專利名稱：微電子接觸構(gòu)件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彈性電氣接觸(互連)元件(構(gòu)件)，也稱為彈簧接觸件，適用于實(shí)現(xiàn)電子部件之間的壓力連接，更具體地講，本發(fā)明涉及諸如有源半導(dǎo)體器件的用于探測(彈性地暫時接觸)微電子部件之類的微型彈簧接觸件。
有關(guān)申請參照本專利申請是96年12月31日申請的共同未決的美國專利申請NO.60/034,053的延續(xù)部分，此處引入作為參考。
本專利申請也是95年5月26日申請的共同未決的美國專利申請No.08/452,255(以下稱“母案”)和它的副本/95年11月13日申請的PCT專利申請PCT/US 95/14909的延續(xù)部分，它倆都是94年11月15日申請的共同未決的美國專利申請No.08/340,144和它的副本94年11月16日申請的PCT專利申請PCT/US 94/13373的延續(xù)部分，它倆都是93年11月16日申請的共同未決美國專利申請No.08/152,812(現(xiàn)為USP5,476,211，95年12月19日)的延續(xù)部分，此處引入作為參考。
本專利申請也是下列共同未決美國專利申請的延續(xù)部分，專利申請?zhí)?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)；08/602,179，96年2月15日申請，(PCT/US96/08328，96年5月28日)；60/012,027，96年2月21日申請，(PCT/US96/08117，96年5月24日)；60/005,189，96年5月17日申請，(PCT/US96/08107，96年5月24日)；以及60/024,555，96年8月26日申請；(除臨時專利申請外)，它們都是上述母案的延續(xù)部分，此處引入作為參考。
背景技術(shù)：
93年11月16日申請的共有美國專利申請No.08/152,812(現(xiàn)為USP4,576,211，95年12月19日頒發(fā))，和95年6月1日申請的它的副本共同未決“一部分的”美國專利申請Nos.08/457,479(狀態(tài)未決)以及95年12月11日申請的08/570,230(狀態(tài)未決)，均由KHANDROS申請，這些專利申請公開了供微電子應(yīng)用的彈性互連元件的制造方法，該方法包括將撓性細(xì)長核心元件(例如導(dǎo)線“桿”或“骨架”)的一端安裝到電子部件的端子上，用一種或多種材料的“殼”包覆該撓性核心元件和相鄰的端子表面，材料具有預(yù)定的厚度，屈服強(qiáng)度和彈性模具的組合，以確保得到的彈簧觸頭具有預(yù)定的撓曲力特性。用于核心元件的典型材料包括金。典型的包覆材料包括鎳及其合金。得到的彈簧接觸元件適用于包括半導(dǎo)體器件的兩個或多個電子部件之間實(shí)現(xiàn)壓力可拆卸連接。
94年11月15日申請的共同未決美國專利申請No.08/340,144及其94年11月16日申請的相應(yīng)PCT專利申請No.PCT/US 94/13373(WO95/14314，95年5月26日公布)，兩者均由KHANDROS和MATHIEU申請，其中公開了上述彈簧接觸元件的一些應(yīng)用，并且也公開了制造彈簧接觸元件端部的接觸墊片的技術(shù)。例如，在其

圖14中，在一個消耗層(基底)的表面上形成多個凹陷部分或孔，它們可能呈現(xiàn)端部為頂尖的反錐形式。然后用包括金或銠和鎳的材料層的接觸構(gòu)件填充這些孔。在得到的接觸構(gòu)件上安裝撓性細(xì)長元件，并且用上文中所述方法加上外涂層。最后一步除去消耗基底。得到的彈簧接觸器具有接觸墊，墊在其自由端上具有受控制的幾何尺寸(例如，尖端)。
95年5月26日申請的共同未決美國專利申請No.08/452,255和它的相應(yīng)PCT專利申請No.PCT/US 95/14909，95年11月13日申請(WO96/17278，96年6月6日公布)，兩者都由ELDRIDGE，GRUBE，KHANDROS和MATHIEU申請，其中公開了在消耗基底上制造接觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充技術(shù)和冶金術(shù)，也公開了整體將安裝在其上的多個彈簧接觸元件轉(zhuǎn)移到電子部件端子上的技術(shù)(參見其中的圖11A-11F和12A-12C)。
96年5月17日申請的共同未決的臨時專利申請No.60/005,189和它的相應(yīng)PCT專利申請No.PCT/US 96/08107，96年5月24日申請(WO 96/37332，96年11月28日公布)，兩者均由ELDRIDGE，KHANDROS和MATHIEU申請，其中公開了把多個接觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)(見其圖6B中的#620)連接到相應(yīng)多個細(xì)長接觸元件(見其圖6D中的#632)上的技術(shù)，后者已被安裝在電子部件(#630)上。該專利申請也公開了，例如在圖7A-7E中，制造懸臂梁形式的“細(xì)長”接觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的技術(shù)。在其一端和其相對端之間，可以是錐形的懸臂梁觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。該專利申請的懸臂梁觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)適于安裝到已有的(即以前制造的)，隆起的互聯(lián)元件(見圖7F中的#730)上，該元件從一個電子部件的相應(yīng)端子(見圖7F中的#734)延伸(例如為獨(dú)立式的)。
96年8月26日申請的共同未決的美國臨時專利申請No.60/024,555，由ELDRIDGE，KHANDROS和MATHIEU申請，其中公開了，例如在其圖2A-2C中，一種技術(shù)，由此技術(shù)可以設(shè)計彼此長度不同的多個細(xì)長接觸構(gòu)件，使它們的外端間距比其內(nèi)端間距大。它們的內(nèi)側(cè)“接觸”端可彼此安排在一直線上，實(shí)現(xiàn)與具有布置在一條直線上的端子的電子部件連接，這條直線可以是該部件的中心線。
本發(fā)明涉及并特別適合與其端子(焊接點(diǎn))布置在微小間距上的現(xiàn)代微電子器件進(jìn)行互連。術(shù)語“微間距”在本文中使用時是指微電子器件的端子間距小于5mils，如2.5mils或65μm。顯然根據(jù)以下說明，利用緊容差能更好地實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，因此很容易理解，要用平板印刷而不用機(jī)械技術(shù)來制造接觸元件。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于提供一種制造彈簧接觸元件的改進(jìn)技術(shù)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造彈簧接觸元件的技術(shù)，采用本征適用于微電子的微間距緊容差領(lǐng)域的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一項制造彈簧接觸元件的技術(shù)，這種元件適用于探測電子部件，例如半導(dǎo)體器件，并且容易按實(shí)尺寸探測微間距外圍互連結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是根據(jù)一項制造彈簧接觸元件的技術(shù)，這種元件適用于承插電子部件如半導(dǎo)體器件，例如在上述器件上進(jìn)行老化。
按照本發(fā)明，適合微電子應(yīng)用的細(xì)長彈簧接觸元件，其制造采用在消耗基底上形成凹槽(例如開槽，例如采用蝕刻)，然后把金屬材料沉積到凹槽里(例如采用電鍍)的方法。在一個消耗基底上用這種方法可以制造多個彈簧接觸元件，具有平板印刷限定容差(例如尺寸，間隔)。
然后將得到的彈簧接觸元件安裝到另一個基底上；例如一個無源基底上或如半導(dǎo)體器件之類的有源基底上，此后拆除消耗基底。
用這種方法成形的典型彈簧接觸元件，其基座端和接觸端之間的長度為“L”?；俗詈迷诘谝环较蛏掀x該彈簧接觸元件的中心部分，而接觸端最好在相反的方向上偏離中心部分。這樣，總體彈簧接觸元件不是平面的，而且在把它的基座端安裝在電子部件上時，它的接觸端就會伸出電子部件的表面之上。
典型的消耗基底是硅圓片，在其上面可以制造彈簧接觸元件，在這種情況下，本發(fā)明的方法有利于利用用于微加工方法的硅的方向選擇性蝕刻，產(chǎn)生電沉積以便用來鍍在最終的彈簧接觸元件上。為了產(chǎn)生彈簧接觸元件之間的微間距間隔所要求的很高的高寬比，與光刻膠的平版印刷加工相反，本方法可任選使用基于激光的光刻膠燒蝕。
對于本發(fā)明的彈簧接觸元件，一個典型的應(yīng)用是作為探測元件，用于實(shí)現(xiàn)基底和試驗(yàn)設(shè)備(DUT)之間的壓力連接，在這種情況里適合把彈簧接觸元件安裝在探針板組件的空間變壓器部件上，如以上所列08/554,902和PCT/US 95/14844中所述。換句話說，彈簧接觸元件被安裝到諸如特殊應(yīng)用集成電路(ASIC)的有源電子部件上并從其上延伸。
彈簧接觸元件適合由至少一層金屬材料制成，金屬材料是按其能使最后得到的接觸構(gòu)件產(chǎn)生功能的能力選擇的，該功能即是當(dāng)對彈簧接觸元件的接觸(自由)端施加力時，作為彈簧使用(即呈現(xiàn)彈性形變)。
最后得到的彈簧接觸元件優(yōu)選地為“長和低”，具有·長度“L”，從一端到另一端測量；·高度“H”，橫跨長度在垂直(Z-軸)于消耗基底表面(也垂直于彈簧接觸元件最終安裝在其上的部件)方向上進(jìn)行測量；
·接觸端部分，它在一個方向上(例如沿Z-軸負(fù)方向)偏離彈簧元件的中心部分一個距離“d1”和·基座端部分，它在一個方向上(例如Z-軸正方向)偏離彈簧元件的中心部分一個距離“d2”。
彈簧接觸元件優(yōu)選從一端(基座端)向其另一端(接觸端)逐漸變細(xì)，彈簧接觸元件具有以下尺寸·它的基座端寬度為“W1”，平行于消耗基底的表面并橫穿彈性元件的縱軸進(jìn)行測量；·它的接觸端寬度為“W2”，平行于消耗基底的表面并橫穿彈性件的縱軸進(jìn)行測量；·它的基座端厚度為“t1”，沿Z-軸測量；和·它的接觸端厚度為“t2”，沿Z-軸測量；結(jié)果產(chǎn)生·橫向錐角“α”；和·厚度錐角“β”。
彈簧接觸元件也適合在其接觸端上設(shè)置突起的部分，該部分沿Z-軸測量具有尺寸“d3”。
因此文中所述的典型彈簧接觸元件適用于實(shí)現(xiàn)兩個電子部件之間的連接，通常用其基座端安裝固定在兩個電子部件之一上，并用其接觸端(例如用突起的部分)實(shí)現(xiàn)壓力連接到兩個電子部件中的另一個上，該彈簧接觸元件具有以下尺寸(單位mil，除非另有說明)尺寸范圍 優(yōu)選L 10-1000 60-100H 4-40 5-12d13-15 7±1d20-15 7±1d30.25-53w13-20 8-12w21-10 2-8t11-10 2-5t21-10 1-5α 0-30° 2-6°β 0-30° 0-6°借助以下說明，將會清楚本發(fā)明的其它目的、特性和優(yōu)點(diǎn)附圖簡述以下將詳述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其實(shí)例在附圖中示出。附圖意在說明，而不是限定性的。
盡管本發(fā)明通過這些優(yōu)選實(shí)施方案將加以說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是它并非要把本發(fā)明的精神和范圍限制在這些具體的實(shí)施方案中。
為了說明清楚，在選擇的一些附圖中某些元件沒有按比例表示。
通常，在整個附圖中類似元件用類似的參考數(shù)字表示。例如，元件199在很多方面可能類似另一圖中的元件299。同時，通常在一張圖中用類似的編號表示類似的元件。例如，多個元件199可以表示為199a，199b，199c等。
圖1A是按照本發(fā)明的彈簧接觸元件的剖視圖；圖1B是按照本發(fā)明的圖1A中彈簧接觸元件的平面圖；圖1C是按照本發(fā)明的彈簧接觸元件另一實(shí)施方案的剖視圖；圖1D是圖1C中彈簧接觸元件的放大剖視圖；圖1E是按照本發(fā)明的彈簧接觸元件另一實(shí)施方案的剖面圖；圖2A-2I是按照本發(fā)明，在消耗基底上制造彈簧接觸元件技術(shù)的剖面圖；圖2J是按照本發(fā)明，彈簧接觸元件駐留在消耗基底上的剖面圖；圖3A是按照本發(fā)明，彈簧接觸元件駐留在消耗基底上的另一實(shí)施方案的剖面圖；圖3B是按照本發(fā)明的圖3A的彈簧接觸元件的透視圖，省去消耗基底；圖4A-4B是按照本發(fā)明，說明安裝技術(shù)的剖面圖，該技術(shù)是將起初留在消耗基底上的多個彈簧接觸元件安裝在另一個部件上，例如安裝在一個空間變壓器上；圖4C是一個剖面圖，說明按照本發(fā)明安裝在一個部件，例如空間變壓器上的多個彈簧接觸元件，使用時，探測(形成暫時壓力連接)另一個部件，例如半導(dǎo)體器件；圖4D是按照本發(fā)明的安裝技術(shù)另一個實(shí)施方案(對照圖4B)的剖視圖，該技術(shù)將多個彈簧接觸元件安裝到另一個部件上，例如安裝到一個空間變壓器上；圖4E是按照本發(fā)明的安裝技術(shù)另一個實(shí)施方案(對照圖4B)的剖視圖，該技術(shù)將多個彈簧接觸元件安裝到另一個部件，例如空間變壓器上，該圖還說明了按照本發(fā)明的彈簧接觸元件的另一個實(shí)施方案；
圖4F是按照本發(fā)明的安裝技術(shù)另一個實(shí)施方案(對照圖4E)的剖視圖，該技術(shù)將多個彈簧接觸元件安裝到另一個部件，如空間變壓器上，該圖也說明按照本發(fā)明一個彈簧接觸元件的另一個實(shí)施方案；圖5是一平面簡圖(程式化)，說明對本發(fā)明的彈簧接觸元件的一種應(yīng)用(使用)；圖6是一平面簡圖(程式化)，說明對本發(fā)明的彈簧接觸元件的另一種應(yīng)用(使用)；圖7A是按照本發(fā)明的安裝技術(shù)的另一個實(shí)施方案(對照圖4D)的剖視圖，該技術(shù)將一個彈簧接觸元件安裝到另一個部件，如空間變壓器上；圖7B是按照本發(fā)明的安裝技術(shù)的另一個實(shí)施方案(對照圖7A)的剖視圖，該技術(shù)將一個彈簧接觸元件安裝到另一個部件，如空間變壓器上；圖7C是按照本發(fā)明的安裝技術(shù)的另一個實(shí)施方案(對照圖7A)的剖視圖，該技術(shù)將一個彈簧接觸元件安裝到另一個部件，如空間變壓器上；圖7D是按照本發(fā)明的安裝技術(shù)的另一個實(shí)施方案(對照圖7A)的剖視圖，該技術(shù)將一個彈簧接觸元件安裝到另一個部件，如空間變壓器上；圖8A是按照本發(fā)明彈簧接觸元件的另一實(shí)施方案的透視圖(對照圖3B)，圖中省去消耗基底；圖8B是按照本發(fā)明彈簧接觸元件的另一實(shí)施方案的透視圖(對照圖8A)，圖中省去消耗基底；圖9A是按照本發(fā)明，在一個彈簧接觸元件上實(shí)現(xiàn)控制阻抗技術(shù)中的第一步驟的側(cè)剖視圖；圖9B是按照本發(fā)明，在彈簧接觸元件上實(shí)現(xiàn)控制阻抗技術(shù)中的下一步驟的側(cè)剖視圖；圖9C是按照本發(fā)明的圖9B中控制阻抗彈簧接觸元件的端剖視圖。
發(fā)明詳述95年11月9日申請的共同未決美國專利申請No.08/554,902，和它的相應(yīng)PCT專利申請No.PCT/US 95/14844，95年11月13日申請(WO 96/15458，96年5月23日公布)均由ELDRIGE，GRUBE，KHANDROS和MATHIEU申請，其中公開了一個探針板組件，它包括安裝在一個“空間變壓器”部件上的細(xì)長彈性(彈簧)接觸元件。如本文中所用，空間變壓器是一個多層互連基底，具有在其一個表面上以第一間距布置的端子，并且具有在其相對表面上以第二間距布置的相應(yīng)端子，空間變壓器用于實(shí)現(xiàn)從第一間距到第二間距的“間距擴(kuò)展”。工作時，細(xì)長彈簧接觸元件的自由端(尖)，與被探測(例如試驗(yàn)的)電子部件上的相應(yīng)端子進(jìn)行壓力連接。
細(xì)長彈性懸臂狀接觸元件圖1A和1B示出了細(xì)長彈性(彈簧)接觸元件100，它適合作為獨(dú)立式構(gòu)件連接到包括但不限于上述探針板組件的空間變壓器的電子部件上。
構(gòu)件100是細(xì)長的，有兩端部102和104，其間為中心部分106，兩端部之間總的縱向長度為“L”。長度“L”在10-1000mils范圍內(nèi)，例如40-500mils或40-250mils，優(yōu)選60-100mils。從以下詳述將會清楚，該構(gòu)件工作時具有一個有效長度“L1”，小于“L”，構(gòu)件在該長度上隨著施加于其上的力而撓曲。
端部102是一個“基座”，接觸元件100在該處連接到電子部件上(沒示出)。端部104是一個“自由端”(尖)，它將實(shí)現(xiàn)與另一個電子部件(例如，一個在試驗(yàn)中的器件，沒示出)的壓力連接。雖然沒有說明，接觸元件100也可能有一個細(xì)長“尾”部，延伸超過基座端102并與中心部分106相對。
構(gòu)件100具有總高度“H”。高度“H”在4-40mils范圍內(nèi)，優(yōu)選5-12mils。(1mil＝0.001inches)。
如圖1A所示，該構(gòu)件呈“階梯形”?；糠?02為第一高度，尖端104為另一高度，中間(中心)部分106為第三高度，它處于第一和第二高度之間。因此，構(gòu)件100有兩個“梯級”高度，在圖中標(biāo)以“d1”和“d2”。換句話說，彈簧接觸元件100有兩“級”，一級從接觸端104到中心體部分106，而另一級從中心體部分106到基座端102。
工作時，梯級高度“d1”是尖端104和中心部分106之間的“垂直”距離(如圖1A中所見)，起防止構(gòu)件(接觸元件)碰撞的作用，防止構(gòu)件碰撞尖端104所連的部分表面。
工作時，梯級高度“d2”是基座102和中心部分106之間的“垂直”距離(如圖1A中所示)，起允許梁(接觸元件)彎過要求的行程的作用。
梯級高度“d1”和“d2”的尺寸是·“d1”在3-15mils范圍內(nèi)，優(yōu)選約7mils±1mil；和·“d2”在0-15mils范圍內(nèi)，優(yōu)選約7mils±1mil。在“d2”和0mil的情況下，在中心部分106和基座部分102之間構(gòu)件基本上是平面的(無圖示的梯級)。
如圖1B所示，構(gòu)件100在其基座部分102上優(yōu)選配置一個“連接部分”110。該連接部分可以是翼片或連接柱，在探測構(gòu)件與基底組裝時用它可方便地將探測構(gòu)件釬焊到基底上(例如，空間變壓器或半導(dǎo)體器件)。另一方面，其上安裝有構(gòu)件100的部件或基底，可配以連接柱或類似物以便把基座部分102安裝固定在它上面。
工作時，構(gòu)件100用來起懸臂梁作用，并優(yōu)選設(shè)置至少一個錐角，在圖1B中標(biāo)以“α”。例如，在構(gòu)件100的基座端102，它的寬度“W1”在5-20mils范圍內(nèi)，優(yōu)選8-12mils，而在構(gòu)件100的尖端104，它的寬度在1-10mils范圍內(nèi)，優(yōu)選2-8mils，而且錐角“α”優(yōu)選在2-6度范圍內(nèi)。從構(gòu)件100的基座102到它的尖端104，構(gòu)件100變窄(錐度)，以便當(dāng)固定(不可移動)它的基座102并在它的尖端(104)施加一個力時，允許構(gòu)件100受控制的撓曲和應(yīng)力分布更均勻(相對于集中)。
如下所述，使用眾所周知的平版印刷技術(shù)容易控制構(gòu)件的寬度(從而控制錐角“α”)。
構(gòu)件100的尖端104優(yōu)選設(shè)置一個整體突出的拓?fù)洳糠?08，例如呈錐形，有助于實(shí)現(xiàn)與電子部件端子的壓力連接(沒示出)。
如圖1A和1B中所示，彈簧接觸元件100是三維的，沿X-Y和Z-軸延伸。它的長度“L”是沿Y-軸，它的寬度(“W1”和“W2”)是沿X-軸，而它的厚度(“t1”和“t2”)和高度(“H”)是沿X-軸。在下文的說明中不難明白(見例圖4B)，當(dāng)將彈簧接觸元件100安裝在一個電子部件上時，由此使得彈簧接觸元件的長度和寬度平行于該電子部件的表面，并且使它的高度垂直于該電子部件的表面。
圖1C表明接觸構(gòu)件150在很多方面類似于圖1A和1B中的構(gòu)件100。該構(gòu)件是細(xì)長的，有一個基座端152(對照102)和尖端154(對照104)以及結(jié)合在其尖端上的拓?fù)洳糠?58(對照108)。圖1C中表示的主要不同是該構(gòu)件可以設(shè)置一個第二錐角“β”。
如圖1C所示，在其基座端102上構(gòu)件100的厚度“t1”在1-10mils范圍內(nèi)，優(yōu)選2-5mils，而在其尖端104上構(gòu)件100的厚度“t2”在1-10mils范圍內(nèi)，優(yōu)選1-5mils，而且錐角“β”優(yōu)選在2-6度范圍內(nèi)。
采用不同的控制厚度分布的方法可以產(chǎn)生錐角“β”(圖1C)。例如，如果采用電鍍形成構(gòu)件100，在鍍槽中可以混入適當(dāng)?shù)碾婂儽Ｗo(hù)物。如果構(gòu)件100用電鍍以外的方式成形，可以使用適當(dāng)?shù)囊阎刂坪穸瓤臻g分布的方法得到構(gòu)件。例如，用噴砂或放電加工(EDM)方法制造構(gòu)件100。
因此，構(gòu)件適合從它的基座端102到它的尖端104有一個復(fù)合(雙)楔角。從下文陳述的有關(guān)安裝在一個部件或基底上的接觸構(gòu)件的說明不難明白，構(gòu)件有錐角“α”，它平行于在其上安裝接觸構(gòu)件100的基底或部件的X-Y平面。并且它有錐角“β”，該角表示該構(gòu)件的橫截面(Z-軸)變窄。
構(gòu)件的寬度不變窄是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的，在這種情況下錐角“α”為零。錐角“α”大于2-6度，例如大到30度，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。構(gòu)件的厚度不變窄是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的，在這種情況下錐角“β”為零。楔角“β”大于2-6度，例如大到30度，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。構(gòu)件(接觸元件)只在厚度上變窄而在寬度上不變窄，或只在寬度上變窄而在厚度上不變窄都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
接觸元件在其接觸端104比在基座端102變得更寬和/或更厚，而不是如上所述變得更窄和/或更薄也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。接觸元件也可能設(shè)置多個不同錐角，例如，從基座端到中心部分漸變(如從較寬到較窄)，然后向著接觸端相反變化(如從較窄到較寬)。
正如下文更詳細(xì)說明的，接觸構(gòu)件100和150主要是，優(yōu)選地完全是金屬的，并可以按多層結(jié)構(gòu)成形(制造)。一層或多層接觸構(gòu)件的適用材料包括但不限于鎳及其合金；
銅，鈷，鐵及其合金；金(特別是硬金)以及銀，這兩種材料都呈現(xiàn)特別好的載流能力和良好的接觸電阻系數(shù)特性；鉑族的各元素；稀有金屬；半稀有金屬和它們的合金，特別是鈀族元素和它們的合金；以及鎢，鉬和其它難熔金屬及它們的合金。
要求焊接等處理的地方，也可以使用錫，鉛，鉍，銦和它們的合金。
圖1D顯示接觸構(gòu)件150的接觸端154的放大圖(同樣適用于本文所述的其它接觸構(gòu)件的接觸端)。在這個放大圖上可以看到，接觸部分154適當(dāng)?shù)赝黄穑怀鼍嚯x“d3”在0.25-5mils范圍內(nèi)，優(yōu)選突出彈簧接觸元件接觸端的底面3mils(如圖所示)，并且呈適用的錐形、截錐、楔、半球或類似幾何形狀。
得到的彈簧接觸元件具有總高“H”，它是“d1”、“d2”(和“d3”)加上中心體部分的厚度之和。
以上說明了一種典型的彈簧接觸元件，它適于實(shí)現(xiàn)兩電子部件之間的連接，通常由其基座端安裝在兩個電子部件之一上，并用其接觸端實(shí)現(xiàn)壓力連接到兩個電子部件中的另一個上，它具有以下尺寸(單位mils，除非另有說明)尺寸 范圍 優(yōu)選L 10-1000 60-100H 4-40 5-12d13-15 7±1d20-15 7±1d30.25-53w13-20 8-12w21-10 2-8t11-10 2-5t21-10 1-5α 0-30° 2-6°β 0-30° 0-6°從表中可清楚看出以下一般關(guān)系。
“L”至少是“H”的大約5倍；“d1”是“H”的小部分，例如是“H”尺寸的1/5-1/2；“W2”約為“W1”尺寸的一半，并且是“H”的小部分，例如是“H”尺寸的1/10-1/2；“t2”約為“t1”尺寸的一半，例如是“H”尺寸的1/10-1/2。
另一個尺寸是重要的，即尖端總體(104)的寬度和長度(即足印)。在預(yù)期尖端與電子部件凹進(jìn)的端子(例如半導(dǎo)體器件的結(jié)合墊，半導(dǎo)體器件有保護(hù)材料圍繞著結(jié)合墊)進(jìn)行接觸時，為保證產(chǎn)生這樣的接觸尖端足印要足夠小。例如，小于4mils×4mils。否則，必須保證接觸部分(108)有足夠的高度(d3)，以便與凹進(jìn)的端子接觸。一般地說，適當(dāng)尖端設(shè)計的選擇取決于給定的特定應(yīng)用。例如，為了接觸硅器件上的結(jié)合墊，圖1D中所示的尖端可能最合適。為了接觸C4凸緣，圖1E中所示的尖端設(shè)計(下文加以說明)可能最合適。
圖1E示出了本發(fā)明的一個替代實(shí)施方案，其中分立的接觸尖構(gòu)件168，如在上述PCT/US 96/08107中所述，可以安裝在彈簧接觸元件的接觸端部分164上，例如采用釬焊170的方法。這為接觸尖構(gòu)件168具有與彈簧接觸元件(150)不同的冶金性能提供了可能性。例如，彈簧接觸元件(150)的冶金性能，按其機(jī)械(如彈性，彈力)特性和其導(dǎo)電的綜合能力是適用的，而安裝于其上的接觸尖構(gòu)件168的冶金性能，適合用于與被接觸的電子部件(見下文例422)的端子(見下文例420)產(chǎn)生極好的電氣連接，并且如果需要的話，可以有極好的耐磨性。
制造接觸構(gòu)件象上文中所述的接觸元件，難以按這里所說的尺度(尺寸)，由金屬片彈簧材料沖壓而成，并以精確的位置安裝在諸如空間變壓器的電子部件上。
按照本發(fā)明的一方面，使用象光刻這樣的方法制造具有容差的本發(fā)明彈簧接觸元件，無論是彈簧本身還是多個彈簧的相對位置，都適合供微間距微電子器件方面互連使用。
圖2A-2J說明制造上述彈簧接觸構(gòu)件100(150)的一種典型方法200。本方法不限于這種典型方法。
如圖2A中所示，從適用的消耗基底202開始，如硅圓片，在該基底的表面上加有一層氮化硅(氮化物)204。在該方法的下一步驟中，這層204起止蝕作用。在氮化物層204上施加掩膜材料層206，例如光刻膠，并采用普通光刻技術(shù)(例如光化性光通過掩膜)成像和顯影。
本發(fā)明的范圍包括從包括硅、鋁、銅、陶瓷等的一組材料中選出基底材料。例如，呈硅半導(dǎo)體圓片形的硅?；虺时∑虮“逍蔚匿X或銅。或呈在另一基底上的一層形式的鋁或銅。消耗基底也可以是“包覆”(多層)結(jié)構(gòu)，例如銅-殷鋼-銅或鋁-氧化鋁-鋁，并且優(yōu)選具有與部件的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)，而接觸構(gòu)件最終要安裝在該部件上。本文所述的例子，消耗基底的面對面“加工”適用于硅消耗基底。與本發(fā)明密切相關(guān)的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，很容易理解如何用其它材料(硅除外)加工的消耗基底實(shí)現(xiàn)類似結(jié)果。本發(fā)明的范圍包括可以用鈦-鎢合金加工成消耗基底，用過氧化氫容易蝕刻它。
采用普通化學(xué)蝕刻技術(shù)，可穿過層206和204在消耗基底202的表面上產(chǎn)生開口210，如圖2C中所示。在開口210的面積上，暴露出消耗基底的表面。層204、206的剩余(其余)部分204a和206a，即沒有被蝕刻除去的部分覆蓋消耗基底的表面。
另一種方法，如圖2B中所示，使用其它的技術(shù)，例如包括激光，E-射線等的已知技術(shù)，可以除去光刻膠206的所選部分，采用化學(xué)蝕刻方法可以除去氮化物層204的最終暴露(不再覆蓋)部分，其結(jié)果可以在消耗基底表面上產(chǎn)生開口210，如圖2C中所示。采用激光除去掩膜層206的部分(其它部分206a是其余部分)，提供了得到有更精細(xì)控制的縱橫比的開口210的可能性，例如，在開口中獲得較陡和較深，更垂直的側(cè)壁。
在方法200的下一步驟中，如圖2D中所示，采用已知的選擇性蝕刻的化學(xué)方法，在開口210中通過氮化物層204蝕刻消耗基底202。例如，使用氫氧化鉀(KOH)可以選擇地蝕刻硅基底(相對于氮化物)。這會在基底202上產(chǎn)生溝槽220，其深度對應(yīng)于前述梯級高度“d2”(見圖1A)。同樣地，在使用硅園片作為基底202的情況中，如可能是基底的晶體結(jié)構(gòu)所固有或受其控制，溝槽的側(cè)壁222將有利地呈現(xiàn)一個非直角“θ”，例如54.74°(不是90°)。例如，有一個(100)晶體取向的硅基底，蝕刻時會蝕刻在(111)平面。
產(chǎn)生溝槽220以后，優(yōu)選除去止蝕層204的剩余部分204a。
在方法200的下一步驟里，如圖2E中所示，重復(fù)有關(guān)圖2A-2D所示和所述的前述步驟，在消耗基底上產(chǎn)生另一個溝槽230，它縱向偏離并鄰接溝槽220。另一方面，在以前加工的溝槽220的端部(右側(cè)，如圖所示)，可以加工溝槽230。換句話說，在止蝕層上施加一個止蝕層224(對照204)和一個掩膜層(沒表示，對照206)，產(chǎn)生一個通過掩膜層和止蝕層的開口，并蝕刻基底。這在基底202上會產(chǎn)生一個溝槽230，其深度對應(yīng)于前述梯級高度“d1”(見圖1A)。同樣地，如上文所述，在使用硅園片作為基底202的情況中，溝槽230的側(cè)壁232將有利地是“傾斜的”，而不是垂直的。
在方法200的下一步驟里，如圖2F中所示，重復(fù)有關(guān)圖2A-2D所示和所述的前述步驟，在消耗基底202第二溝槽230的底部產(chǎn)生一個有一定形狀的穴坑(凹陷)240(對照圖1D的“d3”)。(選擇術(shù)語“穴坑”作為對所得突出部分(108)之“反向”的補(bǔ)充，在所得到的彈簧接觸元件上將制造突出部分(108)。該部分240也可看作“凹陷”，“切槽”、“凹槽”或“凹雕”。)換句話說，在止蝕層上施加止蝕層234(對照204，224)和掩膜層(沒表示，對照206)，產(chǎn)生一個通過掩膜層和止蝕層的小開口，并蝕刻基底。穴坑240適于采用倒錐形狀(如圖所示)并且，如上文所述，可能有適當(dāng)成硅晶體角的側(cè)面。從以下說明不難看出，這個穴坑240將形成上文所述接觸構(gòu)件100上的拓?fù)洳糠?08(錐形、截錐形等)。最后，除去氮化物層234。
溝槽220和230中每一個都可看作大總槽的“分槽”，它也包括凹陷240。
圖2A-2F中所述步驟，說明用于在其上制造彈性接觸構(gòu)件的消耗基底的制備。上文中所述的某些步驟按照與所述順序不同的順序進(jìn)行，是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。例如，加工溝槽220之前可以加工溝槽230。
此外說明，其上已形成有源器件的硅園片上能夠執(zhí)行上文所述方法，這是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。但是，顯然，溝槽(220和230)和部分(240)的加工可能完全破壞有源器件，除非(i)它們形成在不含有源器件的硅片區(qū)上，或(ii)在一個消耗基底上制造彈簧接觸元件，然后連接到有源器件上(見下文圖4A-4B)，或(iii)對該硅片表面首先施加一層適于起到上文中所述消耗基底(202)功能的材料。
如上文所述，消耗基底已作出，一個第一溝槽220，它低于(伸入)該基底表面，一個更低(更深地伸入)的第二溝槽230，與第一溝槽220鄰接(端靠端)，和在第二溝槽230中的一個穴坑(反向突起，凹陷)240，它伸入基底還要深。在這些溝槽中將制造接觸元件，然后需要從這些溝槽中“脫模”。
在方法200的下一步驟里，如圖2G中所示，在基底202上覆蓋沉積，如通過噴涂，一層或幾層金屬。例如，噴涂一層鋁252接著噴一層銅254。這些涂層典型的厚度是·第一層252是5000-50,000，優(yōu)選20；和·第二層254是1000-50,000，優(yōu)選5,000。
這些涂層252和254的一般目的是·第一層252是按其作為“脫?！睂?下文加以說明)的最終用途選擇的一種材料(例如鋁)；和·第二層254對于接繼層(256，下文加以說明)的沉積起一個“晶種”層作用，并且在前一層為鋁層252的情況下，將防止由于除去上述“脫?！睂?52而造成接繼層256污染。脫模過程中，這層可能從最后的彈簧接觸元件上除去并可能起保護(hù)“覆蓋”作用。
總的說，層252和254被組合在消耗基底上，組成一個“脫模機(jī)構(gòu)”，在消耗基底上制成彈簧接觸元件并將其安裝在電子部件的端子上以后，它們使得消耗基底可被拆去。
形成最終接觸構(gòu)件(100，150)的金屬材料，可以采用任何適用的技術(shù)沉積在溝槽和其中的部分中，這些技術(shù)包括但不限于涉及從水溶液中沉積物質(zhì)的各種方法；電鍍；化學(xué)鍍；化學(xué)氣相沉積(CVD)；物理氣相沉積(PVD)；通過誘導(dǎo)液體或固體先驅(qū)物分解引起物理沉積的方法；以及類似方法，所有這些沉積物質(zhì)的技術(shù)都是眾所周知的。電鍍是一般優(yōu)選的技術(shù)。
下一步如圖2H所示，在基底上施加掩膜層258(對照206)，如光敏抗蝕劑，并形成一個開口260，其尺寸相應(yīng)于所得彈簧接觸元件(見圖1A和1B)的長度“L”和寬度(“W1”和“W2”，和它們之間的寬度)。采用任何適用的方法，例如適用于諸如鎳的物質(zhì)的電鍍法，在開口260中先前施加的層252和254的頂上，沉積較厚的“構(gòu)架”金屬層256。這層256用于控制(支配)所得彈簧接觸元件(100)的機(jī)械特性。開口260包括溝槽220，溝槽230，凹陷240以及靠近并鄰接第一溝槽220的基底202的一部分。
這層256的典型平均厚度((t1+t2)/2)是1-10mils，優(yōu)選15mils。適合層256的材料，例如鎳及其合金，已在上文中加以陳述。
接觸構(gòu)件的組成可以包括附加層，這也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，沉積層256以前，可能沉積一層選擇的材料，按其導(dǎo)電率，低接觸電阻，可焊性等良好的電氣特性和耐腐蝕性進(jìn)行選擇。例如，金或銠(兩者都是極好的接觸材料)，鎳-鈷(一種良好的焊接材料)，金(另一種良好的焊接材料)，和類似材料。
在方法200的下一步驟里，如圖2I中所示，除去掩膜層258，暴露出層252和254。這些層可采用適當(dāng)選擇的化學(xué)方法進(jìn)行蝕刻，因此保留在基底上的只是一個延伸構(gòu)件270(對照100)，它具有一端272(對照102)，另一端274(對照104)、中心部分276(對照106)以及在其端部274上的凸起的拓?fù)洳糠?78(對照108)。這個延伸構(gòu)件270就是得到的彈簧接觸元件。
圖2J是得到的構(gòu)件270的另一個剖視圖，仍留在基底上，為了說明清楚省去了層252和254。這個構(gòu)件270和圖1A的彈簧接觸元件100之間的類似性是顯而易見的。
本發(fā)明密切相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到，在消耗基底上的多個位置上可以很容易執(zhí)行上述方法，在基底202上的多個精確控制的預(yù)定位置上進(jìn)行制造，從而得到多個接觸構(gòu)件(270)。
為了說明清楚，該方法已經(jīng)就在一個位置上制造一種典型構(gòu)件270加以說明。
更確切地說，不采用一個基底具有多個溝槽，每個溝槽對應(yīng)于一個最后得到的接觸元件，而采用一個消耗基底可制出很寬一組溝槽(220，230，240)，然后沉積金屬(252，254，256)，然后進(jìn)行附加最后的掩膜和蝕刻步驟以限定各個接觸部件，這是在本發(fā)明的范圍以內(nèi)的。這樣一個方法看上去類似于上文有關(guān)圖2A-2G所述的方法，接下來包覆沉積金屬(256)層，接下來掩膜和蝕刻以限定各個接觸元件。
另一種實(shí)施方案圖3A和3B說明采用上述技術(shù)制造接觸構(gòu)件300多種可能的實(shí)施方案中的另一種。代替平連接翼片(見110)，在接觸構(gòu)件300的基座部分304上制出一個截錐狀的連接部分(柱狀)310作為連接部分。在基底上，例如空間變壓器，安裝接觸構(gòu)件300時，組裝期間這個柱310將允許一定的偏心容差。接觸構(gòu)件300的其余部分和上文關(guān)于接觸構(gòu)件270所作的說明相差不大，換句話說，中心主體306(對照276)，接觸端部分304(對照274)，和部分308(對照278)。
因此，這里已顯示了在消耗基底上制造細(xì)長彈性(彈簧)互連(接觸)元件的方法。這可以認(rèn)為是一種“中間”產(chǎn)品，等待進(jìn)一步應(yīng)用，如下選擇方案A這些彈簧接觸元件可以簡單地從消耗基底上拆下，得到“彈簧葉片”，它可以被連接，例如用自動設(shè)備，到電子部件上，然而用平版印刷(即達(dá)到很高精度)使多個彈簧接觸元件彼此間定位的好處可能會喪失。
選擇方案B在電子部件上安裝彈簧接觸元件更具“活力”的技術(shù)在下文中就圖4A-4C加以說明，該技術(shù)涉及接觸構(gòu)件在住留消耗基底上并將其安裝在(通過基座端)電子部件或基底上之后，拆除消耗基底。
除去消耗基底關(guān)于上文所述可選擇方案中的任何一個(“A”或“B”)，為了除去消耗基底必須使用適當(dāng)?shù)姆椒?即從接觸元件住留在其上的消耗基底中脫模出所制造的接觸元件)。典型適用的方法包括但不限于·化學(xué)蝕刻以從消耗基底(202)上脫模接觸構(gòu)件(例如270)。如上所述，鋁層252容易被選擇性蝕刻，引起接觸構(gòu)件270與基底202分離。(在這種方法中銅層254有助于防止污染層256，并且最終可以從分離的接觸構(gòu)件270上酸洗掉)。
·代替上述鋁和銅層，使用彼此之間不浸潤和/或加熱時滾成球的材料層(例如，鉛、銦，錫)，然后加熱基底202引起接觸構(gòu)件270從其上脫離。
將接觸構(gòu)件安裝到基底上如上文中所述，可以把在消耗基底上(例如202)制造的多個接觸構(gòu)件(例如270)安裝到(固定在)另一個基底或電子部件上，例如空間變壓器上。
圖4A說明技術(shù)400，其中在一個消耗基底(對照202)上已經(jīng)制造了多個(顯示若干中的兩個)接觸構(gòu)件402(對照100、150，270、300)。使接觸構(gòu)件402的基座端部分(對照310)與電子部件408相應(yīng)個數(shù)的端子406接觸，例如上述探針板組件的空間變壓器，在其上用適當(dāng)?shù)能浐噶匣蜮F焊料410把基座端部分焊在端子406上。
本發(fā)明的范圍包括使用任何適用技術(shù)和/或材料把接觸構(gòu)件(402)的基座端部分固定到電子部件的端子上，包括硬釬焊、電焊(例如點(diǎn)焊)，軟釬焊，導(dǎo)電環(huán)氧樹脂，以任何適用方法把接觸構(gòu)件放在端子上并用鍍敷等方法(例如電鍍)把接觸構(gòu)件牢靠地固定在端子上。
現(xiàn)在用任何適用的方法，例如上文中所述的那些方法(例如化學(xué)蝕刻、加熱)除去消耗基底404，得到一個在其上固定了彈簧接觸元件(402)的電子部件(408)，如圖4B中所示。
如圖4B中清楚地表示，多個延伸彈簧接觸元件可以被安裝在其表面上有多個端子的電子部件上。每個彈簧接觸元件有一個基座端和一個對著該基座端的接觸端，彈簧接觸元件通過它的基座端安裝固定在電子部件的相應(yīng)端子上。每個彈簧接觸元件的接觸端延伸在電子部件的表面上，達(dá)到橫向偏離其基座端的位置。
如上所述，安裝上之后，接觸構(gòu)件402(對照100)有一個“有效”長度“L1”，這是尖端部分(對照108)和基座端(對照102)被固定在部件408上最向內(nèi)的位置之間的長度?！坝行А遍L度表示在該長度上，接觸構(gòu)件隨著施加在其尖端上(例如在尖端部分)的壓縮力可以彎曲。
圖4C表示對本發(fā)明的彈簧接觸元件(彈性接觸構(gòu)件)的一種應(yīng)用，其中彈簧接觸元件按圖4B所述的方法已經(jīng)安裝在一個探針板組件(未示出)的空間變壓器(408)上，因此，其接觸端(對照304)上的接觸部分(對照308)與電子部件420的端子422進(jìn)行壓力連接，電子部件可以是半導(dǎo)體器件，或包含多個半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體園片(未示出)區(qū)域。如上所述，見圖1E，將分開和分立的接觸尖構(gòu)件(168)固定在彈簧接觸部件的接觸端部分上是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。
本發(fā)明的范圍包括在其上安裝構(gòu)件402的基底(部件)，例如圖4C中所示的部件408是有源部件，如ASICS。
本發(fā)明的范圍也包括，如圖4C中所示，構(gòu)件(例如402)被安裝在其上的部件或基底可以設(shè)置相鄰(如圖所示)或分段接地平面以控制阻抗。這樣的接地平面可能包括多條接地線412正對構(gòu)件402的下方，但是必須保證該構(gòu)件尖端彎曲的足夠間隙。另一方面，接地平面412可用絕緣層覆蓋。另一種方法可能是在基底408的表面上布置接地平面線414，稍微偏離(例如在X-軸方向1mil)構(gòu)件402的下方，并平行于該構(gòu)件放置。
圖4D表示本發(fā)明的另一個實(shí)施方案440，其中在基底或部件444(對照408)的表面上加工出一個凹槽(溝槽)442，基底或部件上面安裝了接觸構(gòu)件450(對照402)。溝槽442所處的位置使它至少在接觸構(gòu)件的接觸端部分454(對照104)的下方，優(yōu)選延伸在彈簧接觸元件的鄰接中心體部分456(對照106)的主要部分下面。溝槽在基底444中深入一個適當(dāng)距離“d4”，以便工作時對著電子部件(見圖4c)推動接觸部分454時它可有一個更大的彎曲范圍。在圖4D中，示出了一個溝槽442在多個(顯示多個中的兩個)彈簧接觸構(gòu)件下面延伸。本發(fā)明的范圍包括，安裝在電子部件(444)上的多個彈簧接觸元件(450)中的每一個元件的下面都有一個分立的溝槽。
圖4E示出了本發(fā)明的另一個實(shí)施方案，其中借助從電子部件470表面延伸的柱472將彈簧接觸元件460安裝在電子部件470(對照444)上。彈簧接觸元件460的基座端462適當(dāng)?shù)睾冈谥?72上。柱472具有適當(dāng)?shù)母叨龋秶?-4mils。
圖4E也示出了本發(fā)明的另一個實(shí)施方案，其中彈簧接觸元件460加工成僅僅有一個梯級或偏移(而不是兩個梯級)。如圖中所示，基座端部分462與中心體部分466的偏移(對照圖1A中的“d2”)為零。換句話說，在本例中，基座端部分462與中心體部分466共面。由于基座端部分無偏移，將基座端462安裝在電子部件470表面上的柱472上，因此就可將主體部分466升到部件470表面之上。接觸端部分464(對照104)優(yōu)選地保持與中心體部分466偏移距離“d1”。按本圖的建議，可以結(jié)合、混合和匹配本發(fā)明的多種變化(另外的實(shí)施方案)，以獲得固定在電子部件上的彈簧接觸元件的理想布置。
圖4F示出了本發(fā)明的另一個實(shí)施方案，其中彈簧接觸元件(接觸構(gòu)件)480加工成沒有任何梯級或偏移(而不是一或兩個梯級)。象上述例子一樣，基座端部分482與中心體部分486的偏移(對照圖1A中的“d2”)是零，基座端部分482與中心體部分486共面。由于基座端無偏移，將基座端482安裝在電子部件490表面上的柱492上，因此就可將主體部分486升到部件490表面之上。同樣，接觸端部分484(對照104)與中心體部分486的偏移(對照圖1A中的“d1”)是零，并且接觸端部分484與中心體部分486共面。由于接觸端部分沒有偏移，可以在接觸端484上固定(例如通過釬焊來連接)一個預(yù)制的接觸尖構(gòu)件488(對照168)，這樣主體部分486將會離開接觸構(gòu)件480接觸的部件(未示出，對照420)。
探測應(yīng)用圖5說明一種應(yīng)用，其中如上文所述的多個彈簧接觸元件500布置在一個基底上，例如一個空間變壓器上，并用上文所述方法固定在其上，因此按適合與半導(dǎo)體器件的結(jié)合墊進(jìn)行接觸的方式布置它們的接觸端，半導(dǎo)體器件沿其周邊排布有結(jié)合墊。
每個接觸元件500(對照100)有基座端502(對照102)和接觸端504(對照104)，并且安裝在探針板組件的電子部件，例如一個空間變壓器部件上(用虛線510示意)。接觸端504彼此靠近，其方式與電子部件(用虛線520簡單表示)，例如半導(dǎo)體器件的結(jié)合墊522(用小園簡單表示)的排列方式相同。彈簧接觸元件500從它們的接觸端504呈“扇形擴(kuò)展”，因此它們的基座端502比它們的接觸端504以更大的間距(彼此的間隔)排布。
圖6示出了另一個應(yīng)用，其中如上文所述的多個彈簧接觸元件600安排在一個基底，如空間變壓器上，并以上文所述的方法固定于其上，這樣它們接觸端的位置適與一個半導(dǎo)體器件的結(jié)合墊進(jìn)行接觸，半導(dǎo)體器件結(jié)合墊沿其中心線排成一行。
總體用參考號600標(biāo)注的每個彈簧接觸元件(對照100)有基座端602(對照102)和接觸端604(對照104)，并安裝在探針板組件(未示出)的電子部件，例如空間變壓器部件上(用虛線610簡單表示)。接觸端604彼此靠近，其方式與電子部件，例如半導(dǎo)體器件(用虛線620簡單表示)的結(jié)合墊622(用小園簡單表示)的排列方式相同。彈簧接觸元件600按下列順序安排·第一彈簧接觸元件600a比較短(例如具有長度60mils)，并布置成伸向電子部件620的一側(cè)(右側(cè)，如圖所示)；·第二彈簧接觸元件600b鄰近第一彈簧接觸元件600a，它也比較短(例如具有長度60mils)，并布置成伸向電子部件620的相對側(cè)(左側(cè)，如圖所示)；·第三彈簧接觸元件600c鄰近第二彈簧接觸元件600b，它比較長(例如具有長度80mils)，并布置成伸向電子部件620的一側(cè)(右側(cè)，如圖所示)；和·第四彈簧接觸元件600d鄰近第三彈簧接觸元件600c，它也比較長(例如具有長度80mils)，并布置成伸向電子部件620的相對側(cè)(左側(cè)，如圖所示)。通過這種方式，接觸端604以和結(jié)合墊622相應(yīng)的微間距布置，而基座端602以彼此相隔較大的間距布置。
只顯示兩種不同長度的接觸構(gòu)件僅僅是示例性的，并且應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明范圍包括具有兩種以上不同長度的多個彈簧接觸元件可以布置在一個共用基底上。只顯示兩種不同長度的接觸構(gòu)件僅僅是示例性的。
本發(fā)明的范圍包括，在圖5和6中說明的技術(shù)，在探測周邊或中心線(LOC)上的器件所要求的任何布置中，可以用于產(chǎn)生多個探頭(彈簧接觸元件)。
其它特征和實(shí)施方案在多個彈簧接觸元件安裝在一個基底上，它們的長度不同(見圖6)，并假設(shè)彈簧接觸元件的橫截面和冶金性能彼此相同的情況下，不同長度的彈簧接觸元件會明顯呈現(xiàn)不同的反作用力(彈性常數(shù)K)。
因此本發(fā)明的范圍包括，可以在各自的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)修整呈現(xiàn)不同彈性常數(shù)的多個彈簧元件的彈性常數(shù)，使它們彼此一致。
圖7A說明修整彈性常數(shù)的技術(shù)。在這個例子中，彈簧接觸元件700(對照450)通過它的基座端702(對照452)安裝在電子部件710(對照444)上。在電子部件710的表面上加工出溝槽712(對照442)，并且該溝槽從彈簧接觸構(gòu)件700的接觸端704(對照454)下方延伸，沿它的主體部分706(對照456)向彈簧接觸元件700的基座端702延伸至位置(點(diǎn))“P”，該位置離接觸端704一個規(guī)定的固定距離，例如60mils。在接觸端704向下施加一個力時，整個彈簧接觸元件700將彎曲(撓曲)，直到主體部分706在點(diǎn)“P”接觸溝槽712的端部，隨后只允許彈簧接觸元件的最外部分(從點(diǎn)“P”到端部704)發(fā)生撓曲。彈簧接觸元件的最外部分有一個“有效”長度“L1”。因此，不同長度的彈簧接觸元件間，對于所施加的接觸力的反應(yīng)可以被調(diào)整均勻(只要讓點(diǎn)“P”落在彈簧接觸元件的中心體部分內(nèi)某個位置上)。
圖7B說明修整彈簧常數(shù)的另一個技術(shù)。在這個例中，彈簧接觸元件720(對照450)通過它的基座端702(對照452)安裝在電子部件710(對照444)上。在電子部件730(對照710)的表面上，彈簧接觸構(gòu)件720位于基座端722和接觸端724之間，電子部件730的表面和彈簧接觸元件720的中心體部分726(對照706)之間的一個位置上加工出一個構(gòu)件732(對照712)，它沿其主體部分726(對照706)向彈簧接觸元件720的接觸端724延伸至位置(點(diǎn))“P”，位置“P”離接觸端724一個規(guī)定的固定距離，例如上述(參見圖7A)的規(guī)定距離。該構(gòu)件是適用的任何硬材料的壓條，例如放置在電子部件730表面上的玻璃或預(yù)切割的陶瓷環(huán)。在接觸端724向下施加一個力時，只允許彈簧接觸元件的最外部分(從點(diǎn)“P”到端部724)發(fā)生撓曲。和前述實(shí)施方案一樣，不同長度的彈簧接觸元件間，對所加接觸力的反應(yīng)可以被調(diào)整均勻。
圖7C說明修整彈性常數(shù)的又一個技術(shù)。在這個例子中，彈簧接觸元件740(對照720)通過它的基座端742(對照722)安裝在電子部件750(對照730)上。用類似于上述實(shí)施方案的構(gòu)件732的方法，在電子部件750的表面上加工出封裝構(gòu)件752(對照732)。但是，在這種情況下，構(gòu)件752完全封裝彈簧接觸構(gòu)件740的基座端742，并且沿其主體部分746(對照726)向其接觸端744延伸至位置(點(diǎn))“P”，位置“P”離接觸端744一個規(guī)定的固定距離，如上述(參見圖7B)的規(guī)定距離。彈簧接觸元件的最外部分有一個“有效”長度“L1”。和上述實(shí)施方案一樣，在接觸端744向下施加一個力時，只允許彈簧接觸元件的最外部分(從點(diǎn)“P”到端744)發(fā)生撓曲。和上述實(shí)施方案一樣，不同長度的彈簧接觸元件間，對于所加接觸力的反應(yīng)可被調(diào)整均勻。
圖7D說明修整彈性常數(shù)的又一個技術(shù)。在這個例子中，彈簧接觸元件760(對照740)通過它的基座端762(對照742)安裝在電子部件770(對照750)上。在此例中，主體部分766在位置(點(diǎn))“P”處被加工出一個“彎折”722，位置“P”離接觸端764一個規(guī)定的固定距離，例如上述(參照圖7C)規(guī)定的距離。彈簧接觸元件的最外部分有一個“有效”長度“L1”。和上述實(shí)施方案一樣，在接觸端744向下施加一個力時，只允許彈簧接觸元件的最外部分(從點(diǎn)“P”到端部744)發(fā)生撓曲。(可以選定彎折772的尺寸和形狀，以使得在彎折772接觸部件770的表面以前，整個構(gòu)件稍微撓曲，彎折772接觸部件770以后只有彈簧元件的最外部分繼續(xù)撓曲)。和上述實(shí)施方案一樣，不同長度的彈簧接觸元件間，對于所加接觸力的反應(yīng)可以被調(diào)整均勻。
采用其他技術(shù)以使具有不同總長度(“L”)的接觸元件間彈性常數(shù)“均勻化”，是在本發(fā)明范圍內(nèi)的。例如，為了達(dá)到這種理想結(jié)果，它們的寬度和/或楔角“α”可以彼此不同。
替代的實(shí)施方案上文中所示和說明的彈簧接觸元件都是細(xì)長和直線的(沿Y-軸放置)，一般最適合允許Z-軸上(即垂直于它們安裝在其上的部件或基底)的運(yùn)動(撓曲)。
得到的彈簧接觸元件中包含附加的“維數(shù)”和運(yùn)動的相應(yīng)附加自由度，是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。
圖8A示出了按照上文所述技術(shù)制成的彈簧接觸元件800，例外(顯著不同)的是該接觸元件的中心體部分806(對照106)不是直的，盡管它仍可以放在一個平面上(例如X-Y平面)，圖中示出當(dāng)沿X-軸輕推時同時橫穿Y-軸，在這種情況中，基座端802(對照102)將會有不同于接觸端804(對照104)或設(shè)置在接觸端804上的接觸部分808(對照108)的X-坐標(biāo)。
圖8B示出了在很多方面類似于圖8A的彈簧接觸元件800的彈簧接觸元件850，不同的是除在中心部分856和接觸端部分854(對照804)之間有梯級外，在中心體部分856(對照806)和基座部分852(對照802)之間也有一個梯級。圖中示出，接觸元件850在其接觸端854上有一個接觸部分858(對照808)。
受控阻抗為了用于探測半導(dǎo)體器件，特別是速度測試，彈簧接觸元件具有受控阻抗是有益的。
圖9A-9C說明按照本發(fā)明在彈簧接觸元件中實(shí)現(xiàn)受控阻抗的技術(shù)900。
在第一步中，見圖9A，彈簧接觸元件900(對照700)通過它的基座端902(對照702)安裝在諸如探針板組件的空間變壓器之類的電子部件910(對照710)的端子912上。接觸尖端904(對照704)升高到部件910的表面以上，并且在圖中還示出了一個接觸部分。在基座端和尖端之間是彈簧接觸構(gòu)件的中心體部分906(對照706)。
在下一步中，見圖9B，彈簧接觸元件的尖端904被罩上(未示出)，并且把適當(dāng)薄的(例如1-10μm)絕緣層920，例如聚對亞苯二甲基，涂覆在除尖端904以外的彈簧接觸元件的所有表面上以及電子部件相鄰的表面上，例如采用汽相沉積法。
在下一步中，見圖9B，在彈簧接觸元件的尖端904仍被罩住時(未示出)，將適當(dāng)薄的(例如小于0.25mm)導(dǎo)電材料層922，例如文中所述的導(dǎo)電金屬材料，涂覆在除尖端904外整個彈簧接觸元件上和電子部件相鄰的表面上，例如采用濺鍍法。最后，除去尖端904的罩。這就導(dǎo)致彈簧接觸元件的中心體部分906被導(dǎo)電層922包封，彈性接觸元件與金屬層之間有絕緣層920。
導(dǎo)電層922被適當(dāng)接地，起接地平面作用并控制得到的彈簧接觸元件的阻抗。例如，見圖9B，部件910裝備了第二端子914，它電氣接地。施加絕緣層920以前，端子914與彈簧接觸元件的尖端904一起被罩上，因此接下來的導(dǎo)電層922也會沉積在其上并被連接在其上。
顯然，層920和922只需要是足夠連續(xù)和提供所需的受控阻抗，它們不應(yīng)太厚以致影響彈簧接觸元件的機(jī)械操作。圖9B和9C中的圖形沒有按比例畫出。
雖然在附圖和以前的說明中詳細(xì)地圖解和說明了本發(fā)明，本文同樣可看作解釋并且無相應(yīng)限制-不言而喻，已經(jīng)展示和說明的只有優(yōu)選實(shí)施方案，并且進(jìn)入本發(fā)明精神范圍內(nèi)的所有變化和改進(jìn)都要求得到保護(hù)。與本發(fā)明密切相關(guān)方面的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解有關(guān)上文陳述“主題”的很多其它“變化”，并且和本文中所公開的，這些變化均被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍以內(nèi)。
例如，得到的彈簧接觸元件無論它們留在消耗基底上，還是將它們安裝在其它基底或電子部件上時，都可以進(jìn)行熱處理以增強(qiáng)其機(jī)械特性。同樣，任何伴隨安裝彈簧接觸元件到部件上的加熱(例如用釬焊)，都可以方便地用來進(jìn)行彈簧接觸元件材料的“熱處理”。
例如，不在消耗基底上進(jìn)行蝕刻，采用在基底上涂覆多層光刻膠(掩蔽材料)，在其上形成開口，對開口引晶以電鍍等，在開口中堆積金屬物質(zhì)，最后除去光刻膠，也可以制造類似的彈簧接觸元件。這樣的技術(shù)可能特別適用于在有源半導(dǎo)體器件上直接制造彈簧接觸元件。
例如，本發(fā)明的范圍中包括，接觸構(gòu)件可以在有源半導(dǎo)體器件上制造或連接于其上。
權(quán)利要求
1.一種微電子彈簧接觸元件，包括長度為“L”的細(xì)長件，它具有基座端部分，與基座端部分相對的接觸端部分，以及鄰接基座和接觸端部分的中心體部分；接觸端在第一方向上偏離中心部分一距離“d1”；基座端在相對第一方向的第二方向上偏離中心部分一距離“d2”；其特征在于基座端部分適于安裝在一個第一電子部件上；尖端部分適于與一個第二電子部件進(jìn)行壓力連接。
2.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于距離“d1”距離是3-15mils。
3.權(quán)利要求2的微電子彈簧接觸元件，其特征在于距離“d1”約為7mils。
4.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于距離“d2”范圍是0-15mils。
5.權(quán)利要求4的微電子彈簧接觸元件，其特征在于距離“d2”約為7mils。
6.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于距離“d1”范圍是3-15mils；距離“d2”范圍是0-15mils。
7.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于彈簧接觸元件的基座端部分比接觸端部分更厚。
8.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于基座端部分的厚度“t1”范圍在1-10mils。
9.權(quán)利要求8的微電子彈簧接觸元件，其特征在于基座端部分的厚度“t1”范圍在2-5mils。
10.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于尖端部分的厚度“t2”范圍在1-10mils。
11.權(quán)利要求10的微電子彈簧接觸元件，其特征在于尖端部分的厚度“t2”范圍在1-5mils。
12.權(quán)利要求7的微電子彈簧接觸元件，其特征在于彈簧接觸元件有一個厚度楔角“β”，范圍在0-30度。
13.權(quán)利要求12的微電子彈簧接觸元件，其特征在于彈簧接觸元件有一個厚度楔角“β”，范圍在0-6度。
14.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于彈簧接觸元件的基座端部分比接觸端部分更寬。
15.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于基座端的寬度“W1”范圍在3-20mils。
16.權(quán)利要求15的微電子彈簧接觸元件，其特征在于基座端部分的寬度“W1”范圍在8-12mils。
17.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于尖端部分的寬度“W2”范圍在1-10mils。
18.權(quán)利要求17的微電子彈簧接觸元件，其特征在于尖端部的寬度“W2”范圍在2-8mils。
19.權(quán)利要求14的微電子彈簧接觸元件，其特征在于彈簧接觸元件有一個寬度方向的楔角“α”，范圍在2-6度。
20.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于彈簧接觸元件的基座端部分比接觸端部分更厚；彈簧接觸元件的基座端部分比接觸端部分更寬；彈簧接觸元件有一個厚度楔角“β”，范圍在0-6度；彈簧接觸元件有一個寬度方向的楔角“α”，范圍在2-6度。
21.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于長度“L”范圍在10-1000mils。
22.權(quán)利要求21的微電子彈簧接觸元件，其特征在于長度“L”范圍在60-100mils。
23.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于細(xì)長件有一個總高度“H”，它是“d1”，“d2”及該件中心體部分的厚度之和；總高度“H”范圍在4-40mils。
24.權(quán)利要求23的微電子彈簧接觸元件，其特征在于總高度“H”范圍在5-12mils。
25.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于細(xì)長件有一個總高度“H”，它是“d1”，“d2”及該件中心體部分的厚度之和；長度“L”是總高度“H”的大約至少5倍。
26.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸部件，其特征在于細(xì)長件有一個總高度“H”，它是“d1”，“d2”及該件中心體部分的厚度之和；距離“d1”是總高度“H”尺寸的1/5-1/2。
27.權(quán)利要求l的微電子彈簧接觸元件，其特征在于細(xì)長件有一個總高度“H”，它是“d1”，“d2”及該件中心體部分的厚度之和；該件基座端部分具有寬度“W1”；該件接觸端部分具有寬度“W2”；寬度“W2”是總高度“H”尺寸的1/10-1/2。
28.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，其特征在于接觸端部分設(shè)置了整體的突起部分。
29.權(quán)利要求28的微電子彈簧接觸元件，其特征在于整體的突起部分呈錐形或截錐形。
30.權(quán)利要求28的微電子彈簧接觸元件，其特征在于整體的突起部分突出接觸端部分的表面高度“d3”，其范圍在0.25-5mils。
31.權(quán)利要求30的微電子彈簧接觸元件，其特征在于突出高度“d3”為3mils。
32.權(quán)利要求1的微電子彈簧接觸元件，進(jìn)一步包括安裝在接觸端部分上的一個單獨(dú)的不同的接觸尖構(gòu)件。
33.權(quán)利要求32的微電子彈簧接觸元件，其特征在于接觸尖構(gòu)件具有與彈簧接觸元件不同的冶金性能。
34.一個電子部件，包括電子部件在其表面上有多個端子；多個延伸彈簧接觸元件，每個都有一個基座端和一個相對基座端的接觸端，通過它們的基座端安裝在端子上，它們的接觸端在該電子部件表面上方延伸至橫向偏離相應(yīng)基座端的位置。
35.權(quán)利要求34的電子部件，進(jìn)一步包括在電子部件表面上加工出的凹槽，它從相應(yīng)的彈簧接觸元件的下方向該彈簧接觸元件的基座端延伸，該凹槽允許接觸端撓曲到電子部件的表面以下。
36.權(quán)利要求34的電子部件，進(jìn)一步包括在電子部件的表面上設(shè)置的一層剛性材料，該剛性材料從相應(yīng)的彈簧接觸元件基座端，部分地沿該彈簧接觸元件的中心部分，向彈簧接觸元件的接觸端延伸。
37.權(quán)利要求34的電子部件，進(jìn)一步包括封裝彈簧接觸元件一部分的材料，該元件包括基座端和其鄰接的中心體部分的一部分，接觸端和與之鄰接的中心體部分的其余部分沒有封裝該彈簧接觸元件的材料對其封裝。
38.電子互連裝置，包括消耗基底；和駐留在該消耗基底上的多個彈簧接觸元件；其特征在于，工作時，可以把該彈簧接觸元件整體安裝在電子部件的端子上。
39.權(quán)利要求38的電子互連裝置，其特征在于消耗基底是一種與硅的熱膨脹系數(shù)匹配的材料。
40.權(quán)利要求38的電子互連裝置，其特征在于消耗基底是從包括硅、鋁、銅、陶瓷，銅-殷鋼-銅，和鋁-氧化鋁-鋁的一組材料中選出的一種材料。
41.權(quán)利要求38的電子互連裝置，進(jìn)一步包括消耗基底中的脫模機(jī)構(gòu)，工作時，它允許彈簧接觸元件安裝在電子部件的端子上以后，除去消耗基底。
42.在一個電子部件的端子上安裝多個彈簧接觸元件的方法，包括在一個消耗基底上制造多個彈簧接觸元件；接下來，當(dāng)彈簧接觸元件留在該基底上時，將該彈簧接觸元件安裝在一個電子部件的端子上；在該彈簧接觸元件安裝到該電子部件的端子上以后，除去該消耗基底。
43.權(quán)利要求42的方法，其特征在于電子部件是一個空間變壓器。
44.制造多個彈簧接觸元件的方法，這些元件彼此保持預(yù)定的空間關(guān)系，該方法包括在一個消耗基底的表面上形成多個溝槽；在溝槽中沉積至少一層金屬材料，每個溝槽中的金屬材料代表多個彈簧接觸元件中的一個；其特征在于每個彈簧接觸元件都是細(xì)長的，并且形成比接觸元件的中心體部分在消耗基底表面上更深的接觸端部分，從而在接觸端部分和中心體部分之間形成一個梯級。
45.權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包括每個溝槽包括在消耗基底表面上形成的至少兩個鄰接的局部溝槽，兩個局部溝槽中的第一局部溝槽處于第一深度，兩個局部溝槽中的第二局部溝槽處于第二深度，它比第一深度更深，因此得到的接觸元件有至少一個梯級。
46.權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包括在沉積至少一層金屬材料以前，在鄰近溝槽的一端形成一個凹陷。
47.權(quán)利要求44的方法，進(jìn)一步包括在消耗基底上制造出彈簧接觸元件以后，把它們安裝到一個電子部件上，然后除去消耗基底。
48.把多個彈簧接觸元件安裝到一個微電子部件上的方法，包括提供多個細(xì)長彈簧接觸元件，每個都有一個基座端，一個接觸端，以及其間的中心體部分；和把彈簧接觸元件的基座端安裝到一個電子部件上相應(yīng)的端子上，該接觸元件的接觸端在該電子部件表面上方伸展。
49.權(quán)利要求48的方法，其特征在于電子部件是探針板組件的一個空間變壓器。
50.權(quán)利要求48的方法，其特征在于電子部件是一個半導(dǎo)體器件。
51.在硅基底上形成微電子彈簧接觸元件的方法，包括在硅基底的表面上設(shè)置硅氮化物的包覆層；產(chǎn)生多個通過硅氮化物層的開口，從而暴露出硅基底的表面；在開口范圍內(nèi)蝕刻硅基底，以形成相應(yīng)的多個第一溝槽，每個溝槽延伸到該硅基底表面以下的第一深度；掩蔽第一溝槽的一部分；在第一溝槽沒有掩蔽的部分上蝕刻該硅基底，形成相應(yīng)的多個第二溝槽，每個第二溝槽延伸到硅基底表面下的第二深度，該深度比第一深度更深；在第一和第二溝槽中沉積金屬材料，沉積在每個第一溝槽和相應(yīng)的第二溝槽中的金屬材料，成為多個得到的微電子彈簧接觸元件中的一個。
52.權(quán)利要求51的方法，進(jìn)一步包括在第一和第二溝槽中沉積金屬材料時，在硅基底表面的一部分上沉積金屬材料，這部分鄰近并與第一溝槽鄰接。
53.權(quán)利要求52的方法，進(jìn)一步包括在沉積金屬材料以前，在第一和第二溝槽中以及硅基底的鄰接相鄰部分上沉積一層脫模層，該脫模層用于使得到的微電子彈簧接觸元件從基底上取下來。
全文摘要
采用在一個消耗基底上形成的開口中沉積至少一層金屬材料的方法制造彈簧接觸元件。開口可以在基底的表面內(nèi),或在基底表面上沉積的一層或多層之中。每個彈簧接觸元件都有基座端部分,接觸端部分,和中心體部分。接觸端部分在Z－軸方向偏離(在不同高度)中心體部分?；瞬糠謨?yōu)選沿Z－軸在相反方向上偏離中心體部分。用該方法,就在消耗基底上按規(guī)定的彼此空間關(guān)系制造出多個彈簧接觸元件。彈簧接觸元件適合通過它們的基座端部分安裝到電子部件上相應(yīng)的端子上,例如空間變壓器或半導(dǎo)體器件,隨后除去消耗基底,因此彈簧接觸元件的接觸端在電子部件的表面上方延展。在典型的應(yīng)用中,將彈簧接觸元件放置在探針板組件的空間變壓器上,因而它們的接觸端實(shí)現(xiàn)了與另一個電子部件上的相應(yīng)端子的壓力連接,從而達(dá)到探測該電子部件的目的。
文檔編號G01R1/073GK1197514SQ97190854
公開日1998年10月28日 申請日期1997年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月17日
發(fā)明者I·Y·汗德羅斯, B·N·埃爾德里奇, G·L·馬蒂厄, G·W·格魯貝 申請人:福姆法克特公司