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KR20040093740A - A miniaturized contact spring - Google Patents

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Info

Publication number
KR20040093740A
KR20040093740A KR10-2004-7014722A KR20047014722A KR20040093740A KR 20040093740 A KR20040093740 A KR 20040093740A KR 20047014722 A KR20047014722 A KR 20047014722A KR 20040093740 A KR20040093740 A KR 20040093740A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
spring
film
substrate
core
layer
Prior art date
Application number
KR10-2004-7014722A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
사이아말 쿠마르 라히리
프란크 스위아토위엑
푸-치웅 청
삼미 모크
에르-콩 치에
로만 엘. 밀터
조셉 엠. 해머
창-밍 린
이-흐셍 첸
데이비드 싼 도안
Original Assignee
나노넥서스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/178,103 external-priority patent/US6917525B2/en
Priority claimed from PCT/US2002/026785 external-priority patent/WO2003018865A1/en
Priority claimed from US10/390,994 external-priority patent/US7137830B2/en
Priority claimed from US10/390,098 external-priority patent/US6943149B2/en
Application filed by 나노넥서스, 인코포레이티드 filed Critical 나노넥서스, 인코포레이티드
Priority claimed from PCT/US2003/008520 external-priority patent/WO2003081725A2/en
Publication of KR20040093740A publication Critical patent/KR20040093740A/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/70Coupling devices
    • H01R12/71Coupling devices for rigid printing circuits or like structures

Landscapes

  • Measuring Leads Or Probes (AREA)

Abstract

본 발명은 초소형 피치를 갖는 어레이로 제조될 수 있는 소형 콘택트 스프링(507)의 항복 강도 및 피로 강도를 증가시키기 위한 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 소형 스프링(507)의 신뢰도에 영항을 미치지 않고, 접촉을 반복할 때 스프링의 팁에 접촉 패드 재료의 점착을 최소화하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 수명을 크게 저하시키지 않고, 비교적 높은 전류의 흐름을 허용하는 스프링(507)을 제조하기 위한 방법을 제공한다.The present invention provides a method for increasing the yield strength and fatigue strength of miniature contact springs 507 that can be made into an array with a very small pitch. The present invention also provides a method of minimizing adhesion of the contact pad material to the tip of the spring when repeating contact without affecting the reliability of the small spring 507. In addition, the present invention provides a method for manufacturing a spring 507 that allows a relatively high current flow without significantly degrading its lifetime.

Description

상호접속 장치 및 소형 스프링 제조 방법{A MINIATURIZED CONTACT SPRING}Interconnect device and miniature spring manufacturing method {A MINIATURIZED CONTACT SPRING}

소형 스프링은, 이러한 소형 스프링의 어레이들 또한 10㎛ 미만의 피치로 제조될 수 있기 때문에, 테스팅, 고온 검사(burn-in) 및 패키징과 같은 목적을 위해 집적 회로, PCB, 인터포저(interposer), 공간 변환기(space transformer) 및 프로브 칩 상의 접촉 패드 또는 I/O 단자에 대한 전기 접촉부로서 널리 사용되어 왔다. 일반적으로 포토리소그래피에 의해 패터닝된 소형의 스트레스 금속 필름 스프링(miniaturized stress metal film spring)은 기판에 부착된 앵크부(anchor portion)라고도 하는 고정 부분(fixed portion)과, 최초에 기판에 부착된 자유부(free portion)라고도 하는 리프트 부분(lifted portion)을 포함하는데, 이 자유부는 릴리스(release) 시에 스프링 내의 고유 스트레스 구배(inherent stressgradient)로 인해 3차원 구조를 형성하는 기판으로부터 멀어진다. 통상, 필름 내의 스트레스 구배는 상이한 프로세스 조건 하에서 스퍼터링 또는 전기 도금에 의해 복수의 박막층의 순차적인 증착을 통해 생성된다. 전형적인 스트레스 금속 필름 스프링이 도 1a에 개략적으로 도시되어 있는데, 이 스프링은 기판 또는 전기 소자(103)에 부착된 단자(102) 또는 전기 접속부와 관련된 앵크부(101)와 스프링 팁(105)을 갖는 자유부(104)를 포함한다. 이러한 구조의 예는 미국 특허 제 5,613,861(Smith) 및 PCT/US00/21012(Chong, Mok)에 개시되어 있다.Small springs can also be manufactured with pitches of less than 10 μm, since such small spring arrays can also be manufactured at pitches less than 10 μm, such as integrated circuits, PCBs, interposers, for purposes such as testing, burn-in, and packaging. It has been widely used as electrical contacts for space transformers and contact pads or I / O terminals on probe chips. Miniaturized stress metal film springs, typically patterned by photolithography, include a fixed portion, also called an anchor portion, attached to the substrate, and a free portion initially attached to the substrate. A lifted portion, also referred to as a free portion, is away from the substrate forming a three-dimensional structure due to the inherent stress gradient in the spring upon release. Typically, the stress gradient in the film is created through sequential deposition of a plurality of thin film layers by sputtering or electroplating under different process conditions. A typical stress metal film spring is shown schematically in FIG. 1A, which has an annotating portion 101 and a spring tip 105 associated with a terminal 102 or electrical connection attached to a substrate or electrical element 103. A free portion 104. Examples of such structures are disclosed in US Pat. No. 5,613,861 (Smith) and PCT / US00 / 21012 (Chong, Mok).

다른 유형의 스프링은 웨이퍼 테스트 또는 고온 검사 어셈블리에 사용된 것 또는 반도체 디바이스와 같은 집적된 고체 소자를 포함하는 것과 같이 개별적으로 또는 그룹으로 제조되어 기판 상에 탑재된 불연속(discrete) 스프링을 포함한다. 또 다른 유형의 이러한 스프링으로는 PCT 01/48818, PCT WO97/44676, 미국 특허 제 6,184,053 호 및 PCT WO01/09952와 같은 특허 문헌에 개시된 바와 같이, 포토리소그래피를 사용하여 기판 상에 함께 제조되는 캔틸레버(cantilever) 유형의 스프링이 있다. 이들 스프링 중 일부는 개별적으로 또는 그룹으로 희생 기판 상에 제조되고 그 다음에 웨이퍼 테스트 또는 고온 검사 어셈블리에 사용된 기판 또는 반도체 디바이스를 포함하는 기판 상에 탑재된다. 도 1b는 희생층 상에 제조된 전형적인 포토리소그래픽 방식으로 패터닝된 프리스탠딩(freestanding) 캔틸레버 스프링의 개략적인 단면도로서, 기판(203)의 전기 접촉 패드(202)에 부착되는 한쪽 단부의 베이스 영역(201)과, 스프링의 다른쪽 단부의 접촉 팁 영역(204)과, 베이스 영역(201)과 접촉 팁 영역(204)을 연결하는 스프링의 중앙의 주 본체(205)를 포함한다. 이러한 유형의 스프링의 문제점은 이들 스프링이 너무 길다는 것이다. 예를 들어 20 내지 50 ㎛의 매우 작은 피치를 갖는 접촉 단자 패드를 포함하는 일부 현세대 및 차세대 집적 회로의 테스팅 및 고온 검사에 있어서는 보다 짧고 보다 작은 스프링이 바람직하다.Other types of springs include discrete springs that are fabricated individually or in groups and mounted on a substrate, such as those used in wafer test or hot test assemblies or including integrated solid devices, such as semiconductor devices. Another type of such spring is a cantilever fabricated together on a substrate using photolithography, as disclosed in patent documents such as PCT 01/48818, PCT WO97 / 44676, US Pat. No. 6,184,053, and PCT WO01 / 09952. cantilever) spring. Some of these springs are fabricated individually or in groups on a sacrificial substrate and then mounted on a substrate comprising a semiconductor device or a substrate used in a wafer test or hot inspection assembly. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of a typical photolithographic patterned freestanding cantilever spring fabricated on a sacrificial layer, with a base region at one end attached to an electrical contact pad 202 of a substrate 203. 201, a contact tip region 204 at the other end of the spring, and a main body 205 at the center of the spring connecting the base region 201 and the contact tip region 204. The problem with this type of spring is that these springs are too long. Shorter and smaller springs are preferred for testing and high temperature inspection of some current and next generation integrated circuits, including contact terminal pads having very small pitches of, for example, 20-50 μm.

보다 두꺼운 금속 코팅을 추가하기 위해 포토리소그래픽 프로세스를 이용하여 보다 짧은 스프링을 제조하는 방법이 상기 특허 문헌에 규정되어 있다. 한 방법은 WO 01/48870에 개시되어 있다. 이 방법은 전기도금된 포토레지스트를 사용하여 금속이 프리스탠딩 스프링의 최상부 상에 도금되도록 한다. 그러나, 150㎛ 미만의 패드 피치를 갖는 프로브 IC에 요구되는 치수에서, 프리스탠딩 스프링은 유연성(compliance)에 요구된 프로브(probe)의 높이를 크게 감소시키지 않고는 후면 포토레지스트를 유지하기에 불충분한 강도를 갖는다. 포토 프로세스(photo process)에서의 어떠한 비균일성에 의해 또한 스프링 높이는 테스팅 중에 IC 패드 상에 남아있는데 필요한 균일성 요건을 만족시킬 수 없도록 비균일하게 된다.A method for producing shorter springs using a photolithographic process to add thicker metal coatings is defined in this patent document. One method is disclosed in WO 01/48870. This method uses electroplated photoresist to allow the metal to be plated on top of the freestanding spring. However, at the dimensions required for probe ICs with a pad pitch of less than 150 μm, the freestanding spring is insufficient to maintain the backside photoresist without significantly reducing the height of the probe required for compliance. Has strength. Any non-uniformity in the photo process also causes the spring height to be non-uniform so that it cannot meet the uniformity requirements needed to remain on the IC pad during testing.

특허 출원 (WO 01/48870)에 개시된 방법은 또한 도금 후에 리프트 높이를 제어하는데 있어 부가적인 문제점을 갖는다. 프리스탠딩 스프링을 갖는 목적 중 하나는 더 두꺼운 도금된 금속을 지지하는 구성 또는 구조를 제공하는 것이다. 스프링의 한 면만 도금하면, 그 스프링은 도금된 필름 내에서의 스트레스에 의해 휘어져서 리프트 높이가 상이해진다. 필름이 신장력이 있으면 그 필름은 위로 휘어지고, 필름이 압축력이 있으면 그 필름은 아래로 내려간다. 이들 스트레스 조건은 모두 IC를 테스트하는데 필요한 스프링 리프트 균일성 및 허용 오차에 대하여 제어하기가 어렵다. 또한, 압축형 스프링(compressive spring)은 신장형 스프링(tensile spring)보다 더 강하고, 압축형 도금 필름을 갖는 스프링은 그것이 유용한 프로브가 되기에 충분한 유연성이 없는 점까지 리프트 높이가 낮아진다. 또한 프리스탠딩 스프링이 이 압축 효과를 보상하기 위해 도금 전에 리프트될 수 있는 높이에 대한 한계가 있다. 프로브는 90도 미만의 각으로 IC 전기 패드에 접촉할 필요가 있다. 리프트 높이를 증가시키면, 스프링이 자신의 주위를 돌아서 기판에 대해 360도 원을 그릴 수 있다. 그 결과, 이 특허 출원에 개시된 프로세스는 IC 테스팅에 요구된 스프링 어레이의 리프트 높이의 균일성을 제어하기 위한 요건을 만족시키지 못한다.The method disclosed in patent application (WO 01/48870) also has additional problems in controlling the lift height after plating. One of the purposes of having a freestanding spring is to provide a configuration or structure that supports thicker plated metal. If only one side of the spring is plated, the spring is bent by the stress in the plated film so that the lift height is different. If the film is stretchable, the film is bent upwards, and if the film is compressive, the film is downwards. All of these stress conditions are difficult to control for the spring lift uniformity and tolerance required to test the IC. In addition, the compressive spring is stronger than the tension spring, and the spring with the compressive plating film has a lower lift height to the point that it is not flexible enough to be a useful probe. There is also a limit to the height at which the freestanding spring can be lifted prior to plating to compensate for this compression effect. The probe needs to contact the IC electrical pads at an angle of less than 90 degrees. Increasing the lift height allows the spring to rotate around it and draw a 360 degree circle to the substrate. As a result, the process disclosed in this patent application does not meet the requirements for controlling the uniformity of the lift height of the spring array required for IC testing.

특허 출원 WO 01/48870에서 프로브를 형성하는 한 방법은 도금된 스프링 상에 팁을 조립하고 제 2 상호 접속 기판에 희생 기판 상에서 제조된 스프링을 조립하는 것이다. 이 조립 공정은 배치 에러를 추가하여, 본 명세서에 기재된 바와 같이 완전히 합체된 접속 버턴보다 제조 비용이 더 많이 든다.One method of forming a probe in patent application WO 01/48870 is to assemble a tip on a plated spring and a spring fabricated on a sacrificial substrate to a second interconnect substrate. This assembly process adds placement errors, resulting in a higher manufacturing cost than fully integrated connection buttons as described herein.

미국 특허 제 6,528,350 호에 개시된 다른 방법은 포토레지스트 코팅, 즉 마스크를 스프링과 분리시켜 두고, 릴리스층 아일랜드(release layer island)를 사용하여 스프링의 프리스탠딩 부분의 도금을 허용한다. 릴리스 마스크가 스프링의 베이스(앵크부)에 인접해서 중지되고 스프링의 베이스를 따라서 연장되지 않는 경우, 그 베이스에 인접한 스프링의 자유부의 두께 및 폭은 도금 시에 베이스 영역에 비해 훨씬 더 크게 된다. 그 결과, 스프링의 프리스탠딩 부분은 베이스 영역 근방에서 기계적으로 더 약하다. 휘는 순간은 이 영역 내에서 최고이기 때문에, IC 테스트 동안에 스프링 팁에 힘을 가할 때, 스프링이 일찍 파열되고, 따라서 IC 제조 라인에 필요한 프로브의 수명 요건을 만족시킬 수 없다. 도금 동안에 포토레지스트 마스크가 스프링의 프리스탠딩 부분과 앵크부의 일부를 덮지 않는 미국 특허 6,528,350에 기술된 다른 방법에 있어서는, 부서지는 경향이 있는 폭 내에 불연속부가 여전히 존재한다. 마스크의 정렬 및 스프링 릴리스 프로세스의 제어는 또한 심각한 문제를 일으켜 도금이 고르지 않게 하고 리프트 균일성에 변화를 발생시킨다. 이 프로세스에서의 중요한 다른 문제는 비교적 얇은 릴리스층의 고저항 및 도금 전류가 흐르는 스트레스 금속 필름으로 인해 발생한다. 전류 밀도는 기판의 에지에서의 전력 접속점으로부터의 거리에 따라 광범위하게 변한다. 그 결과, 도금된 필름의 특성, 예를 들어 미세 구조, 두께, 스트레스 등이 스프링의 다른 영역에서 광범위하게 변한다. 결국, 이 프로세스는 효과적인 IC 테스팅에 필수적인 리프트 높이와 같은 상당히 균일하고 제어된 특성을 갖는 스프링의 어레이를 생성하지는 않는다.Another method disclosed in U.S. Patent No. 6,528,350 separates the photoresist coating, i.e. the mask from the spring, and allows the plating of the freestanding portion of the spring using a release layer island. If the release mask is stopped adjacent to the base (anchor) of the spring and does not extend along the base of the spring, the thickness and width of the free portion of the spring adjacent to the base become much larger than the base area at the time of plating. As a result, the freestanding portion of the spring is mechanically weaker near the base area. Since the bending moment is the best in this area, when the spring tip is applied during the IC test, the spring ruptures early and thus cannot meet the life requirement of the probe required for the IC manufacturing line. In other methods described in US Pat. No. 6,528,350 in which the photoresist mask does not cover the freestanding portion and the ankle portion of the spring during plating, there are still discontinuities within the width that tend to break. Alignment of the mask and control of the spring release process also cause serious problems, resulting in uneven plating and variations in lift uniformity. Another important issue in this process arises from the high resistance of the relatively thin release layer and the stress metal film through which the plating current flows. The current density varies widely with the distance from the power connection point at the edge of the substrate. As a result, the properties of the plated film, such as microstructure, thickness, stress, etc., vary widely in different regions of the spring. As a result, this process does not produce an array of springs with fairly uniform and controlled properties, such as lift height, which is essential for effective IC testing.

본 발명은 상기 두 방법과 관련된 문제점을 회피하기 위한 다수의 수단을 포함하며, 웨이퍼 레벨의 IC 테스팅의 엄격한 요건을 만족시키는데 적합한 스프링의 어레이를 제조할 수 있는 해결책을 제공한다. 특히, 본 발명은 상당히 균일한 리프트 높이 및 특성과, 내구성을 갖는 스프링의 어레이를 제조할 수 있도록 한다. 예를 들면, 본 발명은 전체 스프링 코어, 즉 프리스탠딩부 및 앵크부 모두를, 전착(electrodeposition) 후에 적절한 균일성을 갖는 스프링 높이를 유지할 수 있는 안정된 스트레스를 갖는 전착된 필름으로 둘러싸는 예를 개시하고 있다. 다른예에서는, 임의의 포토레지스트 마스크를 사용하지 않고 선택적으로 스프링을 도금하는 방법을 개시한다.The present invention includes a number of means for avoiding the problems associated with the above two methods, and provides a solution to fabricate an array of springs suitable to meet the stringent requirements of IC testing at the wafer level. In particular, the present invention makes it possible to produce arrays of springs with fairly uniform lift heights and properties and durability. For example, the present invention discloses an example of enclosing an entire spring core, i.e. both the freestanding and the anchored portions, with an electrodeposited film having a stable stress capable of maintaining a spring height with proper uniformity after electrodeposition. Doing. In another example, a method of selectively plating a spring without using any photoresist mask is disclosed.

소형 콘택트 스프링은 주기적으로 가해지는 스트레스(cyclic stress)를 포함하는 다양한 레벨의 스트레스를 스프링에 가하는 테스팅 동안에 다수의 접촉 동작을 받는다. 또한, 콘택트 스프링을 사용하여 칩 및 칩 캐리어와 같은 두 요소에 결합하는 패키지에서, 스프링은 테스팅 및 동작 동안에 스트레스를 받는다. 스프링은 고장없이 이러한 스트레스에 견딜 수 있어야 한다. 그러나, 약 400㎛×60㎛×20㎛ 크기의 소형 스프링은 통상 접촉력이 약 1gf를 넘는 10,000회의 터치다운(touchdown) 후에 고장, 즉 소성 변형되기 시작하는 것으로 관측되었다. 고장의 주 원인은 교번 스트레스(alternating stress)가 스프링 재료의 피로 강도를 초과하기 때문이다. 피로 강도는 재료가 특정 수의 주기에 견딜 수 있는 교번 스트레스 레벨을 나타낸다. 이것은 통상적으로 재료의 항복 강도의 일부로서, 소성 변형(plastic deformation), 즉 순간적인 영구 변형의 징후에 대응한다. 실험에 의해 관측된 바에 의하면, 낮은 접촉 저항을 갖는 알루미늄 상에 양호한 재생가능한 콘택트를 형성하는데 일반적으로 약 1 gf를 초과하는 힘이 요구되기 때문에, 스프링의 성능 및 품질을 개선하기 위해 고장에 대한 스프링의 내성이 상당히 증가되어야 한다. 보다 큰 단면을 갖는 스프링은 결과의 스트레스가 더 낮기 때문에, 유사하거나 보다 큰 힘에 고장없이 견딜 수 있지만, 이들은 스프링의 피치를 제한한다.Miniature contact springs undergo a number of contact operations during testing that apply various levels of stress to the spring, including cyclic stress. In addition, in packages that use contact springs to couple two elements, such as chips and chip carriers, the springs are stressed during testing and operation. The spring must be able to withstand this stress without failure. However, small springs of about 400 μm × 60 μm × 20 μm size have been observed to fail, i.e., plastically deform, after 10,000 touchdowns of contact force typically exceeding about 1 gf. The main cause of failure is that the alternating stress exceeds the fatigue strength of the spring material. Fatigue strength refers to the alternating stress level at which a material can withstand a certain number of cycles. This is usually part of the yield strength of the material and corresponds to signs of plastic deformation, ie instantaneous permanent deformation. Experimental observations have shown that a spring against failure is required to improve the performance and quality of the spring, since a force in excess of about 1 gf is generally required to form good reproducible contacts on aluminum with low contact resistance. Should increase considerably. Springs with larger cross sections can withstand similar or greater forces without failure because the resulting stress is lower, but they limit the spring's pitch.

디바이스의 고온 검사와 같은 어떠한 동작에서는, 콘택트 스프링이 예를 들어 약 100℃의 고온에서 디바이스 단자와 접촉할 것이 요구된다. 이러한 접촉부는 또한 이 동작 동안에 예를 들어 250 내지 500 mA의 비교적 높은 전류가 흐르는 것을 허용하도록 요구될 수도 있다. 이 조건 하에서, 접촉 저항은 예를 들어 0.1 밀리옴 정도로 상당히 낮아야 하며, 따라서 스프링의 접촉부의 팁 영역이 과열에 의해 손상될 수도 있다. 낮은 접촉 저항을 획득하기 위한 한 방법은 스프링의 두께를 증가시킴으로써 접촉력을 증가시키는 것이다. 그러나, 접촉력이 높아지면 스프링의 본체에서, 특히 베이스 영역 근방에서 발생된 스트레스가 증가하며, 따라서 터치다운을 반복하는 동안에 초기에 스프링이 고장날 확률이 높아진다.In certain operations, such as high temperature inspection of the device, the contact spring is required to contact the device terminal, for example at a high temperature of about 100 ° C. Such contacts may also be required to allow relatively high currents to flow, for example 250 to 500 mA, during this operation. Under this condition, the contact resistance should be considerably low, for example 0.1 milliohms, so that the tip region of the contact of the spring may be damaged by overheating. One way to achieve low contact resistance is to increase the contact force by increasing the thickness of the spring. However, a higher contact force increases the stress generated in the body of the spring, especially near the base region, thus increasing the probability that the spring will fail early during repeated touchdowns.

또한, 전기 접촉 패드 또는 단자로부터의 재료는 접촉을 반복하는 동안에 스프링의 팁에 점착되는 경향이 있다. 패드 재료가 스프링의 팁에 점착되어 어 접촉 저항을 증가시키거나, 패드 재료가 주위에 노출된 부분 상에 점착되는 화합물을 형성하는 경우, 전기 접촉부는 터치다운을 반복한 후에 저하된다. 이것은 또한 스프링의 수명을 단축시킨다. 따라서, 접촉부의 팁 구조는 접촉 패드 또는 단자에 강하게 점착되지 않는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the material from the electrical contact pads or terminals tends to stick to the tip of the spring while repeating contact. If the pad material sticks to the tip of the spring to increase the contact resistance, or to form a compound that sticks on the exposed portion of the pad material, the electrical contact drops after repeated touchdown. This also shortens the life of the spring. Therefore, the tip structure of the contact portion is preferably made of a material that is not strongly adhered to the contact pad or the terminal.

따라서, 소형 스프링의 항복 강도 및 피로 강도를 소형 요건 내에서 최대화하기 위한 메커니즘이 요구된다.Therefore, a mechanism is needed to maximize the yield strength and fatigue strength of the small springs within the compact requirements.

또한, 접촉을 반복할 때 스프링의 신뢰도와 전기 전도성에 실질적으로 영향을 미치지 않고 스프링의 팁에 접촉 패드 재료가 점착되는 것을 최소화하기 위한 메커니즘이 요구된다.There is also a need for a mechanism to minimize adhesion of the contact pad material to the tip of the spring without substantially affecting the reliability and electrical conductivity of the spring when repeating contact.

스프링 높이를 균일하게 하고 튼튼한 팁 구조를 제공하는 부합된스트레스(compliant stress)에 대해 높은 내성을 갖는 스프링을 제조하는 방법이 요구된다.There is a need for a method of making a spring that is highly resistant to compliant stresses that provides a uniform spring height and provides a sturdy tip structure.

본 발명은 일반적으로 매우 소형인 스프링(highly miniaturized spring)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 소형의 콘택트 스프링(contact spring) 및 이들 스프링의 항복 강도(yield strength) 및 피로 강도(fatigue strength)를 증가시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to highly miniaturized springs. More specifically, the present invention relates to compact contact springs and methods of increasing the yield strength and fatigue strength of these springs.

도 1a는 종래 기술에 따른 전형적인 스트레스 금속 필름 스프링을 도시한 개략도.1A is a schematic diagram illustrating an exemplary stress metal film spring according to the prior art.

도 1b는 종래 기술에 따른 전형적인 캔틸레버 스프링을 도시한 개략도.1B is a schematic diagram illustrating a typical cantilever spring according to the prior art.

도 2는 박막대 대응하는 벌크 재료의 스트레스-스트레인(stress-strain) 곡선을 도시한 도면.2 shows a stress-strain curve of a thin film zone corresponding bulk material.

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 다층 구조를 갖는 스트레스 금속 필름 스프링을 도시한 개략도.3A and 3B are schematic views showing a stress metal film spring having a multilayer structure according to the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, 적어도 하나의 높은 열 전도도 필름을 포함하는 다층 구조를 갖는 스트레스 금속 필름을 도시한 개략도.4 is a schematic diagram illustrating a stress metal film having a multilayer structure including at least one high thermal conductivity film, in accordance with an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 금속 충진 비아, 절연 폴리머 필름 및 전기 트레이스가 사용되는 스프링 설계 및 제조에 대한 해결책을 도시한 개략도.5 is a schematic diagram illustrating a solution for spring design and fabrication in which metal filled vias, insulating polymer film, and electrical traces are used, in accordance with an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명에 따른, 기판의 후면에 전기 접속을 제공하는 비아 상에 형성된 스트레스 금속 필름 스프링의 개략도.6 is a schematic view of a stress metal film spring formed on a via providing electrical connections to the backside of a substrate, in accordance with the present invention.

도 7은 본 발명에 따른, 강인성을 개선하기 위해 도금한 스트레스 금속 필름 스프링의 개략도.7 is a schematic view of a stressed metal film spring plated to improve toughness, in accordance with the present invention.

도 8은 본 발명에 따른, 포토레지스트에 의해 코팅된 도금된 스트레스 금속 필름 스프링의 개략도.8 is a schematic representation of a plated stress metal film spring coated with a photoresist, in accordance with the present invention.

도 9는 본 발명에 따른, 스프링의 팁을 노출하도록 패터닝된 포토리지스트에 의해 코팅된 도금된 스트레스 금속 스프링의 개략도.9 is a schematic representation of a plated stress metal spring coated by a photoresist patterned to expose the tip of the spring, in accordance with the present invention.

도 10은 본 발명에 따른, 팁의 노출된 부분 상에 도금된 접촉부의 팁 재료를 갖는 도금된 스트레스 금속 스프링의 개략도.10 is a schematic representation of a plated stress metal spring having tip material of a plated contact on an exposed portion of a tip in accordance with the present invention.

도 11은 본 발명에 따른, 포토레지스트 제거 후에 접촉부의 팁 재료를 갖는 도금된 스트레스 금속 스프링의 개략도.11 is a schematic representation of a plated stress metal spring having a tip material of a contact after photoresist removal, in accordance with the present invention.

도 12a는 본 발명의 일실시예에 따른, 테이퍼형의 가변 폭을 갖는 스트레스 금속 필름 스프링의 개략도.12A is a schematic diagram of a stress metal film spring having a tapered variable width, in accordance with an embodiment of the present invention.

도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른, 팁 영역이 접촉 재료로 코팅되는 테이퍼형의 스트레스 금속 필름 스프링을 도시한 개략도.12B is a schematic diagram illustrating a tapered stress metal film spring in which a tip region is coated with a contact material, in accordance with an embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명에 따른, 삽입형 어레이 내의 접촉부의 팁 재료로 도금된 스트레스 금속 스프링의 개략도.13 is a schematic representation of a stress metal spring plated with tip material of contacts in an insertable array, in accordance with the present invention.

도 14a 및 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 전형적인 프리스탠딩 비스트레스(non-stress) 금속 캔틸레버 스프링의 두 단면을 도시한 개략도.14A and 14B are schematic views showing two cross-sections of a typical freestanding non-stress metal cantilever spring in accordance with one embodiment of the present invention.

본 발명은 초소형 피치를 갖는 어레이로 제조될 수 있는 소형 콘택트 스프링의 항복 강도 및 피로 강도를 증가시키기 위한 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 소형 스프링의 신뢰도에 영항을 미치지 않고, 접촉을 반복할 때 스프링의 팁에 접촉 패드 재료의 점착을 최소화하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 수명을 크게 저하시키지 않고, 비교적 높은 전류의 흐름을 허용하는 스프링을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 또한 본 발명은 신뢰할 수 있는 패키지의 제조를 위한 무기 또는 유기 재료를 포함하는 기판의 대응 입력-출력 패드에 다이 본딩(die-bonding) 단자를 결합하기 위한 강인한 스프링을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 상기 결합은, 예를 들면 이방성으로 전도성 점착 필름을 포함하는 솔더 또는 전도성 점착제를 사용하여 제조될 수 있다.The present invention provides a method for increasing the yield strength and fatigue strength of small contact springs that can be made into arrays with very small pitches. The present invention also provides a method of minimizing adhesion of the contact pad material to the tip of the spring when repeating contact without affecting the reliability of the small spring. In addition, the present invention provides a method for manufacturing a spring that allows a relatively high current flow without significantly degrading its lifetime. The present invention also provides a method for manufacturing a robust spring for coupling a die-bonding terminal to a corresponding input-output pad of a substrate comprising an inorganic or organic material for the manufacture of a reliable package. The bond can be prepared, for example, using a solder or conductive adhesive comprising an conductive adhesive film anisotropically.

본 발명에 따른 스트레스 금속 스프링은 다층 필름 구조를 포함한다. 박막은 대응 벌크 재료보다 실질적으로 더 큰 항복 강도 및 피로 강도를 가지며, 따라서 이들 스프링은 어떠한 큰 소성 변형 없이 테스팅 또는 고온 검사 동안에 터치다운을 반복할 수 있다.The stress metal spring according to the present invention comprises a multilayer film structure. The thin film has a substantially higher yield strength and fatigue strength than the corresponding bulk material, so these springs can repeat the touchdown during testing or hot inspection without any large plastic deformation.

압축식으로 스트레스가 가해진 필름을 코어 필름 상에 증착하면 스프링의 수명을 증가시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다. 이렇게 하면, 전기 접촉 패드 또는 단자에서 큰 힘을 가할 수 있는 스트레스 금속 스프링을 제조할 수도 있다.Deposition of compressively stressed films onto core films has been found to be useful for increasing the life of springs. This makes it possible to produce stress metal springs that can exert great forces on the electrical contact pads or terminals.

박막은 두 개의 상이한 재료 사이의 계면을 가로질러 연속적이거나 또는 미세한 불연속 계단형으로 조성(composition)이 구배진 변화를 갖도록 증착되며, 따라서 탄성률은 일반적으로 스프링 표면으로부터 스프링 코어쪽으로 점진적으로 증가한다. 그 결과의 스프링은 터치다운을 반복하는 동안에 수명이 크게 증가하는 것으로 나타난다.The thin film is deposited so as to have a gradient change in composition, either continuously or in minute discontinuous steps across the interface between two different materials, so the modulus of elasticity generally increases gradually from the spring surface towards the spring core. The resulting spring appears to greatly increase its life during repeated touchdowns.

적절한 재료 및/또는 프로세스는 다층 구조 내의 인터페이스의 강인함을 증가시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다. 유사한 격자 파라미터의 재료가 인접 필름에 사용되고, 비정질 또는 나노 결정 필름(nano-crystalline film)이 계면으로 사용되는 것이 바람직하다. 계면은 두 인접층의 재료를 "페이징인(phasing-in)"하거나 또는 두 인접층의 재료의 합금을 이용함으로써 형성될 수 있다.Suitable materials and / or processes have been found to be useful for increasing the robustness of interfaces in multilayer structures. It is preferred that materials of similar lattice parameters are used for adjacent films, and that amorphous or nano-crystalline films are used as the interface. The interface can be formed by "phasing-in" the material of two adjacent layers or by using an alloy of the materials of two adjacent layers.

박막의 자유부의 두께는 4 내지 35㎛ 범위 내가 바람직하며, 이것은 스프링 팁과 접촉 패드 또는 상이한 재료로 이루어진 전기 단자 사이에서 신뢰할 수 있고 낮은 전기 접촉 저항을 허용한다.The thickness of the free portion of the thin film is preferably in the range of 4 to 35 μm, which allows for a reliable and low electrical contact resistance between the spring tip and the contact pad or electrical terminals made of different materials.

비교적 높은 전류에서의 테스팅 또는 고온 검사 동안에 열을 방산하는데 있어서 다층 필름 구조 내의 적어도 하나의 높은 열 전도성 필름이 사용되는 것이 바람직하다.At least one highly thermally conductive film in a multilayer film structure is preferably used in dissipating heat during testing or high temperature inspection at relatively high currents.

스프링 구조를 형성하는 필름의 증착 동안에 프로세스 파라미터가 변경되면 스프링의 품질 및 신뢰도를 향상시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 스프링 코어의 코팅을 포함하는 박막은, 스프링의 항복 강도 및 피로 강도를 모두 증가시키기 위해, 예를 들어 200nm보다 작은 초소형 입도와 같은 적절한 마이크로 구조의 피처(feature)로 증착된다.Changing process parameters during deposition of the film forming the spring structure has been found to be useful for improving the quality and reliability of the spring. For example, thin films, including coatings of spring cores, are deposited with suitable microstructured features such as, for example, very small particle sizes less than 200 nm, in order to increase both the yield strength and the fatigue strength of the spring.

스프링과 접촉 패드를 양호하게 전기 접촉하는데 사용된 힘이 실질적으로 감소한다. 알루미늄(Al)에 대한 접촉력의 적절한 범위는 0.8 내지 10.0gf이다. 금, 구리 또는 솔더로 이루어진 접촉 패드에 있어서는, 양호한 전기 접촉을 이루기 위한 힘은 훨씬 더 작다. 포토리소그래픽 방식으로 패터닝된 소형 콘택트 스프링의 낮은 힘은 프로브칩, 즉 IC 단자, 인터포저 및 테스팅 및 고온 검사와 패키징을 위한 어셈블리 고정물과 접촉하는 부착식 프로브 스프링을 갖는 기판을 포함하는 프로브 카드 어셈블리의 구성을 용이하게 한다. 어셈블리는 굽힘(bending), 휨(warping) 및 정렬(alignment) 문제가 최소화되므로, 이들 낮은 힘의 스프링의 사용에 의해 크게 단순화된다.The force used to make good electrical contact between the spring and the contact pad is substantially reduced. The suitable range of contact force for aluminum (Al) is 0.8 to 10.0 gf. For contact pads made of gold, copper or solder, the force for good electrical contact is much smaller. The low force of the photolithographically patterned small contact springs includes a probe chip assembly comprising a probe chip, i.e., a substrate having an IC terminal, an interposer and an attachment probe spring in contact with the assembly fixture for testing and high temperature inspection and packaging. To facilitate the configuration of the. The assembly is greatly simplified by the use of these low force springs since bending, warping and alignment problems are minimized.

스프링의 수명을 향상시키기 위한 방법은 표면의 거칠기를 최소화하는 방법을 포함한다.Methods for improving the life of the spring include methods for minimizing the surface roughness.

폭과 두께와 같은 스프링의 치수의 변화는 또한 수명을 향상시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다. 일실시예에서, 스프링의 자유부는 테이퍼형이다.Changes in the dimensions of the spring, such as width and thickness, have also been found to be useful for improving life. In one embodiment, the free portion of the spring is tapered.

본 발명은 또한 어떠한 마스크도 사용하지 않고, 상부 필름을 스트레스 금속 스프링, 회로 트레이스 및 전기 접촉 패드 상에 전착하는 저비용의 효과적인 방법을 제공한다.The present invention also provides a low cost effective method of electrodepositing the top film onto stress metal springs, circuit traces and electrical contact pads without using any masks.

일실시예에서, 이른바 버턴식 스프링 팁이라고 하는 스프링의 팁 영역은 리소그래픽 프로세스를 이용하여, 터치다운을 반복하는 동안 접촉 패드 재료의 점착을 최소화하는 재료로 선택적으로 코팅된다. 스프링 팁 영역의 두께는 기판으로부터 스프링이 릴리스되기 전에 형성된다.In one embodiment, the tip region of the spring, called a button spring tip, is selectively coated with a material that minimizes adhesion of the contact pad material during repeated touchdowns, using a lithographic process. The thickness of the spring tip region is formed before the spring is released from the substrate.

다른 실시예에서, 스프링이 리프트되고 터치다운을 반복하는 동안 접촉 패드 재료의 점착을 최소화하는 재료로 요구된 대로 전기 도금된 후에, 팁 영역을 선택적으로 코팅할 수 있도록 포토레지스트가 도포되어 패터닝된다.In another embodiment, after the spring is lifted and electroplated as required with a material that minimizes adhesion of the contact pad material while repeating the touchdown, a photoresist is applied and patterned to selectively coat the tip region.

스트레스 금속 스프링에 대한 해법은 다른 유형의 캔틸레버에 적용될 수 있다. 일실시예는 스프링의 접촉 팁 영역에 버턴식 접촉 구조를 갖거나 또는 갖지 않고, 다른 캔틸레버 스프링에 적용가능하다. 다층 필름은 높은 내구성 및 증가된 수명을 갖는 강인한 고성능 스프링을 제조하는 특별한 원리에 따라서 순차적으로 선택 및 증착된다. 이 원리는, 스프링의 외부층의 탄성률이 내부층의 탄성률보다 더 낮고 스프링의 표면층으로부터 최내부층으로 갈수로 탄성률이 점진적으로 증가하는 방식으로 필름이 선택되고 순차적으로 증착될 것을 요구한다.The solution to stress metal springs can be applied to other types of cantilevers. One embodiment is applicable to other cantilever springs, with or without a button contact structure in the contact tip region of the spring. Multilayer films are sequentially selected and deposited according to the particular principle of making robust high performance springs with high durability and increased lifetime. This principle requires the film to be selected and deposited sequentially in such a way that the elastic modulus of the outer layer of the spring is lower than the elastic modulus of the inner layer and the elastic modulus gradually increases from the surface layer of the spring to the innermost layer.

다른 실시예에서, 스프링의 항복 강도 및 파열 강도 모두를 증가시키기 위해, 비스트레스 금속 캔틸레버 스프링을 포함하는 박막이 200nm 미만의 초소형 입도와 같은 적절한 마이크로 구조 피처를 갖도록 증착된다.In another embodiment, to increase both the yield strength and the burst strength of the spring, a thin film comprising a non-stressed metal cantilever spring is deposited to have a suitable microstructured feature, such as an ultra-small particle size of less than 200 nm.

또 다른 실시예에서, 비스트레스 캔틸레버 스프링층은 내장 압축식 스트레스를 갖는 적어도 하나의 증착 필름층으로 이루어진다.In yet another embodiment, the non-stress cantilever spring layer consists of at least one deposited film layer with built-in compressive stress.

동일한 원리에 따라서, 보다 강인하고 보다 높은 강도를 갖는 보다 짧은 스프링이 제조될 수 있다.According to the same principle, shorter springs with stronger and higher strength can be produced.

본 발명은 실리콘 및 Ⅲ-Ⅴ족 소자, 디스플레이 소자, 표면 탄성파(furface acoustic) 소자, 마이크로 전기기계(MEMS; micro-electromechanical) 소자와 같은다양한 유형의 고체 소자의 테스팅 및 고온 검사에 적용가능하다.The present invention is applicable to the testing and high temperature inspection of various types of solid state devices such as silicon and III-V devices, display devices, surface acoustic devices, micro-electromechanical (MEMS) devices.

또한, 본 발명은 전자 소자의 전기 단자가 인접 기판의 대응 접촉 패드에 결합되는 패키지에 적용가능하다.The invention is also applicable to a package in which the electrical terminals of the electronic device are coupled to corresponding contact pads of adjacent substrates.

소형 스프링은 박막 또는 와이어 본딩(wire bonding)과 같은 불연속 소자(discrete component) 제조 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 일반적으로, 넓은 응용 분야에서 만족스럽게 작동하는 스프링에 대하여, 재료의 항복 강도는 테스팅 또는 고온 검사 동안 또는 조립된 패키지 내에서 스프링에 가해지는 스트레스보다 더 높아야 한다. 스프링 재료의 항복 강도가 인가된 스트레스보다 더 낮기 때문에 많은 박막 스트레스 금속 스프링이 테스팅 동안 소성 변형되는 것으로 관측되었다. 스트레스 금속 필름은 통상적으로 몰리브덴(Mo) 또는 그 합금, 텅스텐(W) 또는 그 합금과 같은 재료로 이루어진 강한 코어 필름을 포함하고, 니켈 또는 니켈-코발트(Ni-Co) 합금 필름과 같은 부가적인 상부 필름 코팅을 갖는다. 이들 필름 중 일부는 비교적 두꺼우며, 통상적으로는 4×103nm의 두께를 갖는데, 이것은 양호한 전기 접촉을 위해 접촉 표면에 스프링에 의해 가해질 필요가 있는 힘을 증가시키기 위해 요구된다. 만족스러운 스프링의 성능을 보장하기 위해 이러한 필름의 높은 항복 강도가 요구된다.Small springs can be manufactured using discrete component manufacturing techniques such as thin films or wire bonding. In general, for springs that work satisfactorily in a wide range of applications, the yield strength of the material should be higher than the stress applied to the spring during testing or hot testing or in the assembled package. Many thin film stress metal springs have been observed to plastically deform during testing because the yield strength of the spring material is lower than the applied stress. Stress metal films typically comprise a strong core film made of a material such as molybdenum (Mo) or its alloys, tungsten (W) or its alloys, and additional tops such as nickel or nickel-cobalt (Ni-Co) alloy films Has a film coating. Some of these films are relatively thick and typically have a thickness of 4 × 10 3 nm, which is required to increase the force that needs to be applied by a spring to the contact surface for good electrical contact. High yield strength of such films is required to ensure satisfactory spring performance.

본 발명에 의해 생성된 스트레스 금속 스프링은 박막/IC 또는 MEMS 기술을 이용하여 기판 또는 전기 소자 상에 일괄 제조되기 때문에, 본 명세서에 개시된 스프링은 프로브 카드, 인터포저, 공간 변환기, PCB, 웨이퍼, 전자 소자 및 피치 범위가 3 내지 100㎛인 I/O 단자 또는 매우 작은 접촉 패드를 갖는 마이크로칩을 포함하는 테스팅, 고온 검사 및 패키징(3차원 패키징 및 칩 투 칩-캐리어 본딩(chip to chip-carrier bonding)을 포함하는) 애플리케이션에 특히 적합하다. 기존의 기술은 대부분 이러한 애플리케이션에 적합하지 않다. 대응 스프링 또는 스프링 단자의 크기는 길이가 10 내지 1,000㎛이고 폭이 3 내지 500㎛이며 두께가 0.1 내지40㎛로 매우 작다. 리프트된 코어의 회전 반경은 통상 20 내지 2,000㎛이다. 본 발명의 사상은 개시된 크기 및 피치 범위 밖의 스프링 또는 스프링 단자를 생성하는 데에도 이용될 수 있다. 또한 본 발명의 사상은 스트레스 금속 스프링 및 박막을 포함하는 기타 소형 스프링 모두에 적용될 수 있다.Since the stress metal springs produced by the present invention are fabricated on a substrate or electrical device using thin film / IC or MEMS technology, the springs disclosed herein can be used to produce probe cards, interposers, space transducers, PCBs, wafers, and electronics. Testing, high temperature inspection and packaging (three-dimensional packaging and chip to chip-carrier bonding) including devices and microchips with very small contact pads or I / O terminals with a range of 3 to 100 μm It is particularly suitable for applications, including). Most existing technologies are not suitable for these applications. The size of the corresponding spring or spring terminal is very small, 10 to 1,000 mu m in length, 3 to 500 mu m in width and 0.1 to 40 mu m in thickness. The radius of rotation of the lifted core is usually 20 to 2,000 μm. The idea of the present invention can also be used to create springs or spring terminals outside the disclosed size and pitch ranges. The idea of the present invention can also be applied to both stress metal springs and other small springs including thin films.

본 발명의 일실시예에서, 박막 스프링 재료의 항복 강도를 증가시키기 위해 두께가 약 1.5 내지 2㎛ 미만인 매우 얇은 필름의 복수의 층이 사용된다. 이것은 박막 스프링 코어 상에 코팅층을 형성하는데 특히 적합하다. 도 2에 개략적으로 도시된 박막의 스트레스-스트레인 곡선은 대응하는 벌크 재료의 스트레스-스트레인 곡선과 매우 상이하다. 박막 내의 재료는 보다 높은 항복 강도를 나타내는데, 즉, 필름이 벌크 형태의 동일한 재료에 비해 보다 높은 스트레스에서 탄성을 유지하고, 고장 전에 상대적으로 더 작게 소성 변형된다. 일반적으로, 박막 필름의 강도는 대응하는 벌크 재료의 항복 강도보다 재료의 이론적인 강도에 훨씬 더 가깝다. 예를 들어 2㎛ 이상으로 필름 두께가 증가하면, 필름은 증가된 벌크 스트레스-스트레인 특성을 나타낸다. 그 결과, 보다 더 두꺼운 필름의 탄성 한계는 보다 얇은 필름의 탄성 한계보다 더 낮다. 또한, 매우 얇은 필름의 입도(grain size)는 상대적으로 두꺼운 필름보다 훨씬 더 작고, 이 때문에 항복 강도 및 피로 강도 모두가 증가한다. 따라서, 더 얇은 필름을 갖는 스프링이 더 강인하다.In one embodiment of the present invention, multiple layers of very thin films having a thickness of less than about 1.5 to 2 μm are used to increase the yield strength of the thin film spring material. This is particularly suitable for forming a coating layer on the thin film spring core. The stress-strain curve of the thin film shown schematically in FIG. 2 is very different from the stress-strain curve of the corresponding bulk material. The material in the thin film exhibits higher yield strength, that is, the film retains elasticity at higher stress than the same material in bulk form, and is relatively plastically deformed before failure. In general, the strength of a thin film is much closer to the theoretical strength of the material than the yield strength of the corresponding bulk material. For example, when the film thickness increases to 2 μm or more, the film exhibits increased bulk stress-strain properties. As a result, the elastic limit of the thicker film is lower than the elastic limit of the thinner film. In addition, the grain size of very thin films is much smaller than that of relatively thick films, thereby increasing both yield strength and fatigue strength. Thus, springs with thinner films are more robust.

이 바람직한 실시예에서, 원자 배열 내의 불연속점이 두 인접한 필름 사이의 계면에 계획적으로 유입되어, 두 필름은 각각의 기계적 특성을 가지며 계면은 하나의 필름으로부터 다른 필름으로의 결함 전파를 방지한다. 필름이 요구된 두께로증착된 후에 증착 파라미터를 변경하는 것이 이것을 달성하는 한 방법이다. 이 계면을 형성하는 다른 방법은 두 개의 상이한 재료를 서로 인접하게 순차적으로 증착하는 것이다. 이것은 계면에서의 결합을 향상시키기 위해 두 인접한 층 내의 유사한 격자 파라미터를 갖는 두 상이한 재료, 예를 들어 Cu 및 Ni를 사용하는 것을 포함한다. 이 방안은 또한, 두 인접 층의 격자 파라미터가 서로 매우 유사하지 않는 경우에도 작용한다. 이러한 방안을 이용하여, 복수의 박막층이 소망의 스프링 필름 두께를 구성하도록 증착될 수 있다. 스프링의 상부층은, 저장 또는 동작 동안에 주위 환경의 악화 및 접촉 재료가 스프링 표면에 들러붙는 것을 방지하는 박막 구조인 것이 바람직하다. 이 실시예는 도 3a 및 3b에 개략적으로 도시되어 있는데, 여기서 A, B, C 등은 상이한 재료를 나타낸다. 동일한 재료를 증착하지만 상이한 프로세스 파라미터를 사용하여 다음 인접층을 형성하는 데에는, 인접층, 즉 A 및 A*를 나타내는 별표가 사용된다.In this preferred embodiment, the discontinuities in the atomic arrangement are intentionally introduced at the interface between two adjacent films so that both films have respective mechanical properties and the interface prevents defect propagation from one film to another. Changing the deposition parameters after the film has been deposited to the required thickness is one way to accomplish this. Another way to form this interface is to deposit two different materials sequentially next to one another. This involves using two different materials with similar lattice parameters in two adjacent layers to enhance bonding at the interface, for example Cu and Ni. This approach also works if the lattice parameters of two adjacent layers are not very similar to each other. Using this approach, a plurality of thin film layers can be deposited to make up the desired spring film thickness. The upper layer of the spring is preferably a thin film structure that prevents deterioration of the surrounding environment and sticking of the contact material to the spring surface during storage or operation. This embodiment is schematically illustrated in FIGS. 3A and 3B, where A, B, C, and the like represent different materials. In order to form the next adjacent layer by depositing the same material but using different process parameters, an asterisk indicating the adjacent layer, ie A and A * , is used.

이런 방식으로 형성된 다층 스프링은, 인접 층들 간의 결합을 용이하게 하고 스프링의 강인함을 더하도록 필름 내의 내부 스트레스를 완화시키기 위해, 원한다면, 짧은 시간 동안 비교적 저온에서, 예를 들면 10분 동안 150℃에서 어닐링될 수 있다.Multi-layer springs formed in this way are annealed at relatively low temperatures for a short time, for example at 150 ° C. for 10 minutes, if desired, to mitigate internal stresses in the film to facilitate bonding between adjacent layers and add to the rigidity of the springs. Can be.

이 실시예의 변형예에서는, 인접 층 사이의 결합을 용이하게 하기 위해 약 2000nm 이하의 비교적 두꺼운 두 필름층 사이에 약 200nm 미만의 비정질 또는 정질 박막을 생성하도록 증착 조건이 변할 수도 있다. 이러한 층간 필름 재료의 예로는Au, Ag, Ni, Cu 등이 있다.In variations of this embodiment, deposition conditions may be varied to produce less than about 200 nm of amorphous or amorphous thin film between two relatively thick film layers of about 2000 nm or less to facilitate bonding between adjacent layers. Examples of such interlayer film materials include Au, Ag, Ni, Cu, and the like.

다층 필름을 증착하기 위해 물리적 기상 증착(예를 들면, 스퍼터링 또는 CVD), 전착(electro-deposition) 및 화학 기상 증착과 같은 다양한 증착 기술이 사용될 수 있다. 접촉 패드 또는 다양한 재료의 단자와 양호한 전기 접촉을 이루기에 적합한 스프링의 특정 실시예에서, 스프링은 두께에 걸쳐서(압축되는 하부로부터 신장되는 상부로) 스트레스 구배(stress gradient)를 갖는 약 1 내지 4 ㎛ 두께의 Mo-Cr 필름의 스퍼터링 증착된 코어를 포함한다. 전기 도금 기술(dc 및/또는 펄스 증착)과 같은 필름 증착 기술을 사용하여 스프링의 자유부가 느슨해진 후에, 다층 박막, 예를 들어, 코어를 덮는 Ni 또는 그 합금이 코어의 전면 상에 증착되어 전체 스프링 두께가 약 18 내지 35㎛가 된다. 전착 기술, 즉 전기 도금 및 무전해 도금은 코어 필름을 코팅하기 위한 바람직한 기술이다. 전착 방법인 펄스 도금은 보다 농도가 높은 필름을 생성하는 경향이 있기 때문에 코팅에 특히 유용하다. 조성 조절 전착 기술(composition modulated electrodeposition technique)이 다층 필름을 증착하는데 사용될 수도 있다.Various deposition techniques, such as physical vapor deposition (eg sputtering or CVD), electro-deposition, and chemical vapor deposition, can be used to deposit the multilayer film. In certain embodiments of springs suitable for making good electrical contact with contact pads or terminals of various materials, the springs have a stress gradient of about 1-4 μm with a stress gradient over the thickness (from the compressed bottom to the extended one). A sputter deposited core of a thick Mo-Cr film. After the free portion of the spring is loosened using a film deposition technique such as electroplating technique (dc and / or pulse deposition), a multilayer thin film, for example Ni or an alloy thereof covering the core, is deposited on the front side of the core to The spring thickness is about 18-35 μm. Electrodeposition techniques, ie electroplating and electroless plating, are the preferred techniques for coating the core film. Pulsed plating, an electrodeposition method, is particularly useful for coating because it tends to produce higher concentration films. A composition modulated electrodeposition technique may be used to deposit the multilayer film.

매우 얇은(약 2㎛ 미만의 두께) 필름 또는 예컨대 약 2㎛보다 두꺼운 비교적 두꺼운 필름의 다층과, 1 내지 45㎛의 자유층을 포함하는 스트레스 금속 스프링이 상이한 기판 또는 전기 소자 상에 전기 접촉 패드 또는 전기 단자를 포함하는 다양한 재료를 갖는 양호한 전기 접촉부를 형성하는데 적합한 것으로 발견되었다. 스프링의 자유부를 제조하는데 있어서의 바람직한 두께 범위는 4 내지 35㎛이다. 이 바람직한 범위 내의 적절한 두께를 갖는 이들 스프링의 자유부의 끝에 있는 팁과,주로 금(Au), 구리(Cu) 또는 일반적으로 사용된 납이 함유되어 있지 않거나 납이 함유된 솔더(solder) 또는 알루미늄(Al)을 포함하는 전기 접촉 패드 또는 단자 사이에서 우수한 전기 접촉(매우 낮은 접촉 저항)이 이루어졌다.Electrical contact pads on different substrates or electrical elements having a very thin (thickness less than about 2 μm) film or a multilayer of relatively thick film, for example thicker than about 2 μm, and a stress metal spring comprising a free layer of 1 to 45 μm It has been found to be suitable for forming good electrical contacts having a variety of materials including electrical terminals. The preferred thickness range in making the free portion of the spring is 4 to 35 μm. The tip at the free end of these springs having an appropriate thickness within this preferred range, and predominantly gold (Au), copper (Cu) or commonly used lead-free or lead-containing solder or aluminum ( Good electrical contact (very low contact resistance) was made between the electrical contact pads or terminals comprising Al).

다른 바람직한 실시예에서는, 0.2㎛의 비교적 얇은 두께 또는 10 내지 15㎛의 두꺼운 필름을 갖는 다른 필름으로 이루어진 스프링의 고장에 대한 내성은, 전착에 의해, 예를 들어 전부 또는 비교적 두꺼운 상부 필름, 특히 스프링 표면에 가까운 필름이 압축 스트레스 하에서 남는 방식으로 코어 필름 상에 필름을 전기도금함으로써, 실질적으로 증가된다. 이것은 완성된 스프링이 사전에 압축 응력을 받도록 설계된다는 것을 의미한다. 압축 응력 조건(pre-stressed condition)을 유지하기 위해, 상부 재료 및 코어 재료는 모두 소성 변형에 견디는 고탄성 한계를 가져야 한다. 또한, 상이한 필름층 사이의 계면은 강해야 한다. 통상적인 실시에에서, 압축 스트레스를 갖는 상부 필름(overlying film)은 니켈로 이루어지며, Mo-Cr 코어 필름의 양면 상에 약 10㎛의 두께를 갖는다. 예를 들어, 전착 조(bath) 내의 첨가물 농도와 같은 적절한 증착 조건을 이용하면 그러한 필름을 생성할 수 있다. 이와 같이 생성된 스프링은 아무런 고장 없이 많은 터치다운에도 견딜 수 있다. 스프링 고장의 한 원인은 그 스프링이 눌러져서 전기 접촉 패드 또는 단자와 접촉할 때 스프링 표면에 높은 신장력 스트레스(tensile stress)가 발생하기 때문이다. 재료의 피로 강도는 일반적으로 신장 평균 스트레스(tensile mean stress) 하에서가 압축 평균 스트레스(compressive mean stress) 하에서보다 더 낮다. 상술한 방법은 스프링이 눌러져서 접촉 패드 또는 단자와 접촉할 때 스프링 표면에 신장 스트레스가 발생하는 것을 최소화하며, 따라서 고장에 대한 스프링의 내성을 증가시킨다. 이 방안 및 다음에 개시된 내용은, 일부 애플리케이션에 있어서 전기 접촉 패드 또는 단자에 필요한 높은 접촉력을 발생하는데 유용한 비교적 큰 전체 두께를 갖는 얇은 스트레스 금속 필름 스프링을 제조하여 사용할 수 있게 한다.In another preferred embodiment, the resistance to failure of the spring, which consists of a relatively thin thickness of 0.2 μm or another film having a thick film of 10 to 15 μm, is achieved by electrodeposition, for example, of all or relatively thick top films, in particular springs. By electroplating the film on the core film in such a way that the film close to the surface remains under compressive stress, it is substantially increased. This means that the finished spring is designed to be prestressed in advance. In order to maintain pre-stressed conditions, both the top material and the core material must have a high elastic limit to withstand plastic deformation. In addition, the interface between the different film layers must be strong. In a typical embodiment, the overlying film with compressive stress is made of nickel and has a thickness of about 10 μm on both sides of the Mo—Cr core film. For example, using appropriate deposition conditions, such as additive concentration in an electrodeposition bath, such films can be produced. The spring created in this way can withstand many touchdowns without any failure. One cause of a spring failure is that high spring stresses occur on the surface of the spring when the spring is pressed to contact the electrical contact pads or terminals. The fatigue strength of the material is generally lower under tensile mean stress than under compressive mean stress. The method described above minimizes the occurrence of elongation stress on the spring surface when the spring is pressed in contact with the contact pad or terminal, thus increasing the spring's resistance to failure. This approach and the following disclosure allow for the manufacture and use of thin stress metal film springs having a relatively large overall thickness useful for generating the high contact forces required for electrical contact pads or terminals in some applications.

완전한 스프링은 압축 응력을 받도록 설계된다는 점에 유의하라. 압축 응력(pre-stressing)은 바람직하게는 압축 스트레스에 의해 달성된다. 그러나, 그 범위는 압축 신장 스트레스 대 압축 스트레스가, 예를 들어, 신장력 30MPa 대 압축력 70MPa로 낮을 수 있다. 스트레스는 동일한 첨가물 농도에 대해 Ni 도금의 두께에 따라 상이하다. 필름이 얇을수록 스트레스는 더 높다. 예를 들면, 1.5㎛ 두께의 필름에 대하여 스트레스는 약 70MPa의 압축력을 갖는다. 동일한 첨가물 농도를 갖는 도금된 Ni 스프링에서 생성될 수 있는 압축 스트레스의 범위는 25 내지 1.5㎛의 두께 범위에 대해 약 6 내지 70MPa(압축)이다. 따라서, 다양한 Ni 필름 두께에 대한 스트레스는 첨가물 농도의 변화를 통해 조절될 수 있다.Note that the complete spring is designed to be compressive. Pre-stressing is preferably achieved by compressive stress. However, the range may be low in compressive stretch stress versus compressive stress, for example, stretch force 30 MPa versus compressive force 70 MPa. The stress depends on the thickness of the Ni plating for the same additive concentration. The thinner the film, the higher the stress. For example, for a 1.5 μm thick film, the stress has a compressive force of about 70 MPa. The range of compressive stresses that can be produced in plated Ni springs having the same additive concentration is about 6-70 MPa (compression) over a thickness range of 25-1.5 μm. Thus, stresses for various Ni film thicknesses can be controlled through changes in additive concentration.

도금 방법에서 첨가제의 농도 변화의 다른 효과는 도금된 필름의 입도(grain size)에 반영된다. 현재 첨가제의 농도를 증가시킨 도금된 스프링에 있어서, 입도는 보다 작은 첨가제 농도를 갖는 초기에 도금된 샘플의 1/5(20%)인 것으로 밝혀졌다. 입도가 작으면 박막의 항복 강도가 증가한다(d-1/2의 의존도). 이것은 터치다운을 반복하는 동안에 스프링의 수명을 증가시키는데 큰 영향을 미치는 요인이다. 스프링 코어를 덮는 필름 내의 입자, 예컨대 Ni의 직경의 바람직한 범위는 3 내지500nm이고, 통상 바람직한 값은 50nm이다. 도금된 상부 필름은, 예를 들면 입자의 큰 크기대 작은 크기의 비가 2 미만으로 입자들이 보다 등축적으로 될수록, 더 강해지는 것 같다.Another effect of changing the concentration of the additive in the plating method is reflected in the grain size of the plated film. For plated springs that currently increase the concentration of the additive, the particle size was found to be one fifth (20%) of the initially plated sample with the smaller additive concentration. Smaller particle sizes increase the yield strength of the thin film (dependency of d -1/2 ). This is a major factor in increasing the life of the spring during repeated touchdowns. The preferred range of diameters of particles, such as Ni, in the film covering the spring core is 3 to 500 nm, with the preferred value usually being 50 nm. The plated top film seems to be stronger as the particles become more equiaxed, for example with a ratio of large to small particles of less than two.

다른 바람직한 실시예에서는, 약 1.5 내지 2㎛ 보다 두꺼운, 비교적 두꺼운 필름 또는 비교적 얇은(약 1.5 내지 2㎛ 미만) 필름으로 이루어지는 필름의 다층 스택의 증착을 위한 필름 재료의 선택이, 보다 낮은 탄성률을 갖는 필름이 스프링 표면 가까이에 증착되고, 보다 높은 탄성률을 갖는 필름이 코어쪽에 증착되는 방식으로 이루어진다. 이 실시예의 변형예에서는, 스프링의 표면으로부터 스프링 코어로 탄성률이 상당히 연속적으로 증가하게 되는 방식으로, 즉 조성이 구배지도록 증착되도록 하는 방식으로, 필름이 선택되어 코어 상에 증착된다. 연속적으로 또는 미세한 불연속적인 계단형으로 두 상이한 재료 사이의 계면을 가로지르는, 스프링 표면으로부터 코어 쪽으로의 탄성률 및 조성의 구배진 변화는 임계(critical) 위치에서 스트레스를 분산시키는데 사용되며, 따라서 영구적인 손상의 시작을 방지한다. 이들 구성에서, 스프링이 접촉 패드 또는 단자와 전기 접촉하도록 눌러지기 때문에, 표면에서 손상을 응집시키는 임계 신장 스트레스는 표면으로부터 스프링 내부로의 스트레스를 표면 아래에서 더 높은 비율로 확산시킬수록 표면에서 낮아진다. 이 때문에, 터치다운이 반복되는 동안에 스프링 표면에서 크랙이 발생할 확률이 줄어들며, 따라서 스프링의 수명이 증가한다. 이 실시예의 예로서, 스프링 표면층(즉, 중첩층 스택(overlayer stack)의 외부 표면)은 (Ni, Co 또는 Pt를 포함하는)팔라듐 합금, (Ni 또는 Co를 포함하는)금 합금, Pt 합금 등으로 이루어지는 반면에, 스프링 코어, 예를 들어 Mo-Cr에 더 가까운 필름층은 니켈 또는 Ni 합금, 예를 들면 Ni-Co로 이루어진다. 니켈에서 Pd 또는 Au의 농도가 더 높을수록, 탄성률은 더 작다. 따라서, 다른 예에서는, 스프링의 수명이 니켈 또는 그 합금을 증착함으로써 증가한다. 따라서, 다른 예에서는, 보다 높은 탄성률을 갖는 니켈 또는 그 합금을 Mo-Cr과 같은 코어 필름 상에 증착한 후 Ni를 포함하는 상부 필름에 Pd의 양을 증가시킨 층을 연속적으로 증착시킴으로써 스프링의 수명이 증가한다. 이 경우에 외부 필름은 예를 들어 10 내지 50 w%의 Ni 및 90 내지 50%의 Pd의 비교적 높은 농도의 Pd를 포함한다. 전술한 바와 같이 구배진 필름에 있어서는 Ni 내의 Pd의 농도가 코어로부터 표면으로 연속적으로 변한다. 후자는 증착 프로세스 동안, 종래의 증착 기법, 예를 들면, 전착의 증착 파라미터의 변화를 통해 달성될 수 있다. 코어 재료의 탄성률은 다른 필름의 탄성률보다 더 높을 수 있다.In another preferred embodiment, the selection of the film material for the deposition of a multilayer stack of films consisting of relatively thick (less than about 1.5 to 2 μm) films, or thicker than about 1.5 to 2 μm, has a lower modulus of elasticity. The film is deposited near the spring surface and the film with higher modulus of elasticity is deposited on the core side. In a variant of this embodiment, the film is selected and deposited on the core in such a way that the modulus of elasticity from the surface of the spring to the spring core increases substantially continuously, i.e., the composition is deposited to gradient. Gradient changes in modulus and composition from the spring surface to the core, across the interface between two different materials, either continuously or in minute discontinuous steps, are used to disperse stress at critical locations and thus permanent damage To prevent the start of. In these configurations, because the springs are pressed into electrical contact with the contact pads or terminals, the critical elongation stresses that agglomerate damage at the surface are lower at the surface as the stress spreads from the surface into the spring at a higher rate below the surface. This reduces the probability of cracking on the spring surface during repeated touchdowns, thus increasing the life of the spring. As an example of this embodiment, the spring surface layer (ie, the outer surface of the overlayer stack) may be a palladium alloy (containing Ni, Co or Pt), a gold alloy (containing Ni or Co), a Pt alloy, or the like. On the other hand, the film layer closer to the spring core, for example Mo-Cr, is made of nickel or a Ni alloy, for example Ni-Co. The higher the concentration of Pd or Au in nickel, the smaller the modulus of elasticity. Thus, in another example, the life of the spring is increased by depositing nickel or alloys thereof. Thus, in another example, the life of a spring by depositing a nickel or alloy thereof with a higher modulus of elasticity on a core film such as Mo-Cr and subsequently depositing a layer of increased Pd amount on the top film containing Ni. This increases. In this case the outer film comprises, for example, 10-50 w% of Ni and 90-50% of Pd at a relatively high concentration of Pd. As described above, in the gradient film, the concentration of Pd in Ni continuously changes from the core to the surface. The latter can be achieved during the deposition process through changes in the deposition parameters of conventional deposition techniques, for example electrodeposition. The modulus of elasticity of the core material may be higher than that of other films.

스트레스 금속 스프링 코어 상에 다층 필름 스택을 제조하기 위해 다양한 재료의 조합이 사용될 수 있다. 이들은 매우 얇은(2㎛ 미만) 필름 및 예를 들어 2 내지 20㎛의 비교적 두꺼운 필름 모두에 적용될 수 있다. 그러한 조합은 Ni, Au, Ag, Cu, Co, Rh, Ru, Pt, Os, Pd, TiN, W 또는 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 등과 같은 이들의 합금을 포함하는 재료의 그룹으로부터 선택된다. 약 12% 미만의 W를 함유하는 Ni, 또는 2%의 Mo를 함유하는 Ni, 또는 Cu-Rh-Pd 또는 Pd-Ni 또는 Pd-Co, Ni-Co 또는 Co-Pt 등과 같은 적어도 두 재료를 포함하는 고체 솔루션은, 필름의 기계적 특성을 개선시키기 때문에, 다층 박막 스택을 제조하기 위한 특히 바람직한 후보들이다.Combinations of various materials can be used to fabricate a multilayer film stack on a stress metal spring core. They can be applied to both very thin (less than 2 μm) films and relatively thick films, for example 2 to 20 μm. Such combinations are Ni, Au, Ag, Cu, Co, Rh, Ru, Pt, Os, Pd, TiN, W or Ni-Co, Pd-Ni, Pd-Co, Co-Pt, Au-Pt, Pd-Rh , Ni-P, Ni-Mo, Ni-Co-Pd, Ni-Mo-W, Ni-PW and the like. Ni containing less than about 12% W, or Ni containing 2% Mo, or at least two materials such as Cu-Rh-Pd or Pd-Ni or Pd-Co, Ni-Co or Co-Pt, etc. Solid solutions are particularly preferred candidates for making multilayer thin film stacks because they improve the mechanical properties of the film.

다층 필름은 비교적 높은 전류 흐름을 요구하는 테스팅 및 고온 검사 프로세스 동안에 단자/접촉 패드와의 전기적인 접촉을 형성하는데 특히 적합하다. 250 내지 500mA의 전류 레벨에서 단자 패드에 빈번한 프로브 접촉을 형성하는 것은 당해 분야에서 흔한 경우이다. 이 때문에, 흔히 접촉 영역에서 발생된 과도한 열로 인해 접촉 불량이 발생하기도 한다. 열 흐름의 모델링에 의하면, 최고 온도가 스프링의 팁 영역 가까이에 도달한다. 스프링 팁 영역의 용융이 또한 여러 경우에서 관측되었다. 본 발명에 따르면, 스프링을 구성하는 멀티레벨의 필름 스택에 약 0.75 내지 2㎛의 전형적인 두께의 Cu와 같은 양호한 열 전도 필름을 추가하면 그러한 문제를 극복할 수 있다. Cu에 의해 열이 팁 영역으로부터 빠르게 방산될 수 있으며, 따라서 테스팅 또는 고온 검사 동안 손상이 최소화된다. 물론, 예를 들어 2㎛보다 큰 양호한 열 전도 필름의 상이한 두께가 이 목적을 위해 작용할 수도 있을 것이다.Multilayer films are particularly suitable for making electrical contact with terminal / contact pads during testing and pyrotechnic processes that require relatively high current flow. It is common in the art to form frequent probe contacts on terminal pads at current levels of 250 to 500 mA. For this reason, poor contact often occurs due to excessive heat generated in the contact region. According to the modeling of the heat flow, the highest temperature reaches near the tip region of the spring. Melting of the spring tip region has also been observed in several cases. According to the present invention, such a problem can be overcome by adding a good heat conducting film, such as Cu, with a typical thickness of about 0.75-2 μm to the multilevel film stack constituting the spring. The heat can be quickly dissipated from the tip area by the Cu, thus minimizing damage during testing or hot testing. Of course, different thicknesses of good heat conducting films, eg greater than 2 μm, may serve for this purpose.

도 4는 열 전도성을 개선하기 위해 Cu 필름을 포함하는 스프링 핑거(spring finger)의 개략도이다. 스프링 팁으로부터의 열 방산을 개선하기 위해, Cu 대신에 또는 Cu 외에 다른 높은 열 전도성 재료가 사용될 수도 있다. 그 예로는 Au, Ag, Al 등이 있다. 이 솔루션에서, 높은 열 전도도를 갖는 필름은 스프링이 리프트되기 전 또는 후에 증착될 수 있다. 만약 필름이 리프팅 후에 전착되면, 높은 전도성 필름은 코어 필름 전 주위에 증착될 수 있다. 만약 필름이 스프링의 한쪽 면 또는 팁 영역 및 그 근방에만 증착되면, 이 증착은 스프링이 리프트되어 패터닝되기 전에 행해질 수 있다.4 is a schematic of a spring finger including a Cu film to improve thermal conductivity. In order to improve heat dissipation from the spring tip, other high thermally conductive materials may be used instead of or in addition to Cu. 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 lifting, a high conductive film can be deposited around the core film. If the film is deposited on only one side or tip region of the spring and its vicinity, this deposition can be done before the spring is lifted and patterned.

접촉 패드의 전기 접촉 저항에 대한 프로브 팁(probe-tip)이 최소화되면, 스프링의 팁 영역 근방의 온도 상승이 최소화된다. 접촉 저항의 감소는 프로브 팁에 의해 접촉 패드 상으로 가해진 힘을 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 스프링 팁과 접촉 패드 또는 단자 사이의 전기 접촉 저항은 접촉이 확실하고 안정될 때 1π 미만인 것으로 밝혀졌다. 양호한 전기 접촉 및 양호한 열 방산에 대한 바람직한 값의 범위는 0.1 내지 0.2 Ohm 이하이다.If the probe tip to the electrical contact resistance of the contact pad is minimized, the temperature rise near the tip region of the spring is minimized. The reduction in contact resistance can be achieved by increasing the force exerted on the contact pad by the probe tip. The electrical contact resistance between the spring tip and the contact pad or terminal has been found to be less than 1π when the contact is secure and stable. The preferred range of values for good electrical contact and good heat dissipation is 0.1 to 0.2 Ohm or less.

본 발명의 다른 실시예에서, 박막 스프링은, 결함 전파에 대해 상이한 필름층들 사이의 계면을 강화시키고 두 인접 필름층 사이의 양호한 결합을 강화시킴으로써 고장에 대해 강화될 수 있다. 예를 들면, 코어 스프링 재료(Mo-Cr)와 Ni 필름의 인접층 사이의 계면은 상당히 강화될 수 있고, 계면에서 두 층 사이의 결합은 Mo-Cr 증착의 끝에 Ni를 페이징인(phasing-in)함으로써 실질적으로 더 강하게 될 수 있다. 페이징인(phasing-in)은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 간단히 Mo-Cr 증착의 종료 전에, Ni 증착이 개시된다. 그 다음에, Mo-Cr 증착률이 점차적으로 0으로 되고, 그 동안에 증착 파라미터가 적절히 Ni 증착률이 증가된다. 전착과 같은 다른 방법에 의해 코어 상에 후속적인 Ni 또는 그 합금 증착을 위해, Ni 또는 그 합금이 코어의 Ni 표면 상에 증착된다. 그 결과 강건한 결합이 형성되고 계면의 강도가 향상된다. 이러한 계면의 형성은 두 인접하는 전착된 필름층 사이의 계면의 품질을 향상시키기 위해 적용될 수 있다. 그 경우, 전착된 필름(A)의 증착의완료 근방에서 다른 전착된 필름(B)의 증착이 후속하며, AxB1-x의 합금이 적절한 프로세스 파라미터를 사용하여 증착될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the thin film spring can be strengthened against failure by strengthening the interface between different film layers and defects between two adjacent film layers for defect propagation. For example, the interface between the core spring material (Mo-Cr) and the adjacent layer of the Ni film can be significantly strengthened, and the bond between the two layers at the interface may result in paging-in Ni at the end of the Mo-Cr deposition. Can be made substantially stronger. Paging-in may be performed as follows. Simply before the end of the Mo-Cr deposition, Ni deposition is initiated. Then, the Mo-Cr deposition rate gradually becomes zero, during which the deposition parameters are suitably increased in the Ni deposition rate. Ni or its alloy is deposited on the Ni surface of the core for subsequent Ni or its alloy deposition on the core by other methods such as electrodeposition. As a result, a strong bond is formed and the strength of the interface is improved. The formation of this interface can be applied to improve the quality of the interface between two adjacent electrodeposited film layers. In that case, deposition of another electrodeposited film B in the vicinity of completion of deposition of the electrodeposited film A is followed, and an alloy of A x B 1-x can be deposited using appropriate process parameters.

스프링 코어 상에 박막 코팅 층을 증착하기 위한 본 발명의 다른 실시예에서, 증착 파라미터는 코팅 필름의 품질을 개선하기 위해 증착 동안 간헐적으로 변한다. 비교적 두꺼운 필름 재료를 증착하면, 흔히 통상 약 1.5 내지 2㎛를 초과하는 두께에서 필름의 상부 근방의 필름층에 증가된 구멍이 나타난다는 것은 공지되어 있다. 결과적으로, 필름 파라미터를 변경하는 것, 예를 들면, dc 도금으로부터 펄스 도금으로 변경하는 것 또는 증착 동안 전류 밀도를 변경하는 것은 필름의 품질을 크게 향상시킨다. 그 결과, 필름은 테스팅 또는 동작 동안에 더 강해지고 초기 고장에 저항한다. 전착 동안의 증착 파라미터의 변화는 마이크로 구조, 예를 들면, 입도(grain size) 및 침전물의 결정 구조와 필름 스트레스를 변화시킬 수 있다.In another embodiment of the present invention for depositing a thin coating layer on a spring core, deposition parameters are intermittently changed during deposition to improve the quality of the coating film. It is known that depositing relatively thick film materials often results in increased pores in the film layer near the top of the film, typically at thicknesses in excess of about 1.5 to 2 μm. As a result, changing film parameters, such as changing from dc plating to pulsed plating, or changing current density during deposition, greatly improves the quality of the film. As a result, the film becomes stronger during testing or operation and resists initial failure. Changes in deposition parameters during electrodeposition can change the microstructure, such as grain size and crystal structure and film stress of the precipitate.

도 5는 본 발명에 따른 스트레스 금속 스프링의 설계 및 제조에 대한 해법을 도시한 개략도로서, 여기서 501은 전기 패드이고, 502는 금속으로 충진된 비아이며, 503은 폴리머 필름과 같은 절연 필름이고, 504는 전기 트레이스이며, 505는 릴리스층이고, 506은 도금된 필름이며, 507은 스프링 코어이고, 508은 표면에서의 도금된 필름이며, 509는 기판이다. 이 설계는 감소된 힘으로 양호한 전기 접촉이 이루어질 수 있게 하며, 따라서 터치다운을 반복하는 동안 고장에 대한 내성을 실질적으로 증가시킨다. 구조의 피로 수명은 인가된 스트레스의 강한 기능이다. 따라서, 낮은 접촉력에서 낮은 안정된 접촉 저항을 달성하는 것, 즉 보다 작은 크기의 구조에서 스트레스를 보다 낮게 할 수 있는 것은 스프링의 수명과 성능을 향상시키는데 매우 바람직하다. 보고에 따르면, 전자 소자의 테스팅 또는 고온 검사에 사용되는, 본 발명과 다른 방식으로 제조된 일부 소형의 스프링은 2 내지 150gf 범위의 접촉력을 요구한다. 몇몇 예에서, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 기본 구조를 갖는 스트레스 금속 스프링은 훨씬 더 작은 힘으로 매우 양호한 접촉을 할 수 있다고 예증되었다. 이들 예에서, 코어 필름의 전면을 덮는 일부 필름, 예를 들면 Ni 또는 Ni 합금은 2㎛ 이상으로 매우 얇지는 않았으며, 스프링의 외면은 Pd-Co 또는 Rh와 같은 비교적 단단하고 환경적으로 안정한 재료로 코팅된다. 그러나, 이들 스프링과, 전기 접촉하기에 가장 어려운 재료 중 하나인 Al 사이의 접촉부에서의 1.4gf의 힘은 양호하고 낮고 안정된 접촉 저항을 형성하였다. 사실, 이들 스프링과 Al 사이의 효과적인 전기 접촉을 위해서는 그 힘이 약 0.8 내지 10.0gf 범위 내에 유지되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 보다 큰 힘은 접촉 패드(501)를 손상시키는 경향이 있고, 보다 작은 힘은 재현가능하게 표면 산화물을 관통하는데 실패한다. Al 상의 재료와 같이 강한 산화물을 형성하지 않는 Au, Cu 및 솔더와 같은 다른 재료를 접촉하는데 있어서, 양호한 전기 접촉을 형성하는데 요구된 힘은 예를 들어 0.2gf로 훨씬 더 작다. 0.01gf만큼의 낮은 힘으로 프로브 스프링과 금 접촉 패드 사이에 양호한 전기 접촉이 이루어졌다. 전술한 바와 같이, 낮은 접촉 저항과 양호하게 전기 접촉하면, 높은 열 문제로 인한 스프링 품질의 큰 저하없이 보다 높은 전류에서 회로 또는 디바이스의 테스팅이 허용된다.결과적으로, 도 5에 도시된 구조를 갖는 프로브 스프링은 보다 높은 전류의 흐름을 요구하는 테스트 또는 고온 검사에 바람직하다. 예를 들어 약 2㎛ 미만의 매우 얇은 필름으로 이루어진 다층 구조를 갖는 유사한 스프링도 보다 높은 전류 흐름을 요구하는 그러한 테스트 또는 고온 검사에 적합하다.5 is a schematic diagram illustrating a solution to the design and manufacture of a stress metal spring according to the present invention, where 501 is an electrical pad, 502 is a via filled with metal, 503 is an insulating film such as a polymer film, and 504 Is an electrical trace, 505 is a release layer, 506 is a plated film, 507 is a spring core, 508 is a plated film on the surface, and 509 is a substrate. This design allows good electrical contact to be made with reduced force, thus substantially increasing the resistance to failure during repeated touchdowns. The fatigue life of the structure is a strong function of the applied stress. Therefore, achieving low stable contact resistance at low contact force, ie being able to lower stress in a smaller size structure, is highly desirable to improve the life and performance of the spring. Reportedly, some small springs manufactured in a manner different from the present invention, which are used for testing or high temperature inspection of electronic devices, require a contact force in the range of 2 to 150 gf. In some instances, it has been exemplified that stress metal springs having a basic structure according to the invention shown in FIG. 5 can make very good contact with much smaller forces. In these examples, some films covering the front surface of the core film, such as Ni or Ni alloys, were not very thin, more than 2 μm, and the outer surface of the spring was a relatively hard and environmentally stable material such as Pd-Co or Rh. Coated with. However, the force of 1.4 gf at the contact between these springs and Al, one of the most difficult materials to make electrical contact, formed a good, low and stable contact resistance. In fact, it has been found that for effective electrical contact between these springs and Al it is desirable that the force remain within the range of about 0.8 to 10.0 gf. Larger forces tend to damage contact pads 501 and smaller forces fail to penetrate surface oxides reproducibly. In contacting other materials such as Au, Cu and solder that do not form strong oxides, such as the material on Al, the force required to form good electrical contact is much smaller, for example 0.2 gf. Good electrical contact was made between the probe spring and the gold contact pad with a force as low as 0.01 gf. As described above, good electrical contact with low contact resistance allows testing of the circuit or device at higher currents without significant degradation of spring quality due to high thermal problems. As a result, having the structure shown in FIG. Probe springs are preferred for tests or high temperature inspections that require higher current flow. Similar springs having a multi-layered structure, for example of very thin films of less than about 2 μm, are also suitable for such tests or high temperature inspections that require higher current flow.

전술한 바와 같이, 매우 낮은 힘으로 스프링과 접촉 패드 또는 단자 사이에 양호한 전기 접촉을 할 수 있는 능력은 많은 이점을 가져온다. 마이크로 전자 산업에 의해 딥 서브마이크론 집적 회로에 낮은 유전율의 재료 및 구리 금속화(copper metallization)를 도입함으로써 칩의 테스팅 및 고온 검사 동안 낮은 힘의 프로브 접촉에 대한 실질적인 요구를 열게 되었다. 낮은 k 유전 재료는 상대적으로 무르다. 그 결과, 본 명세서에 기재된 스프링 구조는 Cu 필름 및 저 유전율의 재료를 포함하는 회로에 대한 응용에 특히 적합하다. 이들 스프링은 예를 들면 1gf 미만의 비교적 작은 힘으로 Cu 상에 양호하게 전기 접촉할 수 있다. 따라서, 회로 소자를 손상시킬 기회가 최소화된다.As mentioned above, the ability to make good electrical contact between a spring and a contact pad or terminal at a very low force brings many advantages. The microelectronics industry has introduced a low dielectric constant material and copper metallization into deep submicron integrated circuits, opening up substantial demand for low force probe contact during chip testing and high temperature inspection. Low k dielectric materials are relatively soft. As a result, the spring structure described herein is particularly suitable for applications to circuits comprising Cu films and low dielectric materials. These springs can be in good electrical contact on Cu, for example with a relatively small force of less than 1 gf. Thus, the chance of damaging circuit elements is minimized.

작은 힘의 접촉으로부터의 다른 중요한 이점은 인터포저의 제조와 관련이 있다. 당해 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 프로브 카드 어셈블리는 테스트될 IC와 테스터 간의 전기 접속을 위해 프로브칩(ProbeChip)(또는 공간 변환기(space transformer))과 부하 보드(load-board)(테스터와 접속되는 PCB) 사이에 흔히 인터포저를 사용한다. 캔틸레버 유형의 스프링이 전기 접속을 용이하게 하기 위해 이들 인터포저에 부착된다. 시장에서 현재 이용가능한 프로브 카드 어셈블리에 있어서, 이들 각각의 인터포저 스프링에 의해 가해진 힘은 예를 들어 15내지 30gf로 비교적 크다. 본 발명에 의해 제조된 소형의 스트레스 금속 스프링을 갖는 인터포저는 예를 들어 0.005 내지 2gf로 훨씬 더 작은 힘으로 대향 접촉 단자와 전기 접촉할 수 있는데, 그 이유는 접촉 단자가 일반적으로 예를 들어 금과 같이 알루미늄 이외의 다른 재료로 이루어지기 때문이다. 이러한 작은 접촉력은 도금없이 MoCr과 같은 코어 재료만으로 이루어지는 이들 스프링에 의해 인가될 수 있다. 물론, 일부 애플리케이션에서 스프링의 전기 전도도 또는 스프링 팁의 마모에 대한 내성과 같은 기계적인 특성을 증가시키기 위해 금을 함유한 비교적 얇은 도금층이 바람직하다. 스프링의 접촉력이 작으면, 수천 개의 스프링을 갖는 인터포저에 의해 인가된 전체 힘은 상당히 감소한다. 따라서, 본 발명을 이용하면, 프로브칩을 포함하는 프로브 카드 어셈블리, 인터포저 및 테스팅 및 고온 검사와 패키징을 위한 어셈블리 설비를 구성하는데 있어서, 현재의 포토리소그래픽 방식으로 패터닝된 소형 스트레스 금속 스프링을 사용하면, 벤딩, 휨(warping) 및 정렬 문자들이 최소화되기 때문에 이들 작은 힘의 스프링의 사용에 의해 크게 단순화된다. 양호한 전기 접속을 확립하기 위해 접촉부에 본 발명의 스프링에 의해 가해진 작은 힘으로 인해, 어셈블리를 위한 부피가 큰 기계적 지지부와 심지어 인터포저도 많은 응용에 있어서 필요치 않을 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 작은 힘의 스프링을 사용하면, 수율 및 신뢰도가 크게 증가되며, 또한 비용 및 복잡도가 감소한다.Another important advantage from the small force contact is related to the manufacture of interposers. As is known in the art, a probe card assembly may be connected to a probe chip (or space transformer) and a load-board (tester) for electrical connection between the IC to be tested and the tester. Interposers are often used. Cantilever type springs are attached to these interposers to facilitate electrical connection. In probe card assemblies currently available on the market, the force exerted by each of these interposer springs is relatively large, for example 15 to 30 gf. Interposers with small stress metal springs made by the present invention can be in electrical contact with opposing contact terminals with much smaller forces, for example from 0.005 to 2 gf, because the contact terminals are generally for example gold This is because it is made of a material other than aluminum. This small contact force can be applied by these springs consisting of only a core material such as MoCr without plating. Of course, in some applications a relatively thin plating layer containing gold is desirable to increase mechanical properties such as electrical conductivity of the spring or resistance to wear of the spring tip. If the contact force of the spring is small, the total force applied by the interposer with thousands of springs is significantly reduced. Thus, using the present invention, current photolithographically patterned small stress metal springs are used in constructing probe card assemblies, interposers, and assembly facilities for testing and high temperature inspection and packaging, including probe chips. This greatly simplifies by the use of these small force springs because bending, warping and alignment characters are minimized. Due to the small force exerted by the springs of the invention on the contacts to establish a good electrical connection, bulky mechanical supports and even interposers for the assembly may not be necessary in many applications. Thus, using the small force springs disclosed herein greatly increases yield and reliability, and also reduces cost and complexity.

스프링의 두께를 증가시키면 접촉 패드 또는 전기 단자에 대한 스프링의 접촉력이 증가할 수 있다는 사실은 공지되어 있다. 스프링의 치수의 함수로서 힘을계산하기 위해 수학식이 이용가능하다. 스트레스 금속 스프링에서, 기판에 대한 패터닝 후에 스프링의 자유부의 리프팅을 용이하게 하기 위해 코어 재료, 예를 들어 Mo-Cr의 두께는 통상 약 5 내지 6㎛ 미만으로 유지된다. 접촉력의 증가를 요구하는 애플리케이션에 대해 그 두께를 증가시키기 위해, 예를 들어 전착에 의해 스프링 상에 필름이 후속적으로 증착된다. 포토리소그래피 또는 다른 방법을 이용하여 스프링 상에 부가적인 필름을 선택적으로 증착하는 것은 스프링의 비평탄 구조로 인해 상당히 복잡하고 비용이 많이 든다. 본 발명에서는, 스프링 상에, 또한 필요한 경우에 회로 트레이스 상에, 전착에 의해 다른 필름을 증착하는데 훨씬 간단하고 효과적인 방법이 적용된다. 이 방법은 어떠한 마스킹의 사용도 요구하지 않는다. 이 경우에, 스프링의 어레이에 대한 전기 접촉은, 보다 양호한 전류 밀도의 제어를 제공하기 위해, 전기 전도성 박막을 가판의 후면에 전면 침착(blanket deposition)하거나 또는 필름을 후면 패터닝함으로써 기판(509)의 후면으로부터 이루어진다. 전기적 연속성(electrical continuity)은 기판을 통과하는 502와 같은 비아(via)를 사용하여 확립되는데, 이 비아는 스프링, 접착층(505), 스프링 금속(507), 트레이스(504) 또는 접촉 패드(501)와 전기 접촉하는 전기 전도성 재료로 충진된다. 결과적으로, 필름은 기판의 뒤쪽에 있는 전원의 적절한 단자에 전기 접속되는 전기 전도성 표면 상에만 증착된다. 이 구성은 리프트된 스프링 상의 모든 면 상에 선택적인 전기 도금을 허용하며, 따라서 스프링을 감싸고 또한 트레이스 및 절연 재료로 덮이지 않은 다른 금속 구조물을 전기 도금한다. 바람직한 기판은 세라믹, 수정, 실리콘, 유리와 같은 무기 재료를 포함한다. 폴리머, 에폭시,FR4 및 폴리이미드와 같은 유기 재료를 포함하는 다른 기판이 또한 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다. 유기 재료 기판 그룹의 일례로는 FR4를 사용하는 인쇄 회로 기판, Dupont's Thermount 및 Nelco's N4000이 있다.It is known that increasing the thickness of the spring can increase the contact force of the spring against the contact pads or electrical terminals. Equations are available to calculate the force as a function of the spring's dimensions. In stress metal springs, the thickness of the core material, for example Mo-Cr, is typically kept below about 5-6 μm to facilitate lifting of the free portion of the spring after patterning to the substrate. In order to increase its thickness for applications requiring an increase in contact force, a film is subsequently deposited on the spring, for example by electrodeposition. Selective deposition of additional films on springs using photolithography or other methods is quite complex and expensive due to the non-flat structure of the springs. In the present invention, a much simpler and more effective method of depositing another film by electrodeposition is applied on a spring and, if necessary, on a circuit trace. This method does not require the use of any masking. In this case, electrical contact to the array of springs may be achieved by blanket deposition of the electrically conductive thin film on the back of the substrate or back patterning of the film to provide better control of current density. From the back. Electrical continuity is established using vias, such as 502, passing through the substrate, which are springs, adhesive layers 505, spring metal 507, traces 504, or contact pads 501. It is filled with an electrically conductive material in electrical contact with it. As a result, the film is deposited only on the electrically conductive surface that is electrically connected to the appropriate terminals of the power supply at the back of the substrate. This configuration allows for selective electroplating on all sides on the lifted spring, thus electroplating other metal structures that surround the spring and are not covered with traces and insulating material. Preferred substrates include inorganic materials such as ceramics, quartz, silicon, glass. Other substrates including organic materials such as polymers, epoxies, FR4 and polyimides can also be used within the scope of the present invention. Examples of organic material substrate groups include printed circuit boards using FR4, Dupont's Thermount and Nelco's N4000.

WO 01/48870호에는 리프트된 스트레스 금속 스프링 상으로 재료를 도금하는 것이 보고되어 있다. 그러나, 비평탄 구조로 인해, 리프트된 스프링의 한쪽 면상의 전기 도금 재료에 복잡한 포토레지스트 패터닝이 사용되었다. 본 발명에서는, 코어 스프링 재료의 한 표면 상에 주로 전착된 필름 내에 스트레스가 존재해서 스프링 리프트 높이에 영향을 미치기 때문에 제조 공정에 이 방법이 잘 통하지 않았다. 또한, 외관상으로는 표면 장력 효과로 인해 자유부 상에 증착된 포토레지스트 및 스프링의 베이스가 베이스쪽으로 리프트된 부분을 끌리는 경향이 있는데, 이것은 스프링 코어가 매우 얇게 만들어져서 적절하게 리프트되기 때문이다. 그 결과, 이 방법은 스프링의 어레이에 대해 재생가능하고 제어된 높이를 획득하기에 적합하지 않다. 본 발명에서는, 이 문제는 도 5에 도시된 바와 같이 어떠한 포토레지스트 마스크도 사용하지 않고 스프링 코어 상에 재료의 외피(envelope)를 전착함으로써 제거된다. 코어 스프링의 두 면은 또한 이 경우에 상당히 균형을 이루며, 따라서 도금으로 인한 스프링의 리프트 높이의 변화가 최소화된다. 따라서 마스크를 사용하지 않은 스프링 코어의 도금은, 스프링이 위치하는 표면 반대쪽의 기판 표면으로부터 전기 접촉부를 확립하도록 기판 관통 비아를 사용하여, 모든 코어 표면(그리고 필요하다면 스프링 주위의 다른 전기 전도성 표면)을 덮는 전착된 필름의 외피를 생성하는데 매우 바람직하다.WO 01/48870 reports plating of materials onto a lifted stress metal spring. However, due to the non-flat structure, complicated photoresist patterning was used for the electroplating material on one side of the lifted spring. In the present invention, this method did not work well in the manufacturing process because stress is present in the film predominantly deposited on one surface of the core spring material, which affects the spring lift height. Also, apparently, due to the surface tension effect, the photoresist deposited on the free portion and the base of the spring tend to attract the lifted portion toward the base because the spring core is made very thin and lifts properly. As a result, this method is not suitable for obtaining a reproducible and controlled height for an array of springs. In the present invention, this problem is eliminated by electrodepositing the envelope of the material on the spring core without using any photoresist mask as shown in FIG. The two sides of the core spring are also fairly balanced in this case, thus minimizing the change in lift height of the spring due to plating. Thus, plating of the spring core without the use of a mask uses substrate through vias to establish electrical contact from the substrate surface opposite the surface on which the spring is located, thereby removing all core surfaces (and other electrically conductive surfaces around the spring if necessary). It is highly desirable to create an envelope of the electrodeposited film that covers it.

도 6은 도금 전의 리프트된 스프링을 나타내며, 도 7은 도금 후의 스프링을 나타낸다. 도금된 필름의 적절한 스트레스를 유지하기 위해, 리프트된 스프링의 면적이 변할 때 발생하는 전류 밀도의 변화를 보상하는 것이 중요하다. 전류 밀도를 감소시키는 스프링 두께의 변화를 보상하도록 필름 내의 스트레스를 관리하도록 전류 공급이 프로그램되어야 한다.6 shows the spring lifted before plating, and FIG. 7 shows the spring after plating. In order to maintain adequate stress of the plated film, it is important to compensate for the change in current density that occurs when 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.

예를 들어 100,000 회 정도의 다수의 터치다운 시에 흔히 부딪히게 되는 문제는 스트레스 금속 스프링의 팁 영역에 대한 접촉 패드 재료의 형성이다. 이것은, 특히 접촉 패드가 알루미늄으로 이루어지는 경우에, 스프링의 접촉 저항 및 수명에 영향을 미친다. 프로브 팁 영역을, 예를 들어 Al과 같은 접촉 재료가 잘 부착되지 않거나 전혀 부착되지 않는 금속 또는 전기 전도성 재료로 코팅하면, 이 문제는 최소화된다. 이러한 코팅 재료의 예로는, 로듐(Rh), 팔라듐 및 루테늄을 포함하는 백금 그룹의 재료 및 예를 들면, 팔라듐-니켈, 팔라듐-로듐, 팔라듐-코발트, 팔라듐-금-로듐 및 티타늄 니트라이드, Ir-Au, Ir-Pt, 금-코발트, 지르코늄 니트라이드 등과 같은 둘 이상의 첨가제를 포함하는 이들의 합금이 있다. 스트레스 금속 스프링이 기판으로부터 릴리스된 후에, 작은 힘 및 보다 낮은 전류의 인가를 위해, 이러한 코팅 재료의 박막이 프로브 스프링의 몸체 상에 증착된다 하더라도, 일부 애플리케이션에 있어서는 스프링의 팁 영역 근방에만 코팅을 증착하는 것이 바람직하다. 코팅 재료를 전부 스프링의 몸체 상에 증착하지 않는 이유는 선택적으로 스프링 팁 영역을 코팅하기 위해, 예를 들면, 원하는 탄성률 및 필름 두께에 대한 코팅 재료를 선택하는데 있어서 유연성을 갖기 위해서이다. 스프링의몸체에 비교적 큰 두께를 갖는 일부 코팅 재료가 있으면, 스프링의 신뢰도에 영향을 줄 수 있다. 본 발명은 집적 회로 기술과 양립하는 기술을 이용하여 스트레스 금속 스프링의 팁 영역에만 정확하게 제어할 수 있게 그러한 코팅을 증착하는 새로운 해결책을 제공한다. 이 해결책에서, 바람직하게는 복수의 전기 전도성 필름으로 이루어지는 "버턴(button)"이 스프링의 팁 영역에서 제조되어 전기 접촉 패드 또는 단자와 접촉한다. 이 해결책의 일실시예에서, 전술한 코팅 재료는 프로브 스프링의 자유부가 기판으로부터 릴리스되기 전에 "버턴" 상에 최종 중첩층으로서 증착된다. 그 결과, 스프링의 자유부를 적절한 높이까지 후속적으로 리프팅하는 것과 관련된 문제점이 최소화되는데, 그 이유는 스프링의 작은 부분만이 팁의 코팅 재료에 의해 억제되고 나머지는 자유롭게 구부러져서 리프트되기 때문이다. 이 방법은 보다 큰 힘에 대한 부가적인 두께 및 개선된 스프링 전도도를 요구하지 않는 보다 작은 힘의 스프링에 사용된다(MoCr 스프링은 얇고 저항성이다).A problem that is commonly encountered in many touchdowns, for example as many as 100,000, is the formation of contact pad material for the tip region of the stress metal spring. This affects the contact resistance and the life of the spring, especially when the contact pad is made of aluminum. This problem is minimized if the probe tip area is coated with a metal or electrically conductive material that does not adhere well or at all to a contact material such as Al, for example. Examples of such coating materials are materials of the platinum group, including rhodium (Rh), palladium and ruthenium and for example palladium-nickel, palladium-rhodium, palladium-cobalt, palladium-gold-rhodium and titanium nitride, Ir And their alloys comprising two or more additives such as -Au, Ir-Pt, gold-cobalt, zirconium nitride and the like. After the stress metal spring has been released from the substrate, for some applications, even if a thin film of this coating material is deposited on the body of the probe spring for application of a smaller force and lower current, in some applications the coating is deposited only near the tip region of the spring. It is desirable to. The reason for not depositing all of the coating material on the body of the spring is to optionally be flexible in order to coat the spring tip region, for example in selecting the coating material for the desired modulus and film thickness. The presence of some coating material with a relatively large thickness in the body of the spring can affect the reliability of the spring. The present invention provides a new solution for depositing such a coating to accurately control only the tip region of the stress metal spring using techniques compatible with integrated circuit technology. In this solution, a "button", preferably consisting of a plurality of electrically conductive films, is produced in the tip region of the spring and in contact with the electrical contact pads or terminals. In one embodiment of this solution, the aforementioned coating material is deposited as the final overlap layer on the "button" before the free portion of the probe spring is released from the substrate. As a result, the problem associated with subsequent lifting of the free portion of the spring to an appropriate height is minimized, since only a small part of the spring is restrained by the coating material of the tip and the rest is bent freely and lifted. This method is used for smaller force springs that do not require additional thickness and improved spring conductivity for larger forces (MoCr springs are thin and resistant).

전술한 "버턴식(buttoned)" 팁을 갖는 스프링을 제조하기 위한 프로세스 단계는 다음과 같다. 예를 들어 Mo-Cr과 같은 스트레스 금속 스프링 코어 필름의 증착 후에, 예를 들어 포토레지스트와 같은 마스크가 코어 필름 상에 증착되어 포토리소그래피와 같은 스프링을 규정하는 기법을 이용하여 패터닝된다. 스프링이 에칭되고, 포토레지스트가 제거되고, 부가적인 포토 프로세스가 후속하여, 스프링의 팁 영역을 제외한 모든 코어 필름이 마스크로 덮여진 채로 남게 된다. 이어서, 중첩층으로서 나중에 스프링의 코어 상에 증착되는 Rh와 같은 필름이 노출된 스프링의 팁 영역 상에 소정의 두께로 증착되고, 그 다음에 예를 들어 Pd-Ni, Pd-Rh,Pd-Co, Rh 또는 TiN과 같은 전술한 코팅 재료를 포함하는 최종 중첩층이 약 1 내지 4㎛의 두께로 증착된다. 코팅층의 두께 범위는, 본 발명이 작용하는데 있어서 예를 들어 1 내지 20㎛로 물론 더 클 수도 있다. 이 실시예의 변형예에서는, 스프링의 팁 영역 상에 증착되는 필름이 또한 스프링의 몸체 상에 나중에 증착될 재료 이외의 다른 재료로 이루어질 수도 있다. 마스크 제거 시에, 스프링의 아래 부분을 잘라내어 기판으로부터 스프링의 자유부를 릴리스하기 위해 에칭이 이용된다. 이 다음에, 이미 제조된 스프링의 팁 영역을 예를 들어 포토레지스트 또는 폴리이미드의 마스크로 보호하면서, 상부 필름을 소정의 두께로 스프링의 몸체 상에 증착한다.The process steps for producing a spring having the above described "buttoned" tip are as follows. After deposition of a stress metal spring core film such as for example Mo-Cr, a mask such as, for example, a photoresist is deposited on the core film and patterned using a technique that defines a spring such as photolithography. The spring is etched, the photoresist is removed, and an additional photo process is subsequently followed, leaving all core films except the tip region of the spring covered with a mask. Subsequently, a film such as Rh, which is later deposited on the core of the spring, as an overlapping layer, is deposited to a predetermined thickness on the exposed tip region of the spring, and then for example Pd-Ni, Pd-Rh, Pd-Co A final overlap layer comprising the coating material described above, such as Rh or TiN, is deposited to a thickness of about 1-4 μm. The thickness range of the coating layer may of course be larger, for example 1 to 20 μm, in order for the invention to work. In a variation of this embodiment, the film deposited on the tip region of the spring may also be made of a material other than the material to be deposited later on the body of the spring. In removing the mask, etching is used to cut off the lower portion of the spring and release the free portion of the spring from the substrate. Next, the top film is deposited on the body of the spring to a predetermined thickness, while protecting the tip region of the already prepared spring with, for example, a mask of photoresist or polyimide.

그 결과의 팁 영역의 두께는 리프트된 스프링의 나머지 부분과 대략 같도록 설계될 수 있다. 이어서 마스크가 제거되고, 스프링의 팁 영역 상에 소정 두께의 코팅 재료를 갖는 프로브 스프링이 얻어진다. 중첩층을 증착하는데 다수의 필름 증착 기술이 사용될 수 있지만, 이러한 증착에는 전착이 바람직하다. 이 실시예의 다른 변형예에서는, 코팅 필름이 스프링의 팁 영역 상에 증착된 후에 스프링의 핑거를 패터닝하는 대신에, 증착된 코어 필름을 스프링 핑거 내로 패터닝 한 후에, 스프링의 릴리스 전에 스프링의 팁 영역 상에 중첩 필름의 선택적인 증착이 이루어질 수도 있다. 나머지 후속 프로세스 단계는 두 실시예에 대하여 동일하다.The thickness of the resulting tip area can be designed to be approximately equal to the rest of the lifted spring. The mask is then removed and a probe spring is obtained having a coating material of a predetermined thickness on the tip region of the spring. Although many film deposition techniques can be used to deposit the overlap layer, electrodeposition is preferred for such deposition. In another variation of this embodiment, instead of patterning the fingers of the spring after the coating film has been deposited on the tip regions of the spring, after patterning the deposited core film into the spring fingers, on the tip regions of the spring before release of the spring. Selective deposition of the overlap film may also be made. The remaining subsequent process steps are the same for both embodiments.

도 7에 도시된 것과 같은 들어올려진 도금된 스프링 상에 버턴을 제조하는 바람직한 방법이 이하에 설명된다. 포토리소그래피를 이용하여 스프링이 기판으로부터 리프트된 후에, 스프링의 팁 영역은 하나 이상의 적절한 재료에 의해 선택적으로 코팅된다(버턴 제조). 이 방법에서, 포토레지스트는 스피닝(spinning) 또는 스프레잉(spraying) 또는 도금과 같은 잘 알려져 있는 기술을 이용하여 리프트된 스프링 상에 증착된다. 바람직한 방법은 포토레지스트를 스핀온(spin on)하는 것이다. 비도금형 스프링과는 달리, 두꺼운 포토레지스트가 스프링에 도포될 수 있는데, 그 이유는 코어 상의 비교적 두꺼운 재료의 외피가 스프링을 실질적으로 뻣뻣하게 하기 때문이다. 이 향상된 강성(stiffness) 때문에, 스프링의 높이는 포토레지스터의 도포에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 포토레지스트로 덮여진 스프링은 도 8에 도시되어 있다. 포토레지스트의 도금에 대해, 기판의 후면에 있는 전기 단자는 위에서 논의한 바와 같이 전원에 접속하는데 사용된다. 후면 단자는 금속화된 비아를 통해 기판의 전면 상의 스프링에 접속된다. 그 다음에, 도 9에 도시된 바와 같이 포토마스크 및 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트가 팁 영역의 상부면과 측벽을 포함하는 스프링의 팁 영역으로부터 실질적으로 제거된다. 이어서, 전술한 문장에서 설명한 바와 같이, 종래의 기술, 바람직하게는 전기 도금을 이용하여, 예를 들어 Pd-Ni, Pd-Co와 같은 팁 코팅 재료가 스프링의 팁 영역 상에 증착된다. 스퍼터링 또는 CVD가 사용될 수 있는데, 이 경우에, 코팅 재료가 또한 포토레지스트층 상에 증착되며, 이것은 나중에 팁 영역 상의 코팅 재료만 남겨두고 종래의 용제를 사용하여 불필요한 상부 코팅 재료와 함께 제거된다. 포토레지스트로 덮여져 있지 않은 스프링의 팁 영역의 전기 도금은 팁 영역을 실질적으로 덮도록 한다. 버턴을 위한 바람직한 재료는 백금 그룹 재료(즉, Pd, Pt, Rh, Os, Ru, Ir), Ni, Co, Au, Ag를 포함한다. 이 구조는 도 10에 도시되어 있다.A preferred method of manufacturing 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 tip region of the spring is selectively coated by one or more suitable materials (button making). In this method, photoresist is deposited on a lifted spring using well known techniques such as spinning or spraying or plating. The preferred method is to spin on the photoresist. Unlike an unplated spring, a thick photoresist can be applied to the spring because the sheath of the relatively thick material on the core substantially stiffens the spring. Because of this improved stiffness, the height of the spring is not greatly affected by the application of the photoresist. The spring covered with photoresist is shown in FIG. 8. For plating of the photoresist, electrical terminals on the back of the substrate are used to connect to the power source as discussed above. The back terminal is connected to a spring on the front side of the substrate through metallized vias. Next, using photomask and photolithography techniques as shown in FIG. 9, the photoresist is substantially removed from the tip region of the spring comprising the top surface and sidewalls of the tip region. Then, as described in the foregoing sentence, using a conventional technique, preferably electroplating, a tip coating material such as, for example, Pd-Ni, Pd-Co is deposited on the tip region of the spring. Sputtering or CVD can be used, in which case a coating material is also deposited on the photoresist layer, which is later removed with unnecessary top coating material using conventional solvents leaving only the coating material on the tip area. Electroplating of the tip region of the spring not covered with photoresist allows for substantially covering the tip region. Preferred materials for the button include platinum group materials (ie Pd, Pt, Rh, Os, Ru, Ir), Ni, Co, Au, Ag. This structure is shown in FIG.

전술한 문장에서 설명한 프로세스에서, 팁 버턴이 도금되고, 그 다음에 비교적 두꺼운 Ni와 같은 재료의 외피가 코어 상에 증착되고, 이것이 스프링을 실질적으로 뻣뻣하게 한다. 이 강화된 강성 및 버턴에 의해 스프링을 덮은 비교적 작은 영역 때문에, 스프링 리프트 높이는 버턴 도금에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 버턴의 팁이 도금된 후에, 포토레지스트는 도 11에 도시된 바와 같이 최종 구조를 남겨 두고 제거된다. 앵커부(516)에 주목하라.In the process described in the foregoing sentence, the tip button is plated, and then a sheath of a relatively thick Ni-like material is deposited on the core, which substantially stiffens the spring. Because of this enhanced rigidity and the relatively small area covered by the spring by the button, the spring lift height is not greatly affected by the button plating. After the tip of the button is plated, the photoresist is removed leaving the final structure as shown in FIG. Note the anchor portion 516.

후면 접속을 가능하게 하기 위해 금속화된 관통 홀이 기판 내에 존재하지 않는 경우에, 스프링 코어 필름의 리프팅 후에 스프링 팁 영역을 선택적으로 코팅하고 상부 필름을 증착하기 위해, 전술한 문장에 설명한 해결책의 변형이 또한 이용될 수 있다. 이 경우에, 먼저 Au, Ag 또는 Cu와 같은 전기 전도성 재료가, 스퍼터링 또는 전착 또는 CVD와 같은 기술을 이용하여, 리프트된 스프링이 코어 필름 상의 상부 필름을 포함하여 원하는 두께로 제조된 후에 스트레스 금속 스프링을 포함하는 기판 상에 전면 침착된다. 이 도전층은 스프링 팁의 버턴 전기 도금을 위한 전기 접속을 제공하는데 사용된다. 그 다음에 포토레지스트가 전기 전도성 표면 전체 상에 증착된다. 전술한 문장에서 설명한 바와 같이 포토리소그래피 기술을 이용하여, 코팅 재료가 스프링의 팁 영역 상에만 선택적으로 증착된다. 그 다음에 포토레지스트 증착 전에 증착된 얇은 도전 재료가 습식 또는 건식 에칭 기술에 의해 제거된다.Variation of the solution described in the above sentence to selectively coat the spring tip region and deposit the top film after lifting of the spring core film, in case no metalized through hole is present in the substrate to enable back connection This may also be used. In this case, a stress metal spring is first produced by an electrically conductive material such as Au, Ag or Cu, using a technique such as sputtering or electrodeposition or CVD, after the lifted spring is produced to the desired thickness, including the top film on the core film. It is deposited entirely on the substrate comprising a. This conductive layer is used to provide an electrical connection for button electroplating of the spring tip. Photoresist is then deposited over the electrically conductive surface. Using photolithography techniques as described in the foregoing sentence, the coating material is selectively deposited only on the tip region of the spring. The thin conductive material deposited prior to photoresist deposition is then removed by wet or dry etching techniques.

도 12b는 개선된 스프링 수명을 갖는 선택적으로 코팅된 스프링 팁 영역의 특정 실시예를 도시한 것으로, 여기서 1215는 Pd-Co 또는 Pd-Ni 합금 등과 같은 보호 코팅을 갖는 팁 버턴을 나타낸다. 여기서, 스프링의 자유부(1218)는 실질적으로 테이퍼형이다. 후술하는 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 스프링의 수명은 실질적으로 향상되며, 팁 영역에서의 코팅 재료는 터치다운을 반복하는 동안 어떠한 저하도 나타내지 않는다.FIG. 12B illustrates a particular embodiment of a selectively coated spring tip region with improved spring life, where 1215 represents a tip button with a protective coating such as Pd-Co or Pd-Ni alloys, and the like. Here, the free portion 1218 of the spring is substantially tapered. As described below, in this embodiment, the life of the spring is substantially improved, and the coating material in the tip region shows no degradation during repeated touchdown.

도 13은 포토레지스트를 도포하고 그 다음에 패터닝에 의해 팁 영역을 노출하고 Pd-Co 합금의 전기 도금에 의해 팁 영역을 선택적으로 코팅한 팁 (버턴) 도금의 결과를 도시한 것이다. 일반적으로 스프링 팁의 비교적 작은 영역만이 전기 테스팅 또는 고온 검사 동작을 위한 프로브 카드 테스트 어셈블리의 다른 요소들 상의 IC 단자 또는 전기 접촉 패드와 접촉할 수 있지만, 모든 팁이 실질적으로 도금된 버턴으로 덮일 수 있다. 버턴 재료에 의해 스프링 팁의 큰 면적을 덮는 것은 스프링 및 테스트 어셈블리를 설계하는데 있어서 유연성을 제공한다. 또한, 솔더링과 같은 기술을 이용하여 패키징 애플리케이션을 위한 전기 요소의 IC 단자 또는 접촉 패드에 스프링을 결합시키는 것이 스프링 팁을 실질적으로 덮는 버턴의 사용을 통해 크게 용이해진다. 그러한 경우에, 버턴 도금 재료는 마이크로 전자공학 패키징 산업에서 공통으로 사용된 Pb-Sn과 같이 Sn을 함유하는 합금과 같은 솔더 또는 Pb를 함유하지 않은 솔더로 양호한 결합을 형성하는 그룹으로부터 선택된다. 패키징 애플리케이션에서 솔더 또는 전도성 접착제로 접촉부를 형성하기 위한 버턴 재료 또는 스프링 코팅 재료의 예로는, 예를 들어 코발트, 니켈, 금, 구리, 코발트 또는 합금들 뿐만 아니라 팔라듐, 백금, 루테늄 등과 같은 백금 그룹 재료를 포함하는 다층 필름 스택이 있다.FIG. 13 shows the results of tip (button) plating by applying a photoresist and then exposing the tip region by patterning and selectively coating the tip region by electroplating of Pd-Co alloy. In general, only a relatively small area of the spring tip may contact the IC terminals or electrical contact pads on other elements of the probe card test assembly for electrical testing or pyrotechnic operation, but all the tips may be covered with substantially plated buttons. have. Covering a large area of the spring tip by the button material provides flexibility in designing the spring and test assembly. In addition, coupling springs to the IC terminals or contact pads of electrical components for packaging applications using techniques such as soldering is greatly facilitated through the use of buttons that substantially cover the spring tips. In such a case, the button plating material is selected from the group that forms good bonds with solder such as Pb-Sn or alloys containing Sn, such as Pb-Sn commonly used in the microelectronics packaging industry. Examples of button materials or spring coating materials for forming contacts with solder or conductive adhesives in packaging applications include, for example, cobalt, nickel, gold, copper, cobalt or alloys, as well as platinum group materials such as palladium, platinum, ruthenium, and the like. There is a multilayer film stack comprising a.

고장에 대한 스트레스 금속 스프링의 내성은 팁 영역으로부터 핑거의 베이스로 갈수록 증가하는 가변 폭을 갖는 스프링을 설계함으로써 증가할 수 있다. 터치다운을 반복하는 동안, 대부분의 스프링 파열이 스프링의 베이스 근방에서 발생한다. 접촉 패드와 접촉하는 동안에 발생된 스트레스는 일반적으로 스프링 핑거의 베이스 근방에서 최고이기 때문에, 베이스 근방의 스트레스는 베이스 영역 근방의 폭을 증가시킴으로써 상당히 감소할 수 있다. 예를 들면, 스프링의 자유부는 실질적으로 사다리꼴 형상을 갖도록 패터닝될 수 있다. 고장에 대한 내성의 증가는 또한 스프링의 베이스에 더 가까운 영역을 더 두껍게 함으로써 달성될 수도 있는데, 이렇게 하면, 일정하게 힘을 가하는 동안 스프링 베이스 영역 근방에서 스트레스를 감소시킨다.The resistance of the stress metal spring to failure can be increased by designing a spring having a variable width that increases from the tip region to the base of the finger. While repeating the touchdown, most spring breaks occur near the base of the spring. Since the stresses generated during contact with the contact pads are generally the highest near the base of the spring finger, the stress near the base can be significantly reduced by increasing the width near the base area. For example, the free portion of the spring can be patterned to have a substantially trapezoidal shape. Increased resistance to failure can also be achieved by thickening the area closer to the base of the spring, which reduces stress near the spring base area during constant force.

도 12a 및 12b는 테이퍼 형의 가변 폭을 갖는 스프링의 특정 실시예(1200)를 나타내는 개략도이며, 1216은 고정된 스프링 베이스를 나타내고, 1218은 비교적 균일한 스트레스 분산을 위한 테이퍼링을 갖는 스프링의 자유부를 나타낸다. 스프링의 자유부(1218)를 테이퍼형으로 함으로써 스프링의 고장에 대한 내성이 크게 증가한다. 여기서 중요한 점은 스프링의 자유부(1218)의 형상이, 이 경우에서는 테이퍼링(tapering)을 통해 적절히 형성되어, 휨(bending) 스트레스가 스프링(1200)을 따라서 고르게 분산된다는 것이다. 또한, 테이퍼링 때문에 스프링의 유연성(compliance)이 증가한다. 이 개념은, 이와 같이 설계 해결책이 소정의 유연성에 대해 최소 스트레스에서 힘을 최대화하도록 한다. 베이스 영역(즉, 앵커부)에서의 평행한 측면은 또한 테이퍼링이 시작되기 전에, 1218a와 같이 어느정도까지 리프트된 영역(즉, 자유부)으로 연장될 수도 있다. 도 12b는 고장없이 다수의 터치다운에 견디는 것으로 확인된 버턴형 및 테이퍼형 스프링을 개략적으로 도시하고 있다.12A and 12B are schematic diagrams illustrating a particular embodiment 1200 of a spring having a tapered variable width, where 1216 represents a fixed spring base and 1218 represents a free portion of the spring with tapering for a relatively uniform stress distribution. Indicates. By tapering the free portion 1218 of the spring, the resistance to failure of the spring is greatly increased. An important point here is that the shape of the free portion 1218 of the spring is properly formed in this case via tapering, so that bending stress is evenly distributed along the spring 1200. In addition, the tapering increases the spring's compliance. The concept thus allows the design solution to maximize the force at the minimum stress for some flexibility. Parallel sides in the base region (ie anchor) may also extend to some lifted region (ie free portion), such as 1218a, before tapering begins. FIG. 12B schematically illustrates a button and tapered spring that has been found to withstand multiple touchdowns without failure.

예시적인 실시예에서, 기판에 부착된 앵커부 및 자유부를 포함하는 스트레스 금속 스프링 코어 부재는 Mo, Mo-Cr, W, Ti-W와 같은 고 탄성률의 재료이다. 코어 부재는 스프링의 자유부가 리프트된 후에 모든 노출된 면을 덮도록 선택적으로 코팅된다. 그 결과, 기판의 후면(스프링 측 반대쪽)으로부터 전기 접촉을 확립하도록 기판 내의 금속화된 관통 홀을 사용하여 마스크없이 전기 도금함으로써 증착된 적어도 하나의 금속 필름을 포함하는 외피가 형성된다. 외피는 자유부 내의 스트레스의 균형을 이루며, 필름을 기계적으로 약화시켜 조기에 고장나게 하는 어떠한 금(discontinuity)도 없이 앵커부로 연장된다. 통상적으로, Ni 또는 Ni 합금이 코어 부재 상에 증착된다. 필요한 경우, Pd 합금과 같은 부가적인 필름이 선택적으로 Ni 상에 전기도금된다. 팔라듐 합금 필름의 부가적인 층을 스프링의 팁 영역 상에 선택적으로 증착시키는 것은 종래의 포토리소그래피 및 전착(전기 도금 및/또는 무전해 도금) 또는 스퍼터링 또는 CVD와 같은 증착 기술을 이용하여 행해진다. Mo-Cr의 전형적인 두께는 4㎛이다. Mo-Cr 필름 양면 상의 전기도금된 니켈 및 팔라듐 합금 필름의 두께는 각각 2 내지 20㎛ 및 1 내지 10㎛, 통상적으로는 12㎛ 및 4㎛이다. 이 경우, 필름의 탄성률은 코어로부터 스프링의 두 면쪽으로 갈수록 감소한다. 예를 들어 접촉 팁 영역에서 팔라듐 합금 필름의 부가적인 증착물을 포함하는 버턴의 두께는 1 내지 20㎛이고, 통상적인 값은 12㎛이다.In an exemplary embodiment, the stress metal spring core member including the anchor portion and the free portion attached to the substrate is a high modulus material such as Mo, Mo-Cr, W, Ti-W. The core member is optionally coated to cover all exposed surfaces after the free portion of the spring is lifted. As a result, an envelope is formed comprising at least one metal film deposited by electroplating without a mask using metallized through holes in the substrate to establish electrical contact from the backside (opposite the spring side) of the substrate. The sheath balances the stress in the free portion and extends to the anchor portion without any discontinuity that mechanically weakens the film and prematurely fails. Typically, Ni or a Ni alloy is deposited on the core member. If desired, additional films such as Pd alloys are optionally electroplated onto Ni. Selective deposition of an additional layer of palladium alloy film onto the tip region of the spring is done using conventional photolithography and electrodeposition (electroplating and / or electroless plating) or deposition techniques such as sputtering or CVD. Typical thickness of Mo-Cr is 4 μm. The thicknesses of the electroplated nickel and palladium alloy films on both sides of the Mo-Cr film are 2-20 μm and 1-10 μm, typically 12 μm and 4 μm, respectively. In this case, the elastic modulus of the film decreases from the core toward both sides of the spring. For example, the thickness of a button comprising an additional deposit of palladium alloy film in the contact tip region is 1-20 μm, with a typical value of 12 μm.

본 발명의 다른 특징은 스프링 표면 상에 스트레스 집중 점을 제거하는 것이다. 크랙(crack)과 같은 스프링의 고장은 흔히 터치다운을 반복하는 동안 표면에서 시작된다는 것이 관측되었다. 따라서, 표면 거칠기가 최소화될 필요가 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 리프트된 스프링의 측벽 상의 많은 거칠기는 예를 들어 습식 에칭에 의해 Mo-Cr, W 또는 Zr-Ni로 이루어지는 코어 필름을 패터닝하는 동안에 발생된다. 코어(507) 상에 후속적으로 증착된 506과 같은 상부 필름이 측면의 거친 윤곽을 따르며, 그 결과 완성된 스프링 구조의 측면 상에 거친 표면을 형성한다. 본 발명에 따르면, 이온화된 종을 포함하는 건식 에칭에 의해 스프링 코어 패턴을 형성하면 이 거칠기를 최소화한다. 상부 필름을 형성하기 위해 전기 도금을 이용하는데 있어서, 거칠기는 또한 스프링의 두께를 형성하는 순차 도금 및 역(reverse) 도금(deplating)의 프로세스를 이용하여 최소화된다. 역 도금 파라미터는, 도금된 두께의 일부만이 역 도금 동안에 제거되도록 조정된다. 또한 전기 폴리싱, 화학 또는 전기 화학적 폴리싱에 의해, 습식 에칭된 코어(507)의 측면 또는 완전히 도금된 스프링의 측면을 처음에 폴리싱하면 거칠기를 최소화할 수 있다.Another feature of the invention is the elimination of stress concentration points on the spring surface. It has been observed that failure of a spring, such as a crack, often begins at the surface during repeated touchdowns. Therefore, surface roughness needs to be minimized. As shown in Figure 5, many roughnesses on the sidewalls of the lifted spring are generated during patterning of the core film consisting of Mo-Cr, W or Zr-Ni, for example by wet etching. A top film, such as 506, subsequently deposited on core 507 follows the rough contour of the side, resulting in a rough surface on the side of the finished spring structure. According to the present invention, forming the spring core pattern by dry etching comprising ionized species minimizes this roughness. In using electroplating to form the top film, roughness is also minimized using a process of sequential plating and reverse plating to form the thickness of the spring. The reverse plating parameter is adjusted such that only a portion of the plated thickness is removed during reverse plating. Also, by electropolishing, chemical or electrochemical polishing, first polishing the side of the wet etched core 507 or the side of the fully plated spring can minimize roughness.

다른 실시예에서, 기판 또는 전기 소자 상에 스탠드오프(stand-off)가 제공되어, 코어 필름이 상부 필름 침전물로 전역이 덮여져 있는 스프링이 스탠드오프의 설계된 높이 및 위치에 의해 허용되는 전기 접촉 패드 또는 단자 상의 최대 오버드라이브로 억제된다.In another embodiment, a stand-off is provided on a substrate or electrical element such that a spring in which the core film is entirely covered with the top film precipitate is allowed by the designed height and position of the standoff. Or with the maximum overdrive on the terminal.

전술한 해결책은, 필름 내의 고유 스트레스 구배(intrinsic stress gradient)로 인해 부분적으로 리프트되는 스트레스 금속 스프링이 아닌 다양한 다른 캔틸레버 스프링의 제조에 사용될 수 있다. 이들 다른 캔틸레버 스프링의 성능에 관한 중요한 점들 가운데 하나는, 스프링의 팁 단부가 눌러져서 접촉 패드, 즉 웨이퍼 또는 다른 기판의 입력/출력(I/O) 패드 또는 테스트 또는 고온 검사 어셈블리의 소자들과 접촉할 때, 이 영역 내의 스트레스가 최고이기 때문에, 고장에 대한 성향, 예를 들면, 캔틸레버 스프링의 베이스 또는 앵크형 단부 근방이 변형되거나 또는 크랙이 형성된다는 것이다. 베이스 영역 근방의 스트레스에 대한 스프링 길이의 효과를 나타내기 위해 수학적 표현이 이용가능하다. 스프링이 눌러져서 접촉 패드와 접촉할 때, 스프링을 구부리는 동안 베이스 영역에서의 스트레스를 최소화하여 터치다운을 반복하는 동안에 고장에 대한 내성을 증가시키기 위해, 스프링의 길이는 현재 약 700 내지 2,000㎛로 비교적 크게 설계된다. 그러나, 이것은 스프링 프로브 어레이가 예를 들면 약 20 내지 50㎛의 보다 조밀한 피치들을 갖는 매우 조밀한 디바이스 I/O 패드 어레이와 매칭되는 초소형 집적 회로의 일부 현세대 및 차세대의 테스팅 및 고온 검사를 위한 캔틸레버 스프링의 적용을 제한한다. 결과적으로, 특히 베이스 영역 근방에서 고장없이 보다 높은 스트레스에 견디도록 충분히 강한 보다 조밀한 피치를 갖는 보다 짧은 스프링을 형성하기 위한 수단을 찾아내는 것이 매우 바람직하다.The aforementioned solution can be used for the manufacture of a variety of other cantilever springs other than stress metal springs that are partially lifted due to intrinsic stress gradients in the film. One of the important points regarding the performance of these other cantilever springs is that the tip ends of the springs are pressed to contact the contact pads, i.e. input / output (I / O) pads of the wafer or other substrate, or elements of the test or pyrometer assembly. In this case, since the stress in this region is the highest, the propensity for failure, for example, near the base or the angled end of the cantilever spring, is deformed or cracked. Mathematical representations are available to represent the effect of spring length on stress near the base region. When the spring is pressed in contact with the contact pad, the length of the spring is now about 700 to 2,000 μm to minimize the stress in the base area while bending the spring to increase the resistance to failure during repeated touchdowns. It is designed relatively large. However, this cantilever for some current and next generation testing and high temperature inspection of micro integrated circuits where the spring probe array is matched with a very dense device I / O pad array with more dense pitches, for example about 20-50 μm. Limit the application of the spring. As a result, it is highly desirable to find a means for forming shorter springs with a tighter pitch that is strong enough to withstand higher stresses, especially without failure near the base region.

접촉 패드에 대한 스프링 접촉 점에서 요구된 힘을 가하기 위해 스프링 상수를 증가시키기 위해서는 캔틸레버 유형의 스프링의 자유부가 보다 두꺼워질 필요가 있다. 몇몇 실시예에서, Mo-Cr 합금과 같은 포토리소그래픽 방식으로 패터닝된 프리스탠딩 스프링 코어 상에 니켈 또는 니켈 합금 또는 팔라듐 합금과 같은 하나 이상의 금속 또는 이들의 합금을 전기 도금함으로써 보다 두꺼운 두께의 스프링이 형성된다. 몇몇 다른 실시예에서는, 스프링이 포토리소그래피를 사용하여 패터닝되고, 시드 층 상에 니켈 또는 니켈 합금과 같은 적어도 하나의 금속 또는 금속 합금 필름의 비교적 두꺼운 층을 전기 도금함으로써 제조된다. 많은 이들 실시예에서, 웨이퍼 테스팅 및 고온 동작 시에 터치다운을 반복하는 동안 접촉 특성을 향상시키고 접촉 무결성을 유지하기 위해 접촉 팁 영역에 버턴 유형의 접촉 구조가 또한 제공된다. 그러나, 그러한 실시예들은 여전히 접촉 팁 단부에서 필요한 접촉력을 인가하기 위해 스프링의 몸체를 구성하기 위한 비교적 두꺼운 필름을 요구한다. 약 100 내지 700㎛ 길이인 비교적 더 짧은 스프링에 있어서, 스프링의 두께가 증가하면, 베이스 단부 근방의 스트레스가 더 높게 되어 스프링의 수명이 더 짧아진다.The free portion of the cantilever type spring needs to be thicker in order to increase the spring constant to exert the required force at the spring contact point against the contact pad. In some embodiments, thicker springs may be formed by electroplating one or more metals or alloys thereof, such as nickel or nickel alloys or palladium alloys, on photolithographically patterned freestanding spring cores such as Mo-Cr alloys. Is formed. In some other embodiments, the spring is patterned using photolithography and manufactured by electroplating a relatively thick layer of at least one metal or metal alloy film, such as nickel or nickel alloy, on the seed layer. In many of these embodiments, a button type contact structure is also provided in the contact tip area to improve contact characteristics and maintain contact integrity during touchdown repeats during wafer testing and high temperature operation. However, such embodiments still require a relatively thick film to construct the body of the spring to apply the required contact force at the contact tip end. For relatively shorter springs of about 100 to 700 micrometers in length, increasing the thickness of the spring results in higher stresses near the base end resulting in shorter spring life.

스프링의 팁 영역에서의 접촉 구조와 같은 버턴을 갖거나 또는 갖지 않는 보다 짧은 유형의 스프링을 제조하기 위한 해법이 후술되는데, 여기서 스프링의 베이스 또는 몸체 영역에서의 세기는 기계적인 고장에 대해 강화되어 그러한 스프링의 성능, 세기, 지속성 및 수명이 크게 향상된다.The solution for producing shorter types of springs with or without buttons such as the contact structure at the tip region of the springs is described below, where the strength at the base or body area of the springs is strengthened against mechanical failure such that Spring performance, strength, durability and lifespan are greatly improved.

도 14a 및 14b는 본 발명에 따른 전형적인 프리스탠딩 비스트레스 금속 캔틸레버 스프링의 두 단면도이다. 프리스탠딩 캔틸레버 스프링은 기판(1403)의 전기 접촉 패드(1402)에 부착되는 한쪽 단부에 베이스 영역(1401)과, 스프링의 다른쪽 단부에 접촉 팁 영역(1404)과, 접촉 팁 영역(1404)과 결합된 버턴(1406)과, Ni 필름(1408) 및 Pd 합금 필름(1409)으로 증착된 몸체를 포함한다. 스프링 길이는 스프링이 부착되어 있는 기판의 표면과 실질적으로 평행하거나 또는 표면과 경사진각을 이루면서 기판 표면으로부터 연장될 수 있다. 통상, 베이스(1401), 팁(1404) 및 스프링의 몸체는, 예를 들면 전기 도금, 스퍼터링 또는 CVD와 같은 필름 증착 기법을 이용하여 동일한 작업에서 동일한 재료로 제조된다.14A and 14B are two cross-sectional views of a typical freestanding non-stressed metal cantilever spring in accordance with the present invention. The freestanding cantilever spring includes a base region 1401 at one end attached to the electrical contact pad 1402 of the substrate 1403, a contact tip region 1404 at the other end of the spring, and a contact tip region 1404. Combined button 1406 and a body deposited with Ni film 1408 and Pd alloy film 1409. The spring length may extend from the substrate surface while being substantially parallel to the surface of the substrate to which the spring is attached or at an angle to the surface. Typically, the base 1401, the tip 1404 and the body of the spring are made of the same material in the same operation using film deposition techniques such as, for example, electroplating, sputtering or CVD.

접촉 팁 영역(1404)은 신뢰할 수 있는 내구성의 접촉을 용이하게 하기 위한 버턴 유형의 접촉 구조물(1406)을 포함하며, 이것은 팁 영역의 일체부로서 접촉 팁 영역(1404) 상에 필름을 선택적으로 증착시킴으로써 제조되거나 또는 별도로 제조되어 팁 영역에 부착될 수도 있다. 마찬가지로, 베이스 영역(1401)이, 스프링과 일체로 제조되거나 또는 별도로 제조되어 솔더링, 납땜 등과 같은 종래의 기법을 이용하여 베이스에 결합될 수도 있는 포스트(post)에 부착될 수도 있다. 포스트를 완전체로 제조하기 위하여, 전기 도금과 같은 기법을 이용하여 필름이 희생 기판 내의 홀로 선택적으로 증착된 후에 폴리싱될 수도 있다.Contact tip region 1404 includes a button type contact structure 1406 to facilitate reliable and durable contact, which selectively deposits a film on contact tip region 1404 as an integral part of the tip region. It can be made by or made separately and attached to the tip area. Likewise, base region 1401 may be attached to a post that may be fabricated integrally with a spring or separately fabricated and joined to the base using conventional techniques such as soldering, soldering, and the like. To fabricate the post in its entirety, the film may be polished after the selective deposition of holes into the sacrificial substrate using techniques such as electroplating.

스프링 팁 영역(1404)에 버턴 유형의 접촉 구조물(1406)이 있으면, 웨이퍼 테스트 또는 고온 검사 어셈블리에서 대향 접촉 패드에 신뢰할 수 있는 내구성의 전기 접촉을 달성하는데 유용하다. 이 경우에, 필수적인 것은 아니지만 스프링의 몸체(1405) 또는 베이스(1401)와 동일한 재료를 포함할 수도 있는 그러한 버턴을 구성하는데 있어서 바람직한 접촉 특성 및 두께를 갖는 적절한 재료가 선택될 수 있다. 그러나, 각각의 세 부분에 대한 재료의 선택은, 이들이 고장 없이 터치다운을 반복하는 동안에 웨이퍼 테스트 및 고온 검사 공정에 견디도록 스프링의 모든 부분에 강인함을 부여하도록 이루어져야 한다. 다양한 전기 도금에 적합한 많은 재료들이 캔틸레버 유형의 스플링을 만드는데 사용되어 왔다.그러한 재료는, 예를들면, 니켈 및 그 합금, 금, 로듐, Pd 및 그 합금, 구리, 백금 그룹의 원소들 및 그 합금, 티타늄, 몰리브덴 및 그 합금 등을 포함한다. 그러나, 요구된 강인함을 갖는 보다 짧은 스프링을 제조하기 위한 과제가 여전히 남아 있다. 오늘날 제조된 비스트레스 금속 캔틸레버 스프링은 예를 들어 1 내지 2mm로 비교적 길다. 당해 분야에서의 주 과제는 보다 큰 회로 밀도를 가지며 입력/출력 단자 사이에 보다 작은 피치를 갖는 딥 서브-마이크론(deep sub-micron) 집적 회로를 생성하기 위해 마이크로 전자공학 산업의 영구적인 드라이브를 지원하기 위해 훨씬 더 짧고 강인한 스프링의 어레이를 제조하기 위한 수단을 찾는 것이다.Having a button type contact structure 1406 in the spring tip region 1404 is useful for achieving reliable and durable electrical contact to the opposing contact pads in a wafer test or pyrometer assembly. In this case, an appropriate material may be selected that has the desired contact properties and thickness in constructing such a button, which is not essential but may comprise the same material as the body 1405 or base 1401 of the spring. However, the choice of material for each of the three parts should be made to give toughness to all parts of the spring so that they withstand wafer test and hot inspection processes while repeating the touchdown without failure. Many materials suitable for a variety of electroplating have been used to make cantilever type splices. Such materials include, for example, nickel and its alloys, gold, rhodium, Pd and its alloys, elements of copper, platinum groups and their Alloys, titanium, molybdenum and alloys thereof, and the like. However, the challenge remains to produce shorter springs with the required toughness. Non-stressed metal cantilever springs manufactured today are relatively long, for example between 1 and 2 mm. The main challenge in the art is to support permanent drives in the microelectronics industry to create deep sub-micron integrated circuits with greater circuit density and smaller pitch between input / output terminals. To find a means to make an array of springs that are much shorter and more robust.

본 발명은 그러한 강인한 콘택트 스프링의 어레이가, 금속 필름을 포함하는 버턴식 또는 비 버턴식 스프링의 구성에 대해 특별한 재료의 선택 원리를 적용함으로써 제조될 수 있도록 한다. 이들 원리를 적용하여 적절한 재료가 선택되면 필름 증착의 특별한 방법이 제공되며, 따라서 원하는 강인함을 갖는 콘택트 스프링이 제조된다.The present invention allows such an array of tough contact springs to be manufactured by applying the principle of selection of special materials to the construction of button- or non-button springs comprising metal films. Applying these principles, the selection of the appropriate material provides a special method of film deposition, thus producing contact springs with the desired toughness.

스프링의 성능 및 신뢰도를 향상시키는데 있어서 매우 중요한 효과를 갖는 것으로 알려진 특별한 재료 선택 원리는 다음과 같다. 스프링의 베이스, 팁 영역 및 몸체의 세 부분과 버턴을 포함하는 다층 필름은 낮은 탄성률을 갖는 필름이 테스팅을 위해 IC 단자와 접촉하는 스프링의 표면 근방에 증착되고, 점진적으로 높은 탄성률을 갖는 필름이 대향 표면 쪽으로 증착되도록 구배진 재료 조성을 갖는다. 버턴의 기계적 강도는 스프링의 강인함을 결정하는 스프링의 몸체 및 베이스 영역의 기계적인 강도만큼 중요한 요인이 아니다. 그러나, 본 발명의 사상에 따르면,버턴 필름은, 필요한 경우 버턴 표면에서의 필름의 탄성률이 하부 필름층보다 더 낮은 탄성률을 가지며, 이 탄성률은 버턴 표면으로부터 멀어질수록 점진적으로 증가하는 방식으로 임의의 선택될 수도 있다. 스프링의 접촉 표면으로부터 대향 표면으로의 조성 및 탄성률의 이러한 구배진 변화는, 두 개의 상이한 재료 사이의 계면에 걸쳐 연속적으로 또는 불연속적인 계단 형태로, 임계 위치에서 스트레스를 분산시켜 스프링에 대한 손상을 억제하는데 사용될 수 있다. 그 결과 스프링의 수명이 증가한다. 이것은 스프링의 팁(1404)이 눌러져서 테스트 또는 고온 검사 어셈블리의 반도체 웨이퍼 또는 기타 소자와 같은 다른 기판 상의 접촉 패드와 접촉할 때, 스프링의 베이스(1401)를 포함하여 어디에서도 스프링 내의 기계적인 고장에 대한 내성을 증가시킨다.The special material selection principle known to have a very important effect in improving the performance and reliability of the spring is as follows. A multilayer film comprising a base, a tip region of the spring and three parts of the body and a button is deposited with a film of low modulus near the surface of the spring in contact with the IC terminal for testing, and a film of progressively high modulus facing the It has a gradient material composition to be deposited towards the surface. The mechanical strength of the button is not as important as the mechanical strength of the body and base area of the spring, which determines the strength of the spring. However, in accordance with the teachings of the present invention, the button film has, if necessary, an elastic modulus of the film on the button surface having a lower elastic modulus than the lower film layer, which elastic modulus gradually increases as it moves away from the button surface. It may be chosen. This gradient change in composition and modulus of elasticity from the contact surface of the spring to the opposing surface disperses the stress at critical locations, suppressing damage to the spring, in the form of continuous or discontinuous steps over the interface between two different materials. It can be used to As a result, the life of the spring increases. This is caused by mechanical failure in the spring anywhere, including the base 1401 of the spring, when the tip 1404 of the spring is pressed to contact a contact pad on another substrate, such as a semiconductor wafer or other element of a test or pyrometer assembly. Increase resistance to

상기 원리에 따르면, 비스트레스 금속 캔틸레버 스프링의 일실시예는 베이스층으로서 니켈 필름을 포함하고, 상부층으로서 팔라듐을 약 20% 함유한 코발트 또는 팔라듐을 약 20% 함유한 니켈 합금 필름을 갖는데, 니켈은 팔라듐 합금의 탄성률보다 더 높은 탄성률을 갖기 때문이다. 일반적으로 증착 시퀀스를 결정하기 위해 선택 원리가 적용되는 한, 다층 스프링을 형성하기 위해 다른 필름이 증착될 수도 있다. 부가적으로, 요구된다면 계면의 강도 또는 점착성을 향상시키기 위해 매우 얇은 필름 층이 두 주요 필름층 사이에 증착될 수도 있다. 예를 들면, 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 금 또는 니켈 또는 로듐 스트라이크(strike)가 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 이 경우에, 팁 영역(1404) 상의 버턴(1406)은 상기 팔라듐 합금의 부가적인 필름층을 포함할 수도 있다. 버턴(1406)은 접촉 팁 영역(1404)의 일체부로서 제조되거나 또는 팁 영역(1404)에 별도로 부착될 수도 있다.According to the above principle, one embodiment of a non-stressed metal cantilever spring has a nickel film as the base layer and a nickel alloy film containing about 20% palladium or palladium as the top layer, where nickel is This is because the modulus is higher than that of the palladium alloy. In general, other films may be deposited to form a multilayer spring, so long as the selection principle is applied to determine the deposition sequence. Additionally, very thin film layers may be deposited between the two main film layers if desired to enhance the strength or tack of the interface. For example, as is well known in the art, gold or nickel or rhodium strikes can be used for this purpose. In this case, the button 1406 on the tip region 1404 may comprise an additional film layer of the palladium alloy. The button 1406 may be manufactured as an integral part of the contact tip region 1404 or may be separately attached to the tip region 1404.

도 14a 및 14b에 도시된 바와 같은 스프링은 통상 희생층 상에 증착되고, 이어서 프리스탠딩 캔틸레버 스프링을 제공하기 위해 제거된다. 기판(1403)은 또한 다층 금속 및 도 5에 도시된 502와 같은 전기 전도성 블라인드 비아 또는 관통 비아를 가질 수도 있다. 필름(1408, 1409) 및 다른 부가적인 층은 전기 도금과 같은 종래의 기법에 의해 증착된다. 필요한 경우, 티타늄과 같은 재료를 포함하는 적절한 얇은 점착성 촉진층 및/또는 시드층이 전기 도금층의 증착 전에 증착될 수도 있다. 각 필름 층의 두께는 소망의 접촉력 또는 스프링 상수에 의해 결정되는데, 이것은 다양한 수학적 표현으로부터 계산될 수 있다. 예를 들어 힘 및 피치 등에 대한 설계 요건에 기초하여, 1 내지 50㎛의 두께 범위의 다양한 스프링 크기가 사용될 수 있다. 예로서 30㎛의 전체 스프링 두께를 취하면, 본 실시예에서 니켈과 팔라듐 합금의 두께는 각각 25㎛ 및 5㎛이다. 이 경우에 버턴에서의 부가적인 팔라듐층의 두께는 3 내지 20㎛일 수 있다. 상기 수치는 예들로서 사용될 뿐임에 유의하라. 기본 원리가 만족되는 한, 스프링의 강인함을 보장하는 수치의 자유로운 변동이 허용된다.Springs as shown in FIGS. 14A and 14B are typically deposited on the sacrificial layer and then removed to provide a freestanding cantilever spring. Substrate 1403 may also have multilayer metal and electrically conductive blind vias or through vias such as 502 shown in FIG. 5. Films 1408 and 1409 and other additional layers are deposited by conventional techniques such as electroplating. If desired, a suitable thin adhesion promoting layer and / or seed layer comprising a material such as titanium may be deposited prior to the deposition of the electroplating layer. The thickness of each film layer is determined by the desired contact force or spring constant, which can be calculated from various mathematical expressions. Various spring sizes in the thickness range of 1-50 μm may be used, for example, based on design requirements for force and pitch, and the like. Taking the total spring thickness of 30 [mu] m as an example, the thicknesses of the nickel and palladium alloys in this embodiment are 25 [mu] m and 5 [mu] m, respectively. In this case, the thickness of the additional palladium layer at the button may be 3 to 20 mu m. Note that the above figures are only used as examples. As long as the basic principle is satisfied, free fluctuations in the value to ensure the robustness of the spring are allowed.

다른 실시예에서, 코어 필름은 몰리브덴-크롬 합금 또는 티타늄-텅스텐 또는 몰리브덴-텅스텐으로 이루어지고, 니켈 및 팔라듐 합금 필름의 상부층이 순차적으로 증착된다. 이 경우에, 팁 영역(1404) 상의 버턴(1406)은 위에서와 같이, 부가적인 증착 두께의 상기 팔라듐 합금을 포함한다. 버턴(1406)은 포토리소그래피를이용하여 부가적인 두께의 팔라듐 합금층을 영역(1404) 상에 선택적으로 증착함으로써 제조될 수도 있다. 전술한 문장에서 예시적인 두께 범위, 증착 기법, 점착 촉진층 및 시드층 등에 대한 논의가 또한 이 경우에 적용된다.In another embodiment, the core film consists of molybdenum-chromium alloy or titanium-tungsten or molybdenum-tungsten, and top layers of nickel and palladium alloy films are sequentially deposited. In this case, the button 1406 on the tip region 1404 includes the palladium alloy of additional deposition thickness, as above. The button 1406 may be fabricated by selectively depositing an additional thickness of palladium alloy layer on the region 1404 using photolithography. The discussion of exemplary thickness ranges, deposition techniques, adhesion promotion layers, seed layers, and the like, in the foregoing sentence also applies in this case.

앞에서 논의한 바와 같이, 비 스트레스 금속 캔틸레버 스프링의 상기 실시예의 필름은 강인함을 더 개선시키기 위해 압력 스트레스로 선택적으로 증착될 수 있다. 강인함은 또한 필름의 입도가 3 내지 500nm로 매우 작도록 필름 증착 파라미터를 적절히 선택함으로써 더욱 개선된다. 이러한 증착 파라미터의 예로는 전기 도금 조 내의 첨가제의 농도, 전류 밀도 및 온도를 들 수 있다.As discussed above, the film of this embodiment of a non-stressed metal cantilever spring may be selectively deposited with pressure stress to further improve the robustness. The toughness is further improved by properly selecting the film deposition parameters such that the film's grain size is very small, from 3 to 500 nm. Examples of such deposition parameters include the concentration of the additives in the electroplating bath, the current density and the temperature.

전술한 상호 접속 장치 및 관련 제조 방법은 전자 소자의 테스팅, 전자 장치의 웨이퍼 레벨의 고온 검사 및 패키징을 포함하는 다양한 응용에 적합하다. 상기 전자 소자는 집적 회로, 액정 디스플레이, MEMS, 인쇄 회로 기판, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 디바이스들을 포함한다. 패키징은 전술한 콘택트 스프링 요소를 이용하여 두 요소 또는 기판 사이의 전기 접속의 결합 및 확립을 포함하는데, 여기서 결합은 솔더 또는 전도성 접착제를 사용하거나 또는 사용하지 않고 이루어질 수도 있다.The interconnect devices and associated manufacturing methods described above are suitable for a variety of applications including testing of electronic devices, wafer-level high temperature inspection and packaging of electronic devices. The electronic device includes devices such as integrated circuits, liquid crystal displays, MEMS, printed circuit boards, or any combination thereof. Packaging involves coupling and establishing an electrical connection between two elements or a substrate using the contact spring elements described above, where the coupling may be made with or without solder or conductive adhesive.

미터법 용어 및 화학 원소의 약어Metric Terms and Abbreviations for Chemical Elements

㎛-마이크론=10-6미터Μm-microns = 10 -6 meters

nm-나노미터, 또는 밀리마이크론=10-9미터nm-nanometer, or millimeter-micron = 10 -9 meters

Ag-은Ag-silver

Al-알루미늄Al-aluminum

Au-금Au-gold

Co-코발트Co-cobalt

Cr-크롬Cr-Chrome

Cu-구리Cu-copper

Mo-몰리브덴Mo-molybdenum

Ni-니켈Ni-nickel

Pb-납Pb-lead

Pd-팔라듐Pd-Palladium

Pt-백금Pt-platinum

Rh-로듐Rh-rhodium

Ru-루테늄Ru-ruthenium

Sn-주석Sn-tin

Ti-티타늄Ti-titanium

W-텅스텐W-tungsten

본 발명은 모든 유형의 소형 스프링에 적용된다. 본 명세서에 개시된 바람직한 실시에는 일례일 뿐 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 다른 변형 및 변화는 전술한 상세한 설명으로부터 당업자들에게 자명할 것이다. 본 명세서에서는 본 발명의 특정 실시예만 특별히 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나지 않고 수많은 변형이 이루어질 수 있음은 분명하다.The invention applies to all types of small springs. Preferred embodiments disclosed herein are examples only and do not limit the invention. Other modifications and variations of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the foregoing detailed description. Although only specific embodiments of the present invention have been specifically described herein, it will be apparent that numerous modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

따라서, 본 발명은 청구범위에 포함된 청구항에 의해서만 한정된다.Accordingly, the invention is limited only by the claims contained in the claims.

Claims (61)

두 구성요소 사이에 전기 접촉을 확립하는 상호접속 장치에 있어서,An interconnect device for establishing electrical contact between two components, 적어도 하나의 탄성 코어 부재(elastic core member)를 포함하고,At least one elastic core member, 상기 탄성 코어 부재는 기판에 부착된 앵커부(anchor portion)와 자유부(free portion)를 포함하고,The elastic core member includes an anchor portion and a free portion attached to the substrate, 상기 기판은 그 내부에 전기 전도성 재료로 채워진 적어도 하나의 관통 비아(through-via)를 포함하며,The substrate includes at least one through-via filled therein with an electrically conductive material, 상기 자유부는 처음에는 상기 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지며,The free portion initially contacts the substrate and away from the substrate due to an inherent stress gradient in the core upon release, 상기 코어 부재는 상기 코어 부재의 모든 노출된 표면을 덮는 적어도 하나의 층으로 전착 방식으로(electrodepositedly) 외피를 형성하는(enveloped)The core member is enveloped electrodepositedly with at least one layer covering all exposed surfaces of the core member. 상호접속 장치.Interconnect device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 외피(envelope)는 전기 도금된 필름을 포함하는 상호접속 장치.Wherein said envelope comprises an electroplated film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자유부는 상기 자유부의 실질적인 길이에 걸쳐서 프로브의 팁 쪽으로갈수로 점진적으로 감소하는 폭을 갖는 실질적으로 테이퍼형이거나 또는 실질적으로 사다리꼴 형태인 상호접속 장치.Wherein the free portion is substantially tapered or substantially trapezoidal in shape with a progressively decreasing width toward the tip of the probe over the substantial length of the free portion. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적어도 하나의 층은 니켈, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 이리듐, 금, 은, 구리, 코발트, 알루미늄, 텅스텐, 및 임의의 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재료의 그룹으로부터 선택되는 상호접속 장치.The at least one layer is selected from the group of materials comprising at least one of nickel, palladium, platinum, rhodium, ruthenium, osmium, iridium, gold, silver, copper, cobalt, aluminum, tungsten, and any alloy thereof. Interconnect devices. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적어도 하나의 층의 적어도 하나의 평균 입도(grain size)는 3 내지 500nm 범위인 상호접속 장치.At least one average grain size of said at least one layer is in the range of 3 to 500 nm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 적어도 하나의 층은 고유 압축 스트레스(intrinsic compressive stress)로 전기 도금되는 상호접속 장치.At least one layer is electroplated with intrinsic compressive stress. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전착 방식으로 싸여진 코어 부재의 상기 표면 근방의 적어도 한 층은 그 층이 둘러싸고 있는 상기 코어보다 더 낮은 탄성률을 갖는 상호접속 장치.At least one layer near the surface of the core member wrapped in the electrodeposited manner has a lower modulus of elasticity than the core surrounded by the layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 외피는 복수의 상이한 순차적으로 전착된 필름을 포함하는 상호접속 장치.Wherein the sheath comprises a plurality of different sequentially deposited films. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 전착된 필름은 일반적으로 상기 증착된 필름의 탄성률이 최내부 코어(innermost core)로부터 최외부 표면(outermost surface)쪽으로 갈수록 점진적으로 감소하거나, 최내부 코어로부터 최외부 표면쪽으로 갈수록 실질적으로 불연속적으로 감소하는 방식으로 증착되는 상호접속 장치.The electrodeposited film generally has a gradual decrease in elastic modulus of the deposited film toward the outermost surface from the innermost core, or substantially discontinuously toward the outermost surface from the innermost core. Interconnect devices deposited in a reducing manner. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 프로브 팁 영역에서 상기 전착 방식으로 싸여진 코어 부재 상으로 선택적으로 제공된 필름층을 더 포함하는 상호접속 장치.And a film layer optionally provided over said electrodeposited core member in a probe tip region. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 필름층은 팔라듐, 로듐, 백금, 이리듐, 오스뮴, 루테늄, 코발트, 니켈, 금, 및 이들의 합금으로 이루어진 상기 그룹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.Wherein said film layer comprises at least one of said groups of palladium, rhodium, platinum, iridium, osmium, ruthenium, cobalt, nickel, gold, and alloys thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자유부는 길이가 10㎛ 내지 1000㎛이고, 폭이 3㎛ 내지 500㎛이며, 두께가 0.1㎛ 내지 40㎛인 범위의 크기를 갖는 상호접속 장치.Wherein said free portion has a size in the range of 10 μm to 1000 μm in length, 3 μm to 500 μm in width, and 0.1 μm to 40 μm in thickness. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적어도 하나의 층의 최외부층은 Pd, Pt, Ir, Rh, Ru 및 Os로 이루어지는 백금 그룹 재료, 및 니켈, 금, 구리 중 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.Wherein the outermost layer of the at least one layer comprises a platinum group material consisting of Pd, Pt, Ir, Rh, Ru, and Os, and any one of nickel, gold, and copper. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 세라믹, 유리, 실리콘, 수정 및 유기 재료 중 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.Wherein the substrate comprises any one of ceramic, glass, silicon, quartz and organic materials. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 코어 부재는 Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr, 및 Ti-W 중 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.Wherein said core member comprises any one of Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr, and Ti-W. 기판 상에 복수의 소형 스프링(miniaturized spring)을 제조하는 방법으로서, 상기 소형 스프링은 각각 전기 전도성 코어 부재를 포함하고, 상기 코어 부재는 앵커부와, 처음에는 상기 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지는 자유부를 포함하고, 상기 자유부는 그 단부에 팁 영역을 가지며, 상기앵커부는 복수의 금속화된 관통 비아를 포함하는 기판에 고정되는, 상기 소형 스프링 제조 방법에 있어서,A method of manufacturing a plurality of miniaturized springs on a substrate, each miniature spring comprising an electrically conductive core member, the core member contacting the anchor portion, initially contacting the substrate, and releasing. A free portion away from the substrate due to an inherent stress gradient in the core, the free portion having a tip region at its end, and the anchor portion having a plurality of metalized through vias. In the small spring manufacturing method is fixed, 마스크를 사용하지 않고 자유부를 포함하는 상기 코어 부재의 전 표면을 덮도록 스프링 코어 부재를 적어도 하나의 필름층으로 전기 도금하는 단계를 포함하고,Electroplating the spring core member with at least one film layer to cover the entire surface of the core member including the free portion without using a mask, 상기 코어 부재의 전기 도금은, 코어 부재가 위치하는 측면에 대향하는 상기 기판의 측면으로부터 상기 코어 부재에 전기 접촉을 확립하도록 상기 기판 내의 관통 비아를 사용하여 수행되는Electroplating of the core member is performed using through vias in the substrate to establish electrical contact to the core member from the side of the substrate opposite the side on which the core member is located. 소형 스프링 제조 방법.How to make a compact spring. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 적어도 하나의 필름층은 고유 압축 스트레스에 의해 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.At least one film layer is electroplated by inherent compressive stress. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 적어도 하나의 필름층은 3 내지 500nm 범위의 평균 입도로 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.Wherein said at least one film layer is electroplated with an average particle size in the range from 3 to 500 nm. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 적어도 하나의 전기 도금된 필름의 상기 입도는 도금하는 동안에 상기 전기도금 조 내의 첨가물의 조성(composition) 및/또는 전류 밀도를 변경함으로써 제어되는 소형 스프링 제조 방법.Wherein said particle size of at least one electroplated film is controlled by altering the composition and / or current density of additives in said electroplating bath during plating. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 적어도 하나의 필름층은 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄 중 어느 하나; 및 Co, Ni, Au, Cu, Ag, Al, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, W로 이루어지는 그룹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합금을 포함하는 재료 그룹으로부터 선택되는 소형 스프링 제조 방법.The at least one film layer is any one of Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, cobalt, nickel, gold, silver, copper, aluminum; And a material group comprising an alloy comprising at least one of the group consisting of Co, Ni, Au, Cu, Ag, Al, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, W. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 코어 부재의 상기 전기 도금 후에 접촉 버턴을 형성하기 위해 상기 팁 영역을 선택적으로 코팅하는 단계를 더 포함하고,Selectively coating said tip region to form a contact button after said electroplating of a core member, 상기 접촉 버턴은 대향 접촉 패드 또는 단자에 강하게 접착되지 않는 적어도 하나의 전기 전도성 재료를 포함하고,The contact button comprises at least one electrically conductive material that is not strongly adhered to an opposing contact pad or terminal, 상기 팁 영역은 상기 자유부가 상기 기판으로부터 릴리스되기 전 또는 상기 자유부가 상기 기판으로부터 릴리스된 후에 상기 접촉 버턴을 형성하도록 임의로 선택적으로 코팅되는 소형 스프링 제조 방법.And the tip region is optionally selectively coated to form the contact button before the free portion is released from the substrate or after the free portion is released from the substrate. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 적어도 하나의 전기 전도성 재료는 팔라듐, 로듐, 백금, 이리듐, 오스뮴, 루테늄, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.Wherein said at least one electrically conductive material comprises at least one of a group consisting of palladium, rhodium, platinum, iridium, osmium, ruthenium, cobalt, nickel, gold, silver, copper and alloys thereof. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 건식 에칭에 의해 상기 코어 필름의 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.Forming a pattern of the core film by dry etching. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 층의 증착 전에 상기 코어 필름을 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.Polishing the core film prior to deposition of the layer. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 전기 폴리싱, 화학 폴리싱 및 전기 화학 폴리싱 공정 중 어느 하나를 이용하여 최외부 표면을 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.Polishing the outermost surface using any of an electropolishing, chemical polishing, and electrochemical polishing process. 두 구성요소 사이에 전기 접촉을 확립하는 상호접속 장치에 있어서,An interconnect device for establishing electrical contact between two components, 적어도 하나의 탄성 코어 부재(elastic core member)를 포함하고,At least one elastic core member, 상기 탄성 코어 부재는 적어도 하나의 금속화 비아를 갖는 다중 레벨 금속화물을 구비한 기판에 부착된 앵커부(anchor portion)와 자유부(free portion)를 포함하고,The elastic core member includes an anchor portion and a free portion attached to a substrate having a multilevel metallization having at least one metallized via, 상기 자유부는 처음에는 상기 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지며,The free portion initially contacts the substrate and away from the substrate due to an inherent stress gradient in the core upon release, 상기 코어 부재는 상기 코어 부재의 모든 노출된 표면을 덮는 적어도 하나의 층으로 전착 방식으로(electrodepositedly) 외피를 형성하는(enveloped)The core member is enveloped electrodepositedly with at least one layer covering all exposed surfaces of the core member. 상호접속 장치.Interconnect device. 두 구성요소를 전기 접속시키는 상호접속 장치에 있어서,An interconnect device for electrically connecting two components, 기판에 부착된 앵커부(anchor)와 자유부(free portion)를 포함하는 적어도 하나의 탄성 코어 부재(elastic core member)로서, 상기 자유부는 처음에는 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지는, 상기 적어도 하나의 탄성 코어 부재와,At least one elastic core member comprising an anchor and a free portion attached to a substrate, the free portion initially contacting the substrate and upon release, the core. The at least one elastic core member away from the substrate due to an inherent stress gradient in it, 상기 코어 부재를 전착 방식으로 감싸서 외피를 형성하여 상기 코어 부재의 모든 노출된 표면을 덮는 적어도 하나의 층과,At least one layer covering the core member in an electrodeposition manner to form an envelope covering all the exposed surfaces of the core member; 상기 전착 방식으로 싸여진 코어 부재 상으로 프로브의 팁 영역에서 선택적으로 제공된 필름층을 포함하는A film layer optionally provided in the tip region of the probe onto the electrode body wrapped in the electrodeposition manner; 상호접속 장치.Interconnect device. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 외피(envelope)는 전기 도금된 필름을 포함하는 상호접속 장치.Wherein said envelope comprises an electroplated film. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 자유부는 상기 자유부의 실질적인 길이에 걸쳐서 프로브의 팁 쪽으로 갈수로 점진적으로 감소하는 폭을 갖는 실질적으로 테이퍼형이거나 또는 실질적으로 사다리꼴 형태인 상호접속 장치.Wherein the free portion is substantially tapered or substantially trapezoidal in shape with a progressively decreasing width toward the tip of the probe over the substantial length of the free portion. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 적어도 하나의 층은 니켈, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 이리듐, 금, 은, 구리, 코발트, 알루미늄, 텅스텐, 및 임의의 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재료의 그룹으로부터 선택되는 상호접속 장치.The at least one layer is selected from the group of materials comprising at least one of nickel, palladium, platinum, rhodium, ruthenium, osmium, iridium, gold, silver, copper, cobalt, aluminum, tungsten, and any alloy thereof. Interconnect devices. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 적어도 하나의 층은 고유 압축 스트레스(intrinsic compressive stress)로 전기 도금되는 상호접속 장치.At least one layer is electroplated with intrinsic compressive stress. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 적어도 하나의 층의 적어도 하나의 평균 입도(grain size)는 3 내지 500nm 범위인 상호접속 장치.At least one average grain size of said at least one layer is in the range of 3 to 500 nm. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 외피는 복수의 상이한 순차적으로 전착된 필름을 포함하고,The sheath comprises a plurality of different sequentially electrodeposited films, 상기 전착된 필름은 상기 증착된 필름의 탄성률이 일반적으로 최내부 코어로부터 최외부 표면쪽으로 갈수록 점진적으로 감소하거나, 최내부 코어로부터 최외부 표면쪽으로 갈수록 실질적으로 불연속적으로 감소하는 방식으로 증착되는 상호접속 장치.The electrodeposited film is interconnected in which the elastic modulus of the deposited film generally decreases progressively from the innermost core toward the outermost surface or substantially discontinuously decreases from the innermost core toward the outermost surface. Device. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 앵커부는 전기 전도성 재료로 채워진 복수의 관통 비아를 갖는 기판에 부착되는 상호접속 장치.Wherein the anchor portion is attached to a substrate having a plurality of through vias filled with an electrically conductive material. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 필름층은 팔라듐, 로듐, 백금, 이리듐, 오스뮴, 루테늄, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리 및 이들의 합금으로 이루어진 상기 재료의 그룹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.Wherein said film layer comprises at least one of said group of materials consisting of palladium, rhodium, platinum, iridium, osmium, ruthenium, cobalt, nickel, gold, silver, copper, and alloys thereof. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 자유부는 길이가 10㎛ 내지 1000㎛이고, 폭이 3㎛ 내지 500㎛이며, 두께가 0.1㎛ 내지 40㎛인 범위의 크기를 갖는 상호접속 장치.Wherein said free portion has a size in the range of 10 μm to 1000 μm in length, 3 μm to 500 μm in width, and 0.1 μm to 40 μm in thickness. 기판 상에 복수의 소형 스프링(miniaturized spring)을 제조하는 방법으로서, 상기 소형 스프링은 각각 전기 전도성 코어 부재를 포함하고, 상기 코어 부재는 앵커부와, 처음에는 상기 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지는 자유부를 포함하고, 상기 자유부는 그 단부에 팁 영역을 가지며, 상기 앵커부는 상기 기판에 고정되는, 상기 소형 스프링 제조 방법에 있어서,A method of manufacturing a plurality of miniaturized springs on a substrate, each miniature spring comprising an electrically conductive core member, the core member contacting the anchor portion, initially contacting the substrate, and releasing. And a free portion away from the substrate due to an inherent stress gradient in the core, the free portion having a tip region at its end and the anchor portion fixed to the substrate. In 마스크를 사용하지 않고, 자유부를 포함하는 상기 코어 부재의 전 표면을 덮도록 스프링 코어 부재를 적어도 하나의 필름층으로 전기 도금하는 단계와,Electroplating the spring core member with at least one film layer to cover the entire surface of the core member including the free portion, without using a mask, 상기 코어 부재의 전기 도금 후에 접촉 버턴을 형성하기 위해 상기 팁 영역을 선택적으로 코팅하는 단계를 포함하고,Selectively coating the tip region to form a contact button after electroplating of the core member, 상기 접촉 버턴은 대향 접촉 패드 또는 단자에 강하게 접착되지 않는 적어도 하나의 전기 전도성 재료를 포함하는The contact button comprises at least one electrically conductive material that is not strongly bonded to opposing contact pads or terminals. 소형 스프링 제조 방법.How to make a compact spring. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 적어도 하나의 필름층은 고유 압축 스트레스에 의해 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.At least one film layer is electroplated by inherent compressive stress. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 적어도 하나의 필름층은 3 내지 500nm 범위의 평균 입도로 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.Wherein said at least one film layer is electroplated with an average particle size in the range from 3 to 500 nm. 제 39 항에 있어서,The method of claim 39, 적어도 하나의 전기 도금된 필름의 상기 입도는 도금하는 동안에 상기 전기 도금 조 내의 첨가물의 조성(composition) 및/또는 전류 밀도를 변경함으로써 제어되는 소형 스프링 제조 방법.Wherein said particle size of at least one electroplated film is controlled by altering the composition and / or current density of additives in said electroplating bath during plating. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 내부층에 사용된 재료는 보다 높은 탄성률을 가지며,The material used for the inner layer has a higher modulus of elasticity, 외부층에 사용된 재료는 보다 낮은 탄성률을 가지며,The material used for the outer layer has a lower modulus of elasticity, 상기 층의 탄성률은 최내부층으로부터 최외부층으로 갈수록 점진적으로 감소하거나, 최내부층으로부터 최외부층쪽으로 갈수록 불연속적으로 감소하는 소형 스프링 제조 방법.The modulus of elasticity of the layer decreases gradually from the innermost layer to the outermost layer, or discontinuously decreases from the innermost layer toward the outermost layer. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 적어도 하나의 필름층은 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐; 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.The at least one film layer includes Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, cobalt, nickel, gold, silver, copper, aluminum, tungsten; And at least one of these alloys. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 기판은 세라믹, 유리, 실리콘, 수정 및 유기 재료 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.Wherein said substrate comprises any one of ceramic, glass, silicon, quartz and organic materials. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 코어 부재는 Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr, 및 Ti-W 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.The core member is a miniature spring manufacturing method comprising any one of Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr, and Ti-W. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 코어 부재의 전기 도금은, 코어 부재가 위치하는 측면에 대향하는 상기 기판의 측면으로부터 상기 코어 부재에 전기 접촉을 확립하도록 상기 기판 내의 관통 비아를 사용하여 수행되는 소형 스프링 제조 방법.Electroplating of the core member is performed using through vias in the substrate to establish electrical contact to the core member from a side of the substrate opposite the side on which the core member is located. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 팁 영역은 상기 자유부가 상기 기판으로부터 릴리스되기 전 또는 상기 자유부가 상기 기판으로부터 릴리스된 후에 상기 접촉 버턴을 형성하도록 선택적으로 코팅되는 소형 스프링 제조 방법.The tip region is selectively coated to form the contact button before the free portion is released from the substrate or after the free portion is released from the substrate. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 적어도 하나의 전기 전도성 재료는 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리, 텅스텐; 및 이들의 합금을 포함하는 재료의 그룹 중 적어도어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.The at least one electrically conductive material is Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, cobalt, nickel, gold, silver, copper, tungsten; And at least one of a group of materials comprising alloys thereof. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 건식 에칭에 의해 상기 코어 필름의 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.Forming a pattern of the core film by dry etching. 제 37 항에 있어서,The method of claim 37, 상기 층의 증착 전에 상기 코어 필름을 폴리싱하는 단계와;Polishing the core film prior to deposition of the layer; 전기 폴리싱, 화학 폴리싱 및 전기 화학 폴리싱 공정 중 어느 하나를 이용하여 최외부 표면을 선택적으로 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.Selectively polishing the outermost surface using any of an electropolishing, chemical polishing, and electrochemical polishing process. 기판 상에 소형 스프링을 제조하는 방법으로서, 각각의 상기 소형 스프링은 앵커부 및 자유부를 포함하고, 상기 자유부는 그 단부에 팁 영역을 가지며, 상기 스프링의 폭은 상기 앵커부의 근방으로부터 상기 팁 영역쪽으로 갈수록 점진적으로 감소하는 소형 스프링 제조 방법에 있어서,A method of manufacturing a small spring on a substrate, each said small spring comprising an anchor portion and a free portion, said free portion having a tip region at its end, the width of the spring from the vicinity of the anchor portion toward the tip region. In the method of manufacturing a small spring that gradually decreases, 코어 필름 부재를 증착하는 단계와,Depositing a core film member; 상기 앵커부 및 상기 자유부를 형성하기 위해 상기 코어 필름 부재의 몸체를 패터닝하는 단계와,Patterning the body of the core film member to form the anchor portion and the free portion; 상기 기판으로부터 상기 자유부를 릴리싱하는 단계와,Releasing the free portion from the substrate; 상기 코어 필름 부재 상에 상기 코어 필름 부재의 전 표면을 덮는 적어도 하나의 상부 필름층을 증착하는 단계와,Depositing at least one top film layer on the core film member covering the entire surface of the core film member; 상기 적어도 하나의 상부 필름으로 코팅된 상기 코어 필름 부재 상에 포토레지스트 필름을 형성하는 단계와,Forming a photoresist film on the core film member coated with the at least one top film; 상기 적어도 하나의 상부 필름으로 코팅된 상기 팁 영역 상의 영역을 노출시키기 위해 상기 포토레지스트 필름을 패터닝하는 단계와,Patterning the photoresist film to expose an area on the tip region coated with the at least one top film; 상기 적어도 하나의 상부 필름층으로 덮인 노출된 팁 영역을, 터치다운을 반복할 때 발생하는 접촉 점착을 최소화하는 전기 전도성 접촉 재료로 코팅하는 단계와,Coating the exposed tip area covered with the at least one top film layer with an electrically conductive contact material that minimizes contact adhesion that occurs when the touchdown is repeated; 상기 코어 필름 부재로부터 상기 포토레지스트 필름을 제거하는 단계Removing the photoresist film from the core film member 를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.Small spring manufacturing method comprising a. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50 wherein 상기 전기 도금은 스프링이 위치하는 측면에 대향하는 상기 기판의 측면으로부터 스프링에 전기 접촉을 확립하도록 상기 기판 내의 관통 비아를 사용하여 수행되는 소형 스프링 제조 방법.The electroplating is performed using through vias in the substrate to establish electrical contact to the spring from the side of the substrate opposite the side on which the spring is located. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50 wherein 적어도 하나의 상부 필름층은 고유 압축 스트레스로 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.At least one top film layer is electroplated with inherent compressive stress. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50 wherein 상기 적어도 하나의 상부 필름층은 3 내지 500nm 범위의 평균 입도(grain size)로 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.Wherein said at least one top film layer is electroplated to an average grain size in the range of 3 to 500 nm. 제 53 항에 있어서,The method of claim 53, wherein 상기 적어도 하나의 전기 도금된 필름의 입도는 도금하는 동안에 전기 도금 조 내의 첨가물의 조성(composition) 및/또는 전류 밀도를 변경함으로써 제어되는 소형 스프링 제조 방법.The particle size of the at least one electroplated film is controlled by changing the composition and / or current density of additives in the electroplating bath during plating. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50 wherein 내부 필름층에 사용된 재료는 보다 높은 탄성률을 가지며,The material used for the inner film layer has a higher modulus of elasticity, 외부 필름층에 사용된 재료는 보다 낮은 탄성률을 가지며,The material used for the outer film layer has a lower modulus of elasticity, 상기 필름층의 탄성률은 최내부 필름층쪽으로부터 최외부층으로 갈수록 점진적으로 감소하거나 또는 최내부 필름층으로부터 최외부 필름층쪽으로 갈수록 불연속적으로 감소하는 소형 스프링 제조 방법.The elastic modulus of the film layer gradually decreases from the innermost film layer toward the outermost layer or discontinuously decreases from the innermost film layer toward the outermost film layer. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50 wherein 상기 접촉 재료는 전기 도금, 스퍼터링 및 화확 기상 증착 중 어느 하나에 의해 증착되는 소형 스프링 제조 방법.And the contact material is deposited by any one of electroplating, sputtering and chemical vapor deposition. 제 56 항에 있어서,The method of claim 56, wherein 상기 전기 도금은 스프링이 위치하는 측면에 대향하는 상기 기판의 측면으로부터 스프링에 전기 접촉을 확립하도록 상기 기판 내의 관통 비아를 사용하여 수행되는 소형 스프링 제조 방법.The electroplating is performed using through vias in the substrate to establish electrical contact to the spring from the side of the substrate opposite the side on which the spring is located. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50 wherein 상기 코어 필름 부재상의 상기 적어도 하나의 상부 필름층은 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐; 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.The at least one top film layer on the core film member may comprise Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, cobalt, nickel, gold, silver, copper, aluminum, tungsten; And at least one of these alloys. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50 wherein 상기 접촉 재료는 Co, Ni, Au, Cu, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.The contact material is a small spring manufacturing method comprising any one of Co, Ni, Au, Cu, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50 wherein 상기 기판은 세라믹, 유리, 실리콘, 수정 및 유기 재료 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.Wherein said substrate comprises any one of ceramic, glass, silicon, quartz and organic materials. 제 50 항에 있어서,51. The method of claim 50 wherein 상기 코어 필름 부재는 Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr, 및 Ti-W 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.The core film member is a small spring manufacturing method comprising any one of Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr, and Ti-W.
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