704一個接一個地沿著犧牲基片中心排成單列。例如，很多記憶芯片都做有一排沿中心排列的焊接墊片。
圖7B示出了一個在犧牲基片702的表面上，包括在溝槽704內(nèi)已經(jīng)沉積了一層硬的“底”層706的情況。如果這底層的材料是不能電鍍的材料，如象硅化鎢，鎢，或金剛石等，則在這底層706上可任選地沉積另一層材料，如可鍍材料708。[在下面的論述中將會看到，如果這底層706難于除去，則為了避免這樣的清除可采用有選擇性的沉積方法來涂鍍它(如，通過掩膜構(gòu)圖)。]在圖7C所示的下一工序中，可施加一層掩膜材料710，如光阻材料來形成(define)一些制備鍍金懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)用的空檔。在掩膜層710中的這些空檔延伸過溝槽704。接著，可任選地再沉積(如用電鍍)一較厚的(如1-3密耳)彈性合金材料(如鎳和它的一些合金)層712，萬一這彈性合金不易采用軟釬焊或硬釬焊焊接，則可在這一層上再沉積一層能進(jìn)行硬釬焊或軟釬焊的材料714。這彈性合金層712可用任何適當(dāng)?shù)姆椒?，如電鍍，濺射或CVD來進(jìn)行沉積。
隨后，如圖7D和7E所示，掩膜材料710連同處于這掩膜材料710下面的那些層(706和708)的部分一道被剝離(除去)，其結(jié)果是產(chǎn)生很多的(只畫出了一個)懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)720就被制備在犧牲基片702上。每個懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)720都具有一個里端部分722(就在相應(yīng)的一個溝槽704的正上方)，一個外端部分724，和一個在里端和外端部分722和724之間并將兩者連接起來的中間部分726。
在圖7E中看得最清楚，懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)720可以交錯排列，使得盡管它們的里端部分722都排列成一列(例如，與半導(dǎo)體裝置上的中心一列焊接墊片相應(yīng))，但它們的外端部分724卻彼此相反。這樣，就容易使外端部分724之間的間隔比里端部分722的節(jié)距(間隔)大。
本發(fā)明的懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)704的另一特點(diǎn)是中間部分726可做成楔形的，這在圖7E中看得最清楚，它從最窄的里端部分722變到最寬的外端部分724。將會看見，當(dāng)外端部分724被牢固地固定在電子零件的，如象探測卡組件的間隔變換器的接線端上時，這個特點(diǎn)就提供了一個里端部分722的可控的確定的撓曲量。
圖7F示出了按照圖7A-7E的技術(shù)700制備的懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)720固定到凸起的互連元件730上，這互連元件730是[例如，獨(dú)立的]從電子零件734的相應(yīng)的接線端(只畫出了一個)732伸出來的。
凸起來的互連元件730可以是任何的獨(dú)立互連元件，它包括但不限于復(fù)合互連元件，特別是包括探測膜的接觸凸起(在這種情況下，電子零件734應(yīng)是探針膜)和傳統(tǒng)探測卡的鎢針。
預(yù)制的懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)720可用任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄈ缬测F焊或軟釬焊，通過它們的外端部分724固定到互連元件730的接點(diǎn)(頂部，如圖所示)上。這里，作為懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)720的最寬的外端部分的另一個優(yōu)點(diǎn)是它提供了一個大的面積來進(jìn)行這樣的軟釬焊或硬釬焊，這可由圓倒角結(jié)構(gòu)736表明。
圖7G和7H示出了使用懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的另一技術(shù)750，其特征是在懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)固定到電子零件的接線端上之前，就裝有了它們自己的突出的接觸元件(互連元件)。這種技術(shù)從在犧牲基片702的表面上形成溝槽704的相同工序出發(fā)，施加一層底層706，施加一層可任選的銅焊層708，以及再施加一層掩膜材料710，在這一層掩膜材料上有一些決定所制得的懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的位置和形狀的空檔。請對照前面的圖7A-7C。
在下一工序，如圖7G所示，將獨(dú)立的互連元件752固定到初期的懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)770(對照720)外端部分上。然后在這初期的懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)上沉積一層硬(彈性)材料754(對照712)(和，可選的，另一層可釬焊的材料714，見上面)。將掩膜710剝離，通過用軟釬焊或硬釬焊將獨(dú)立的互連元件752的接點(diǎn)焊接到接線端782上，就可將一些(只畫出了一個)懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)770固定到電子零件784的接線端782上(對照732)，如焊料的圓形倒角786(對照736)所示。
在這些例子中，互連元件720和770都圖示成具有彈簧形狀的復(fù)合互連元件，但應(yīng)清楚的知道，本發(fā)明絕不受此限制。
在這兩種情形(700,750)中，結(jié)果都是在電子零件(734,784)上裝有一些從它的接線端上伸出的獨(dú)立的互連元件(730,752)，而在這些獨(dú)立的互連元件720的接點(diǎn)(自由端)上又裝有接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，這接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的里端部分(722)(a)是處于“懸臂桿”的末端上；以及(b)易于制備表面結(jié)構(gòu)，這表面結(jié)構(gòu)是在犧牲基片702上制作接點(diǎn)結(jié)構(gòu)期間賦予(形成)的。
從前面的介紹中顯而易見，這些互連元件[730,752(也即被754所包覆的752)]不必是彈性的，在與另一電子零件(未畫出)進(jìn)行壓力連接時這懸臂式接點(diǎn)結(jié)構(gòu)720,770的撓曲能力可通過將接點(diǎn)結(jié)構(gòu)704安置在懸臂桿端上來提供。最好是，這獨(dú)立的互連元件720比懸臂桿堅硬很多，以便能很好地確定和控制起源于壓力連接的接觸力。
本實施例的一個明顯特點(diǎn)是該懸臂(720和770)呈楔形，這使懸臂桿的撓曲能被很好地控制，并將這撓曲定域在這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的里端處或里端的附近。
此外，能以比接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的里端(722)大的尺度制備這接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的外端(724)就提供了一種可能，將細(xì)長(凸起)的互連元件(730,752)牢固地錨定在這些懸臂接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的外端上。
在任何懸臂裝置中，最好懸臂的一端是“固定”的，而另一端是“可動的”。這樣，彎曲力矩容易計算。因此，很顯然，這細(xì)長互連元件(730,752)最好盡可能堅硬。(在互連元件(730)是膜片探測器的接觸凸起的情形，彈性可由膜片(734)本身提供。)但是，在與(被)接點(diǎn)結(jié)構(gòu)壓力連接時，將細(xì)長互連元件當(dāng)作復(fù)合互連元件使用來導(dǎo)致接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的整個撓曲并不完全合適。
在上面介紹的這些在犧牲基片上(或是由它們本身，或是在預(yù)制的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)上)形成獨(dú)立互連元件的實施例中，論述一般是針對將這互連元件的一端(或，在復(fù)合互連元件的情形，將細(xì)長芯件)焊接到犧牲基片這一問題的。除了焊接之外，還可使用一些工具(技術(shù))也屬于本發(fā)明的范圍。
圖8A-8C示出了在犧牲基片上制備隨后固定到電子零件上的獨(dú)立的互連元件的一個替換實施例800。
圖8A示出了一細(xì)長件802，它是通過一臺絲焊機(jī)(未畫出)的毛細(xì)管804饋送的。這細(xì)長件802是具有一合適直徑的金屬絲，但它也可具有非圓形斷面(例如，矩形斷面)和具有一厚度。在兩種情形中，細(xì)長件802的末端都具有一個斷面(例如，直徑)增大的區(qū)域806。在絲狀細(xì)長件的情形，通過常規(guī)的火花法(例如，用電極向金屬絲的末端產(chǎn)生火花)在斷面增大的區(qū)域806容易形成一個球。產(chǎn)生火花就是放電。
將細(xì)長件802的末端806插過犧牲基片810中形狀象鑰匙孔的開孔808。這開孔808有一部分812，它大到近似地成形足以允許細(xì)長件802的球狀的末端806自由通過該部分，這被最好地畫于圖8B中。開孔808的另一部分814具有的尺寸和形狀能防止細(xì)長件802的球狀末端806通過該部分，但對于細(xì)長件802來說尺寸和形狀卻是合適的，還稍有間隙。(如果細(xì)長件802具有足夠的長度，則在細(xì)長件802和該部分814之間有點(diǎn)緊配合也是可以接受的。在這種情形可以不需要球狀末端(806)。)這樣，當(dāng)細(xì)長件802移進(jìn)該部分814(典型地來說，這包括相對于細(xì)長件移動犧牲基片)時，它至少被微弱地卡在其中(也即被犧牲基片中的這個鑰匙孔支撐在一預(yù)定的位置上)，這在圖8C中畫得最明晰。在下一工序中，這細(xì)長件802被切斷(例如，利用一電極或機(jī)械剪切裝置)，以便使其成為一獨(dú)立件和具有一自由端816。
在切斷之前，可將這細(xì)長件802向上拉(如圖所示)以便將球狀末端806“鎖”在鑰匙孔部分814中。
這樣，一些獨(dú)立互連元件(或復(fù)合元件的芯件)可以按照預(yù)定的彼此之間的間隔關(guān)系固定在具有相應(yīng)數(shù)量的鑰匙孔的犧牲基片上。當(dāng)這些互連元件駐留在這犧牲基片上時，這些互連元件容易被涂鍍(如，電鍍成為復(fù)合互連元件。接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，如象前面已經(jīng)介紹過的那樣，容易固定在這些獨(dú)立互連元件的末端(816)上。
圖9A和9B還示出了另一技術(shù)900，它是將細(xì)長件902的末端焊接到一基片904(也就是，犧牲基片)的替代方法。在這種情形中，較為堅固的細(xì)長件902對于單一的互連元件來說可能是很有用的。借助一個機(jī)構(gòu)906，如象絲焊機(jī)(未畫出)的毛細(xì)管，將此細(xì)長件插入并根據(jù)選擇通過(如圖9B所示)基片904，使其成為自支持的，并將其切斷圖9C還示出了另一技術(shù)950，它是將細(xì)長件的末端焊接到一基片(例如，犧牲基片)的替代方法。在這種情形中，較為堅固的細(xì)長件952(對照902)對于單一的互連元件來說可能是很有用的。借助一個機(jī)構(gòu)956對照906，如象絲焊機(jī)(未畫出)的毛細(xì)管，將它插入基片954(對照904)表面上或中的一軟物塊958中，使其成為獨(dú)立的，并將其切斷。
從前面作的介紹，制備互連元件和/或互連元件的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)的一些優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，其最大的優(yōu)點(diǎn)是，能精密地形成具有緊密控制間隔的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，這接點(diǎn)結(jié)構(gòu)可具有“內(nèi)置的”表面結(jié)構(gòu)(形貌)和實際希望的金屬涂層，而且這接點(diǎn)結(jié)構(gòu)可應(yīng)用在任何細(xì)長互連元件的末端(包括鎢的探針)或膜片凸起接觸元件等等之上。
雖然在附圖和前面的描述中對本發(fā)明作了詳細(xì)的圖示和介紹，但應(yīng)將這些圖示和介紹只當(dāng)做是些例證，而不是對特性的限制，應(yīng)明白，這僅只示出和介紹了一些優(yōu)選實施例，所有屬于本發(fā)明精神的變化和改進(jìn)都希望受到保護(hù)。無疑地，對于在與本發(fā)明最為相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域具有普通技能的業(yè)內(nèi)人士來說，都可能對前面敘述的一些“構(gòu)思”作許多的“變化”，而這些變化都應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍，如這里公開的那些優(yōu)選實施例一樣。在母案中已述及了幾個這些變化。
權(quán)利要求
1．制備互連元件的方法，該互連元件具有兩個接觸端，該方法的特征是在一犧牲基片上預(yù)制一些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)；將這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)固定到這些互連元件的接觸端上；以及除去該犧牲基片。
2．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些互連元件是細(xì)長的。
3．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些互連元件是復(fù)合互連元件。
4．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些互連元件是單一的(monolithic)互連元件。
5．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些互連元件是膜片探測器的接觸凸起(contact bumps of a membrance probe)。
6．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述接點(diǎn)結(jié)構(gòu)具有表面結(jié)構(gòu)。
7．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述接點(diǎn)結(jié)構(gòu)被銅焊或錫焊焊在互連元件上。
8．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于一些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)被精密地形成在犧牲基片上。
9．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)是一些懸臂桿。
10．按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)是這樣形成的在犧牲基片上涂一掩膜層，在這掩膜層上開一些空檔，以及在這些空檔中沉積彈性材料。
11．按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于可將這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)從它的一端到另一端做成一個楔形。
12．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些互連元件可安置在一電子零件上。
13．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于這些互連元件可制備在接點(diǎn)結(jié)構(gòu)上，而這接點(diǎn)結(jié)構(gòu)則可安置在犧牲基片上。
14．將兩個電子零件互連起來的方法，其特征是將一些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)固定到從兩個電子零件一個的表面伸出的一些互連元件上；以及把一個電子零件的這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)推壓到兩個電子零件中另一個的一些相應(yīng)的接線端上。
15．按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于這一個電子零件是一個半導(dǎo)體裝置。
16．按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于這一個電子零件是一個印刷線路板。
17．制備隨即附著到電子零件上的細(xì)長互連元件的方法，包括將一些細(xì)長互連元件固定到在犧牲基片表面上選出的一些區(qū)域上；以及將這犧牲基片除去。
18．按照權(quán)利要求17所述的方法，它還包括在除去犧牲基片之前，就把這些細(xì)長互連元件的自由端附著到電子零件上。
19．按照權(quán)利要求17所述的方法，它還包括在將細(xì)長互連元件固定之前，就在那些選出的區(qū)域上先制備接點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
20．按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于這些細(xì)長互連元件是一些復(fù)合互連元件。
21．按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于這些細(xì)長互連元件是一些單一的互連元件。
22．制備許多互連元件的方法，它包括預(yù)制一些細(xì)長互連元件，使每個這些細(xì)長互連元件都有一接點(diǎn)；在一犧牲基片上預(yù)制一些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)；把這些接點(diǎn)結(jié)構(gòu)與那些細(xì)長互連元件的接點(diǎn)連接起來；以及將上述犧牲基片除去。
23．按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于該犧牲基片是由一片金屬構(gòu)成。
24．按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于該犧牲基片是由一硅片構(gòu)成。
25．按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于這些細(xì)長的互連元件是復(fù)合互連元件。
26．按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于這些細(xì)長的互連元件是單一的互連元件。
27．制備彈性互連元件的方法包括將一細(xì)長件固定到一犧牲基片上；將細(xì)長件成形為具有一彈簧形狀；以及除去犧牲基片。
28．按照權(quán)利要求27所述的方法，還包括對細(xì)長件進(jìn)行涂鍍。
全文摘要
首先可將一些互連元件(752)和/或一些互連元件(752)的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)(770)制備在犧牲基片(702)上,以便隨后固定到電子零件(784)上。這樣,在制備過程中電子零件(784)就不會“處于危險”之中。該犧牲基片(702)在互連元件(752)之間建立了一預(yù)定的間隔關(guān)系,這些互連元件可以是以較軟的細(xì)長件(752)為芯并有一較硬(彈性材料)涂層(754)的復(fù)合互連元件(752)?；ミB元件(752)可以制備在接點(diǎn)結(jié)構(gòu)(770)上,也可首先固定到電子零件(784)和這接點(diǎn)結(jié)構(gòu)(770)上,這接點(diǎn)結(jié)構(gòu)是與互連元件(752)的自由端相連接的。本發(fā)明還介紹了做成懸臂式的接點(diǎn)結(jié)構(gòu)(770)。
文檔編號B23K31/02GK1208368SQ96195559
公開日1999年2月17日 申請日期1996年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月26日
發(fā)明者I·Y·漢德羅斯, B·N·艾爾德里格, G·L·馬泰烏 申請人:福姆法克特公司