JP2006508495A - Miniaturized contact spring - Google Patents
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Abstract
【課題】極めて小さいピッチを有するアレイに製作可能な小型化されたコンタクトスプリングの降伏強度および疲労強度を増大するための解決法を提供し、また、繰り返されるコンタクトに対して、小型化されたばねの信頼性に影響を及ぼさずに、ばね先端部にコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑えるための解決法を開示し、さらに、それらの寿命を著しく低下させることがなく相対的により大きな通電を可能にするばねを製作するための解決法を示し、また、信頼できるパッケージ製造のための無機または有機材料を有する、基板の対応している入出力パッドにダイボンディング端子を結合するために強いばねを製作する解決法を提供すること。
【解決手段】 本発明は、極めて小さいピッチを有する配列に製作可能である、小型化されたばねの降伏強度および疲労強度を増大するための解決法を提供する。それは、また、小型化されたばねの信頼性に影響を及ぼすことのない繰り返されるコンタクトに、ばね先端部にコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑えるための解決法を開示する。さらに、本発明は、また、それらの寿命を著しく低下させることがなく相対的により大きな通電を可能にするばねを製作するための解決法を示す。A solution is provided for increasing the yield strength and fatigue strength of miniaturized contact springs that can be fabricated in arrays with very small pitches, and for miniaturized springs against repeated contacts. Discloses a solution to minimize the adhesion of contact pad material to the spring tip without affecting reliability, and allows relatively greater energization without significantly reducing their lifetime A solution to fabricate the spring, and a strong spring to couple the die bonding terminal to the corresponding input / output pad of the substrate, which has an inorganic or organic material for reliable package manufacturing Providing a solution to make.
The present invention provides a solution for increasing the yield strength and fatigue strength of a miniaturized spring that can be fabricated in an array having a very small pitch. It also discloses a solution for minimizing the adhesion of contact pad material to the spring tip for repeated contacts that do not affect the reliability of the miniaturized spring. Furthermore, the present invention also presents a solution for making springs that allow relatively greater energization without significantly reducing their lifetime.
Description
本発明は、一般に非常に小型化されたばねに関する。より詳細には、本発明は、小型化されたコンタクトスプリングの一群と、これらのばねの降伏強度および疲労強度を増すための方法の一群とに関する。 The present invention generally relates to very miniaturized springs. More particularly, the present invention relates to a group of miniaturized contact springs and a group of methods for increasing the yield strength and fatigue strength of these springs.
小型化されたばねは、このような小型化されたばねのアレイでさえ10 μm未満のピッチで製作可能なので、テスト、バーンインおよびパッケージングのために、集積回路、PCB、インターポーザ、スペーストランスフォーマ(space transformer)、およびプローブ・チップ上のコンタクトパッドまたは入出力端子に対する電気的コンタクトとして広く使われていた。通常フォトリソグラフィによってパターニングされる、小型化された応力金属膜ばねは、アンカ部分とも呼ばれる、基板に取り付けられた固定部分と、最初は基板に取り付けられ、リリースされると、ばねの固有の応力勾配の結果として、基板から離れて三次元構造を形成するように延在する、自由部分とも呼ばれる、持ち上げられた部分とを有する。典型的に、膜内の応力勾配は、異なるプロセス条件の下でスパッタリングまたは電気めっきによる複数の薄膜層のシーケンシャルな堆積を通して生じる。応力金属ばねの典型的な実施例は、線図的に、図1aに示され、基板または電気部品103に取り付けられた電気的コンタクトまたは端子102と関連しているアンカ部分101と、ばね先端部105を備える自由部分104とを有する。このような構造の具体例は、特許文献1および特許文献2に開示されている。
Miniaturized springs can be fabricated with pitches of less than 10 μm even with such miniaturized arrays of springs, so integrated circuits, PCBs, interposers, space transformers for testing, burn-in and packaging , And electrical contacts to contact pads or input / output terminals on the probe tip. Miniaturized stress metal film springs, usually patterned by photolithography, are fixed parts attached to the substrate, also called anchor parts, and the inherent stress gradient of the spring when it is first attached to the substrate and released. As a result of having lifted portions, also called free portions, that extend away from the substrate to form a three-dimensional structure. Typically, stress gradients in the film occur through sequential deposition of multiple thin film layers by sputtering or electroplating under different process conditions. An exemplary embodiment of a stress metal spring is shown diagrammatically in FIG. 1a and includes an
他のタイプのばねは、個々にまたはグループで製作されおよびその後に基板に実装されたディスクリートなばね、例えばウェハテストまたはバーンイン・アセンブリで使用されるばねまたは半導体デバイスのような集積化された固体デバイスを有するばねを含む。更に他のタイプのこのようなばねは、特許文献3、特許文献4、特許文献5、および特許文献6のような特許文献で言及されているように、フォトリソグラフィを使用して、基板にまとめて製作される、これらカンチレバー・タイプのばねである。これらのばねの一部は、個々にまたはグループで犠牲基板上に製作され、そして、次に、ウェハテストまたはバーンイン・アセンブリにおいて使用される基板上へまたは半導体デバイスを有する基板上へ実装される。図1bは、犠牲層上の製作される典型的なフォトリソグラフィでパターニングされた支えなしで立っているタイプのカンチレバーばねの線図的断面図である。このばねは、基板203の電気的コンタクトパッド202に取り付けられた一方の端のベース領域201、ばねの他方の端のコンタクトチップ領域204、およびベース201とコンタクトチップ領域204とを接続しているばねの中央の本体205を有する。この種のばねの問題は、それらがあまりに長いということである。より短くかつより小さいばねは、例えば20〜50 μmの極めて小さいピッチを備えたコンタクト端子パッドを有する、現在および次世代の一部の集積回路のテストおよびバーンインにとって望ましい。
Other types of springs are discrete solids that are fabricated individually or in groups and then mounted on a substrate, such as integrated solid state devices such as springs or semiconductor devices used in wafer testing or burn-in assemblies Including a spring. Still other types of such springs can be integrated into the substrate using photolithography, as mentioned in patent documents such as US Pat. These cantilever-type springs are manufactured. Some of these springs are fabricated individually or in groups on a sacrificial substrate and then mounted on a substrate used in wafer testing or burn-in assembly or on a substrate having semiconductor devices. FIG. 1b is a diagrammatic cross-sectional view of a cantilever spring of the type standing on a typical photolithographically patterned support that is fabricated on a sacrificial layer. This spring includes a
より厚い金属コーティングを加えるために、フォトリソグラフィプロセスを使用して、より短いばねを製作する方法は、特許文献において定義されている。1つの方法は、特許文献7に記載されている。この方法は、電気めっきされたフォトレジストを使用し、金属が支えなしで立っているばね上にめっきされることを可能にする。しかしながら、150 μm未満のパッドピッチを備えるICをプローブするために必要とされる寸法で、支えなしで立っているばねは、コンプライアンス(compliance)に要求されるプローブ高さを著しく減らすことなく背面のフォトレジストを保持するには、充分な強度を有さない。また、フォト・プロセスのいかなる不均一性も、テスト中ICパッド上に留まるために必要な一様性の要求条件を満たすことができない不均一なばね高さに変わる。 Methods for making shorter springs using a photolithographic process to add a thicker metal coating are defined in the patent literature. One method is described in Patent Document 7. This method uses electroplated photoresist and allows the metal to be plated on a standing spring. However, unsupported springs with the dimensions required to probe an IC with a pad pitch of less than 150 μm, the backside without significantly reducing the probe height required for compliance. It does not have sufficient strength to hold the photoresist. Also, any non-uniformity in the photo process translates into a non-uniform spring height that cannot meet the uniformity requirements required to remain on the IC pad during testing.
特許文献7に記載されている方法は、また、めっき後のリフト高さ制御という付加的な問題を有する。支えなしで立っているばねを有する目的の1つは、より厚くめっきされた金属を支持するための枠組みまたは構造を提供することである。ばねを一方側のみめっきする場合、ばねは、めっきされた膜の応力に基づいて、異なるリフト高さに湾曲する。膜が引張り力である場合、それは上に湾曲し、および、それが圧縮力のある場合、それは押し下がる。これらの応力条件の両方は、ICをテストするために必要とされる許容差およびばねリフト一様性を制御することを困難とする。さらに、圧縮力のあるばねは、引張り力のあるばねより強く、かつ、圧縮力のあるめっきされた膜を有するばねは、それがまだ有効なプローブであるのに充分なコンプライアンスがなくなる点まで、リフト高さを減らす。また、支えなしで立っているばねがこの圧縮効果を補償するためにめっきの前に、どの程度高く持ち上げられることが可能かに対して制限がある。プローブは、90度未満の角度で、IC電気的パッドにコンタクトする必要がある。リフト高さを増加すると、ばねが、それ自体が反り返り、基板に360度の円を形成する傾向がある。この結果、この特許出願によって教示されるプロセスは、ICテストのために要求されるばねアレイのリフト高さの一様性を制御するための要求条件を満たさない。 The method described in Patent Document 7 also has an additional problem of lift height control after plating. One purpose of having a spring standing unsupported is to provide a framework or structure for supporting a thicker plated metal. If the spring is plated on only one side, the spring curves to different lift heights based on the stress of the plated film. If the membrane is tensile, it will bend up and if it is compressive it will push down. Both of these stress conditions make it difficult to control the tolerances and spring lift uniformity required to test the IC. In addition, a compressive spring is stronger than a tensile spring, and a spring with a compressive plated film is not sufficiently compliant to be a valid probe until: Reduce lift height. There is also a limit on how high a spring standing unsupported can be lifted before plating to compensate for this compression effect. The probe needs to contact the IC electrical pad at an angle of less than 90 degrees. Increasing the lift height tends to cause the spring to warp itself and form a 360 degree circle on the substrate. As a result, the process taught by this patent application does not meet the requirements for controlling the uniformity of the lift height of the spring array required for IC testing.
特許文献7のプローブを構築する1つの方法は、めっきされたばね上に先端部を組み立て、かつ第2の相互接続基板に犠牲基板上に製作されたばねを組み立てることである。この組立プロセスは、位置的配置エラーを加え、かつ本発明の本明細書に記載されるような、完全に集積化された接続ボタン先端部より、製造するのが高価である。 One method of constructing the probe of Patent Document 7 is to assemble a tip on a plated spring and assemble a spring fabricated on a sacrificial substrate on a second interconnect substrate. This assembly process adds positional error and is expensive to manufacture from a fully integrated connection button tip as described herein.
特許文献8に記載されている別の方法は、フォトレジストコーティング、すなわちマスクをばねから離しておき、かつ、ばねの支えなしで立っている部分のめっきを可能にするためにリリース層アイランド(release layer island)を使用する。リリースマスク(release mask)が、ばねのベース(アンカ部分)に隣接して止まり、およびばねのベースに沿って延在しない場合、ベースの近くのばねの自由部分の厚さおよび幅は、ベース領域と比較して、めっきと同時に、非常に大きくなる。この結果、ばねの支えなしで立っている部分は、ベース領域の付近で機械的により弱い。曲げモーメントがこの領域で最大であるので、ICテスト中にばね先端部に力を加えると、ばねは、初期に破損し、したがって、IC製造ラインで必要とされるプローブ寿命要求条件を満たすことができない。フォトレジストマスクが、めっきの間、ばねの支えなししで立っている部分並びにアンカ部分の一部をおおわない、特許文献8に記載されている他の方法の場合、破損すしがちな幅の不連続部が、依然として存在する。マスクアライメントおよびばねリリースプロセスの制御は、また、平坦でないめっきおよびリフト一様性のばらつきをもたらす深刻な問題を生じさせる。このプロセスの主な別の問題は、相対的に薄いリリース層、並びにめっき電流が流れる、応力金属膜の高電気抵抗率から発生する。電流密度は、基板の端の電源接続ポイントからの距離によって幅広く変化する。この結果、めっきされた膜特性、例えば超小型構造、厚さ、応力等は、ばねの異なる領域で幅広く変化する。この結果、このプロセスは、例えば、効果的なICテストにとって必須であるリフト高さのような適度に一様かつ制御された特性を有するばねアレイを生じない。 Another method described in U.S. Pat. No. 6,057,059 is a photoresist layer, i.e. a release layer island (release layer) to keep the mask away from the spring and allow plating of the standing part without spring support. layer island). If the release mask stops adjacent to the base (anchor part) of the spring and does not extend along the base of the spring, the thickness and width of the free part of the spring near the base is the base region Compared with, it becomes very large simultaneously with plating. As a result, the part standing without spring support is mechanically weaker near the base region. Because the bending moment is the largest in this region, applying a force to the spring tip during IC testing will cause the spring to break early and therefore meet the probe life requirements required on the IC manufacturing line. Can not. In the case of the other method described in Patent Document 8, in which the photoresist mask does not cover the part of the anchor standing without supporting the spring and the part of the anchor during plating, the width of the resist is likely to be damaged. There is still a continuum. Control of the mask alignment and spring release process also creates serious problems that result in uneven plating and variations in lift uniformity. Another major problem of this process arises from the relatively thin release layer as well as the high electrical resistivity of the stress metal film through which the plating current flows. The current density varies widely depending on the distance from the power connection point at the edge of the substrate. As a result, plated film properties, such as micro structure, thickness, stress, etc., vary widely in different areas of the spring. As a result, this process does not result in a spring array with reasonably uniform and controlled characteristics, such as lift height, which is essential for effective IC testing.
本発明は、本明細書に、上述の2つの方法と関連している問題を回避し、かつウェハレベルICテストの厳しい要求条件を満たすことに適しているばねアレイの製造を可能にする解決法を提供するいくつか手段を有する。とりわけ、本発明は、適度に一様なリフト高さおよび特性、並びに耐久性を有するばねアレイの製造を可能にする。例えば、それは、ばねのコア全体、支えなしで立っている部分とアンカ部分の両方を、電着された膜で、電着の後で適切な一様性でばね高さの維持を可能にする均衡のとれた応力を伴って被う実行法を教示する。別の教示の場合、それは、いかなるフォトレジストマスクも使用せずに、選択的にばねをめっきする方法を示す。 The present invention herein provides a solution that avoids the problems associated with the two methods described above and that enables the manufacture of a spring array suitable for meeting the stringent requirements of wafer level IC testing. Have several means of providing In particular, the present invention allows for the manufacture of spring arrays with reasonably uniform lift height and characteristics, and durability. For example, it makes it possible to maintain the spring height with proper uniformity after electrodeposition, with the electrodeposited membrane on the whole spring core, both the unsupported part and the anchor part. Teaches the practice of covering with balanced stress. In another teaching, it shows a method of selectively plating a spring without using any photoresist mask.
小型化されたコンタクトスプリングは、繰返応力を含むさまざまなレベルの応力にばねをさらすテストの間、多数のコンタクト操作を受ける。また、2つの部品、例えばチップとチップキャリアを結合するためにコンタクトスプリングを使用するパッケージにおいて、ばねは、テストおよび操作の間、応力を受ける。ばねは、破損せずにこのような応力に耐えることが要求される。しかしながら、我々は、小型化されたばね、例えば、約400 μm×60μm×20μmのサイズのばねが、典型的には、コンタクトの力が約1gfを超える10,000の接触(touchdown)の後、折れ始める、すなわち、可塑的に変形されるおよび/または破損されることを観察した。破損の主な理由は、結果として生じる交互の応力が、ばね材料の疲労強度を上回るということである。疲労強度は、材料が、特定された繰返し数に耐えることができる交互の応力レベルを示す。それは、典型的には、塑性変形すなわち瞬間的な永久変形の発生に対応する材料の降伏強度の一部分である。我々の実験で観察されるように、約1gfを上回る力が、低コンタクト抵抗のアルミニウム上で良好な再現可能なコンタクトを形成するために、通常要求されるので、破損に対するばねの耐久性は、それゆえに、ばねの性能および質を改善するために著しく増強されなければならない。より大きな横断面を有するばねは、結果として生じる応力がより小さいので、破損せずに同様のまたはより大きな力に耐えることができるが、それらは、はねが構築されるピッチを制限する。 Miniaturized contact springs undergo a number of contact operations during tests that expose the springs to various levels of stress, including repeated stresses. Also, in packages that use contact springs to join two components, eg, a chip and a chip carrier, the springs are stressed during testing and operation. The spring is required to withstand such stress without breaking. However, we have found that miniaturized springs, e.g., about 400 μm × 60 μm × 20 μm in size, typically begin to break after 10,000 touchdowns where the contact force exceeds about 1 gf. That is, they were observed to be plastically deformed and / or broken. The main reason for failure is that the resulting alternating stress exceeds the fatigue strength of the spring material. Fatigue strength refers to alternating stress levels at which a material can withstand a specified number of repetitions. It is typically part of the material's yield strength that corresponds to the occurrence of plastic deformation, or instantaneous permanent deformation. As observed in our experiments, a spring resistance to breakage of about 1 gf is typically required to form a good reproducible contact on low contact resistance aluminum. Therefore, it must be significantly enhanced to improve the performance and quality of the spring. Although springs with larger cross-sections can withstand similar or greater forces without breaking because the resulting stress is smaller, they limit the pitch at which the splash is built.
一部の操作、例えばデバイスのバーンインの場合、コンタクトスプリングは、昇温状態、例えば約100℃で、デバイス端子とコンタクトすることが要求される。このようなコンタクトは、また、操作の間、例えば250〜500 mAの相対的に大きな通電を可能とすることを要求される場合もある。この条件の下で、コンタクト抵抗は、ばねのコンタクトチップ領域が過熱によって損なわれることがないように、非常に小さく(例えば0.1 mΩ)なければならない。小さいコンタクト抵抗を達成する1つの方法は、ばねの厚さを増加することによって、コンタクトの力を増加することである。しかしながら、より大きなコンタクトの力は、ばねの本体で、特にベース領域の近くで生じた応力を増大し、したがって、繰り返される接触中の、早期のばね破損の確率を増加する。 For some operations, such as device burn-in, the contact spring is required to contact the device terminal at elevated temperature, eg, about 100 ° C. Such contacts may also be required to allow a relatively large energization of, for example, 250-500 mA during operation. Under this condition, the contact resistance must be very small (eg 0.1 mΩ) so that the contact tip area of the spring is not damaged by overheating. One way to achieve low contact resistance is to increase the contact force by increasing the spring thickness. However, the greater contact force increases the stress generated in the spring body, particularly near the base region, and thus increases the probability of premature spring failure during repeated contacts.
さらに、繰り返されるコンタクトの間に、電気的コンタクトパッドまたは端子からの材料は、ばね先端部に付着する傾向にある。ばね先端部に対するパッド材料の付着が、コンタクト抵抗を増加する、または、パッド材料が、周囲の条件に露出されて、容易に強固な化合物を形成する場合、電気的コンタクトは、繰り返される接触の後で劣化する。これは、また、ばねの寿命を短くする。したがって、コンタクトチップ構造は、好ましくは、コンタクトパッドまたは端子に強く付着しない材料から成るべきである。 Furthermore, during repeated contacts, material from the electrical contact pads or terminals tends to adhere to the spring tips. The adhesion of the pad material to the spring tip increases the contact resistance, or if the pad material is exposed to ambient conditions and easily forms a strong compound, the electrical contact is after repeated contact. It deteriorates with. This also shortens the life of the spring. Accordingly, the contact tip structure should preferably be made of a material that does not adhere strongly to the contact pads or terminals.
それゆえに、要求されるものは、小型化の要求条件の範囲内で小型化されたばねの降伏強度および疲労強度を最大にするためのメカニズムである。 Therefore, what is needed is a mechanism for maximizing the yield strength and fatigue strength of a miniaturized spring within the requirements of miniaturization.
更に要求されるものは、ばねの信頼性および導電率に実質的に影響を及ぼさずに、繰り返されるコンタクトに対して、ばね先端部にコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑えるメカニズムである。 What is further required is a mechanism for minimizing the adhesion of contact pad material to the spring tip for repeated contacts without substantially affecting the reliability and conductivity of the spring.
一様なばね高さに結果としてなりかつ耐久力のある先端部構造を提供する、コンプライアント応力(compliant stress)に対して大きな耐久性を有するばねを製作する方法は、要求される。 What is needed is a method of making a spring that is highly durable against compliant stress that results in a uniform spring height and provides a durable tip structure.
本発明は、極めて小さいピッチを有するアレイに製作可能な小型化されたコンタクトスプリングの降伏強度および疲労強度を増大するための解決法を提供する。それは、また、繰り返されるコンタクトに対して、小型化されたばねの信頼性に影響を及ぼさずに、ばね先端部にコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑えるための解決法を開示する。さらに、本発明は、また、それらの寿命を著しく低下させることがなく相対的により大きな通電を可能にするばねを製作するための解決法を示す。また、本発明は、信頼できるパッケージ製造のための無機または有機材料を有する、基板の対応している入出力パッドにダイボンディング端子を結合するために強いばねを製作する解決法を提供する。結合は、例えば、はんだまたは異方性導電接着膜含む導電接着材の使用で、容易にされることが可能である。 The present invention provides a solution to increase the yield strength and fatigue strength of miniaturized contact springs that can be fabricated into arrays with very small pitches. It also discloses a solution for minimizing adhesion of contact pad material to the spring tip without affecting the reliability of the miniaturized spring for repeated contacts. Furthermore, the present invention also presents a solution for making springs that allow relatively greater energization without significantly reducing their lifetime. The present invention also provides a solution for fabricating a strong spring to couple the die bonding terminals to the corresponding input / output pads of the substrate, having an inorganic or organic material for reliable package manufacturing. Bonding can be facilitated by the use of conductive adhesives including, for example, solder or anisotropic conductive adhesive films.
本発明の応力金属ばねは、多層膜構造を有する。薄膜は、対応するバルク材より実質的に大きな降伏強度および疲労強度を有し、したがって、これらのばねは、テストまたはバーンインの間の繰り返される接触を、たとえあるとしても、いかなる重要な塑性変形もなく可能にする。 The stress metal spring of the present invention has a multilayer structure. The thin film has a yield strength and fatigue strength that is substantially greater than the corresponding bulk material, so these springs are subject to repeated, if any, significant plastic deformation during testing or burn-in. Make it possible.
コア膜の上の圧縮応力を加えられた膜の堆積は、ばね寿命を増加するために有効であるとが見い出される。これは、また、電気的コンタクトパッドまたは端子で大きな力を加えることができる応力金属ばねの製造を可能にする。 The deposition of a compressively stressed film on the core film has been found to be effective to increase the spring life. This also allows for the production of stress metal springs that can apply large forces with electrical contact pads or terminals.
弾性係数が、一般に、ばね表面からばねのコアへの深さと共に単調に増加するように、薄膜は、2つの異なる材料間の界面を横切って、連続的に、または不連続の細かいステップで、組成の段階的な移行を伴って堆積される。結果として生じるばねは、繰り返される接触の間の寿命の重要な増加を示す。 The thin film crosses the interface between two different materials, either continuously or in discontinuous fine steps, so that the modulus of elasticity generally increases monotonically with the depth from the spring surface to the spring core. Deposited with a gradual transition of composition. The resulting spring exhibits a significant increase in life during repeated contact.
適切な材料および/またはプロセスは、多層構造の界面の強さを増すために有効であることが見い出される。ほぼ同じ格子定数の材料は、隣接した膜において好ましく使用され、および、アモルファスまたはナノ結晶の膜は、界面として使用される。界面は、2つの隣接層の材料を「フェージングインする(phasing-in)」ことによって、または2つの隣接層の材料の合金を使用することによっての何れかで、製造可能である。 Appropriate materials and / or processes have been found to be effective to increase the strength of the interface of the multilayer structure. Materials with approximately the same lattice constant are preferably used in adjacent films, and amorphous or nanocrystalline films are used as interfaces. The interface can be produced either by “phasing-in” the two adjacent layer materials or by using an alloy of the two adjacent layer materials.
薄膜の自由部分の厚さは、4〜35 μmの範囲内であることが好ましく、このことは、ばね先端部および異なる材料を有するコンタクトパッドまたは電気ターミナルとの間の信頼できかつ低い電気的コンタクト抵抗を可能にする。 The thickness of the free part of the thin film is preferably in the range of 4 to 35 μm, which means reliable and low electrical contact between the spring tip and contact pads or electrical terminals with different materials Allows resistance.
多層膜構造の少なくとも1つの高熱伝導率の膜は、相対的に大きな電流でのテストまたはバーンインの間、熱を放散させるために好ましく使用される。 At least one high thermal conductivity film in a multilayer structure is preferably used to dissipate heat during testing or burn-in with a relatively large current.
ばね構造を構成する膜の堆積の間のプロセスパラメータの修正は、ばねの質および信頼性を高めるために有効であることが見い出される。例えば、ばねのコアのコーティングを構成する薄膜は、ばねの降伏および破壊靭性を増加するために、例えば極めて小さい結晶粒度(例えば200 nm未満)のような適切なミクロ構造的な特徴を伴って、堆積される。 It has been found that modification of the process parameters during deposition of the film that makes up the spring structure is effective to increase the quality and reliability of the spring. For example, the thin film that makes up the coating of the spring core, with appropriate microstructural features such as very small grain size (eg <200 nm), to increase the yield and fracture toughness of the spring, Is deposited.
ばねおよびコンタクトパッド間で良好な電気的コンタクトを形成するために使用される力は、実質的に減ぜられる。アルミニウム(Al)上のコンタクトのための力の適切な範囲は、0.8〜10.0 gfである。金、銅またははんだで作られたコンタクトパッドの場合、良好な電気的コンタクトを形成するための力は、非常に小さい。小さい力のフォトリソグラフィでパターニングされた小型化されたコンタクトスプリングは、プローブ・チップを含んでいるプローブ・カード・アセンブリ、すなわちテストおよびバーンイン用のIC端子、インターポーザおよびアセンブリ固定治具とコンタクトを形成するための取り付けられたプローブばねを有する基板、並びにパッケージングの構築を非常に容易にする。アセンブリは、曲げ、反りおよびアライメント問題が、最小限に抑えられるので、これらの小さい力のばねの使用によって非常に単純化される。 The force used to make a good electrical contact between the spring and the contact pad is substantially reduced. A suitable range of force for contacts on aluminum (Al) is 0.8-10.0 gf. For contact pads made of gold, copper or solder, the force to make a good electrical contact is very small. Miniaturized photolithography patterned miniaturized contact springs form contacts with probe card assemblies containing probe tips, ie IC terminals, interposers and assembly fixtures for test and burn-in A substrate with an attached probe spring for as well as making packaging very easy. The assembly is greatly simplified by the use of these low force springs since bending, warping and alignment problems are minimized.
ばねの寿命を改善する方法は、表面粗さを最小限に抑えるための解決法を含む。 Methods for improving spring life include solutions to minimize surface roughness.
幅および厚さのようなばね寸法の変化は、寿命を改善するために有効であることもまた見い出される。 It has also been found that changes in spring dimensions, such as width and thickness, are effective to improve life.
一実施例の場合、ばねの自由部分は、テーパ形状である。本発明は、また、いかなるマスクも使用することのなく、応力金属ばねへのオーバーレイする膜、回路配線および電気的コンタクトパッドを電着させるためのより安価かつ効果的な解決法を提供する。 In one embodiment, the free part of the spring is tapered. The present invention also provides a cheaper and more effective solution for electrodepositing overlying membranes, circuit wiring and electrical contact pads onto stress metal springs without the use of any mask.
一実施例の場合、ボタン付きばね先端部とも呼ばれている、ばね先端領域は、繰り返される接触の間のコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑える材料で、リソグラフィ・プロセスを使用して、選択的にコーティングされる。ばね先端領域の厚さは、基板からのばねリリースの前に構築される。 In one embodiment, the spring tip region, also referred to as a buttoned spring tip, is a material that minimizes the deposition of contact pad material during repeated contact and is selected using a lithographic process. Coated. The thickness of the spring tip region is built prior to spring release from the substrate.
別の一実施例の場合、ばねが持ち上げられ、および必要に応じて、繰り返される接触の間のコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑える材料で電気めっきされた後、先端領域の選択的コーティングを可能にするために、フォトレジストは、塗布されかつパターニングされる。 In another embodiment, the tip is selectively coated after the spring is lifted and optionally electroplated with a material that minimizes adhesion of the contact pad material during repeated contact. To make it possible, the photoresist is applied and patterned.
応力金属ばねのための解決法は、他のタイプのカンチレバーばねに適用可能である。一実施例は、ばねコンタクトチップ領域でのボタン付きコンタクト構造の有無にかかわらず、他のカンチレバーばねに適用可能である。多層膜は、高耐久性および増加した寿命を備える強い高性能ばねの製造に結果としてなる特定の原則に従って、選択されかつシーケンシャルに堆積される。原則は、ばねの外側の層の弾性係数が、内側の層のそれより小さく、かつ弾性係数が、ばねの表面層から一番内側の層へ漸進的に増加するように、膜が選択されかつシーケンシャルに堆積されることになっていることを要求する。 The solution for stress metal springs is applicable to other types of cantilever springs. One embodiment is applicable to other cantilever springs with or without a buttoned contact structure in the spring contact tip region. The multilayer film is selected and sequentially deposited according to specific principles that result in the manufacture of strong high performance springs with high durability and increased life. The principle is that the membrane is selected such that the elastic modulus of the outer layer of the spring is smaller than that of the inner layer and the elastic modulus gradually increases from the surface layer of the spring to the innermost layer and Require that it is to be deposited sequentially.
別の一実施例の場合、無応力金属カンチレバーばねを構成する薄膜は、ばねの降伏および破壊靭性を増加するために、例えば極めて小さい結晶粒度(例えば200 nm未満)のような適切なミクロ構造的な特徴を伴って、堆積される。 In another embodiment, the thin film comprising the stress-free metal cantilever spring has a suitable microstructure such as, for example, a very small grain size (eg, less than 200 nm) to increase the spring yield and fracture toughness. It is deposited with various features.
さらに別の実施例の場合、無応力金属カンチレバーばね層は、組み込まれた圧縮応力を有する少なくとも1つの堆積された膜層から成る。 In yet another embodiment, the unstressed metal cantilever spring layer comprises at least one deposited film layer having an embedded compressive stress.
同じ原則に従って、増した強さ、およびより高い強度を有するより短いばねは、製作可能である。 According to the same principle, shorter springs with increased strength and higher strength can be produced.
本発明は、例えばシリコンおよびIII-Vデバイス、ディスプレイデバイス、弾性表面波素子、MEMS(micro-electromechanical)デバイスのような様々なタイプの固体デバイスのテストおよびバーンインに適用可能である。 The present invention is applicable to the testing and burn-in of various types of solid state devices such as silicon and III-V devices, display devices, surface acoustic wave elements, MEMS (micro-electromechanical) devices.
さらに、本発明は、また、電子部品の電気端子が、隣接した基板の対応するコンタクトパッドに結合されるパッケージに適用可能である。 Furthermore, the present invention is also applicable to packages in which electrical terminals of electronic components are coupled to corresponding contact pads on adjacent substrates.
小型化されたばねは、薄膜またはディスクリートの部品製造技術、例えばワイヤーボンディングを使用して製作可能である。一般に、広範囲の応用において、ばねが充分に機能するために、材料の降伏強度は、テストまたはバーンインの間、または組み立てられたパッケージ内で、ばねに加えられる応力より大きいことが要求される。我々は、ばね材料の降伏強度が加えられた応力より小さいので、多く薄膜応力金属ばねが、テストの間に可塑的に変形することを観察した。応力金属膜は、一般的に、ニッケルまたはニッケル-コバルト(Ni-Co)合金の膜のような追加されたオーバーレイする膜のコーティングが施された、モリブデン(Mo)またはその合金、タングステン(W)またはその合金のような材料から成る強いコア膜を有する。これらの膜の一部は、相対的に厚く、一般的に、厚さが、4×103〜104 nmであり、このことは、良好な電気的コンタクトを確立するために、ばねによってコンタクト面に加えられる必要がある力を増やすために要求される。このような膜の大きな降伏強度は、ばねの充分な性能を確実にするために要求される。 Miniaturized springs can be fabricated using thin film or discrete component manufacturing techniques such as wire bonding. In general, in a wide range of applications, in order for the spring to function well, the yield strength of the material is required to be greater than the stress applied to the spring during testing or burn-in, or within the assembled package. We have observed that many thin film stress metal springs deform plastically during testing because the yield strength of the spring material is less than the applied stress. Stress metal films are typically molybdenum (Mo) or its alloys, tungsten (W), with an additional overlay film coating, such as nickel or nickel-cobalt (Ni-Co) alloy films Alternatively, it has a strong core film made of a material such as an alloy thereof. Some of these membranes are relatively thick, typically 4 × 10 3 to 10 4 nm thick, which is contacted by a spring to establish a good electrical contact Required to increase the force that needs to be applied to the face. Such a high yield strength of the film is required to ensure sufficient performance of the spring.
本発明によって製作される応力金属ばねは、基板または電気的部品上に、薄膜/ICまたはMEMS技術を使用して、一括製造されるので、本願明細書において記載されているばねは、特に、プローブ・カード、インターポーザ(interposer)、スペース・トランスフォーマ(space transformer)、PCB、ウェハ、電子部品および3〜100 μmの範囲のピッチの極めて小型化されたコンタクトパッドまたは入出力端子を備えるマイクロチップを含む、テスト、バーンインおよび(3次元パッケージングおよびチップ・チップキャリア・ボンディングを含んでいる)パッケージング応用に適している。既存の技術は、大部分はこのような応用に適していない。対応するばねまたはばね端子の寸法も、また、極めて小さく、一般的に、長さが10〜1,000 μm、幅が3〜500 μm、厚さが0.1〜40 μmである。持ち上げられたコアのカール(curl)半径は、一般的に、20〜2,000 μmである。本発明の教示は、示された寸法およびピッチの範囲外のばねまたはばね端子を製作するためにもまた、使用することができることに留意されたい。本発明の教示は、応力金属ばねと薄膜を有する任意の他の小型化されたばねの両方に適用することができることにも、また留意されたい。 Since the stress metal springs made in accordance with the present invention are fabricated in bulk using thin film / IC or MEMS technology on a substrate or electrical component, the springs described herein are in particular probes. Including cards, interposers, space transformers, PCBs, wafers, electronic components and microchips with extremely miniaturized contact pads or input / output terminals with a pitch in the range of 3-100 μm, Suitable for test, burn-in and packaging applications (including 3D packaging and chip / chip carrier bonding). Existing technologies are largely unsuitable for such applications. The corresponding spring or spring terminal dimensions are also very small, typically 10 to 1,000 μm in length, 3 to 500 μm in width and 0.1 to 40 μm in thickness. The curl radius of the raised core is typically 20 to 2,000 μm. It should be noted that the teachings of the present invention can also be used to fabricate springs or spring terminals outside the indicated dimensions and pitch. It should also be noted that the teachings of the present invention can be applied to both stress metal springs and any other miniaturized spring having a thin film.
本発明の好適な一実施例の場合、各厚さが約1.5〜2 μm未満の極めて薄い膜の複数層が、薄膜ばね材料の降伏強度を増加するようにばねを製造するために使用される。これは、特に、薄膜ばねのコアのコーティング層を構築するために有効である。線図的に図2に示す薄膜の応力−ひずみ曲線は、対応するバルク材のそれと極めて異なる。薄膜での材料は、バルク形状での同じ材料と比較すると、ずっと大きい降伏強度を呈する、すなわち、膜は、それらの弾性をより大きい応力で維持する、および破損前の相対的により小さい塑性変形を呈する。一般に、薄膜の降伏強度は、対応しているバルク材の降伏強度より理論強度にずっと近い。膜厚が増加するに従い、例えば、約2 μmを超える場合、膜は、次第に、バルクの応力ひずみ特性を呈する。この結果、より厚い膜の弾性限界は、より薄い膜のそれより小さい。さらに、極めて薄い膜の結晶粒度は、一般に、相対的に厚い膜よりずっと小さく、このことは、また、降伏および破壊強度の両方の増加になる。したがって、より薄い膜を備えるばねは、より強い。 In a preferred embodiment of the present invention, multiple layers of very thin films, each having a thickness of less than about 1.5-2 μm, are used to manufacture the springs to increase the yield strength of the thin film spring material. . This is particularly effective for building a coating layer for the core of a thin film spring. The stress-strain curve of the thin film shown diagrammatically in FIG. 2 is very different from that of the corresponding bulk material. Materials in thin films exhibit much greater yield strength compared to the same material in bulk form, i.e., the films maintain their elasticity at greater stresses and have a relatively smaller plastic deformation prior to failure. Present. In general, the yield strength of a thin film is much closer to the theoretical strength than the yield strength of the corresponding bulk material. As the film thickness increases, for example, above about 2 μm, the film gradually exhibits bulk stress-strain characteristics. As a result, the elastic limit of the thicker membrane is smaller than that of the thinner membrane. Furthermore, the grain size of very thin films is generally much smaller than relatively thick films, which also increases both yield and fracture strength. Thus, a spring with a thinner membrane is stronger.
本好適な実施例場合、2つの膜がそれらの個々の機械特性を保持し、かつ界面が一方の膜から他方の膜への欠陥伝搬を妨げるために、原子配列での不連続性が、2つの隣接した膜の間の界面において故意に導入される。膜が要求された厚さまで堆積した後で、堆積パラメータを変えることは、このことを達成する1つの方法である。この界面を設計する別の方法は、互いの隣の2つの異なる材料をシーケンシャルに堆積させることである。これは、界面で結合を高めるために、2つの隣接層で、2つの異なる材料、例えば、近い格子定数を有するCuおよびNiを使用することを含む。2つの隣接層の格子定数が互いに極めて近くない場合も、この方式は機能することに留意されたい。このような方式を使用すると、複数層の薄膜は、所望のばね膜厚を構築するために堆積させることが可能である。ばねの表層は、保存または動作の間の環境的劣化およびコンタクト材料のばね表面への接着を妨げる薄膜構造であることが好ましい。実施例は、図 3aおよび3bに線図的に示され、ここで、A、B、Cなどは、異なる材料を示す。同じ材料の堆積を示すが、次の隣接層を形成するために異なるプロセスパラメータを使用する場合、アスタリスクが、隣接層、例えばAおよびA*を示すために使用される。 In this preferred embodiment, the discontinuity in atomic arrangement is 2 because the two films retain their individual mechanical properties and the interface prevents defect propagation from one film to the other. Intentionally introduced at the interface between two adjacent membranes. Changing the deposition parameters after the film has been deposited to the required thickness is one way to accomplish this. Another way to design this interface is to sequentially deposit two different materials next to each other. This involves the use of two different materials, for example Cu and Ni with close lattice constants, in two adjacent layers to enhance bonding at the interface. Note that this scheme also works if the lattice constants of two adjacent layers are not very close to each other. Using such a scheme, multiple layers of thin films can be deposited to build the desired spring film thickness. The surface of the spring is preferably a thin film structure that prevents environmental degradation during storage or operation and adhesion of the contact material to the spring surface. Examples are shown diagrammatically in FIGS. 3a and 3b, where A, B, C, etc. indicate different materials. An asterisk is used to indicate adjacent layers, eg, A and A *, when showing the same material deposition but using different process parameters to form the next adjacent layer.
このように形成された多層ばねは、ばねの追加された強さを伝えるように隣接層の間の結合および膜の内部応力の緩和を容易にするために、必要に応じて、相対的に低い温度、短い時間、例えば150℃で10分間、アンニールすることができる。 Multi-layer springs formed in this manner are relatively low, if necessary, to facilitate the coupling between adjacent layers and relaxation of the internal stresses of the membrane to convey the added strength of the spring Annealing can be done for 10 minutes at a temperature, for a short time, eg 150 ° C.
この実施例のバリエーションの場合、堆積条件を、変更し、隣接層の間で結合を容易にするために、非結晶または結晶性の薄膜(約200 nm未満)を、2つの相対的により厚い膜層(約≦2000 nm)の間に製作することが出来る。このような中間的な材料膜の具体例は、Au、Ag、Ni、Cu等である。 In the case of this example variation, in order to change the deposition conditions and facilitate bonding between adjacent layers, an amorphous or crystalline thin film (less than about 200 nm), two relatively thicker films Can be fabricated between layers (about ≦ 2000 nm). Specific examples of such an intermediate material film are Au, Ag, Ni, Cu and the like.
さまざまな堆積技術、例えば、物理的気相成長法(例えば、スパッタリングまたはCVD)、電着および化学気相反応法が、多層膜を堆積させるために使用することが可能である。さまざまな材料のコンタクトパッドまたは端子と良好な電気的コンタクトを形成することに適しているばねの具体例の場合、ばねは、厚さにわたって(圧縮力のある底面から引っ張り力のある上面に)応力勾配を有する、約1〜4μm厚さのMo-Cr膜のスパッタ堆積されたコアから構成される。多層薄膜、例えばコアオーバーレイするNiまたはその合金は、ばねの自由な部分がリリースされた後で、膜堆積技術、例えば電気めっき技法(dcおよび/またはパルス堆積)を使用して、約18〜35μmの全体のばね厚さに、コアの全ての側に堆積される。電着法(電気めっきと無電解めっきの両方)は、コア膜をコーティングするために、好ましい技法である。電着の方法、パルスめっきは、それがより密度の高い膜を製作する傾向があるので、特に、コーティングに有効である。組成調整された電着法も、また、多層膜を堆積させるために使用することができる。 Various deposition techniques, such as physical vapor deposition (eg, sputtering or CVD), electrodeposition, and chemical vapor reaction can be used to deposit the multilayer film. In the case of a spring embodiment that is suitable for making good electrical contact with contact pads or terminals of various materials, the spring is stressed over thickness (from a compressive bottom to a pulling top). It consists of a sputter-deposited core of about 1-4 μm thick Mo—Cr film with a gradient. Multilayer thin films, such as core overlying Ni or alloys thereof, are about 18-35 μm using film deposition techniques such as electroplating techniques (dc and / or pulsed deposition) after the free part of the spring has been released. Is deposited on all sides of the core to a total spring thickness. Electrodeposition (both electroplating and electroless plating) is the preferred technique for coating the core film. The electrodeposition method, pulse plating, is particularly useful for coatings because it tends to produce denser films. Composition-adjusted electrodeposition methods can also be used to deposit multilayer films.
我々は、極めて薄い(厚さ約2μm未満)膜の多層または相対的により厚い、例えば約2μmより厚い膜の何れから構成されようと、自由部分に対して1〜45μmの厚さを有する応力金属ばねは、異なる基板または電気的部品上の電気的コンタクトパッドまたは電気端子を有するさまざまな材料と良好な電気的コンタクトを形成するのに非常に適していることを発見した。ばねの自由部分を製作するための好ましい厚さ範囲は、4〜35μmである。優れた電気的コンタクト(極めて低いコンタクト抵抗)は、この好ましい範囲で適切な厚さを備える、これらのばねの自由部分の端の先端部と主に金(Au)、銅(Cu)または共通して使用される鉛のないまたは鉛を含んだはんだ、またはアルミニウム(Al)を含む、電気的コンタクトパッドまたは端子との間で得られた。 We have a stress metal with a thickness of 1 to 45 μm for the free part, whether composed of very thin (less than about 2 μm thick) multilayers or relatively thicker films, eg, thicker than about 2 μm It has been found that springs are very suitable for making good electrical contacts with various materials having electrical contact pads or electrical terminals on different substrates or electrical components. A preferred thickness range for fabricating the free part of the spring is 4 to 35 μm. Excellent electrical contact (very low contact resistance), with the appropriate thickness in this preferred range, is mainly common with gold (Au), copper (Cu) or the tip of the free part end of these springs. Obtained between lead-free or lead-containing solder, or electrical contact pads or terminals containing aluminum (Al).
別の等しく好適な実施例の場合、相対的に薄い膜、例えば0.2μm、または厚い膜、例えば10〜15μmの異なる膜から成るばねの破壊耐性は、電着することによって、例えば、全部または少なくとも相対的に厚いオーバーレイする膜、特に、ばね表面に近い膜は、圧縮応力の下にあるように、コア膜上へ膜を電気メッキすることによって、実質的に増加する。これは、完成されたばねが、予め応力が加えられるように設計されていることを意味する。予め応力が加えられた条件を維持するために、オーバーレイする材料とコア材料の両方とも、塑性変形を妨げる高い弾性限界を有するべきである。さらに、異なる膜層の間の界面も、また、強くなければならない。典型的な実施例の場合、圧縮応力を有するオーバーレイする膜は、Mo-Crコア膜の各側面上に約10μmの厚さを有するニッケルから成る。適切な堆積条件(例えば、電着槽の添加剤濃度)の使用は、このような膜を製作する。結果として生じるばねは、いかなる破損もなく多数回の接触に耐えた。ばね破損に対する理由の1つは、電気的コンタクトパッドまたは端子とコンタクトを形成するように押される時、ばね表面に高い引張応力が発生することである。材料の疲労強度は、一般に、圧縮平均応力の下より、引張り平均応力の下で、小さい。記載されている解決法は、コンタクトパッドまたは端子と押圧されてコンタクトする時、ばね表面の引張応力の発生を最小限に抑え、したがって、ばねの破損に対する抵抗を増加させる。この方式および次のパラグラフに記載されている方式は、また、一部の応用に対して電気的コンタクトパッドまたは端子で必要とされる大きなコンタクトの力を生成するために有効な、相対的に大きな全体的な厚さを有する薄い応力金属膜ばねの製造および使用を可能にする。 In another equally preferred embodiment, the fracture resistance of a spring composed of a relatively thin film, e.g. 0.2 μm, or a thick film, e.g. The relatively thick overlaying film, particularly the film close to the spring surface, is substantially increased by electroplating the film onto the core film so that it is under compressive stress. This means that the completed spring is designed to be pre-stressed. In order to maintain pre-stressed conditions, both the overlaying material and the core material should have a high elastic limit that prevents plastic deformation. Furthermore, the interface between the different membrane layers must also be strong. In a typical embodiment, the overlying film with compressive stress consists of nickel having a thickness of about 10 μm on each side of the Mo—Cr core film. The use of appropriate deposition conditions (eg, electrodeposition bath additive concentration) produces such films. The resulting spring withstood numerous contacts without any breakage. One reason for spring failure is that high tensile stresses are generated on the spring surface when pressed to form contacts with electrical contact pads or terminals. The fatigue strength of a material is generally lower under tensile mean stress than under compressive mean stress. The described solution minimizes the occurrence of spring surface tensile stress when pressed into contact with a contact pad or terminal, thus increasing resistance to spring failure. This scheme and the scheme described in the following paragraphs are also relatively large, effective for generating the large contact forces required at electrical contact pads or terminals for some applications. Enables the manufacture and use of thin stress metal film springs having an overall thickness.
完成されたばねは、予め応力を加えられるように設計されていることに留意されたい。先行する応力の印加は、圧縮応力によって達成されることが好ましい。しかしながら、この範囲は、圧縮応力に対して小さい引張応力となる可能性があり、例えば、70 MPaの圧縮応力に対して30 MPaの引張り応力となる。応力は、同じ添加剤濃度に対するNiメッキの異なる厚さに対して異なる。より薄い膜に対して、応力は、より高い。例えば、厚さ1.5 μmの膜に対して、応力は、約70 MPaの圧縮力である。同じ添加剤濃度でめっきされたNiばねにおいて生じさせることができる圧縮応力の範囲は、25〜1.5 μmの範囲の厚さに対して約6〜70 MPa(圧縮力)である。したがって、さまざまなNi膜厚に対する応力は、添加剤濃度を変化させることで調整することができる。 Note that the completed spring is designed to be pre-stressed. The application of the preceding stress is preferably achieved by compressive stress. However, this range can be a small tensile stress relative to the compressive stress, for example, a tensile stress of 30 MPa relative to a compressive stress of 70 MPa. The stress is different for different thicknesses of Ni plating for the same additive concentration. For thinner films, the stress is higher. For example, for a 1.5 μm thick film, the stress is a compressive force of about 70 MPa. The range of compressive stress that can be generated in Ni springs plated with the same additive concentration is about 6-70 MPa (compressive force) for thicknesses in the range of 25-1.5 μm. Therefore, the stress for various Ni film thicknesses can be adjusted by changing the additive concentration.
めっき液の添加剤濃度の変更の別の効果は、めっきされた膜の結晶粒度に反映される。増加した添加剤濃度で現在めっきされたばねの場合、結晶粒度は、より少ない添加剤濃度で以前にめっきされたサンプルの5分の1(20%)であることが見い出された。より小さい結晶粒度は、薄膜の降伏応力を増加させる(d-1/2依存関係)。これは、繰り返される接触中の我々のばねの寿命を増加させる際の重要な寄与因子である。膜の粒径の好適な範囲、例えば、ばねのコアのオーバーレイするNiの場合は、3〜500 nm、および典型的な好適な値は、50 nmである。めっきされたオーバーレイする膜は、結晶粒がより等軸になるに従って、より強くなることが分かった。例えば、結晶粒のより小さい寸法に対するより大きい寸法の比率が、2未満である。 Another effect of changing the additive concentration of the plating solution is reflected in the crystal grain size of the plated film. For springs currently plated with increased additive concentration, the grain size was found to be one fifth (20%) of the previously plated sample with lower additive concentration. Smaller grain sizes increase the yield stress of the thin film (d -1/2 dependence). This is an important contributing factor in increasing the life of our springs during repeated contact. A suitable range of film particle sizes, for example 3 to 500 nm for Ni overlaid spring cores, and a typical preferred value is 50 nm. It has been found that the plated overlay film becomes stronger as the grains become more equiaxed. For example, the ratio of the larger dimension to the smaller dimension of the crystal grains is less than 2.
別の等しく好適な実施例の場合、膜の多層スタックの堆積に関する膜材料は、相対的に厚い、例えば、約1.5〜2 μmより厚い膜、または、極めて薄い(約1.5〜2 μm未満の)膜の何れから構成されようとも、より小さい弾性係数を有する膜が、ばね表面の近くに堆積し、かつ、コアの方へ向かって次第に大きくなる係数を有する膜が、堆積するように、選択される。この実施例のバリエーションの場合、ばね表面からばねのコアまで、弾性係数が適度に連続的に増加する、すなわち、組成における段階的な堆積になるように、膜は、選択されかつコアにわたって堆積される。2つの異なる材料間の界面を横切って、連続的、または微細な不連続のステップでの、ばね表面からのコアまで組成および弾性係数における段階的な移行は、クリティカルな位置で前記応力を分布するために使用することができ、この結果、恒久的な損傷の発生を抑制する。これらの構成の場合、ばねがコンタクトパッドまたは端子と電気的コンタクトを形成するように圧力をかけられると、表面で損傷の核形成をもたらすクリティカルな引張応力は、表面の下でより大きい係数が、ばねの表面から内部まで応力を広げるので、表面で小さくされる。これは、繰り返される接触の間、ばね表面でクラック開始の確率を減らし、この結果、ばね寿命は、増加する。この実施例の具体例として、ばね表面層(すなわち上に重ねられたスタックの外側の表面)は、パラジウム合金(例えば、Ni、CoまたはPtを有する合金)、金合金(例えばNiまたはCoを有する合金)、Pt合金等から成る;一方、ばねのコア、例えばMo-Crにより近い膜層は、ニッケルまたはNi合金、例えばNi-Coから成る。ニッケル中のPdまたはAuの濃度が高ほど、弾性係数は、より小さい。したがって、別の説明では、コア膜、例えばMo-Cr上へより高い弾性定数を有するニッケルまたはその合金を堆積させ、続けて、Pdの量の増加を伴いながらNiを含むオーバーレイする膜の逐次的層を堆積させることによって、ばね寿命は、増加する。この場合の外側の膜は、Pdの相対的に高い濃度、例えば10〜50 w% のNiおよび90〜50%のPdを含む。上記したような段階的な膜に対して、Ni中のPd濃度は、コアから表面に連続的に変えられる。後者は、堆積過程の間、従来の堆積技術(例えば電着)の堆積パラメータを変化させることで達成することができる。コア材料は、他の膜のそれより高い弾性係数を有する材料であるはずである。 In another equally preferred embodiment, the film material for the deposition of a multilayer stack of films is relatively thick, for example, a film thicker than about 1.5-2 μm, or very thin (less than about 1.5-2 μm) Whichever film is constructed, a film having a smaller elastic modulus is selected to be deposited near the spring surface and a film having a coefficient that increases gradually toward the core is deposited. The In this embodiment variation, the film is selected and deposited over the core so that the modulus of elasticity increases reasonably continuously from the spring surface to the spring core, i.e., stepwise deposition in composition. The A gradual transition in composition and elastic modulus from the spring surface to the core in a continuous or fine discontinuous step across the interface between two different materials distributes the stress at critical locations As a result, it can be used to suppress the occurrence of permanent damage. For these configurations, when the spring is pressed to form electrical contact with the contact pad or terminal, the critical tensile stress that causes nucleation of damage at the surface is a greater factor below the surface, Since the stress is spread from the surface to the inside of the spring, it is reduced on the surface. This reduces the probability of crack initiation at the spring surface during repeated contact, resulting in increased spring life. As a specific example of this embodiment, the spring surface layer (ie, the outer surface of the overlying stack) has a palladium alloy (eg, an alloy having Ni, Co or Pt), a gold alloy (eg, Ni or Co). Alloy), Pt alloy, etc .; on the other hand, the membrane layer closer to the spring core, eg Mo—Cr, consists of nickel or Ni alloy, eg Ni—Co. The higher the concentration of Pd or Au in nickel, the smaller the elastic modulus. Thus, another explanation is to deposit a nickel or alloy thereof having a higher elastic constant on a core film, e.g. Mo-Cr, followed by sequential deposition of an overlying film containing Ni with increasing amounts of Pd. By depositing the layer, the spring life is increased. The outer membrane in this case contains a relatively high concentration of Pd, for example 10-50 w% Ni and 90-50% Pd. For the graded film as described above, the Pd concentration in Ni is continuously changed from the core to the surface. The latter can be achieved by changing the deposition parameters of conventional deposition techniques (eg electrodeposition) during the deposition process. The core material should be a material having a higher modulus of elasticity than that of the other membranes.
さまざまな材料の組合せを、応力金属ばねのコアにわたって多層膜スタックを製作するために使用することができる。これらは、極めて薄い(2 μm未満)および相対的に厚い、例えば2〜20 μmの両方の個々の組成の膜に適用可能である。このような組合せは、Ni、Au、Ag、Cu、Co、Rh、Ru、Pt、Os、Pd、TiN、W、またはそれらの合金、例えばNi-Co、Pd-Ni、Pd-Co、Co-Pt、Au-Pt、Pd-Rh、Ni-P、Ni-Mo、Ni-Co-Pd、Ni-Mo-W、Ni-P-W等を含む材料のグループから選択される。約12%未満のWを有するNi、または2%のMoを有するNi、またはCu-Rh-PdもしくはPd-NiまたはPd-Co、Ni-CoもしくはCo-Pt等のような材料の少なくとも2つを有する固溶体は、それらが膜の機械的性質を高めるので、多層薄膜スタックを製作するための、特に優れた候補である。 Various material combinations can be used to fabricate the multilayer stack across the core of the stress metal spring. They are applicable to membranes with individual compositions both very thin (less than 2 μm) and relatively thick, for example 2-20 μm. Such combinations include Ni, Au, Ag, Cu, Co, Rh, Ru, Pt, Os, Pd, TiN, W, or alloys thereof, such as Ni-Co, Pd-Ni, Pd-Co, Co- It is selected from the group of materials including Pt, Au—Pt, Pd—Rh, Ni—P, Ni—Mo, Ni—Co—Pd, Ni—Mo—W, Ni—PW and the like. At least two of materials such as Ni with less than about 12% W, or Ni with 2% Mo, or Cu-Rh-Pd or Pd-Ni or Pd-Co, Ni-Co or Co-Pt, etc. Solid solutions with are particularly good candidates for making multilayer thin film stacks because they enhance the mechanical properties of the film.
多層膜は、相対的に大きな通電を要求するテストおよびバーンインのプロセスの間、端子/コンタクトパッドと電気的コンタクトを形成するのに、特に適している。産業界における一般的な実施は、250〜500 mAの電流レベルで端子パッドへプローブ・コンタクトを時々形成することである。このことは、コンタクト領域で発生される過剰な熱を原因として、しばしばコンタクト破損に至らせる。熱流のモデル化は、最高温度がばねの先端領域付近で達せられることを示した。いくつかのケースで、ばね先端領域の溶融も、また、観察された。ばねが構成される膜の多層スタック内での、良好な熱伝導性膜、例えば典型的厚さ約0.75〜2 μmのCuの追加は、問題を解決することができることが、本発明において示される。Cuの存在は、熱が先端領域から急速に放散されることを可能にし、このことにより、テストまたはバーンインの間、損傷を最小限に抑える。もちろん、異なる厚さ、例えば2 μmより厚い良好な熱伝導膜も、また、この目的のために機能するであろう。 The multilayer film is particularly suitable for making electrical contact with terminals / contact pads during testing and burn-in processes that require relatively large energization. A common practice in the industry is to make probe contacts from time to time to terminal pads at current levels of 250-500 mA. This often leads to contact failure due to excessive heat generated in the contact area. Heat flow modeling indicated that the maximum temperature could be reached near the tip region of the spring. In some cases, melting of the spring tip region was also observed. It is shown in the present invention that the addition of a good thermally conductive film, for example Cu with a typical thickness of about 0.75 to 2 μm, can solve the problem within a multilayer stack of the film in which the spring is constructed. . The presence of Cu allows heat to be dissipated rapidly from the tip region, thereby minimizing damage during testing or burn-in. Of course, good thermal conductive films of different thicknesses, for example greater than 2 μm, will also work for this purpose.
図4は、改善された熱伝導率のためのCu膜を含むこのようなばね付きフィンガーを示している概略線図である。ばね先端部からの熱放散を改善するために、他の高熱伝導率の材料も、また、代わりに、またはCuに加えて使用することができる。具体例は、Au、Ag、Al等である。この解決法において、高い熱伝導率を有する膜は、ばねが持ち上げられる前に、またはその後に、堆積することができる。膜が、持ち上げられた後で電着される場合、高導電膜は、コア膜のまわり全てに堆積させることが可能である。膜が、ばねの一方の側に、または先端領域で、およびその付近で、堆積される場合、ばねが持ち上げられかつパターン化される前に、堆積を行うことができる。 FIG. 4 is a schematic diagram showing such a spring finger including a Cu film for improved thermal conductivity. Other high thermal conductivity materials can also be used instead or in addition to Cu to improve heat dissipation from the spring tip. Specific examples are Au, Ag, Al and the like. In this solution, a film with high thermal conductivity can be deposited before or after the spring is lifted. If the film is electrodeposited after being lifted, the highly conductive film can be deposited all around the core film. If the membrane is deposited on or near one side of the spring, the deposition can take place before the spring is lifted and patterned.
コンタクトパッドに対するプローブ先端部の電気的コンタクト抵抗が最小限に抑えられる場合、ばね先端領域の付近の高温の増大は、最小限に抑えられる。コンタクト抵抗の低減は、プローブ-先端部によってコンタクトパッド上へ印加される力を増大することによって、また、達成されることができる。我々は、コンタクトが信頼性が高く、安定であるきに、ばね先端部とコンタクトパッドまたは端子間の電気的コンタクト抵抗は、1π未満であることを見い出した。良好な電気的コンタクトおよび良好な熱放散のための好ましい値域は、約≦0.1〜0.2 Ohmである。 If the electrical contact resistance of the probe tip to the contact pad is minimized, the increase in high temperature near the spring tip region is minimized. Reduction of contact resistance can also be achieved by increasing the force applied on the contact pad by the probe-tip. We have found that the electrical contact resistance between the spring tip and the contact pad or terminal is less than 1π when the contact is reliable and stable. A preferred range for good electrical contact and good heat dissipation is about ≦ 0.1-0.2 Ohm.
本発明の別の実施例の場合、薄膜ばねは、欠陥伝搬に対して異なるフイルム層間の界面を強化することによって、および2つの隣接した膜層間の良好な結合を高めることによって、破損に対して強化されることができる。例えば、Mo-Cr堆積の終わりにNiをフェージングインする(phasing-in)ことによって、コアばね材料Mo-CrとNi膜の隣接層間の界面を、著しく強化することができる、および、界面での2つの層間の結合を、実質的により強くすることができる。フェージングインは、以下のように、達成させることが出来る。Mo-Cr堆積の終わりのすぐ前に、Ni堆積を、開始する。次に、Mo-Cr堆積速度を、段階的にゼロに持っていき、それと同時に適切に堆積パラメータを調整しNi堆積速度を増加させる。他の方法、例えば電着によるコア上の次のNiまたはその合金の堆積のために、Niまたはその合金は、コアのNi表面に堆積される。この結果、強い結合形成が生じ、および界面強度が高められる。このような界面工学は、また、2つの隣接した電着された膜層間の界面の質を高めるために適用することも可能である。その場合、電着される別の膜Bの堆積が続くべく、電着された膜Aの堆積の終了の近くで、Ax B1-xの合金は、適切なプロセスパラメータを使用して堆積させることができる。 In another embodiment of the present invention, the thin film spring is resistant to failure by strengthening the interface between different film layers against defect propagation and by enhancing good bonding between two adjacent film layers. Can be strengthened. For example, by fading-in Ni at the end of the Mo-Cr deposition, the interface between adjacent layers of the core spring material Mo-Cr and Ni film can be significantly strengthened, and at the interface The bond between the two layers can be substantially stronger. Fading-in can be achieved as follows. Ni deposition begins immediately before the end of Mo-Cr deposition. Next, the Mo-Cr deposition rate is gradually reduced to zero, and at the same time, the deposition parameters are adjusted appropriately to increase the Ni deposition rate. For other methods, such as subsequent deposition of Ni or its alloys on the core by electrodeposition, Ni or its alloys are deposited on the Ni surface of the core. This results in strong bond formation and increased interfacial strength. Such interface engineering can also be applied to enhance the quality of the interface between two adjacent electrodeposited film layers. In that case, near the end of the deposition of electrodeposited film A, the alloy of A x B 1-x is deposited using the appropriate process parameters so that the deposition of another film B to be electrodeposited continues. Can be made.
ばねのコア上の層をコーティングする薄膜を堆積させるために電着を含んでいる本発明の別の実施例の場合、堆積パラメータは、コーティング膜の質を改善するために堆積の間、断続的に変えられる。材料の相対的に厚い膜の電着が、一般的に約1.5〜2μmを超える厚さで、膜の上面の近くの膜層において有孔率の増加をしばしば示すことは、公知である。従って、膜パラメータ、例えばdcめっきからパルスめっきへ変更すること、または堆積中に電流密度を変更することは、著しく膜の質を改善する。この結果、前記膜は、より強くなっておよびテストまたは動作の間、早期の故障を妨げる。電着中に堆積パラメータを変化させると、微細構造、例えば結晶粒度および堆積物の結晶学的構造、並びに膜応力を変えることができる。 For another embodiment of the present invention that includes electrodeposition to deposit a thin film that coats a layer on the spring core, the deposition parameters are intermittent during deposition to improve the quality of the coating film. Can be changed. It is known that the electrodeposition of relatively thick membranes of material often exhibits increased porosity in the membrane layer near the top surface of the membrane, with thicknesses generally exceeding about 1.5-2 μm. Thus, changing film parameters, such as dc plating to pulse plating, or changing the current density during deposition significantly improves film quality. As a result, the membrane becomes stronger and prevents premature failure during testing or operation. Varying the deposition parameters during electrodeposition can change the microstructure, such as grain size and crystallographic structure of the deposit, as well as film stress.
図5は、本発明の別の観点に従う、応力金属ばねの設計および製造のための解決法を示している概略線図である。ここで、501は、電気的パッドを指し、502は、金属を充填したビアを指し、503は、ポリマー膜のような絶縁膜を指し、504は、電気トレースを指し、505は、リリース層を指し、506は、めっきされた膜を指し、507は、ばねのコアを指し、508は、表面のめっきされた膜を指し、および509は、基板を指す。この設計は、より小さい力での良好な電気的コンタクトの確立を可能にし、したがって、繰り返される接触中の破損に対する耐久性の実質的な増加をもたらす。構造体の疲労寿命は、負荷応力の強い関数である。したがって、より小さいサイズ構造体においてより小さい応力を可能にする、小さいコンタクトの力での小さい安定したコンタクト抵抗を達成することは、ばね寿命および性能を増加させるために極めて望ましい。電子部品のテストまたはバーンインのためにもまた使用される、本発明に従う異なる手段で製作される小型化されたばねの一部は、報告によると、2〜150 gfのコンタクトの力を要求する。いくつか実験において、我々は、図5で示される本発明の基本的な構造を有する応力金属ばねは、はるかに小さい力で極めて良好なコンタクトを形成することが出来ることを実証した。これらの実験において、コア膜を全ての側面で覆っている、例えばNiまたはNi合金の膜の一部は、極めて薄くはなく、例えば2 μmより厚く、および、ばねの外側表面は、相対的に固い、環境的に安定な材料、例えばPd-CoまたはRhによってコーティングされる。しかしながら、これらのばねと電気的コンタクトを形成するのに最もむずかしい材料の1つであるAlとの間のコンタクトで、わずか1.4 gfの力は、良好で、低いかつ安定したコンタクト抵抗をもたらした。実際、我々は、力が、これらのばねおよびAl間の効果的な電気的コンタクトのために、約0.8〜10.0 gfまでの範囲内で好ましく維持されるべきであることを見い出した。より大きな力は、コンタクトパッド501に損害を与える傾向があり、および、より小さい力は、再現性をもって表面酸化物を突破することに失敗する。Al上のような強固な酸化物を形成しない他の材料、例えばAu、Cuおよびはんだをコンタクトさせる場合、良好な電気的コンタクトを形成するために要求される力は、著しく小さくなり、例えば0.2 gfである。我々は、0.01gfの小さい力で、我々のプローブばねおよび金のコンタクトパッド間で良好な電気的コンタクトを得た。上記したように、低いコンタクト抵抗での良好な電気的コンタクトの確立は、また、高熱問題に起因するばねの質の重要な劣化を生ぜずに、回路または装置のより大きな電流でのテストも可能にする。従って、図5に示される構成を有するプローブばねは、より大きな電流の通過を要求するテストまたはバーンインにとって望ましい。極めて薄い、例えば約2 μm未満の膜から成る多層構造を有する同様のばねも、また、より大きな電流の通電を要求するこのようなテストまたはバーンインに適している。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a solution for the design and manufacture of a stress metal spring according to another aspect of the present invention. Where 501 refers to an electrical pad, 502 refers to a metal filled via, 503 refers to an insulating film such as a polymer film, 504 refers to an electrical trace, and 505 refers to a release layer. 506 refers to the plated film, 507 refers to the core of the spring, 508 refers to the surface plated film, and 509 refers to the substrate. This design allows for the establishment of good electrical contacts with less force and thus results in a substantial increase in durability against breakage during repeated contacts. The fatigue life of the structure is a strong function of load stress. Therefore, achieving a small and stable contact resistance with a small contact force that allows for smaller stresses in smaller sized structures is highly desirable to increase spring life and performance. Some of the miniaturized springs made by different means according to the present invention, which are also used for electronic component testing or burn-in, reportedly require contact forces of 2 to 150 gf. In some experiments, we have demonstrated that a stress metal spring having the basic structure of the present invention shown in FIG. 5 can form very good contacts with much less force. In these experiments, the part of the film, for example Ni or Ni alloy that covers the core film on all sides, is not very thin, for example thicker than 2 μm, and the outer surface of the spring is relatively Coated with a hard, environmentally stable material such as Pd-Co or Rh. However, with a contact between these springs and Al, one of the most difficult materials to make electrical contact, a force of only 1.4 gf resulted in good, low and stable contact resistance. In fact, we have found that the force should preferably be maintained within the range of about 0.8-10.0 gf for effective electrical contact between these springs and Al. Larger forces tend to damage the
上記のように、極めて小さい力でばねおよびコンタクトパッドまたは端子間の良好な電気的コンタクトを形成する能力は、多数の利益をもたらす。マイクロエレクトロニクスの産業界による深遠なサブミクロンの集積回路への銅金属被覆法および低誘電率材料の導入は、チップのテストおよびバーンインの間、低い力のプローブ・コンタクトのための実質的な要求を開いた。低いkの誘電体材料は、相対的に壊れやすい。従って、本明細書で記載されているばね構造は、特にCu膜および低誘電率材料を有する回路の応用に適している。これらのばねは、相対的に小さい力、例えば1 gf未満でCu上の良好な電気的コンタクトを形成することができる。それ故、回路素子を損なう可能性は、最小限に抑えられる。 As noted above, the ability to make good electrical contacts between springs and contact pads or terminals with very little force provides numerous benefits. The introduction of copper metallization and low dielectric constant materials into deep submicron integrated circuits by the microelectronics industry places substantial demands on low force probe contacts during chip testing and burn-in. Open. Low k dielectric materials are relatively fragile. Thus, the spring structure described herein is particularly suitable for circuit applications having Cu films and low dielectric constant materials. These springs can form good electrical contacts on Cu with relatively little force, eg, less than 1 gf. Therefore, the possibility of damaging circuit elements is minimized.
小さい力のコンタクトによる重要な別の利益は、インターポーザの製造に関連している。従来技術では周知のように、プローブ・カード・アセンブリは、テストされるICおよびテスタ間の電気的接続を確立するために、プローブ・チップ(ProbeChip)(またはスペース・トランスフォーマ(space transformer))およびロードボード(load-board)(テスタと接続されるPCB)の間にしばしばインターポーザを使用する。カンチレバータイプのばねは、電気的接続を容易にするため、これらのインターポーザに付けられる。市場の現在利用可能なプローブ・カード・アセンブリの場合、これらのインターポーザばねの各々によって印加される力は、相対的に大きく、例えば15〜30 gfである。コンタクト端子が、一般に、アルミニウム以外の材料、例えば金から成るので、本発明によって製作される小型化された応力金属ばねを有しているインターポーザは、はるかに小さい力、例えば0.005〜2 gfで、対向するコンタクト端子と電気的コンタクトを形成することができる。このような小さいコンタクトの力は、如何なるめっきも無いコア材料、例えば MoCrのみから成るこれらのばねによって加えられることができる。もちろん、例えば金を用いためっきの相対的に薄い層は、一部の応用において、ばねの電気伝導率または機械的性質、例えばばね先端部の耐摩耗性を増加させるために、好まれる。小さい力のコンタクトスプリングの結果として、何千ものばねを有するインターポーザによって加えられる全体の力は、非常に減らされる。したがって、プローブ・チップ、インターポーザおよびテストおよびバーンイン、並びにパッケージングのためのアセンブリ固定治具含むプローブ・カード・アセンブリの構築のために本発明のフォトリソグラフィでパターン化された小型化された応力金属ばねの使用は、曲げ、反りおよびアライメントの問題が最小限に抑えられるので、これらの小さい力のばねの使用によって非常に単純化される。良好な電気的接続を確立するためにコンタクト上に本発明のばねによって作用される小さい力の由に、アセンブリに、大きな機械的なサポートを、インターポーザ同様、多くの応用に対して省くことが可能である。したがって、本明細書において記載されている小さい力のばねの使用は、降伏および信頼性、並びにコストおよび複雑さの低減において著しい強化をもたらす。 Another important benefit from small force contacts is related to the manufacture of interposers. As is well known in the prior art, a probe card assembly is used to establish an electrical connection between an IC to be tested and a tester, a probe chip (or a space transformer) and a load. An interposer is often used between load-boards (PCBs connected to testers). Cantilever type springs are attached to these interposers to facilitate electrical connection. In the case of currently available probe card assemblies on the market, the force applied by each of these interposer springs is relatively large, for example 15-30 gf. Since the contact terminals are generally made of a material other than aluminum, such as gold, an interposer having a miniaturized stress metal spring made in accordance with the present invention has a much lower force, for example 0.005-2 gf, An electrical contact can be formed with the opposing contact terminal. Such small contact forces can be applied by these springs consisting only of core material without any plating, eg MoCr. Of course, a relatively thin layer of plating, for example with gold, is preferred in some applications to increase the electrical conductivity or mechanical properties of the spring, such as the wear resistance of the spring tip. As a result of low force contact springs, the overall force applied by an interposer with thousands of springs is greatly reduced. Thus, miniaturized stress metal springs patterned with photolithography of the present invention for the construction of probe card assemblies including probe tips, interposers and test and burn-in, and assembly fixtures for packaging The use of is greatly simplified by the use of these low force springs since bending, warping and alignment problems are minimized. Due to the small force exerted by the spring of the present invention on the contact to establish a good electrical connection, the assembly can save a large mechanical support for many applications as well as the interposer It is. Thus, the use of the low force spring described herein provides significant enhancements in yield and reliability, as well as cost and complexity reduction.
ばねの厚さを増すことにより、コンタクトパッドまたは電気端子上のばねのコンタクトの力を増加させることができることは、公知である。数学的表現は、ばね寸法の関数として、力を計算するために利用できる。応力金属ばねにおいて、コア材料、例えばMo-Cr、の厚さは、基板上のそのパターニングに続くばねの自由部分のリフティングを容易にするために、一般的に、約5〜6 μm未満に保たれる。その後、膜は、増加したコンタクトの力を要求する応用のためその厚さを増すように、例えば電着によって、ばね上へ堆積される。フォトリソグラフィまたは他の方法を使用するばねの上の選択的に追加された膜の堆積は、ばねの平面的でない構造に起因して、非常に複雑かつ高価である。本発明の場合、ばね上に、並びに、必要に応じて、回路トレース上に、電着により異なる膜を堆積するために、はるかに簡単かつ効果的な解決法が、適用された。この解決法は、いかなるマスキングの使用をも要求しない。この場合、ばねアレイに対する電気的コンタクトは、基板509の背面から全体を覆うように導電薄膜を堆積することによって、またはより良好に電流密度を制御するようにその膜を背面パターニングすることによって、なされる。電気的連続性は、ばね、接着層 505、ばね金属 507、トレース、例えば504、またはコンタクトパッド、例えば501と電気的にコンタクトしている、導電材料が充填された502のような基板を貫通したビアを使用して確立される。従って、膜は、基板の裏で電源の適切な端子に電気的に接続される導電性表面上のみに堆積される。この方式は、持ち上げられたばね、したがってばねを包囲する全ての表面で選択的電気めっきを可能にし、かつ更に、トレースおよび絶縁材によって覆われない他の金属構造の電気めっきも可能にする。好適な基板は、無機材料、例えばセラミック、石英、シリコン、ガラスを有する。有機材料、例えばポリマー、エポキシ、FR4およびポリイミドを有する他の基板は、また、本発明の範囲内で使用されることが可能である。基板の後のグループの具体例が、FR4、デュポンのThermountおよびNelcoのN4000を使用しているプリント回路基板である。
It is known that by increasing the thickness of the spring, the force of the spring contact on the contact pad or electrical terminal can be increased. A mathematical expression can be used to calculate the force as a function of spring size. In stress metal springs, the thickness of the core material, e.g., Mo-Cr, is generally kept below about 5-6 μm to facilitate lifting of the free part of the spring following its patterning on the substrate. Be drunk. The film is then deposited on the spring, for example by electrodeposition, to increase its thickness for applications that require increased contact force. The deposition of selectively added films on the spring using photolithography or other methods is very complex and expensive due to the non-planar structure of the spring. In the case of the present invention, a much simpler and effective solution has been applied to deposit different films by electrodeposition on springs and, if necessary, on circuit traces. This solution does not require the use of any masking. In this case, electrical contact to the spring array is made by depositing a conductive thin film over the entire back of the
先の研究(特許文献7)も、また、持ち上げられた応力金属ばね上へ材料のめっきを報告している。しかしながら、彼らは、平面でない構造に起因して、持ち上げられたばねの1つの表面上に材料の電気メッキを施すために複雑なフォトレジスト・パターニングを使用した。我々の研究において、我々は、コアばね材料の主に1つの表面に電着された膜内の応力の存在がばねのリフト高さに影響を及ぼすので、その方法が、製造工程のために全く上手く機能しないことを見い出した。さらに、適切なリフティングを可能にするために極めて薄いばねのコアが作られるので、明らかに表面張力の効果に起因して、ばねの自由部分およびベースへ堆積されたフォトレジストは、制御できなく、持ち上げられた部分をベースの方へ引っ張る傾向がある。この結果、本方法は、ばねアレイに対して再生可能でかつ制御されたリフト高さを得ることに適していない。本発明において、この問題は、図5に示されたような、いかなるフォトレジストマスクを用いることなく、ばねのコアを覆う材料の被膜(envelope)を電着させることによって除去される。更に、この場合、コアばねの2つの側面の応力は、適度に釣り合い、このことにより、めっきに起因するばねリフトの高さの修正を最小限に抑える。したがって、ばねのコアのマスク無しのめっきは、ばねが位置づけられる表面と反対側の基板-表面から電気的コンタクトを確立するために基板貫通ビアを使用して、全てのコア表面(更に、必要に応じて、ばねのまわりの他の導電性の表面)を覆う電気めっきされた膜の被膜を製作するために極めて望ましい。 A previous study (Patent Document 7) also reports the plating of material onto a lifted stress metal spring. However, they used complex photoresist patterning to electroplate the material on one surface of the lifted spring due to the non-planar structure. In our study, we have found that the method is completely different for the manufacturing process because the presence of stress in the film electrodeposited mainly on one surface of the core spring material affects the lift height of the spring. I found that it didn't work well. Furthermore, because the very thin spring core is made to allow for proper lifting, the photoresist deposited on the free part and base of the spring is uncontrollable, apparently due to the effect of surface tension, There is a tendency to pull the lifted part towards the base. As a result, the method is not suitable for obtaining a reproducible and controlled lift height for the spring array. In the present invention, this problem is eliminated by electrodeposition of an envelope of material covering the spring core without using any photoresist mask, as shown in FIG. Further, in this case, the stresses on the two sides of the core spring are reasonably balanced, thereby minimizing spring lift height correction due to plating. Thus, unmasked plating of the spring core uses all through-substrate vias to establish electrical contact from the substrate-surface opposite the surface on which the spring is positioned, and further requires the use of all core surfaces. Accordingly, it is highly desirable to produce a coating of electroplated membrane that covers other conductive surfaces around the spring).
図6は、めっきの前の持ち上げられたばねを示し、および図7はめっきの後のばねを示す。めっきされた膜の適切な応力を維持するために、持ち上げられたばねの領域が変化するにつれて、電流密度に生じる変化を、補償することは重要である。電流供給は、電流密度を減らすばね厚さの変化を補償するように膜内の応力を管理するよう、プログラムされなければならない。 FIG. 6 shows the lifted spring before plating and FIG. 7 shows the spring after plating. In order to maintain the proper stress in the plated film, it is important to compensate for the changes that occur in the current density as the area of the lifted spring changes. The current supply must be programmed to manage the stress in the film to compensate for changes in spring thickness that reduce the current density.
多数回の接触、例えば100,000回に関してしばしば経験する問題は、応力金属ばね先端領域上のコンタクトパッド材料の強化である。これは、特に、コンタクトパッドがアルミニウムから構成される場合、ばねのコンタクト抵抗および寿命に影響を及ぼす。コンタクトする金属、例えばAlと、充分にまたは全く付着しない、金属または導電材料でプローブ先端部領域をコーティングすることは、この問題を最小限に抑える。このようなコーティング材料の具体例は、ロジウム(Rh)、パラジウムおよびルテニウム、および2つ以上の付加物、例えばパラジウム-ニッケル、パラジウム-ロジウム、パラジウム-コバルト、パラジウム-金-ロジウム、並びに、窒化チタン、Ir-Au、Ir-Pt、金-コバルト、窒化ジルコニウム等を有するそれらの合金を含むプラチナ族材料である。このようなコーティング材料の薄膜が、低い力およびより少ない電流の用途に関し、プローブばねの本体へ堆積されるとはいえ、応力金属ばねが基板からリリースされた後で、ばね先端領域の付近にのみコーティング材料を堆積させることは、一部の用途に関して望ましい。ばねの本体の全部にコーティング材料を堆積させない1つの理由は、例えば、ばね先端領域の選択的なコーティングに関して、所望の弾性係数および膜厚に対して、コーティング材料を選択する際の融通性を有することである。ばねの本体上の相対的に大きな厚さを有する一部のコーティング材料の存在は、ばねの信頼性に影響を及ぼす可能性がある。本発明は、集積回路技術と互換性がある技法を使用して応力金属ばねの先端領域にのみこのようなコーティングを極めて制御可能に堆積させるための新しい解決法を提供する。この解決法において、好ましくは複数の導電膜を有する「ボタン」は、電気的コンタクトパッドまたは端子とコンタクトを形成するためのばねの先端領域に製作される。この解決法の一実施例において、上記したように、コーティング材料は、プローブばねの自由部分が、基板からリリースされる前に、「ボタン」上へ最後に覆う膜として堆積される。この結果、ばねの小さい部分のみが先端部のコーティング材料によって制約され、一方、残り部分は、自由に曲がりかつ持ち上がるので、次のばねの自由部分の適切な高さへの持ち上がりと関連している問題は、最小限に抑えられる。このアプローチは、より大きな力または改善されたばね電気伝導率のための追加された厚さを要求しない、より小さい力のばねのために使用される(MoCrばねは、薄くかつ耐久性がある)。 A problem often experienced with multiple contacts, eg 100,000, is the strengthening of the contact pad material on the stress metal spring tip region. This affects the contact resistance and life of the spring, especially when the contact pad is composed of aluminum. Coating the probe tip region with a metal or conductive material that does not adhere well or at all with the metal to contact, such as Al, minimizes this problem. Examples of such coating materials are rhodium (Rh), palladium and ruthenium, and two or more adducts such as palladium-nickel, palladium-rhodium, palladium-cobalt, palladium-gold-rhodium, and titanium nitride. Platinum group materials including their alloys with Ir-Au, Ir-Pt, gold-cobalt, zirconium nitride and the like. Although a thin film of such coating material is deposited on the body of the probe spring for low force and less current applications, it is only in the vicinity of the spring tip region after the stress metal spring is released from the substrate. Depositing the coating material is desirable for some applications. One reason for not depositing the coating material on the entire spring body is, for example, the flexibility in selecting the coating material for the desired elastic modulus and film thickness for selective coating of the spring tip region. That is. The presence of some coating material having a relatively large thickness on the spring body can affect the reliability of the spring. The present invention provides a new solution for highly controllable deposition of such coatings only on the tip region of a stress metal spring using techniques that are compatible with integrated circuit technology. In this solution, a “button”, preferably having a plurality of conductive films, is fabricated in the tip region of the spring for making contact with the electrical contact pads or terminals. In one embodiment of this solution, as described above, the coating material is deposited as a film that finally covers the “button” before the free portion of the probe spring is released from the substrate. As a result, only the small part of the spring is constrained by the coating material at the tip, while the rest is free to bend and lift, which is associated with lifting the free part of the next spring to the proper height. The problem is minimized. This approach is used for smaller force springs that do not require greater force or added thickness for improved spring electrical conductivity (MoCr springs are thin and durable).
上記したように、「ボタンをつけられた」先端部を有するばねを製作するためのプロセスステップは、下記のとおりである。応力金属ばねのコア膜、例えばMo-Crの堆積に続き、マスク、例えばフォトレジストは、コア膜上へ堆積され、およびばねの形を定めるために、技術、例えばフォトリソグラフィを使用して、パターニングされる。ばねは、エッチングされ、フォトレジストは、除去され、および、ばね先端領域を除いて、コア膜の全部は、マスクで覆われたままであるように、追加のフォトプロセスが、続く。続いて、ばねのコアにオーバーレイヤとして後で堆積することになっている、例えばRhは、露出するばね先端領域へ所望の厚さに堆積され、前述のコーティング材料、例えばPd-Ni、Pd-Rh、Pd-Co、RhまたはTiNを有する例えば約1〜4 μmの適切な厚さの最後のオーバーレイヤの堆積が続く。また、コーティング層厚の範囲は、本発明が機能するために、当然、より大きく、例えば1〜20 μmになり得るであろう。この実施例の変形例において、ばね先端領域へ堆積される膜は、また、ばねの本体上へ後で堆積される材料以外の材料から成ることも可能であることに留意されたい。マスクが除去されると、エッチングは、ばねをアンダーカットし、および基板からばねの自由部分をリリースするために使用される。これの後に、ばねの本体上へ所望の厚さに膜を上に重ねる堆積が続く、一方、すでに製作されたばね先端領域は、例えば、フォトレジストまたはポリイミドのマスクによって保護されている。 As described above, the process steps for making a spring with a “buttoned” tip are as follows. Following the deposition of the stress metal spring core film, e.g. Mo-Cr, a mask, e.g. photoresist, is deposited on the core film and patterned using a technique, e.g. photolithography, to define the shape of the spring. Is done. The spring is etched, the photoresist is removed, and an additional photo process follows, so that all of the core film remains covered with the mask except for the spring tip region. Subsequently, Rh, which is to be deposited later as an overlayer on the spring core, for example Rh, is deposited to the exposed spring tip region to the desired thickness, and the aforementioned coating materials, such as Pd-Ni, Pd- The last overlayer deposition with a suitable thickness of Rh, Pd-Co, Rh or TiN, for example about 1 to 4 μm, follows. Also, the coating layer thickness range will naturally be larger, eg, 1-20 μm, for the present invention to function. It should be noted that in a variation of this embodiment, the film deposited on the spring tip region can also be composed of materials other than those later deposited on the spring body. Once the mask is removed, the etch is used to undercut the spring and release the free part of the spring from the substrate. This is followed by deposition over the spring body to the desired thickness, while the already fabricated spring tip region is protected by, for example, a photoresist or polyimide mask.
結果として生じる先端領域の厚さは、持ち上げられたばねの残りの部分にほぼ等しくなるように設計され得るであろう。続いて、マスクは除去され、そして、ばね先端領域上のコーティング材料の所望の厚さを有するプローブばねは、得られる。多数の膜堆積技術がオーバーレイヤおよび最後のコーティング層を堆積させるために使用されることが可能であるとはいえ、電着は、このような堆積に好適である。この実施例の別の変形例の場合、ばねリリースの前のばね先端領域上へのオーバーレイする膜の選択的堆積は、コーティング膜をばね先端領域上へ堆積した後でばねフィンガーをパターニングする代わりに、堆積されたコア膜をばねフィンガーにパターニングした後に、行うこともできる。残りのその後のプロセスステップは、両方の実施例に対して同じである。 The resulting tip region thickness could be designed to be approximately equal to the rest of the lifted spring. Subsequently, the mask is removed and a probe spring having the desired thickness of coating material on the spring tip region is obtained. Electrodeposition is suitable for such deposition, although a number of film deposition techniques can be used to deposit the overlayer and the final coating layer. In another variation of this embodiment, the selective deposition of the overlaying film on the spring tip region prior to spring release is an alternative to patterning the spring fingers after depositing the coating film on the spring tip region. It can also be done after patterning the deposited core film into spring fingers. The remaining subsequent process steps are the same for both embodiments.
図7に示されるもののような持ち上げられためっきされたばね上にボタンを製作するための好適な方法は、以下に記載される。ばねが基板から持ち上げられた後で、フォトリソグラフィを使用して、ばね先端領域は、1つ以上の適切な材料で選択的にコーティングされる(ボタン製造)。この方法の場合、フォトレジストは、持ち上げられたばね上へ、スピニングまたはスプレーまたはめっきのような周知の技法を使用して堆積される。好適な方法は、フォトレジストをスピンオンすることである。めっきされていないばねと異なって、コアを覆う材料の相対的に厚い被膜が実質的にそれらを堅くするので、厚いフォトレジストは、ばねに利用されることが可能である。この強化された剛性のため、ばね高さは、フォトレジストを適用することにより、影響を著しくは受けない。フォトレジストにの覆われたばねは、図8に示される。フォトレジストのめっきに関して、上記のように、基板の裏面の電気端子は、電源に接続するために使用される。背面端子は、金属化されたビアによって基板の前面上のばねに接続される。次に、フォトレジストは、図9に示されるように、フォトマスクおよびフォトリソグラフィ技術を使用して、先端領域の頂面および側面部を含む、ばね先端領域から選択的に除去される。続いて、前のパラグラフに記載されているように、先端部へのコーティング材料、例えばPd-Ni、Pd-Coは、従来の技術、好ましくは電気めっきを使用して、ばね先端領域上へ堆積される。スパッタリングまたはCVDも、また、使用することが可能であり、この場合、コーティング材料も、また、フォトレジスト層上へ堆積され、続いて、従来の溶剤を使用して、任意の不必要なオーバーレイするコーティング材料とともに除去され、先端領域のコーティング材料のみを残す。フォトレジストで覆われないばね先端領域の電気めっきは、先端領域の実質的なカバレッジを可能にする。ボタンのための好適な材料は、プラチナ族材料(すなわち、Pd、Pt、Rh、Os、RuおよびIr)、Ni、Co、AuおよびAgから成る。この構造は、図10に示される。 A suitable method for fabricating a button on a raised plated spring such as that shown in FIG. 7 is described below. After the spring is lifted from the substrate, using photolithography, the spring tip region is selectively coated with one or more suitable materials (button manufacturing). In this method, the photoresist is deposited on a lifted spring using well known techniques such as spinning or spraying or plating. A preferred method is to spin on the photoresist. Unlike unplated springs, thick photoresists can be utilized for the springs because the relatively thick coating of material covering the cores substantially hardens them. Due to this enhanced stiffness, the spring height is not significantly affected by applying a photoresist. A spring covered with photoresist is shown in FIG. With regard to photoresist plating, as described above, the electrical terminals on the backside of the substrate are used to connect to a power source. The back terminal is connected to a spring on the front surface of the substrate by a metallized via. Next, the photoresist is selectively removed from the spring tip region, including the top and side portions of the tip region, using a photomask and photolithography techniques, as shown in FIG. Subsequently, as described in the previous paragraph, the coating material on the tip, eg Pd-Ni, Pd-Co, is deposited on the spring tip region using conventional techniques, preferably electroplating. Is done. Sputtering or CVD can also be used, in which case the coating material is also deposited onto the photoresist layer, followed by any unnecessary overlay using conventional solvents. Removed along with the coating material, leaving only the coating material in the tip region. Electroplating of the spring tip region that is not covered with photoresist allows for substantial coverage of the tip region. Suitable materials for the buttons consist of platinum group materials (ie Pd, Pt, Rh, Os, Ru and Ir), Ni, Co, Au and Ag. This structure is shown in FIG.
前のパラグラフに記載されているプロセスにおいて、先端部ボタンは、材料、例えばNiの相対的に厚い被膜のコア上への堆積に続いてめっきされ、このことは、実質的にばねを堅くする。ボタンによるばねのこの強化された剛性および相対的に小さいカバー範囲故に、ばねリフトの高さは、ボタンめっきにより、著しい影響を受けない。 In the process described in the previous paragraph, the tip button is plated following the deposition of a relatively thick coating of material, eg, Ni, which substantially hardens the spring. Because of this enhanced stiffness of the spring by the button and the relatively small coverage, the height of the spring lift is not significantly affected by button plating.
ボタン先端部がめっきされた後で、フォトレジストは、図11に示されるように最終的な構造を残し、除去される。アンカ部分516に注目されたい。
After the button tip is plated, the photoresist is removed leaving the final structure as shown in FIG. Note the
背面接続を可能にするための金属化された貫通するビアが基板に存在しない場合、前のパラグラフに記載されている解決法の変形例は、また、ばねのコア膜のリフティングおよびオーバーレイする膜の堆積に続くばね先端領域に選択的にコーティングを適用するために使用されることが可能である。導電材料、例えばAu、AgまたはCuが、最初に全体を覆うように堆積されるこの場合、スパッタリングまたは電着またはCVDのような技術を使用して、ばねを持ち上げた後の応力金属ばね含む基板を覆う全部は、コア膜を覆うオーバーレイする膜を含む所望の厚さに製作される。この導電層は、ばね先端部のボタン電気めっきのための電気的接続を提供するために使用される。次に、フォトレジストは、導電性表面の全てを覆って堆積される。フォトリソグラフィ技術を使用して、前のパラグラフに記載されているように、コーティング材料は、ばね先端領域のみに選択的に堆積される。次に、フォトレジスト堆積の前に堆積された薄い導電材料は、ウェットまたはドライエッチング技術によって除去される。 If there are no metallized through-vias in the substrate to allow backside connection, a variation of the solution described in the previous paragraph will also lift the spring core film and overlay the film. It can be used to selectively apply a coating to the spring tip region following deposition. A conductive material, such as Au, Ag or Cu, is first deposited over the entire substrate, in this case a substrate containing a stress metal spring after lifting the spring using techniques such as sputtering or electrodeposition or CVD The whole covering is made to the desired thickness including the overlying film covering the core film. This conductive layer is used to provide an electrical connection for button electroplating of the spring tip. A photoresist is then deposited over all of the conductive surface. Using photolithographic techniques, the coating material is selectively deposited only in the spring tip region, as described in the previous paragraph. Next, the thin conductive material deposited prior to photoresist deposition is removed by wet or dry etching techniques.
図12bは、改善されたばね寿命を有する選択的にコーティングされたばね先端領域の、特定の実施例を示し、ここで、1215は、保護コーティング、例えばPd-CoまたはPd-Ni合金等を有する先端部ボタンを指す。ここで、ばねの自由部分1218は、実質的にテーパ状である。後で議論されるように、この実施例の場合、ばね寿命は実質的に強化され、および、繰り返される接触の間、先端領域のコーティング材料は、いかなる顕著な劣化も示さない。
FIG. 12b shows a specific example of a selectively coated spring tip region with improved spring life, where 1215 is a tip with a protective coating, such as Pd—Co or Pd—Ni alloy Point to a button. Here, the
図13は、先端領域を露出させるためのパターニングおよびPd-Co合金の電気めっきによる先端領域の選択的コーティングがあとに続く、フォトレジスト適用を使用する先端部(ボタン)めっきの結果を示している図面である。全ての先端部は、めっきされたボタンで実質的に覆われることが可能である、但し、通常、ばね先端部の相対的に小さい領域のみが、電気的テストまたはバーンイン動作のためのプローブ・カード・テスト・アセンブリの他の部品上のIC端子または電気的コンタクトパッドとコンタクトする。ボタン材料によるばね先端部の大きなカバー範囲は、ばねおよびテストアセンブリを設計する際の柔軟性を提供する。さらに、はんだ付けのような技術を使用するパッケージング応用のためのばねの電気部品のIC端子またはコンタクトパッドへの接合は、実質的にばね先端部を覆うボタンの使用で非常に容易になる。そのような場合、ボタンめっき材料は、はんだで信頼性が高い結合を形成するグループ、例えば、マイクロエレクトロニクスのパッケージング業界で共通して使用されている、Snを含んでいる合金、Pb-SnまたはPbを含まないはんだから選択される。パッケージング応用におけるはんだまたは導電接着剤とコンタクトを形成するためのボタン材料、またはばねコーティング材料の具体例は、プラチナ族材料、例えばパラジウム、白金、ルテニウム等、並びに、コバルト、ニッケル、金、銅、コバルトまたは合金を有する膜の多層スタックである。 FIG. 13 shows the result of tip (button) plating using photoresist application followed by selective coating of the tip region by patterning to expose the tip region and electroplating of a Pd—Co alloy. It is a drawing. All tips can be substantially covered with plated buttons, but usually only a relatively small area of the spring tip is a probe card for electrical testing or burn-in operation. • Contact IC terminals or electrical contact pads on other parts of the test assembly. The large coverage of the spring tip by the button material provides flexibility in designing the spring and test assembly. Furthermore, the joining of spring electrical components to IC terminals or contact pads for packaging applications using techniques such as soldering is greatly facilitated with the use of a button that substantially covers the spring tip. In such cases, the button plating material is a group that forms a reliable bond with solder, for example, an alloy containing Sn, Pb-Sn or commonly used in the microelectronics packaging industry It is selected from solder that does not contain Pb. Specific examples of button materials or spring coating materials for forming contacts with solder or conductive adhesives in packaging applications include platinum group materials such as palladium, platinum, ruthenium, etc., as well as cobalt, nickel, gold, copper, A multilayer stack of films with cobalt or an alloy.
破損に対する応力金属ばねの耐久性は、また、フィンガーの先端部領域からベースにかけて増す変化する幅を有するばねを設計することによって増大させることができる。繰り返される接触の間のばね破壊のほとんどは、ばねのベースの近くで生じる。一般に、コンタクトパッドとのコンタクトの間に発生させられる応力は、ばねフィンガーのベースの付近で最大であるので、ベースの付近の応力を、ベース領域の付近で幅を増すことによって実質的に減らすことが可能である。例えば、ばねの自由部分を、実質的に台形の形状を有するようにパターニングすることが可能である。破壊耐性の同様の増加は、また、ばね-ベースにより近い領域をより厚くすることによって達成されることが可能であり、このことは、一定の印加された力に対して、ばね-ベース領域の付近の応力も、また、減らす。 The durability of a stress metal spring against failure can also be increased by designing a spring with a varying width that increases from the finger tip region to the base. Most of the spring breaks during repeated contact occur near the base of the spring. In general, the stress generated during contact with the contact pad is greatest near the base of the spring finger, so the stress near the base is substantially reduced by increasing the width near the base region. Is possible. For example, the free part of the spring can be patterned to have a substantially trapezoidal shape. A similar increase in puncture resistance can also be achieved by making the region closer to the spring-base thicker, which for a given applied force, Nearby stresses are also reduced.
図12aおよび12bは、テーパ状に変化する幅を有するばねの具体例1200を示している概略線図である。ここで、1216は、固定されたばねベースを指し、および、1218は、相対的に一様な応力分布のためにテーパ状になっているばねの、自由部分を指す。テーパ状にされたばねの自由部分1218を有することは、ばねの破壊耐性の重要な増加になる。テーパ状にすることによる本例で、ここのキーポイントは、曲げ応力がばね1200に沿って均一に分布されるように、適切にばねの自由部分1218を成形することである。さらに、ばねコンプライアンスは、テーパ状にすることのために増やされる。したがって、この概念は、所定のコンプライアンス範囲に対して最小応力にて、力を最大にするための設計的解決法を可能にする。ベース領域(すなわちアンカ部分)の平行した側面も、また、テーパ状にする前に、1218aのようにある程度、持ち上げられた領域(すなわち自由部分)に延在することが可能であることに留意されたい。図12bは、線図的に、破壊なしで多数の接触に耐えることが見い出された、ボタンを付けられかつテーパ状にされたばねを示す。
FIGS. 12a and 12b are schematic diagrams showing an
典型的な実施例の場合、自由部分および基板に取り付けられたアンカ部分を有する、応力金属ばねのコア部材は、大きな弾性係数を有する材料、例えばMo、Mo-Cr、W、Ti-Wである。コア部材は、ばねの自由部分が持ち上げられた後で、その露出面を全て覆うように、選択的にコーティングされる。結果は、基板の背面(ばね面の反対側)から電気的コンタクトを確立するために、基板の金属化されたスルーホールのビアを使用する、マスクを伴わない電気めっきによって堆積された少なくとも1つの金属膜を有する被膜である。被膜は、自由部分の応力を釣り合わせ、および、機械的に膜を弱めて早期の破壊を引き起こす、いかなる不連続部もなくアンカ部分まで延在する。一般的に、NiまたはNi合金が、コア部材に堆積される。追加される膜、例えばPd合金膜は、必要に応じて、Ni上へオプションとして電気めっきされる。ばね先端領域上のパラジウム合金膜の追加される層の選択的堆積は、従来のフォトリソグラフィおよび堆積技術、例えば、電着(電気めっきおよび/または無電解めっき)またはスパッタリングまたはCVDを使用して、実行される。Mo-Crの典型的厚さは、4 μmである。Mo-Cr膜の各面上の電気めっきされたニッケルおよびパラジウム合金膜の厚さは、2〜20μmおよび1〜10μm、一般的には、それぞれ、12μmおよび4μmである。この場合、膜の弾性係数は、ばねのコアから両方の表面に向かって減少する。パラジウム合金膜の追加された堆積物を有するボタンの厚さは、、例えば、コンタクトチップ領域で、1〜20μmであり、典型的な値は、12μmである。 In an exemplary embodiment, the core member of the stress metal spring, having a free part and an anchor part attached to the substrate, is a material with a large elastic modulus, such as Mo, Mo-Cr, W, Ti-W. . The core member is selectively coated to cover all of its exposed surface after the free part of the spring is lifted. The result is that at least one deposited by electroplating without a mask, using the metallized through-hole vias in the substrate to establish electrical contact from the back of the substrate (opposite the spring surface) A film having a metal film. The coating extends to the anchor portion without any discontinuities that balances the stress in the free portion and mechanically weakens the membrane causing premature failure. Generally, Ni or Ni alloy is deposited on the core member. Additional films, such as Pd alloy films, are optionally electroplated onto Ni as needed. Selective deposition of an additional layer of palladium alloy film on the spring tip region can be accomplished using conventional photolithography and deposition techniques such as electrodeposition (electroplating and / or electroless plating) or sputtering or CVD. Executed. The typical thickness of Mo-Cr is 4 μm. The thickness of the electroplated nickel and palladium alloy film on each side of the Mo—Cr film is 2-20 μm and 1-10 μm, typically 12 μm and 4 μm, respectively. In this case, the elastic modulus of the membrane decreases from the spring core towards both surfaces. The thickness of the button with the added deposit of palladium alloy film is, for example, 1-20 μm, typically 12 μm, in the contact tip region.
本発明の別の観点は、ばね表面の応力集中のポイントを除去することである。我々は、クラックのような、ばね破損は、しばしば、繰り返される接触中に、表面で開始されることを観察した。したがって、表面粗さは最小限に抑えられることを必要とする。図5に示されるように、持ち上げられたばねの側面部の粗さの多くは、例えば、ウェットエッチングによって、Mo-Cr、WまたはZr-Niから成る膜ようなコア膜をパターニングする間に、始まる。続いてコア507に堆積される506のような、オーバーレイする膜は、粗い外形の面に続き、完成されたばね構造側の粗い表面に結果としてなる。本発明によって、イオン化種を含んでいるドライエッチングによってばねのコア・パターンを形成することは、この粗さを最小限に抑える。オーバーレイする膜を構築するために電気めっきを使用する場合、粗さは、また、ばね厚さを増加するためのシーケンシャルなめっきおよび逆めっきプロセス(deplating)を使用して最小限に抑えられる。めっきされた厚さの一部分のみが逆めっきの間に除去されるように、逆めっきパラメータは調整される。電解研摩、化学または電気化学的研摩によって、最初に、ウェットエッチングされたコア507または完全にメッキをされたばねの面を研磨することは、また、粗さを最小限に抑えることを可能にする。
Another aspect of the present invention is to eliminate stress concentration points on the spring surface. We have observed that spring breaks, such as cracks, are often initiated at the surface during repeated contact. Therefore, the surface roughness needs to be minimized. As shown in FIG. 5, much of the roughness of the side of the lifted spring begins while patterning a core film, such as a film made of Mo-Cr, W or Zr-Ni, for example by wet etching. . The overlaying film, such as 506, subsequently deposited on the
別の実施例の場合、コア膜が、あらゆる所でオーバーレイする膜堆積物で覆われたばねは、スタンドオフの設計された高さおよび位置によって可能とされる電気的コンタクトパッドまたは端子における最大のオーバドライブに限定されるように、スタンドオフは、基板または電気的コンポーネントに提供される。 In another embodiment, a spring covered with a film deposit, where the core film overlays everywhere, is the maximum over-ride in electrical contact pads or terminals allowed by the designed height and position of the standoffs. As limited to the drive, the standoff is provided on the substrate or electrical component.
上記した解決法は、また、膜の固有の応力勾配の存在の結果として、部分的に持ち上げられた応力金属ばねではない、さまざまな他のカンチレバーばねを製造する際に使用されることが可能である。ばね先端部-終端がコンタクトパッド、すなわちウェハまたは他の基板またはテストまたはバーンイン・アセンブリの部品の入出力(I/O)パッドと押圧されてコンタクトするとき、この領域の応力が最大となるので、これらの他のカンチレバーばねの性能に関する主要な関心の1つは、また、破損、例えば、カンチレバーばねのベースまたはアンカされた端の付近での変形またはクラック形成に対する傾向である。数学的表現は、ベース領域の近くで応力に関するばね長さの効果を示すために利用できる。ばねが押圧されコンタクトパッドとコンタクトを形成するとき、ばねが曲がっている間のベース領域での応力を最小限に抑え、したがって、繰り返される接触の間、破損に対するその耐久性を増やすために、ばねの長さは、相対的に大きくなるように、例えば、約700〜2,000 μmに現在設計されている。しかしながら、これは、超小型化された集積回路の現在および将来の一部の世代のテストおよびバーンインに対してカンチレバーばねの適用可能性を制限する。この回路に対して、ばねプローブアレイは、より密なピッチ、例えば約20〜50 μmの、非常に密度の高いアレイの装置入出力パッドに対応しなければならない。従って、破損無しでより大きな応力に耐えるため、特にベース領域の近くで充分に強い、より密なピッチのより短いばねを作成する手段を見つけることは、極めて望ましい。 The solution described above can also be used in manufacturing a variety of other cantilever springs that are not partially lifted stress metal springs as a result of the presence of an inherent stress gradient in the membrane. is there. When the spring tip-end contacts the contact pad, i.e. the input / output (I / O) pad of the wafer or other substrate or component of the test or burn-in assembly, the stress in this region is maximized One of the main concerns regarding the performance of these other cantilever springs is also the tendency to breakage, for example deformation or crack formation near the base or anchored end of the cantilever spring. Mathematical expressions can be used to show the effect of spring length on stress near the base region. When the spring is pressed to form contact with the contact pad, the spring will minimize the stress in the base region while the spring is bent, and thus increase its durability against breakage during repeated contact The length of is currently designed to be relatively large, for example, about 700 to 2,000 μm. However, this limits the applicability of cantilever springs to current and future generation generation tests and burn-in of microminiaturized integrated circuits. For this circuit, the spring probe array must accommodate a much denser array of device input / output pads with a denser pitch, eg, about 20-50 μm. Therefore, it would be highly desirable to find a means to create a tighter pitch, shorter spring that is sufficiently strong, especially near the base region, to withstand greater stress without failure.
コンタクトパッドへのばねコンタクトの際に要求される力を印加するために、増加したばね定数の必要性は、カンチレバータイプのばねの自由部分がより厚くされることを要する。一部の実施例の場合、より厚いばねは、1つ以上の金属またはそれらの合金、例えばニッケルまたはニッケル合金またはパラジウム合金を、フォトリソグラフィでパターン化された支えなしで立っているばねのコア、例えばMo-Cr合金上に、電気めっきすることにより、作られる。一部の他の実施例の場合、ばねは、フォトリソグラフィを使用してパターニングされ、および少なくとも1つの金属または金属合金膜、例えばニッケルまたはニッケル合金の相対的に厚い層を、シード層に電気めっきすることにより製作される。これらの実施例の多くの場合、ボタンタイプのコンタクト構造は、ウェハテストおよびバーンイン動作時の繰り返される接触の間、コンタクト特性を改善しかつコンタクトの完全性を維持するため、コンタクトチップ領域でもまた提供される。しかしながら、このような実施例は、コンタクトチップ端で要求されるコンタクトの力を印加するためにばねの本体を構成する相対的に厚い膜を依然として要求する。約100〜700 μmの長さである相対的により短いばねに対して、増加したばね厚さは、ベース端部の近くでのより大きな応力をもたらし、結果として、より短いばね寿命となる。 In order to apply the required force during spring contact to the contact pad, the need for an increased spring constant requires that the free part of the cantilever type spring be made thicker. In some embodiments, a thicker spring is a spring core that stands on one or more metals or their alloys, such as nickel or nickel alloys or palladium alloys, without a photolithographically patterned support, For example, it is made by electroplating on a Mo-Cr alloy. In some other embodiments, the spring is patterned using photolithography and electroplating at least one metal or metal alloy film, such as a relatively thick layer of nickel or nickel alloy, onto the seed layer It is manufactured by doing. In many of these embodiments, a button-type contact structure is also provided in the contact chip area to improve contact characteristics and maintain contact integrity during repeated contact during wafer test and burn-in operations. Is done. However, such an embodiment still requires a relatively thick membrane that constitutes the body of the spring to apply the required contact force at the contact tip end. For relatively shorter springs that are about 100-700 μm long, increased spring thickness results in greater stress near the base end, resulting in shorter spring life.
ばね先端領域でコンタクト構造に似たボタンの有無にかかわらずより短いカンチレバータイプのばねを製造するための解決法は、以下に記載されている。このタイプのばねにおいて、ばねのベースまたは本体領域の強度が機械的な破損に対して強化され、このようなばねの性能、強度、耐性および寿命の重要な増強に結果としてなる。 Solutions for producing shorter cantilever type springs with or without buttons similar to the contact structure in the spring tip region are described below. In this type of spring, the strength of the base or body region of the spring is enhanced against mechanical failure, resulting in a significant increase in the performance, strength, resistance and life of such a spring.
図14aおよび14bは、本発明の一実施例に従う典型的な支えなしで立っている無応力金属カンチレバーばねの2つの横断面図を示す。支えなしで立っているカンチレバーばねは、基板1403の電気的コンタクトパッド1402に取り付けられている一方の端でベース領域1401、ばねの他方の端でコンタクトチップ領域1404、コンタクトチップ領域1404と共にあるボタン1406、および、Ni膜1408およびPd-合金膜1409で堆積された本体を有する。ばね長さは、それが、取り付けられた基板の表面に実質的に平行となることが可能であり、または、それは、表面に対して斜角を形成して基体表面から離れて延在することが可能である。一般的に、ばねのベース1401、先端部1404および本体は、例えば、電気めっき、スパッタリングまたはCVDのような薄膜堆積技術を使用して、同じ操作で同じ材料によって製作される。
Figures 14a and 14b show two cross-sectional views of a stress-free metal cantilever spring standing without a typical support according to one embodiment of the present invention. A cantilever spring standing without support is a
コンタクトチップ領域1404は、信頼性が高くかつ耐久性のあるコンタクトを容易にするボタンタイプのコンタクト構造1406を有する。この構造は、先端領域の不可欠な部分として膜をコンタクトチップ領域1404に選択的に堆積させることによって、または別々に製作され、そして先端領域につけられることによって製作されることができる。同様に、ベース領域1401は、ばねと共に一体的に製作されることができ、または別々に製作され、そしてはんだ付け、鑞付け等のような従来の技術を使用してベースに結合されることができ、ポストに取り付けることが可能である。ポストの一体的な製造の場合、膜は、犠牲基板の範囲内のホールに、研摩が後に続く電気めっきのような技術を使用して、選択的に堆積されることができる。
ばね先端領域1404のボタンタイプのコンタクト構造806の存在は、ウェハテストまたはバーンイン・アセンブリにおいて対向するコンタクトパッドに信頼性が高くかつ耐久性のある電気的コンタクトを達成するために有効である。その場合、望ましいコンタクト特性および厚さを有する適切な材料は、必ずしも必要ではないが、ばねの本体1405またはベース1401を構成する同じ材料を有することも可能であり、このようなボタンを作成するために選択されることができる。しかしながら、3つ部分の各々に対する材料の選択は、ばねの各部に対して強さを与え、それらが、繰り返される接触を含むウェハテストおよびバーンイン・プロセスに、破損のなく耐えることを可能にするよにでなければならない。さまざまな電気めっき応用に適してい材料の多くは、カンチレバータイプのばね作成する際に使用された。例えば、このような材料は、ニッケルおよびその合金、金、ロジウム、Pdおよびその合金、銅、プラチナ族の元素およびそれらの合金、チタン、モリブデンおよびそれらの合金等を含む。しかしながら、要求された強さを有するより短いばねを製造する課題は、残ったままである。今日製造される無応力金属カンチレバーばねは、依然として相対的に長い、例えば1〜2 mmのままである。この分野における主な目的は、より大きな回路密度および入力/出力端子間の付随するより小さいピッを有するディープサブ・ミクロン集積回路を製作するためにマイクロエレクトロニクスの業界の継続的な推進力を支えるために、はるかに短くかつ強いばねアレイを製作する手段を見つけ出すことである。
The presence of the button-type contact structure 806 in the
本発明は、このような強いコンタクトスプリングアレイが、金属膜を有するボタンを付けられたまたはボタンをつけられていないばねの構築のために特別な材料選択の原則を適用することによって製作されることを可能にする。これらの原則を適用することによる適切な材料の選択は、膜堆積の特定の方法を提供し、したがって所望の強さを有するコンタクトスプリングの製造をもたらす。 The present invention allows such a strong contact spring array to be fabricated by applying special material selection principles for the construction of buttoned or unbuttoned springs with metal membranes Enable. The selection of the appropriate material by applying these principles provides a specific method of film deposition and thus leads to the production of contact springs with the desired strength.
ばねの性能および信頼性の改善において非常に重要な効果を有することが見い出された特別な材料選択の原則は、以下の通りである。3つの部分、即ちばねのベース、先端領域、および本体とボタンを有する多層膜が、より小さい弾性係数を有する膜は、テストのためのIC端子とコンタクトを形成するばね表面の近くに堆積され、および、次第に大きくなる係数を有する膜が、対向する面の方へ堆積されるように、段階的な材料の組成を有するべきである。ばねの強さを決定するのは、ばねの本体およびベース領域の機械的な強度なので、ボタンの機械的な強度は、クリティカルなファクタでない。しかしながら、本発明の教示に基づいて、ボタン膜は、また、必要に応じて、オプションとして、ボタン面の膜の係数が、アンダーレイする膜層より低い弾性係数を有し、その係数がボタン面から離れて次第に増加するように、選択されかつ堆積されることが可能である。2つの異なる材料間の界面を横切る連続的にまたは不連続ステップでの何れかで、ばねコンタクト面から反対側の面への組成よび弾性係数の段階的なこのような移行は、クリティカルな位置で応力を分布するために使用されることができ、したがって、ばねへの損傷を抑制する。この結果、ばねの寿命は、増加する。この事は、ばね先端部804が、別の基板、例えば半導体のウェハまたはテストまたはバーンイン・アセンブリの他の部品上のコンタクトパッドと押圧されコンタクトするとき、ばねのベース801を含むあらゆる所で、ばねにおける機械的な破損の耐久性を増加する。 The specific material selection principles that have been found to have very significant effects in improving spring performance and reliability are as follows. A multilayer film with three parts, namely a spring base, a tip region, and a body and a button, a film with a smaller elastic modulus is deposited near the spring surface that forms a contact with the IC terminal for testing, And it should have a graded material composition so that films with progressively larger coefficients are deposited towards the opposite surface. Since it is the mechanical strength of the spring body and base region that determines the strength of the spring, the mechanical strength of the button is not a critical factor. However, in accordance with the teachings of the present invention, the button membrane also optionally has a modulus of the button face membrane that has a lower modulus of elasticity than the underlaid membrane layer, the modulus of the button face being It can be selected and deposited so as to gradually increase away from. Such a gradual transition of the composition and elastic modulus from the spring contact surface to the opposite surface, either continuously or in discontinuous steps across the interface between two different materials, is a critical position. It can be used to distribute stress and therefore suppresses damage to the spring. As a result, the life of the spring is increased. This means that the spring tip 804 is spring-loaded everywhere, including the spring base 801, when pressed against and contacts a contact pad on another substrate, such as a semiconductor wafer or other part of a test or burn-in assembly. Increase the durability of mechanical breakage in
上述の原則によれば、無応力金属カンチレバーばねの典型的な一実施例は、ニッケルがそのパラジウム合金の弾性係数より大きな弾性係数を有するので、オーバーレイする層としてパラジウム-約20%のコバルトまたはパラジウム-約20%ニッケル合金膜を伴うベース層としてニッケル膜を有する。他の膜は、また、一般に堆積順序を決定するために、選択の原則は適用されるならば、多層ばねを形成するために堆積させることができる。加えて、極めて薄い膜層は、必要に応じて界面強度または接着を改善するために、2つの主なフイルム層の間に、また堆積させることもできる。例えば、当業者に周知のように、金またはニッケルまたはロジウムのストライク(strike)はこのために使用することが可能である。この場合、先端領域1404上のボタン1406は、当該パラジウム合金の膜の追加された層を有することができる。ボタン1406は、コンタクトチップ領域1404の不可欠な部分として製作でき、または別々に先端部領域1404に取り付けることができる。図14aおよび14bに図示されるようなこのようなばねは、一般的に犠牲層に堆積され、そして、それは支えなしで立っているカンチレバーばねを提供するために続いて除去される。基板1403は、また、図5に示される502として、多層金属被覆および導電ブラインド・ビアまたは、貫通ビアを有することができる。膜1408および1409および他の追加された層は、従来の技術、例えば電気めっきによって堆積される。必要に応じて、材料、例えばチタンを有する適切な薄い接着促進層および/またはシード層は、また、電気めっきされた層の堆積の前に堆積させることができる。それぞれの膜層の厚さは、さまざまな数学的表現から計算されることが可能な所望のコンタクトの力、またはばね定数によって決定される。さまざまなばね寸法は、例えば力およびピッチに関して、設計要件に基づいて、例えば厚さ範囲として1〜50 μmを使用できる。説明として、30 μmの全体のばね厚さを考えると、本実施例のニッケルおよびパラジウム合金厚さは、それぞれ、25μmおよび5μmとすることが出来る。この場合、ボタンにおけるパラジウム合金の追加された層の厚さは、3〜20μmとすることが出来る。上述の数が具体例のみに使用されることは、理解されるべきである。数値における広い変形例は、基本的な原則が満たされる限り、ばねの強さを確実にするために充分に機能する。
In accordance with the principles described above, one exemplary embodiment of a stress-free metal cantilever spring is that palladium has a modulus of elasticity greater than that of its palladium alloy, so that the overlay layer is palladium—about 20% cobalt or palladium. -Having a nickel film as a base layer with about 20% nickel alloy film. Other films can also be deposited to form a multi-layer spring, if the principle of selection is applied, generally to determine the deposition order. In addition, a very thin film layer can also be deposited between the two main film layers to improve interfacial strength or adhesion as needed. For example, as is well known to those skilled in the art, gold or nickel or rhodium strikes can be used for this purpose. In this case, the
典型的な別の実施例の場合、コア膜は、モリブデン-クロム合金またはチタン-タングステンまたはモリブデン-タングステンから成り、ニッケルおよびパラジウム合金膜の逐次的に堆積されたオーバーレイヤを有する。この場合、上記のように、先端領域1404上のボタン1406は、当該パラジウム合金の追加された堆積された厚さを有する。ボタン1406は、フォトリソグラフィを使用して、先端領域1404上へパラジウム合金膜の追加された厚さを選択的に堆積させることによって製作することができる。前のパラグラフにおおける、典型的な厚さ範囲、堆積技術、接着促進層およびシード層等に関する議論は、この場合に、また、適用する。
In another exemplary embodiment, the core film is made of molybdenum-chromium alloy or titanium-tungsten or molybdenum-tungsten and has a sequentially deposited overlayer of nickel and palladium alloy films. In this case, as described above, the
上記したように、無応力金属カンチレバーばねの上述の実施例の膜は、更に強さを改善するために圧縮応力を伴って優先的に堆積させることができる。強さは、また、膜の結晶粒度が極めて小さい例えば3〜500 nmであるように、適切に膜堆積パラメータを選択することによって更に改善される。例えば、このような堆積パラメータの具体例は、電気めっき槽の添加剤濃度、電流密度および温度を含む。 As noted above, the film of the above-described embodiment of a stress free metal cantilever spring can be preferentially deposited with compressive stress to further improve strength. The strength is also further improved by appropriately selecting the film deposition parameters such that the film grain size is very small, for example 3 to 500 nm. For example, specific examples of such deposition parameters include electroplating bath additive concentration, current density and temperature.
開示された相互接続装置および関連した製作技術は、電子部品のテスト、ウェハレベル・バーンインおよび電子デバイスのパッケージングを含むがこれに限定されない、さまざまな応用に適している。当該電子部品は、装置、例えば集積回路、液晶ディスプレイ、MEMS、並びにプリント回路基板またはそれらの任意の組合せを有する。パッケージングは、開示されたコンタクトスプリング要素を使用する、2つの部品または基板間の電気接続の結合および確立を含み、ここで、結合は、はんだまたは導電接着剤の使用の有無にかかわらず達成されることができる。 The disclosed interconnect apparatus and associated fabrication techniques are suitable for a variety of applications including, but not limited to, electronic component testing, wafer level burn-in, and electronic device packaging. The electronic components include devices such as integrated circuits, liquid crystal displays, MEMS, and printed circuit boards or any combination thereof. Packaging includes the coupling and establishment of an electrical connection between two components or substrates using the disclosed contact spring elements, where the coupling is achieved with or without the use of solder or conductive adhesive Can.
メートル法の用語および化学元素に対する略語:
μm-ミクロン=10-6メートル;
nm-ナノメータまたはミリミクロン= 10-9メートル;
Ag-銀;
Al-アルミニウム;
Au-金;
Co-コバルト;
Cr-クロム;
Cu-銅;
Mo-モリブデン;
Ni-ニッケル;
Pb-鉛;
Pd-パラジウム;
Pt-白金;
Rh-ロジウム;
Ru-ルテニウム;
Sn-スズ;
Ti-チタニウム;
W-タングステン。
Metric terms and abbreviations for chemical elements:
μm-micron = 10 -6 meters;
nm-nanometer or millimicron = 10 -9 meters;
Ag-silver;
Al-aluminum;
Au-gold;
Co-cobalt;
Cr-chrome;
Cu-copper;
Mo-molybdenum;
Ni-nickel;
Pb-lead;
Pd-palladium;
Pt-platinum;
Rh-rhodium;
Ru-ruthenium;
Sn-tin;
Ti-titanium;
W-tungsten.
本発明は、全てのタイプの小型化されたばねに適用する。本明細書で開示された好適な実施例は、具体例のみの例示であって、それらに限定されるものではない。本発明に対する他の修正および変更は、前述の詳細な開示から当業者に明らかであろう。本発明の或る実施例のみが本明細書において特に記載されていたが、多数の修正が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、可能であることは明白であろう。 The present invention applies to all types of miniaturized springs. The preferred embodiments disclosed herein are illustrative only and are not intended to be limiting. Other modifications and variations to the present invention will be apparent to those skilled in the art from the foregoing detailed disclosure. While only certain embodiments of the invention have been specifically described herein, it will be apparent that numerous modifications are possible without departing from the spirit and scope of the invention.
したがって、本発明は、請求の範囲によってのみ制限されるべきである。 Accordingly, the invention should be limited only by the claims.
501 コンタクトパッド
502 金属を充填したビア
505 リリース層
506 めっきされた膜
507 ばねのコア
509 基板
516 アンカ部分
501 Contact pad
502 via filled metal
505 release layer
506 plated membrane
507 spring core
509 substrate
516 anchor part
Claims (61)
コア部材であって、当該コア部材が、その中に導電材料が充填された少なくとも1つの貫通ビアを備える基板に取り付けられたアンカ部分と、最初は当該基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して当該基板から離れて延在する自由部分とを有する少なくとも1つの弾性コア部材を有し;
当該コア部材が、電着により、当該コア部材の露出された面を全て覆う少なくとも1つの層で被われる、相互接続装置。 In an interconnection device for establishing electrical contact between two parts,
A core member, wherein the core member is attached to a substrate with at least one through via filled with a conductive material therein and initially attached to the substrate and released when the core member is released. Having at least one elastic core member having a free portion extending away from the substrate due to an inherent stress gradient in the core;
An interconnection device, wherein the core member is covered by at least one layer covering all exposed surfaces of the core member by electrodeposition.
マスクを使用しない、自由部分を含む当該コア部材の全ての表面を覆うための少なくとも1つの膜層を伴うばねコア部材の電気めっきのステップと;
コア部材の当該電気めっきが、コア部材が位置づけられた前記面と反対側の前記基板面から当該コア部材に電気的コンタクトを確立するために、当該基板の貫通ビアを使用して実行されるステップとを有する方法。 A method for manufacturing a plurality of miniaturized springs on a substrate, each of the miniaturized springs having a conductive core member, the core member being attached to an anchor portion and initially to the substrate And when released, has a free portion that extends away from the substrate due to an inherent stress gradient in the core, the free portion comprising a tip region at the end, and the anchor portion is Fixed to a substrate having a plurality of metallized through vias,
Electroplating the spring core member with at least one membrane layer to cover all surfaces of the core member including free parts, without using a mask;
The electroplating of the core member is performed using through vias in the substrate to establish electrical contact to the core member from the substrate surface opposite the surface on which the core member is positioned; And having a method.
当該コンタクトボタンが、反対側のコンタクトパッドまたは端子に強く付着しない少なくとも1つの導電材料を有し;および、
当該先端部領域が、当該コンタクトボタンを形成するために当該自由部分が当該基板からリリースされる前、および当該自由部分が当該基板からリリースされた後の何れかで、オプションとして、選択的にコーティングされる請求項16に記載の方法。 Further comprising selectively coating the tip region to form a contact button following the electroplating of the core member;
The contact button has at least one conductive material that does not adhere strongly to the opposite contact pad or terminal; and
The tip region is optionally selectively coated either before the free part is released from the substrate and after the free part is released from the substrate to form the contact button. 17. The method of claim 16, wherein:
コア部材であって、当該コア部材が、少なくとも1つの金属化されたビアを備える、金属化された多層を有する基板に取り付けられたアンカ部分と最初は当該基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して当該基板から離れて延在する自由部分とを有する少なくとも1つの弾性コア部材を有し;
当該コア部材が、電着により、当該コア部材の露出された面を全て覆う少なくとも1つの層で被われる相互接続装置。 In an interconnection device for establishing electrical contact between two parts,
A core member, wherein the core member is attached to a substrate having a metallized multilayer with at least one metallized via and initially attached to the substrate and released; Having at least one elastic core member having a free portion extending away from the substrate due to an inherent stress gradient in the core;
An interconnection device in which the core member is covered by at least one layer covering all exposed surfaces of the core member by electrodeposition.
コア部材であって、当該コア部材が、基板に取り付けられたアンカ部分と最初は当該基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して当該基板から離れて延在する自由部分とを有する少なくとも1つの弾性コア部材;
当該コア部材を電着により被い、当該コア部材の全ての露出された面を全て覆う少なくとも1つの層;および、
当該電着により被われたコア部材上にプローブ先端部領域で選択的に施された膜層を有する相互接続装置。 In an interconnection device for electrically connecting two parts,
A core member that extends away from the substrate due to an inherent stress gradient in the core when the core member is anchored to the substrate and initially attached to the substrate and released. At least one elastic core member having
At least one layer covering the core member by electrodeposition and covering all exposed surfaces of the core member; and
An interconnect device having a film layer selectively applied in a probe tip region on a core member covered by electrodeposition.
前記電着された膜が、一般に、前記最も内側のコアから最も外側の表面に次第に減少する、および、前記最も内側のコアから最も外側の表面に、実質的にディスクリートに減少する、の何れかであるように、堆積される請求項27に記載の相互接続装置。 The coating has a plurality of different and sequentially electrodeposited films; and
Either the electrodeposited membrane generally decreases gradually from the innermost core to the outermost surface, and decreases substantially discretely from the innermost core to the outermost surface. 28. The interconnect device of claim 27, wherein the interconnect device is deposited.
マスクを使用しない、自由部分を含む当該コア部材の全ての表面を覆うための少なくとも1つの膜層を伴うばねコア部材の電気めっきのステップと;
コア部材の当該電気めっきに続くコンタクトボタンを形成するために当該先端部領域を選択的にコーティングするステップとを有し;
当該コンタクトボタンが、反対側のコンタクトパッドまたは端子に強く付着しない少なくとも1つの導電材料を有する方法。 A method for manufacturing a plurality of miniaturized springs on a substrate, each of the miniaturized springs having a conductive core member, the core member being attached to an anchor portion and initially to the substrate And when released, has a free portion that extends away from the substrate due to an inherent stress gradient in the core, the free portion comprising a tip region at the end, and the anchor portion is A method of being fixed to the substrate,
Electroplating the spring core member with at least one membrane layer to cover all surfaces of the core member including free parts, without using a mask;
Selectively coating the tip region to form a contact button following the electroplating of the core member;
The method wherein the contact button has at least one conductive material that does not adhere strongly to the opposite contact pad or terminal.
外側の層に使用される材料が、より小さい弾性係数を有し;かつ、
当該層の前記弾性係数が、最も内側の層から最も外側の層に次第に減少する、もしくは、最も内側の層から最も外側の層に、ディスクリートに減少する請求項37に記載の方法。 The material used for the inner layer has a higher modulus of elasticity;
The material used for the outer layer has a smaller elastic modulus; and
38. The method of claim 37, wherein the modulus of elasticity of the layer gradually decreases from the innermost layer to the outermost layer, or decreases discretely from the innermost layer to the outermost layer.
オプションとして、電解研摩、化学研磨および電気化学的研摩プロセスの何れかを使用して、前記最も外側の表面を研磨するステップとを更に有する請求項37に記載の方法。 Polishing the core film before deposition of the layer;
38. The method of claim 37, further comprising: optionally polishing the outermost surface using any of electrolytic polishing, chemical polishing and electrochemical polishing processes.
コア膜部材を堆積させるステップ;
当該アンカ部分および当該自由部分を形づくるために当該コア膜部材の本体をパターニングするステップ;
当該基板から当該自由部分をリリースするステップ;
当該コア膜部材上へ、当該コア膜部材の全ての表面を覆う、少なくとも1つのオーバーレイする膜層を堆積させるステップ;
当該少なくとも1つのオーバーレイする膜でコーティングされる当該コア膜部材にフォトレジスト膜を塗布するステップ;
当該少なくとも1つのオーバーレイする膜でコーティングされる前記当該先端部領域の領域を露出させるために当該フォトレジスト膜をパターニングするステップ;
繰り返される接触で生じるコンタクト付着を最小限に抑える導電コンタクト材料で、当該少なくとも1つのオーバーレイする膜層で覆われる露出された先端部領域にコーティングするステップ;
および、当該コア膜部材から当該フォトレジスト膜を除去するステップを有する方法。 A method for manufacturing a miniaturized spring on a substrate, each of the miniaturized springs having an anchor portion and a free portion, the free portion comprising a tip region at its end, and In a method for manufacturing a miniaturized spring on a substrate, wherein the width of the spring gradually decreases from the vicinity of the anchor portion to the tip region,
Depositing a core membrane member;
Patterning the body of the core membrane member to form the anchor portion and the free portion;
Releasing the free part from the substrate;
Depositing on the core membrane member at least one overlying membrane layer covering all surfaces of the core membrane member;
Applying a photoresist film to the core film member coated with the at least one overlaying film;
Patterning the photoresist film to expose a region of the tip region that is coated with the at least one overlying film;
Coating the exposed tip region covered with the at least one overlying membrane layer with a conductive contact material that minimizes contact adhesion resulting from repeated contact;
And removing the photoresist film from the core film member.
外側の膜層に使用される材料が、より小さい弾性係数を有し;かつ、
当該膜層の前記弾性係数が、最も内側の膜層から最も外側の膜層に次第に減少する、もしくは、最も内側の膜層から最も外側の膜層に、ディスクリートに減少する請求項50に記載の方法。 The material used for the inner membrane layer has a higher modulus of elasticity;
The material used for the outer membrane layer has a smaller elastic modulus; and
The elastic modulus of the membrane layer gradually decreases from the innermost membrane layer to the outermost membrane layer, or decreases discretely from the innermost membrane layer to the outermost membrane layer. Method.
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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