DE60115437T2

DE60115437T2 - Testsystem von integrierten schaltungen

Info

Publication number: DE60115437T2
Application number: DE60115437T
Authority: DE
Inventors: Sammy Mok; Chiung Fu CHONG
Original assignee: NanoNexus Inc
Current assignee: NanoNexus Inc
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: JP2004501517A; AU2001268630A1; US20020171133A1; WO2001098793A2; ATE311604T1; KR20020026585A; EP1292834A2; EP1292834B1; WO2001098793A3; DE60115437D1; US6791171B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet des integrierten Schaltungsgehäuse- und Wafer-Designs sowie die Gebiete der Verschaltung, Prüfung und Einbrennstrukturen- und -verfahren. Genauer gesagt, die Erfindung betrifft Verbesserungen photolithographisch gemusterter Federkontakte und verbesserter Systemverschaltungskomponenten, die photolithographisch gemusterte Federkontakte haben, für die Anwendung zum Prüfen oder Einbrennen der integrierten Schaltungen, und für die Verschaltung einer großen Anzahl von Signalen zwischen elektronischen Systemen und Untersystemen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Integrierte Schaltungen (IC) werden typischerweise in Wafer-Form (Wafer-Vorauswahl) geprüft bevor sie in ein Gehäuse eingebaut werden. Während der Wafer-Vorauswahl werden jeweils einer oder mehrere ICs geprüft, obwohl sich Hunderte oder Tausende desselben ICs auf dem Wafer befinden können. Die in das Gehäuse eingebauten ICs werden dann ein weiteres Mal geprüft und wenn notwendig einem Einbrennverfahren unterzogen.
Vor Trennung der ICs in einzelne Chips auf dem Wafer sind die ICs präzise auf dem Wafer platziert (aufgebaut), wogegen nach Trennung und Vereinzelung der ICs in für Prüfung und Gehäuseeinbau individuelle Chips, die in das Gehäuse eingebauten Chips wegen Verlustes der parallelen Verarbeitungsmöglichkeit individuell verarbeitet werden.
Paralleles Prüfen auf der Wafer-Ebene ist wegen der Schwierigkeit beim Steuern der großen Anzahl von Verschaltungen und dem begrenzten Umfang an elektronischen Geräten, die üblicherweise während der Prüfung nahe dem Wafer platziert werden können, zahlenmäßig und bisher auf Baugruppen mit einer niedrigen Anzahl von Anschlüssen begrenzt.
Versuche wurden auch gemacht, ICs in Wafer-Form einzubrennen. Einbrennen auf Wafer-Ebene ist jedoch mit vielfachen Problemen verbunden, wie zum Beispiel dem Versatz zwischen dem Anschluss und dem zu prüfenden Silizium-Wafer aufgrund thermischer Ausdehnungen. Herkömmliche Strukturen, wie zum Beispiel großflächige Substrate, die eine Mehrzahl von Verzweigungsleiterbahnen haben, welche elektrisch mit einem Anschluss oder einer Steckverbindung verbunden sind, werden typischerweise zum Steuern der Verbindungen zwischen den zu prüfenden IC, Testelektronik und Leistungsansteuerelektronik eingesetzt.
Aufgrund der Abmessungen von Halbleiterbaugruppen, mit mehr Gattern und Speicherbits pro Silizium-Flächeneinheit, nimmt die Dichte der integrierten Schaltungen auf Halbleiter-Wafern weiter zu. Ebenso ist die Verwendung größerer Halbleiter-Wafer (zum Beispiel oft einen nominalen Durchmesser von 8 oder 12 Inches aufweisend) üblich geworden. Dennoch haben sich die Halbleiterprüfkosten pro Silizium-Flächeneinheit erhöht. Deshalb sind die Halbleiterprüfkosten mit der Zeit unproportional gestiegen und haben so einen größeren Prozentsatz an den gesamten Herstellungskosten jeder IC-Baugruppe erlangt.
Darüber hinaus haben Fortschritte im Chipscale-Packaging (CPS) und andere Gehäuseformen mit kleinen Anschlussflächen die Prüf- und Einbrenn-Routinen traditioneller Gehäuse-ICs überholt werden lassen.
In einigen herkömmlichen IC-Prüfplatinen mit großer Substratoberfläche werden elektrische Kontakte zwischen der Prüfplatine und einem IC-Wafer typischerweise durch Wolfram-Messnadeln bereitgestellt. Jedoch ist die Wolfram-Messnadel-Technologie nicht in der Lage die Verschaltungsanforderungen moderner Halbleiter, die eine größere Anschlusszahl, geringere Kontaktflächenabstände und höhere Taktfrequenzen haben, zu erfüllen.
Obwohl aufkommende Technologien Federmessspitzen für unterschiedliche Prüfanwendungen bereitgestellt haben, haben die meisten Messspitzen inhärente Beschränkungen, beispielsweise begrenzte Abstände, begrenzte Anschlusszahl, unterschiedliche Flexibilitätsstufen, begrenze Abmessungen der Messspitzen, Materialbeschränkungen und/oder hohe Herstellungskosten.
K. Banerji, A. Suppelsa und W. Mullen III, Selectively Releasing Conductive Runner and Substrate Assembly Having Non-Planar Areas, US-Patent Nr. 5,166,774 (24. November 1992) offenbart eine Unterlagen- und Substratanordnung, die eine "Mehrzahl von leitenden Unterlagen, befestigt mit einem Substrat, aufweist, wobei wenigstens einige der leitenden Unterlagen unebene Flächen mit dem Substrat für das wahlweise Auslösen der leitenden Unterlagen aus dem Substrat aufweisen, wenn diese einer vorbestimmten Belastung unterworfen sind".
A. Suppelsa, W. Mullen III und G. Urbish, Selectively Releasing Conductive Runner and Substrate Assembly, US-Patent Nr. 5,280,139 (18. Januar 1994) offenbart eine Unterlagen- und Substratanordnung, welche "eine Mehrzahl von leitenden Unterlagen, befestigt mit einem Substrat, aufweist, wobei wenigstens einige der leitenden Unterlagen eine niedrigere Haf tung zum Substrat für das wahlweise Auslösen der leitenden Unterlage aus dem Substrat aufweisen, wenn diese einer vorbestimmten Belastung unterworfen sind".
D. Pedder, Bare Die Testing, US-Patent No. 5,786,701 (28. Juli 1998) offenbart eine Vorrichtung zum Prüfen von ICs im Rohstadium, welche eine "Prüfstation umfasst, auf der sich Mikro-Erhebungen leitenden Materials auf den Enden von Verschaltungsleiterbahnen einer Mehrschicht-Schaltungsstruktur befinden, wobei die Enden so verteilt sind, dass dessen Muster dem Muster der Kontaktflächen des zu prüfenden Chips entspricht. Um das Prüfen des Chips vor dem Vereinzeln vom Wafer unter Nutzung der Mikro-Erhebungen zu ermöglichen, stellen die anderen Verbindungen zu und von der Schaltungsstruktur ein flacheres Profil bereit".
D. Grabbe, I. Korsunsky und R. Ringler, Surface Mount Electrical Connector, US-Patent Nr. 5,152,695 (6. Oktober 1992) offenbart einen Verbinder für elektrisches Verbinden einer Schaltung zwischen elektronischen Komponenten, in welchen "der Verbinder eine Plattform mit sich davon nach außen hin geneigt ausstreckenden freitragenden Federarmen aufweist. Die Federarme weisen erhöhte Kontaktoberflächen auf, wobei in einer Ausführungsform die Geometrie der Arme eine Reibverbindung während der Auslenkung bereitstellt".
N. Iwasaki, H. Matsunaga und T. Ohkubo, Partly Replaceable Device for Testing a Multi-Contact Integrated Circuit Chip Package, US-Patent Nr. 5,847,572 (8. Dezember 1998) offenbart "eine Prüfbaugruppe zum Prüfen eines IC-Chips, der an den Seitenkanten Anschlüsse bereitstellt. Die Prüfbaugruppe umfasst eine Steckbasis, Kontakteinheiten, jede ein Kontaktstützelement und Steckkontaktnummern aufweisend, und anisotrop leitende Blechanordnungen, jede ein elastisches Isolationsblech und leitende Elemente aufweisend. Die anisotrop leitenden Blechanordnungen sind so angeordnet, dass jedes leitende Element in Kontakt mit einem der Steckkontaktelemente der Kontakteinheiten ist. Die Prüfbaugruppe umfasst ferner eine abnehmbare auf die Steckbasis aufgesetzte Kontakthalterung, um die Steckkontaktelemente mit den anisotrop leitenden Blechanordnungen in Verbindung zu bringen und somit eine Kommunikation zwischen den Steckkontaktelementen und den leitenden Elementen der anisotrop leitenden Blechanordnungen herzustellen. Jede der Kontakteinheiten kann durch eine neue Kontakteinheit ersetzt werden, wenn die Steckkontaktelemente zum Teil Ermüdung aufweisen, damit die Möglichkeit zur erleichterten Pflege der Prüfbaugruppe gegeben ist. Darüber hinaus können die Anschlüsse des IC-Chips mit einer Prüfplatine elektrisch verbunden werden, wobei durch Teile der Steckkontaktelemente und der leitenden Elemente der anisotrop leitenden Blechanordnungen die kürzeste Verbindung erreicht wird".
W. Berg, Method of Mounting a Substrate Structure to a Circuit Board, US-Patent Nr. 4,758,927 (19. Juli 1988) offenbart "eine Substratstruktur, die Kontaktflächen hat, ist mit einer Schaltungsplatine befestigt, welche Kontaktflächen leitenden Materials auf der Hauptfläche der Platine und Erfassungseinrichtungen hat, welche in vorbestimmten Positionen relativ zu den Kontaktflächen der Schaltungsplatine sind. Die Substratstruktur stellt Anschlüssen bereit, welche elektrisch mit den Kontaktflächen der Substratstruktur verbunden sind und von der Substratstruktur in freitragender Weise hervorstehen. Ein Erfassungselement hat ein Blechteil und Erfassungseinrichtungen, welche über dem Blechteil verteilt sind und mit den Erfassungseinrichtungen auf der Schaltungsplatine betreibbar sind, und wenn so betrieben, bleibt das Erfassungselement entgegen Bewegung parallel zur allgemeinen Fläche der Schaltungsplatine. Die Substratstruktur ist angebracht am Blechteil des Erfassungselements, so dass die Anschlüsse in vorbestimmter Position relativ zu den Erfassungseinrichtungen der Schaltungsplatine sind, und in dieser Position des Erfassungselements die Anschlüsse der Substratstruktur die Kontaktflächen der Schaltungsplatine bedecken. Ein Halterungselement hält die Anschlüsse in einer elektrisch leitenden Druckverbindung mit den Kontaktflächen der Schaltungsplatine".
D. Sarma, P. Palanisamy, J. Hearn and D. Schwarz, Controlled Adhesion Conductor, US-Patent 5,121,298 (9. Juni 1992) offenbart "Aufbauten nützlich für den Druck steuerbar haftender Leitungsstrukturen auf einer Platine, feines Kupferpulver, ein Lichtschutzmittel und ein Bindemittel enthaltend. Das Bindemittel wird hergestellt um eine kontrollierte Haftung der Kupferschicht, ausgebildet auf dem Substrat nach der Sinterung, bereitzustellen, so dass die Schicht das Substrat als Folge thermischer Belastung anheben kann. Zusätzlich dient das Bindemittel dazu, eine gute Kohäsion zwischen den Kupferpartikeln zu fördern, um eine gute mechanische Stabilität der Kupferschicht zu bieten, so dass sie ein Anheben ohne Bruchstellen aushalten kann".
R. Mueller, Thin-film Electrothermal Device, US-Patent Nr. 4,423,401 (27. Dezember 1983) offenbart "Eine Dünnschicht-Mehrschicht-Technologie wird genutzt um elektromechanische Mikrominiaturschalter zu bauen, die niederohmige Metall-zu-Metall-Kontakte und unterschiedliche An-/Aus-Charakteristiken haben. Die Schalter, welche elektrothermisch aktiviert werden, werden auf herkömmlichen Hybridschaltungssubstraten unter Anwendung von Verfahren, die kompatible mit denen sind, die zur Herstellung der Dünnfilmschaltungen verwendet wurden, hergestellt. In einer bevorzugten Form umfasst ein solcher Schalter ein Auslegerbedienelement, bestehend aus einem elastischen biegsamen Streifen eines harten, isolierenden Materials (z.B. Siliziumnitrid), auf dem ein Metallheizelement (z.B. Nickel) angebracht ist. Das freie Ende des Auslegerelements trägt einen Metallkontakt, welcher auf (oder ohne) Betreiben mit einem zugrundeliegenden fixierten Kontakt durch kontrolliertes Biegen des Elements, ausgelöst durch an das Heizelement angelegten elektrischen Strom, bewegt wird".
S. Ibrahim und J. Elsner, Multi-Layer Ceramic Package, US-Patent Nr. 4,320,438 (16. März 1982) offenbart "In einem Mehrschicht-Gehäuse gibt es eine Mehrzahl von Keramikplättchen, wobei jedes ein Leiterbild hat, und es gibt eine interne Höhlung des Gehäuses, worin es befestigt ist mit einem Chip oder einer Mehrzahl von Chips, die zu einem Chip-Array verbunden sind. Der Chip oder das Chip-Array ist verbunden durch kurze Leitungsverbindungen auf verschiedenen Plättchenebenen mit metallisierten leitenden Mustern darauf, wobei jede Plättchenebene ein bestimmtes leitendes Muster hat. Die leitenden Muster der entsprechenden Plättchenschichten werden entweder durch getunnelte Durchgangsöffnungen, ausgefüllt mit metallischem Material, oder durch kantengeformte Metallschichten zusammengeschaltet, so dass die leitenden Muster schließlich zu einer Anzahl von Kontaktflächen auf der Unterseite des Keramikgehäuses, das auf einer metallischen Baugruppe befestigt ist, verbunden sind. Es wird eine hohe Komponentendichte erreicht; aber weil die verbindenden Anschlüsse "gestaffelt" oder an wechselnden Punkten mit gänzlich verschiedenen Gehäuseebenen verbunden sind, ist es möglich einen 10 mil Abstand und eine 10 mil Größe der Leitungslötstellen zu erhalten. Daraus resultiert, dass es eine größere Komponentendichte aber ohne Interferenzen der Leitungsverbindungen untereinander gibt, wobei der Faktor der Interferenz der bisher limitierende Faktor zum Erreichen von Netzwerken mit hoher Komponentendichte in einem Mehrschicht-Keramikgehäuse war".
F. McQuade und J. Lander, Probe Assembly for Testing Integrated Circuits, US-Patent 5,416,429 (16. Mai 1995) offenbart einen Untersuchungsaufbau zum Prüfen eines ICs, welcher "eine Untersuchungsplatine aus isolierendem Material mit einer in der Mitte angeordneten Öffnung, einem rechteckigem Rahmen mit einer kleineren Öffnung, der an die Untersuchungsplatine angefügt ist, vier separate Untersuchungsflügel, wobei jeder ein flexibel geschichtetes Element mit einer leitenden Grundplatte hat, eine haftende dielektrisch an der Grundplatte befestigte Schicht und Untersuchungsflügelleiterbahnen aus kupferlegierten Federn auf der dielektrischen Schicht umfasst. Jeder Untersuchungsflügel hat einen freitragenden Blattfederteil, der sich in die zentrale Öffnung ausdehnt und in einer Gruppe von angepassten individuellen Untersuchungsfingern endet, bereitgestellt durch entsprechende Anschlussenden von besagten Untersuchungsflügelleiterbahnen. Die Untersuchungsfinger haben im Wesentlichen entlang einer geraden Linie angeordnete Spitzen und sind so verteilt, um mit dem Abstand entsprechender Kontaktflächen entlang der Kante eines zu prüfenden ICs übereinzustimmen. Vier Federhalterungen, jede hat einen ausladenden Teil, welcher den Blattfederteil eines entsprechenden Untersuchungsflügels verbindet, um eine einstellbare Einspannung für einen der Blattfederteile bereitzustellen. Es gibt vier separate Federklemmeneinstellmittel für das separate Einstellen des Einspanndruckes, ausgeübt durch jede der Klemmfedern auf ihren entsprechenden Untersuchungsflügel. Die separaten Klemmfedereinstellmittel umfassen federgespannte Flächen, jede befestigt mit dem Rahmenelement durch drei Schrauben und Federscheiben, so dass die Federklemmen bewegt werden und in jede beliebige Richtung ausgerichtet werden können, um eine Ausrichtung der Position der Untersuchungsfinger auf jedem Untersuchungsflügel zu erreichen".
D. Pedder, Structure for Testing Bare Integrated Circuit Devices, europäische Patentanmeldung Nr. EP 0 731 369 A2 (angemeldet 14. Februar 1996), US-Patent Nr. 5,764,070 (9. Juni 1998) offenbart eine Prüfuntersuchungsstruktur zum Herstellen von Verbindungen zu einem rohen IC oder einem zu testenden Wafer, welche "einen Mehrschicht-Platinenuntersuchungsarm bereitstellt, welcher um die erforderlichen Verbindungen herzustellen an seiner Spitze ein MCM-D-Typ-Substrat trägt und eine Reihe von Mikroerhebungen auf seiner Unterseite hat. Der Untersuchungsarm ist mit einem flachen Winkel zur Oberfläche der Baugruppe oder des Wafers gelagert, und das MCM-D-Typ-Substrat wird mit den notwendigen passiven Komponenten zum Koppeln mit der zu prüfenden Baugruppe ausgebildet. Vier solcher Untersuchungsarme können bereitgestellt sein, jeweils einer an jeder Seite der zu prüfenden Baugruppe".
B. Edlridge, G. Grube, I. Khandros und G. Mathieu, Method of Mounting Resilient Contact Structure to Semiconductor Devices, US-Patent Nr. 5,829,128 (3. November 1998), Method of Making Temporary Connections Between Electronic Components, US-Patent Nr. 5,832,601 (10. November 1998), Method of Making Contact Tip Structures, US-Patent 5,864,946 (2. Februar 1999), Mounting Spring Elements on Semiconductor Devices, US-Patent Nr. 5,884,398 (23. März 1999), Method of Burning-In Semiconductor Devices, US-Patent Nr. 5,878,486 (9. März 1999), und Method of Exercising Semiconductor Devices, US-Patent Nr. 5,897,326 (27. April 1999), offenbart "Federnde Kontaktstrukturen werden direkt mit den Kontaktflächen der Halbleiterchips befestigt, bevor diese Chips aus dem Halbleiter-Wafer vereinzelt werden. Dieses erlaubt die Halbleiter-Chips durch das Verbinden mit der Platine oder in ähnlicher Weise, wenn eine Mehrzahl von Anschlussklemmen auf der Oberfläche angeordnet sind, anzuwenden (z.B. Prüfen und/oder Einbrennen). Anschließend können die Halbleiter-Chips aus dem Halbleiter-Wafer vereinzelt werden, woraufhin dieselben Federkontaktstrukturen zum Erreichen von Verbindungen zwischen den Halbleiter-Chips und anderen elektronischen Komponenten (solche wie Leiterbahnsubstrate, Halbleitergehäuse etc.) genutzt werden können. Durch Nutzen der vollmetallisch ausgeführten Verbindungselemente der vorliegenden Erfindung, wie auch der Federkontaktstrukturen, kann das Einbrennverfahren bei Temperaturen von wenigstens 150°C durchgeführt und in weniger als 60 Minuten abgeschlossen werden". Weil die Kontaktspitzenstrukturen, offenbart durch B. Eldridge et al., federnde Kontaktstrukturen bereitstellen, werden die Strukturen jede individuell auf Verbindungskontaktflächen auf dem Halbleiter-Chip befestigt, was eine komplexe und kostenintensive Herstellung erfordert. Ebenso werden die Kontaktspitzenstrukturen leitungsseitig hergestellt, was oftmals die resultierende Geometrie für die Spitzen der Kontakte begrenzt. Darüber hinaus sind solche Kontaktspitzenstrukturen nicht fähig die Erfordernisse von Anwendungen mit kleinen Abständen (z.B. typischerweise in der Ordnung von 50 μm Abstand für eine periphere Prüfplatine oder in der Ordnung von 75 μm Abstand für ein Flächen-Array) zu erfüllen".
T. Dozier II, B. Eldridge, G. Grube, I. Khandros und G. Mathieu, Sockets for Electronic Components and Methods of Connecting to Electronic Components, US-Patent Nr. 5,772,451 (30. Juni 1998) offenbart "Oberflächenbefestigung, an der Unterseite gelötete steckbare elektronische Komponenten wie Halbleitergehäuse lösbar befestigt mit der Schaltungsplatine. Federkontaktstrukturen dehnen sich von der Oberseite eines Stützsubstrats aus, und Lötkugelkontaktstrukturen (oder andere geeignete) werden angewandt auf der Unterseite des Stützsubstrats. Zusammengesetzte Verbindungselemente werden wie die über dem Stützsubstrat angeordneten Federkontaktstrukturen genutzt. In einer geeigneten Weise werden ausgewählte Federkontaktstrukturen auf dem Stützsubstrat über das Stützsubstrat verbunden, um mit den Kontaktstrukturen auf der Unterseite des Stützsubstrats übereinzustimmen. In einer Ausführung, gedacht um ein LGA-Typ-Halbleitergehäuse zu erhalten, wird Druckkontakt zwischen den Federkontaktstrukturen und externen Verbindungspunkten des Halbleitergehäuses mit einer Kontaktbelastung welche normalerweise senkrecht zur Oberseite des Stützsubstrats ist, gemacht. In einer Ausführung, gedacht um ein GBA-Typ-Halbleitergehäuse zu erhalten, wird Druckkontakt zwischen den Federkontaktstrukturen und externen Verbindungspunkten des Halbleitergehäuses mit einer Druckbelastung, welche allgemein parallel zu der Oberseite des Stützsubstrats ist, gemacht".
Andere aufkommende Technologien haben Messspitzen auf Federn offenbart, welche im Batch-Mode-Verfahren hergestellt sind, wie z.B. durch Dünnfilm- oder mikroelektromechanische Systemverfahren (MEMS).
D. Smith und S. Alimonda, Photolithographically Patterned Spring Contact, US-Patent Nr. 5,613,861 (25. März 1997), US-Patent Nr. 5,848,685 (15. Dezember 1998) und internationale Patentanmeldung Nr. PCT/US 96/08018 (angemeldet 30. Mai 1996) offenbart einen photo lithographische gemusterten Federkontakt, welcher auf einem "Substrat ausgebildet ist und elektrisch Kontaktflächen von zwei Baugruppen verbindet. Der Federkontakt kompensiert ebenfalls thermische und mechanische Vibrationen und andere Faktoren der Umgebung. Ein inhärenter Spannungsgradient im Federkontakt bewirkt eine Freiheit der Feder zum Aufbiegen und Wegbiegen vom Substrat. Ein fester Teil verbleibt fixiert auf dem Substrat und wird elektrisch verbunden zu einer ersten Kontaktfläche auf dem Substrat. Der Federkontakt ist aus einem elastischen Material gemacht und der biegsame Anteil des Federkontaktes verbindet eine zweite Kontaktfläche, wodurch die Verbindung der zwei Kontaktflächen entsteht". Weil die photolithographisch gemusterten Federn, wie offenbart durch Smith et al., in der Lage sind viele IC-Prüferfordernisse zu erfüllen, sind die Federn klein und sehen eine kleine vertikale Fügsamkeit vor um die Ebenheitsanforderungen zu erfüllen, die für einen zuverlässigen Betrieb vieler gegenwärtig eingesetzter IC-Prüfsysteme benötigt werden. Vertikale Übereinstimmung vieler Prüfsysteme ist typischerweise in einer Größenordnung von 0,01 cm–0,025 cm (0,004''–0.01''), welche oftmals den Einsatz von Wolframnadelmessspitzen erfordert.
Eine ähnliche Struktur wird in US-A-5,944,537 offenbart, auf welche die vorcharakterisierende Anteile der Ansprüche 1 und 2 bezogen sind.
Während Zwischenträger als Verbindungsstruktur genutzt worden sind, sind herkömmliche Zwischenträger durch ihre Abstandsdichte sowie ihrer Langzeitzuverlässigkeit bei erhöhten Temperaturen limitiert worden, wie z.B. häufig gesehen in Prüf- oder Einbrennumgebungen.
Während Untersuchungssubstrate als Verbindungsstruktur genutzt worden sind, wie z.B. zum Untersuchen löterhöhter Wafer, sind die herkömmlichen Untersuchungssubstrate oftmals teuer und/oder erfordern lange Lieferzeiten. Vertikale Probes, wie z.B. die Cobra Probe^TM sind gegenwärtig verfügbar von International Business Machines aus San Jose, CA. Eine Microspring^TM Probe Anordnung ist gegenwärtig verfügbar von Form Factor, Inc. aus Livermore, CA.
T. Distefano, J. Smith und A. Faraci, Fixtures and Methods for Lead Bonding and Deformation, US-Patent Nr. 6,080,603 (27. Juni 2000) offenbart "In einer Methode zum Befestigen eines schichtähnlichen mikroelektronischen Elements, umfasst das schichtenähnliche Element eine dielektrische Schicht, welche eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und zuerst an einem Erweiterungsring befestigt ist. Der Erweiterungsring wird dann beheizt, um das schichtenähnliche Element einzuspannen. Ein Gehäusering, der einen kleineren äußeren Durchmesser als den internen Durchmesser des Erweiterungsrings aufweist, wird dann ver bunden mit dem schichtähnlichen Element. Eine Mehrzahl von Anschlüssen werden auf der Unterseite des schichtenähnlichen Elements gebildet, die Verbindungsflächen aufweisen. In anderen Ausführungen ist eine Methode zum Verbinden von Verbindungsflächen auf einem schichtenähnlichen mikroelektronischen Element mit einer mikroelektronischen Komponente bereitgestellt".
T. Distefano und J. Smith, Methods of Making Connections to a Microelectronic Unit, US-Patent Nr. 6.044,548 (4. April 2000) offenbart "Eine Methode zum Herstellen von Verbindungen zu einer mikroelektronischen Baugruppe beinhaltet die Schritte zum Bereitstellen einer Verbindungskomponente, die eine flexible dielektrische Oberfläche aufweist, eine Mehrzahl von Anschlussklemmen auf der Oberseite und eine Mehrzahl von elektrisch leitenden verlängerten flexiblen Anschlüssen, verbunden mit den Anschlussklemmen und sich nebeneinander abwärts von den Anschlussklemmen weg, von der Oberseite zu den unteren von der Oberseite entfernten Enden erstreckend. Die Verbindungskomponente wird dann mit der vorderen Oberfläche der mikroelektronischen Baugruppe, die eine Mehrzahl von Anschlüssen darauf aufweist, belegt, während die Verbindungskomponente und die mikroelektronische Baugruppe Wärme und Druck ausgesetzt werden, so dass sich die unteren Enden der Anschlüsse entfernt von der Oberseite mit den Kontakten der mikroelektronischen Baugruppe verbinden, um damit elektrische Verbindungen zu bilden".
M. Beroz, B. Haba und C. Pickett, Lead Formation Using Grids, US-Patent Nr. 6,063,648 (16. Mai 2000) offenbart "Eine Komponente zum Herstellen mikroelektronischer Baugruppen beinhaltet ein Raster von eingefügten Anschlüssen, deren Enden untereinander verbunden sind durch empfindliche Elemente. Ein Ende jedes Anschlusses ist verbunden mit einem oberen Element und das andere Ende jedes Anschlusses ist verbunden mit einem unteren Element. Die oberen und unteren Elemente werden voneinander weg bewegt, wobei die empfindlichen Elemente brechen und die Anschlüsse in vertikaler Richtung in erheblicher Weise deformieren. Eine fließfähige Mischung, wie z.B. dielektrisches Material, kann während oder nach dem Bewegungsschritt um die Anschlüsse injiziert werden. Die resultierende Baugruppe kann zum Bilden permanenter oder temporärer Bindungen zwischen mikroelektronischen Elementen genutzt werden".
K. Gilleo, G. Grube und G. Mathieu, Compliant Semiconductor Chip Assemblies and Methods of Making Same, US-Patent Nr. 6,020,220 (1. Februar 2000) offenbart "Eine Gehäuseanordnung eines Halbleiter-Chips ist mit Kontaktflächen auf dem Chip befestigt. Eine nachgiebige Zwischenträgerschicht ist zwischen dem Chip und einer dielektrischen, verdrahteten Substratschicht angeordnet. Die Kontakte auf dem Chip werden mit Anschlussklemmen auf der nachgiebigen Zwischenträgerschicht mittels eines nachgiebigen leitenden Polymers, das sich durch eine Öffnung in der Zwischenträgerschicht erstreckt, verbunden. Nachgiebigkeit in der Zwischenträgerschicht und in dem leitenden Polymer erlauben eine relative Bewegung der Anschlussklemmen auf der dielektrischen, verdrahteten Substratschicht bezüglich der Kontakte auf dem Chip und entlasten daher die Scherbelastung, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnung bewirkt wird. Die Anordnung erlaubt eine kompakte Gehäusestruktur ähnlich der, die durch eine Flip-Chip-Verbindung erreicht wird, aber mit merklich erhöhtem Widerstand gegen thermisch zyklischen Schaden. Weiterhin erlaubt die Gehäusestruktur die Standardisierung der Gehäuse, so dass unterschiedliche Unternehmen konkurrierende Chips herstellen können, welche so in ein Gehäuse eingebaut werden, dass die resultierenden Gehäusestrukturen annähernd gleich sind in Punkto was den Endverbraucher anbelangt".
T. DiStefano, Z. Kovac und J. Smith, Bondable Compliant Pads for Packaging of a Semiconductor Chip and Method Therefor, US-Patent Nr. 6,030,856 (29. Februar 2000) offenbart "Eine Methode zum Herstellen eines Mikroelektronikgehäuses beinhaltet das Bereitstellen erster und zweiter mikroelektronischer Elemente, die elektrisch leitende Teile aufweisen und ein Federelement anwenden, das eine oder mehrere Zwischenschichten aufweist, die geeignet sind, um mit einem Haftmittel zwischen den mikroelektronischen Elementen versehen zu sein. Das elastische Element enthält Fasermaterial, eine faserige Substanz und/oder auf den Zwischenschichten gebildete Hohlräume. Ein Haftmittel ist zwischen den Zwischenschichten und den mikroelektronischen Elementen vorgesehen. Das Haftmittel wird dann ausgehärtet, während es in Verbindung mit den Zwischenschichten zum Verbinden des Federelements und der mikroelektronischen Elemente verbleibt. Die elektrisch leitenden Teile sind dann aneinandergebunden um elektrische Verbindungen zu bilden. Ein Mikroelektronikgehäuse, das ein Federelement beinhaltet, das eine oder mehrere Zwischenschichten beinhaltet, die geeignet sind mit einem Haftmittel versehen zu sein, ist ebenfalls bereitgestellt".
P. Bellaar, T. DiStefano, J. Fjelstad, C. Pickett und J. Smith, Microelectronic Component with Rigid Interposer, US-Patent Nr. 6,002,168 (14. Dezember 1999) offenbart "Eine mikroelektronische Komponente für das Befestigen eines starren Substrats, wie z.B. eine hybride Schaltung mit einem starren Auflagesubstrat, wie z.B. eine Leiterplattenplatine. Die mikroelektronische Komponente umfasst einen starren Zwischenträger, welcher einen Chip befestigt auf seiner ersten Oberfläche haben kann; eine Anordnung von Kontakten auf dem starren Zwischenträger; einen flexiblen Zwischenträger aufliegend auf der zweiten Oberfläche des starren Zwischenträgers; eine Anordnung von Anschlussklemmen auf dem flexiblen Zwischenträger; flexible Anschlüsse; und lötzinnbeschichtete Kupferkugeln befestigt auf dem flexiblen Zwischenträger. Die mikroelektronische Komponente kann eine Steckanordnung befestigt auf der ersten Oberfläche des starren Zwischenträgers haben. Die mikroelektronische Komponente kann auf einem starren Auflagesubstrat befestigt sein".
B. Eldridge, G. Grube, I. Khandros und G. Mathieu, Method fo Making Contact Tip Structures, US-Patent Nr. 5,864,946 (2. Februar 1999) offenbart "Elastische Kontaktstrukturen werden direkt an die Kontaktflächen des Halbleiterchips befestigt, bevor die Chips vereinzelt (separiert) aus einem Halbleiter-Wafer werden. Dies ermöglicht die Halbleiter-Chips zu gebrauchen (z.B. geprüft und/oder eingebrannt) durch das Verbinden der Halbleiter-Chips mit einer Schaltungsplatine oder auf ähnliche Weise, wenn eine Mehrzahl von Anschlussklemmen auf der Oberfläche hiervon vorhanden ist. Anschließend können die Halbleiter-Chips aus dem Halbleiter-Wafer separiert werden, wonach dieselben elastischen Kontaktstrukturen zum Erreichen der Verbindungen zwischen den Halbleiter-Chips und anderen elektronischen Komponenten (wie z.B. verdrahtete Substrate, Halbleitergehäuse etc.) genutzt werden können. Das Einbrennen kann bei Temperaturen von wenigstens 150°C durchgeführt werden und kann in weniger als 60 Minuten abgeschlossen werden durch die Nutzung der vollmetallischen Verbindungselemente der vorliegenden Erfindung wie der elastischen Kontaktstrukturen".
B. Eldridge, G. Grube, I. Khandros und G. Mathieu, Wafer-Level Test and Burn-In, and Semiconductor Process, US-Patent Nr. 6.032,356 offenbart " Elastische Kontaktstrukturen werden direkt an die Kontaktflächen des Halbleiterchips befestigt, bevor die Chips vereinzelt (separiert) aus einem Halbleiter-Wafer werden. Dies ermöglicht die Halbleiter-Chips zu gebrauchen (z.B. geprüft und/oder eingebrannt) durch das Verbinden der Halbleiter-Chips mit einer Schaltungsplatine oder auf ähnliche Weise, wenn eine Mehrzahl von Anschlussklemmen auf der Oberfläche hiervon vorhanden ist. Anschließend können die Halbleiter-Chips aus dem Halbleiter-Wafer separiert werden, wonach dieselben elastischen Kontaktstrukturen zum Erreichen der Verbindungen zwischen den Halbleiter-Chips und anderen elektronischen Komponenten (wie z.B. verdrahtete Substrate, Halbleitergehäuse etc.) genutzt werden können. Das Einbrennen kann bei Temperaturen von wenigstens 150°C durchgeführt werden und kann in weniger als 60 Minuten abgeschlossen werden durch die Nutzung der vollmetallischen Verbindungselemente der vorliegenden Erfindung wie der elastischen Kontaktstrukturen".
D. Hembree, W. Farnworth und J. Wark, Force Applying Probe Card and Test System for Semiconductor Wafers, US-Patent Nr. 6,078,186 (20. Juni 2000) offenbart "Eine Untersuchungsplatine zum Prüfen eines Halbleiter-Wafers, eine Prüfmethode und ein Prüfsystem, das die Untersuchungsplatine einsetzt, sind bereitgestellt. Die Untersuchungsplatine beinhaltet: ein Substrat; eine Verbindung gleitend befestigt mit dem Substrat; und ein belastender Mechanismus zum Ausrichten von Kontakten auf die Verbindung in elektrischer Übereinstimmung mit den Kontakten des Wafers. Der belastende Mechanismus beinhaltet gefederte elektrische Verbinder, welche elektrische Pfade zu der Verbindung bieten und eine gerichtete Belastung generieren. Die gerichtete Kraft wird durch die Auswahl einer Federkonstante der elektrischen Verbinder und einem Betrag der Z-Richtungsverschiebung zwischen der Untersuchungsplatine und Wafer gesteuert. Die Untersuchungsplatine enthält auch einen Einstellmechanismus für das Einstellen der Verbindung hinsichtlich dem Wafer".
Es wäre vorteilhaft eine Gehäusestruktur in Chipgröße bereitzustellen, welche nachgiebige elektrische Verbindungen umfasst, welche direkt auf dem IC-Wafer ohne zusätzliche Gehäuseeinbauschritte aufgebaut werden kann, und kompatibel mit gegenwärtigen IC-Herstellungslinien ist. Es wäre ebenfalls vorteilhaft eine Zwischenträgerstruktur bereitzustellen, die nachgiebige elektrische Verbindungen hoher Dichte hat, welche durch Nutzen von Batch-Verfahren hergestellt werden kann. Darüber hinaus wäre es vorteilhaft eine Messspitzenkontaktierungsstruktur bereitzustellen, die nachgiebige elektrische Verbindungen hoher Dichte in geringerer Stärke als bei gewöhnlichen Zwischenträgertechniken hat, welche durch Nutzen von Batch-Verfahren hergestellt werden kann.
Die Hin- und Rücklaufzeit zwischen einer zu prüfenden Baugruppe und herkömmlichen Prüfanlagen ist oftmals länger als die Aktivierung von Reaktionszeiten von elektronischen Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Es wäre vorteilhaft ein Prüfschnittstellensystem, welches diese Laufzeit reduziert indem es Hochgeschwindigkeitsprüfelektronik nahe der zu prüfenden Baugruppe platziert, aufgrund von Platz- und Kostenbeschränkungen, bereitzustellen. Darüber hinaus wäre es vorteilhaft ein Prüfschnittstellensystem bereitzustellen, welches die Kosten, Komplexität, Werkzeugbereitstellung und Umstellungszeit, welche erforderlich ist um die Prüfstruktur für das Testen unterschiedlicher Baugruppen zu ändern, minimiert. Die Entwicklung solch eines Systems würde einen großen technologischen Vorteil darstellen.
Es wäre vorteilhaft ein Prüfschnittstellensystem vorzusehen, welches Prüfkontakt mit vielen, Hunderten oder Hunderttausenden von Kontaktflächen für eine oder mehrere separierte Baugruppen bereitstellt, welche auf einem nachgiebigen Wafer-Träger befestigt sind, z.B. für intensiviertes paralleles Prüfen und/oder Einbrennanwendungen, wobei die Kontaktflächen dicht beieinander mit einem minimalen Abstand von annähernd 1 mil oder kleiner sein können, wobei eine gleichförmige Belastung und Minimierung von Kontaktflächenschäden über den gesamten Wafer bereitgestellt ist. Es wäre weiterhin vorteilhaft ein derartiges Prüf schnittstellensystem bereitzustellen, welches die Verbindungen zwischen den zu prüfenden Baugruppen und der Prüfelektronik organisiert und steuert, während die Signalintegrität und Leistung und Massestabilität erhalten bleibt, und absichert, dass nicht zwei oder mehrere benachbarte Kontaktflächen durch eine einzelne Prüfspitze kontaktiert werden. Darüber hinaus wäre es vorteilhaft eine derartige Prüfstruktur bereitzustellen, welche vorzugsweise eine Übereinstimmung in der Ebenheit mit der zu testenden Baugruppe bietet. Die Entwicklung solch eines Systems würde einen weiteren technologischen Vorteil darstellen.
Zusätzlich wäre es vorteilhaft ein deratiges Prüfsystem bereitzustellen, welches vorzugsweise durchgehenden Kontakt mit vielen, Hunderten oder Hunderttausenden von Kontaktflächen für eine oder mehrere Baugruppen auf einem nachgiebigen Wafer-Träger über einen weiten Temperaturbereich bietet, während eine thermische Isolation zwischen der Prüfelektronik und den zu prüfenden Baugruppen bereitgestellt ist. Ebenso wäre es vorteilhaft ein System für eine separate thermische Kontrolle des Prüfsystems und der zu prüfenden Baugruppen bereitzustellen.
Es wäre ebenfalls vorteilhaft ein Prüfschnittstellensystem bereitzustellen, welches zum schnellen Detektieren von Versorgungsspannung-Masse-Kurzschlüssen in jedem Chip und zum Isolieren von Versorgungsspannung von einem Chip, bei welchem ein detektierter Versorgungsspannung-Masse-Kurzschluss vorliegt, bevor Schaden an der Prüfelektronik entsteht, genutzt werden kann. Zusätzlich wäre es vorteilhaft eine Prüfschnittstellenstruktur bereitzustellen, welche detektieren kann, dass die Kontakte zu vielen, Hunderten oder Hunderttausenden von Kontaktflächen zuverlässig ausgeführt sind und jeder der Kontakte innerhalb der Kontaktwiderstandsspezifikation ist, um sichern zu stellen, dass die Selbstinduktivität und die Selbstkapazität von jeder Signalleitung kleiner als Werte sind, die die Prüfsignalintegrität nachteilig beeinflussen würden, und um sichern zu stellen, dass die beidseitige Induktivität und die beidseitige Kapazität zwischen Paaren von Signalleitungen und zwischen Signalleitungen und Versorgungsspannungs- oder Masseleitungen unterhalb von Werten sind, die die Prüfsignalintegrität nachteilig beeinflussen würden. Ebenso wäre es auch vorteilhaft eine Prüfschnittstellenstruktur bereitzustellen, welche Detektion von Anregung und Antwort und Analyse für viele, Hunderte oder Tausende von parallel zu testenden Chips bereitstellt, und welche vorzugsweise Diagnosetests für einen defekten Chip im Parallelmodus und bei fortgesetztem Prüfen aller anderen Chips bereitstellt.
Darüber hinaus wäre es vorteilhaft ein großes Array-Schnittstellensystem bereitzustellen, welches zuverlässig und wiederholt Kontakt zu vielen, Hunderten oder Hunderttauschenden von Kontaktflächen ohne die Notwendigkeit von periodischer Unterbrechung und Überprüfung und/oder Säuberung der Prüfschnittstellenstruktur herstellen kann.
Es würde ebenfalls vorteilhaft sein, ein System für bevorzug parallele Verbindungen zwischen elektrischen Komponenten, wie z.B. zwischen Computersystemen, welche Federmessspitzen innerhalb der Verbindungsstruktur verwenden, um hohe Anschlusszahlen, kleine Abstände, kosteneffektive Herstellung und anpassbare Federspitzen zu bieten, bereitzustellen. Die Entwicklung solch eines Verfahrens und Vorrichtung würde einen großen technologischen Vorteil darstellen.
Die Erfindung stellt eine Verbindungsstruktur wie in Anspruch 1 definiert und ein Herstellungsverfahren wie in Anspruch 11 definiert bereit.
Mehrere Ausführungen von Metallspannungsfedern werden dargelegt, welche typischerweise eine Mehrzahl von Metallspannungsschichten umfassen, welche auf einem Substrat gebildet und dann kontrollierbar gemustert und teilweise aus dem Substrat ausgelöst werden. Ein effektiver Drehwinkel wird typischerweise in den gebildeten Metallspannungsfedern erzeugt, der eine schleifenförmige Federstruktur definiert. Die gebildeten Federn stellen nachgiebige elektrische Kontakte mit großem Abstand für eine große Vielfalt an Verbindungsstrukturen, einschließlich Gehäuse für Halbleiter in Chipgröße, Zwischenträgerverbinder mit einer hohen Dichte und Messspitzenkontakte, bereit.
Die Erfindung wird weiter nur als Beispiel mit Bezug zu den beigefügten Abbildungen beschrieben, in welchen:
1 eine schematische Ansicht von einem linearen Array von photolithographisch gemusterten Federn vor dem Auslösen aus einem Substrat ist;
2 eine perspektivische Ansicht von einem linearen Array von photolithographisch gemusterten Federn nach dem Auslösen aus einem Substrat ist;
3 eine Seitenansicht von einer ersten photolithographisch gemusterten Feder mit kurzer Länge ist, die einen ersten effektiven Radius und eine Höhe hat, nachdem die Feder mit kurzer Länge aus einem Substrat ausgelöst ist;
4 eine Seitenansicht von einer zweiten photolithographisch gemusterten Feder mit langer Länge ist, die einen zweiten großen effektiven Radius und eine Höhe hat, nachdem die Feder mit langer Länge aus einem Substrat ausgelöst ist;
5 eine perspektivische Ansicht von gegenüberliegenden photolithographischen Federn ist, die ein ineinandergreifendes Federspitzenmuster haben, bevor die Federn aus einem Substrat ausgelöst sind;
6 eine perspektivische Ansicht von gegenüberliegenden photolithographischen Federn ist, die ein ineinandergreifendes Federspitzenmuster haben, nachdem die Federn aus einem Substrat ausgelöst sind;
7 eine Draufsicht ist von einem ersten gegenüberliegenden Paar von ineinandergreifenden photolithographischen Mehrpunkt-Federmessspitzen, das in Kontakt mit einer einzelnen Leiterbahn auf einer integrierten Schaltungsbaugruppe steht, und einem zweiten gegenüberliegenden Paar von ineinandergreifenden photolithographischen Mehrpunkt-Federmessspitzen, das in Kontakt mit einer einzelnen Kontaktfläche auf der integrierten Schaltungsbaugruppe steht;
8 eine schematische Ansicht von gegenüberliegenden photolithographischen Einpunkt-Federmessspitzen ist, bevor die Federn aus einem Substrat ausgelöst sind;
9 eine Draufsicht von parallelliegenden und gegenüberliegenden photolithographischen Einpunkt-Federmessspitzen ist, nachdem die Federn aus einem Substrat ausgelöst sind, und in Kontakt mit einer einzelnen Kontaktfläche auf einer integrierten Schaltungsbaugruppe sind;
10 eine Vorderansicht von einer photolithographischen Schulterpunkt-Federmessspitze ist;
11 eine teilweise Querschnittsseitenansicht einer photolithographischen Schulterpunkt-Federmessspitze ist, die in Kontakt mit einer Leiterbahn auf einer integrierten Schaltungsbaugruppe ist;
12 eine perspektivische Ansicht von einer photolithographischen mehrfachen Schulterpunkt-Federmessspitze ist;
13 eine teilweise Querschnittsansicht von einem mehrschichtzigen Federmessspitzensubstrat ist, das gesteuerte Impedanz und integrierte Komponenten bereitstellt;
14 eine schematische Ansicht von einem Substrat ist, in welcher zwischen einer Mehrzahl von Federmessspitzen und einer Mehrzahl von Durchgangskontaktierungen eine Mehrzahl von Leiterbahnverteilungsbereichen auf der Messspitzenoberfläche des Substrats definiert ist;
15 eine schematische Layout-Ansicht von einer integrierten Schaltung ist, die mit IC-Kontaktflächen verbundene Metallspannungsfedern bereitstellt, die auf der IC-Substratoberfläche aufgebracht und vor dem Auslösen aus der Substratoberfläche sind;
16 eine schematische Layout-Ansicht von einer integrierten Schaltung ist, die mit IC-Kontaktflächen verbundene Metallspannungsfedern hat, die sich von der Substratoberfläche erstrecken;
17 eine Teilansicht eines Ausschnitts von einer integrierten Schaltung ist, die schleifenförmige Metallspannungsfedern hat, die verbunden mit IC-Kontaktflächen sind und sich von der Substratoberfläche erstrecken, wobei ein Teil der Metallspannungsfedern in ein Stützsubstrat eingebettet ist;
18 eine Seitenansicht von integrierten Schaltungsbaugruppen auf einem Halbleiter-Wafer ist;
19 eine Seitenansicht von einem Halbleiter-Wafer ist, der integrierte Schaltungsbaugruppen hat, welcher mit einem nachgiebigen Wafer-Trägersubstrat befestigt ist;
20 eine Seitenansicht ist, welche die Vereinzelung zwischen integrierten Schaltungen eines Halbleiter-Wafers zeigt, welcher mit einem nachgiebigen Wafer-Trägersubstrat befestigt ist;
21 eine Seitenansicht ist, die separierte integrierte Schaltungen auf einem nachgiebigen Wafer-Trägersubstrat zeigt, welches mit einer Prüfvorrichtung befestigt ist;
22 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger ist;
23 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger ist, der ausgebildete Erhebungen auf einem zweiten Oberflächenkontaktbereich hat;
24 eine Seitenquerschnittsansicht von einem überzogenen Metallspannungsfeder-Zwischenträger ist;
25 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger ist, der ausgefüllte Erhebungen auf einem ersten Oberflächenkontaktbereich und schleifenförmige Metallspannungsfedern hat, welche sich teilweise über eine Polymer-Zwischenträgerschicht hinaus erstrecken;
26 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger ist, in welcher die Zwischenträgerschicht eine Mehrzahl von Polymerschichten umfasst;
27 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger ist, in welcher die Metallspannungsfedern einen effektiven Federwinkel kleiner als 90° haben;
28 eine Teilansicht von einem quadratisch abschließenden Ende von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder ist;
29 eine Teilansicht von einem zugespitzt abschließenden Ende von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder ist;
30 eine Seitenansicht von einem zugespitzt abschließenden Ende von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder ist, welche weiter Haltenuten umfasst;
31 eine Teilansicht von einem zugespitzt abschließenden Ende von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder ist, welche weiter Haltekanten umfasst;
32 eine schematische Ansicht von einer Kontaktfläche von einer schleifenfürmigen Metallspannungsfeder ist, in welcher die Kontaktfläche einen ausgeweiteten rechteckförmigen Kontaktbereich umfasst;
33 eine schematische Ansicht von einer Kontaktfläche von einer schleifenfürmigen Metallspannungsfeder ist, in welcher die Kontaktfläche einen ausgeweiteten achteckigen Kontaktbereich umfasst;
34 eine schematische Ansicht von einer Kontaktfläche von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder ist, in welcher die Kontaktfläche einen ausgeweiteten rautenförmigen Kontaktbereich umfasst;
35 eine Ansicht von einem ersten Schritt von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger-Aufbauverfahren ist, in welcher ein Opfersubstrat bereitgestellt ist;
36 eine Ansicht von einem zweiten Schritt von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger-Aufbauverfahren ist, in welcher eine oder mehrere Metallspannungsfederschichten auf dem Opfersubstrat gebildet sind;
37 eine Ansicht von einem dritten Schritt von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger-Aufbauverfahren ist, in welcher unebene Abschnitte von den Metallspannungsfedern kontrollierbar gebildet sind, die sich von dem Opfersubstrat aus erstrecken;
38 eine Ansicht von einem vierten Schritt von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger-Aufbauverfahren ist, in welcher ein Zwischenträgersubstrat auf das Opfersubstrat und über die Metallspannungsfedern aufgetragen ist;
39 eine Ansicht von einem fünften Schritt von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger-Aufbauverfahren ist, in welcher ein äußerer Anteil von dem aufgetragenen Zwischenträgersubstrat entfernt ist, um auf obere Kontaktabschnitte von den Metallspannungsfedern zuzugreifen;
40 eine Ansicht von einem sechsten Schritt von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger-Aufbauverfahren ist, in welcher das Opfersubstrat vom Zwischenträgersubstrat entfernt ist, wodurch die unteren Kontaktabschnitte von den Metallspannungsfedern freigelegt sind;
41 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfederkontakt ist, der sich von einem elastomerischen Substrat erstreckende Kontaktflächen hat;
42 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfederkontakt ist, der sich von einem elastomerischen Substrat erstreckende erhöhte Kontaktflächen hat;
43 eine Seitenquerschnittsansicht von einem überzogenen Metallspannungsfederkontakt ist, der sich von einem elastomerischen Substrat erstreckende Kontaktflächen hat;
44 eine Seitenquerschnittsansicht von einem überzogenen Metallspannungsfederkontakt ist, der sich von einem Kontaktsubstrat erstreckende Kontaktflächen hat;
45 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfederkontakt ist, der schleifenförmige Metallspannungsfedern hat, welche sich teilweise über eine Polymerschicht hinaus erstrecken;
46 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfederkontakt ist, in welcher die Stützschicht eine Mehrzahl von Polymerschichten umfasst;
47 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfederkontakt ist, in welcher die Metallspannungsfedern einen effektiven Federwinkel kleiner als 90° haben;
48 eine Ansicht von einem ersten Schritt von einem Metallspannungsfederkontakt-Aufbauverfahren ist, in welcher ein Kontaktsubstrat, das Durchkontaktierungen hat, bereitgestellt ist;
49 eine Ansicht von einem zweiten Schritt von einem Metallspannungsfederkontakt-Aufbauverfahren ist, in welcher eine oder mehrere Metallspannungsfederschichten auf dem Kontaktsubstrat gebildet sind;
50 eine Ansicht von einem dritten Schritt von einem Metallspannungsfederkontakt-Aufbauverfahren ist, in welcher unebene Abschnitte von den Metallspannungsfedern, die sich vom Kontaktsubstrat aus erstrecken, kontrollierbar gebildet sind;
51 eine Ansicht von einem bevorzugten vierten Schritt von einem Metallspannungsfederkontakt-Aufbauverfahren ist, in welcher die gebildeten unebenen Abschnitte von den Metallspannungsfedern, die sich vom Kontaktsubstrat aus erstrecken, kontrollierbar überzogen sind;
52 eine Ansicht von einem fünften Schritt an einem Metallspannungsfedernkontakt-Aufbauverfahren ist, in welcher ein Sekundärsubstrat über die gebildeten unebenen Abschnitte von den Metallspannungsfedern, die sich vom Kontaktsubstrat aus erstrecken, aufgetragen ist;
53 eine Ansicht von einem sechsten Schritt von einem Metallspannungsfederkontakt-Aufbauverfahren ist, in welcher ein äußerer Anteil von dem aufgetragenen Sekundärsubstrat entfernt ist, um auf obere Kontaktbereiche von den Metallspannungsfedern zuzugreifen; und
54 eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfederkontakt ist, der eine Federmessspitzenkontaktfläche hat, die sich von dem Kontaktsubstrat erstreckt, in welcher eine Verbindung zwischen dem Metallspannungsfederkontakt und einer Leiterbahnenplatine durch einen Lötkugelkontakt hergestellt ist.
1 ist eine schematische Ansicht 10 von einem linearen Array 12 von photolithographisch gemusterten Federn 14a–14n, vor Auslösen aus einem Substrat 16. Die leitenden Federn 14a–14n werden typischerweise auf der Substratschicht 16 durch aufeinanderfolgende Schichten von aufgetragenem Metall 17, z.B. wie Schichten 17a, 17b in 13, typischerweise durch niedriges und hohes Energieplasma und Sprühauftragungsverfahren, gefolgt von photolithographischer Musterung, wie allgemein in der Halbleiterindustrie bekannt ist, gebildet. Die aufeinanderfolgenden Schichten 17 haben unterschiedliche inhärente Spannungsniveaus. Die Auslösebereiche 18 des Substrats 16 werden dann verarbeitet durch Unterätzung, wodurch Abschnitte von den Federkontakten 14a–14n, welche sich oberhalb der Auslösebereiche 18 befinden von dem Substrat 16 ausgelöst werden und sich ausstrecken z.B. wegkrümmen von dem Substrat 16, als ein Folge der inhärenten Spannungen zwischen den aufgetragenen Schichten. Fixierte Bereiche 15 (3, 4) von den aufgetragenen Metallleiterbahnen verbleiben befestigt mit dem Substrat 16 und werden typischerweise für Routing (z.B. wie für Umverteilung oder Ausbreiten) von den Federkontakten 14a–14n genutzt. 2 ist eine perspektivische Ansicht 22 von einem linearen Array 12 von photolithographisch gemusterten Federn 14a–14n nach Auslösen aus einem Substrat 16. Die Federkontakte 14a–14n können in Arrays mit hoher Dichte gebildet sein, mit einem Feinabstand 20 gegenwärtig in der Ordnung von 0,00254 cm (0.001 inch).
3 ist eine Seitenansicht 26a von einer ersten photolithographisch gemusterten Feder 14, die eine kurze Länge 28a hat, welche gebildet wird um einen ersten effektiven Federwinkel 30a (welcher von einigen Grad bis zu einem vollen Kreis sein kann), Federradius 31a und Federhöhe 32a zu definieren, nachdem die gemusterte Feder 14 aus dem Auslösebereich 18a des Substrats 16 weg von dem ebenen Verankerungsbereich 15 ausgelöst ist. 4 ist eine Seitenansicht 26b von einer zweiten photolithographisch gemusterten Feder 14, die eine lange Federlänge 28b hat, welche gebildet wird um einen zweiten großen effektiven Federwinkel 30b, Federradius 31b und Federhöhe 32b zu definieren, nachdem die gemusterte Feder 14 aus dem Auslösebereich 18b des Substrats 16 ausgelöst ist. Die effektive Geomet rie der gebildeten Federspitzen 14 ist bezogen auf die beabsichtigte Anwendung hoch anpassbar. Ebenso sind die Federspitzen typischerweise flexibel, was ihnen erlaubt für viele Anwendungen genutzt zu werden.
Gemusterte Federmessspitzen 14 sind für sehr kleine Feder-zu-Feder-Abstände 20 geeignet, was erlaubt, mehrere Federmessspitzen 14 zum Kontaktieren von Spannungsversorgungs- oder Massekontaktflächen auf einer integrierten Schaltungsbaugruppe 44 (7) zu nutzen, und dabei gegenwärtig vorhandene Fähigkeiten zu verbessern. Ebenso können mehrere Federnmessspitzen 14 für Messspitzen-I/O-Kontaktflächen 47 auf einem IC-Substrat 48 (9), wie z.B. auf einer zu testenden integrierten Schaltungsbaugruppe (DUT) 44, genutzt werden. Jeder Federmessspitzenkontakt 14 kann nach dem Gebrauch der Federkontakte 14 für die zu testenden integrierten Schaltungsbaugruppen 44, auf Kontinuität überprüft werden.
Verbesserte Strukturen für Miniaturfedern. 5 ist eine erste perspektivische Ansicht von gegenüberliegenden photolithographischen Federn 14a, 14b, die ineinandergreifende Federspitzenmuster haben, vor Feder-Substrat-Auslösung. 6 ist eine perspektivische Ansicht von gegenüberliegenden ineinandergreifenden. photolithographischen Federn 14a, 14b nach Feder-Substrat-Auslösung.
Jede der ineinandergreifenden photolithographischen Federn 14a, 14b hat eine Mehrzahl von Federkontaktpunkten 24. Wenn Federkontakte zum Verbinden von Versorgungsspannungs- oder Masseleiterbahnen 46 oder Kontaktflächen 47 von einer integrierten Schaltungsbaugruppe 44 genutzt werden, tritt der größte elektrische Widerstand an dem Kontaktpunkt auf. Deshalb verringert ein ineinandergreifender Federkontakt 14, der eine Mehrzahl von Kontaktpunkten 24 hat, von Natur aus den Widerstand zwischen dem Federkontakt 14 und einer Leiterbahn 46 oder Kontaktfläche 47. Wie vorstehend beschrieben, können mehrere ineinandergreifende Federmessspitzen 14 für viele Anwendungen, z.B. für hochqualitative elektrische Verbindungen für eine integrierte Schaltungsbaugruppe 44 wie auch für Verbinden einer integrierten Schaltungsbaugruppe 44 mit einer Messspitze beim Prüfen, genutzt werden.
7 ist eine Draufsicht 42 von gegenüberliegenden ineinandergreifenden photolithographischen Federpaaren 14a, 14b in Kontakt mit denselben Leiterbahnen 46 oder Kontaktflächen 47 auf einer zu testenden integrierten Schaltungsbaugruppe 44 (DUT). Das ineinandergreifende Federkontaktpaar 14a und 14b ermöglicht beiden Federn 14a und 14b, wobei jede eine Mehrzahl von Kontaktpunkten 24 hat, dieselbe Leiterbahn 46 oder Kontaktfläche 47 zu kontaktieren. Wie in 5 gezeigt, werden mehrere Spitzen auf jeder Feder 14a, 14b gebildet, wenn eine Zickzack-Aussparung 38 zwischen den zwei Federn 14a, 14b auf einem Substrat 16 gebildet ist. Bevor die ineinandergreifenden Federmessspitzen 14a, 14b aus dem Substrat 16 ausgelöst werden, sind die ineinandergreifenden Punkte 24 innerhalb eines überlappenden ineinandergreifenden Bereiches angeordnet. Wenn die ineinandergreifenden Federmessspitzen 14a, 14b aus dem Substrat 16 ausgelöst sind, verbleiben die ineinandergreifenden Federpunkte 24 in enger Nachbarschaft zueinander innerhalb eines Kontaktbereiches 40, welcher zwischen den Federn 14a, 14b definiert ist. Das ineinandergreifende Federkontaktpaar 14a und 14b kann dann positioniert sein, so dass beide ineinandergreifenden Federmessspitzen 14a und 14b dieselbe Leiterbahn 46 kontaktieren, wie z.B. für eine zu prüfende Baugruppe 44, was erhöhte Zuverlässigkeit bietet. Ebenso, da jede ineinandergreifende Feder 14a, 14b mehrere Federpunkte 24 einschließt, ist Kontakt mit einer Leiterbahn 46 erhöht, während das Potential für entweder Überhitzung oder Stromdurchschlag über die mehreren Kontaktpunkte 24 minimiert ist.
8 ist eine Draufsicht von parallel- und gegenüberliegenden photolithographischen Einzelpunkt-Federn 14, bevor die Federn 14 aus einem Substrat 16 ausgelöst sind. Wie vorstehend für ineinandergreifende Federn 14a, 14b beschrieben, können parallele Federn 14 auch so platziert sein, dass die Federspitzen 24 von mehreren Federn eine einzelne Leiterbahn 46 auf einer Baugruppe 44 kontaktieren. Ebenso können gegenüberliegende Federmessspitzen 14 auf einem Substrat 16 einander überlappen, so dass auf Auslösen aus dem Substrat 16 über einem Auslösebereich 18 die Federspitzen 24 in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet sind. 9 ist eine Draufsicht von parallel- und gegenüberliegend parallelen photolithographischen Einzelpunkt-Federn 14, nachdem die Federn 14 aus dem Substrat 16 ausgelöst sind, worin die parallel- und gegenüberliegend parallelen photolithographischen Einzelpunkt-Federn 14 eine einzelne Kontaktfläche 47 auf einer integrierten Schaltungsbaugruppe 44 kontaktieren.
10 ist eine Vorderansicht von einer photolithographischen Schulterpunkt-Feder 14, die einen Punkt 52 hat, der sich von einer Schulter 54 erstreckt. 11 ist eine teilweise Querschnittsseitenansicht von einer photolithographischen Schulterpunkt-Feder 14 in Kontakt mit einer Leiterbahn 46 auf einer integrierten Schaltungsbaugruppe. 12 ist eine perspektivische Ansicht von einer photolithographischen Feder 14 mit mehreren Schulterpunkten. Einzelpunkt-Federmessspitzen 14 bieten typischerweise guten physikalischen Kontakt mit Leiterbahnen 46 auf einer integrierten Schaltungsbaugruppe 44, oftmals durch Durchstechen vorhandener Oxidschichten auf Leiterbahnen 46 oder Kontaktflächen 47 durch eine einzelne scharfkantige Messspitze 24. Jedoch für Halbleiter-Wafer 104 (17) oder integrierte Schaltungsbaugruppen, die dünne oder relativ weiche Leiterbahnen 46 oder Kontaktflächen 47 haben, kann eine einzelne lange Messspitze 24 die Tiefe von der Leiterbahn 46 durchstechen, wie z.B. in das IC-Substrat 48 oder in andere Schaltungen.
Photolithographische Schulterpunkt-Federn 14 schließen deshalb einen oder mehrere sich erstreckende Punkte 52 ebenso wie eine Schulter 54 ein, wobei die Punkte 52 gewünschtes Durchstechen um guten elektrischen Kontakt zu Leiterbahnen 46 vorzusehen, gewährleisten, während die Schulter 54 die Feder 14 vor zu tiefen Durchstechen in eine Baugruppe 44 oder Wafer 104 abhält. Da die Geometrie von den Federmessspitzen 14 hochsteuerbar durch photolithographische Rasterung und Ätzverfahren ist, wird die genaue Geometrie von der photolithographischen Randpunkt-Feder 14 leicht erreicht.
13 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht 56 von einem Ultrahochfrequenz-Federmessspitzensubstrat 16. Für Ausführungen, worin eine Federmessspitze 14 und zugehörige elektrische Verbinder 60, 68, 64 auf und durch das Substrat 16 impedanzangepasst erforderlich sind, können vorzugsweise eine oder mehrere leitende Referenzoberflächen 58a, 58b, 58c, 58d und Durchgangskontaktierungen 65a, 65b, 65c entweder innerhalb oder auf dem Substrat 16 hinzugefügt sein. Das Substrat 16 kann ebenfalls wechselseitige Massereferenzleiterbahnen 62a, 62b beinhalten, welche zu Referenzebenen 58a, 58b, 58c verbunden sind, um effektiv eine geschirmte koaxiale Übertragungsleitungsumgebung 63 bereitzustellen. Ebenso sind die Impedanzkontrolloberflächen 58a, 58b, 58c, 58d nicht begrenzt durch die in 13 gezeigten ebenen Oberflächen.
Eine isolierende Schicht 66 kann auf einem Teil der Messspitzenfeder 14 aufgebracht sein, wie z.B. auf dem fixierten Bereich von der Messspitzenfeder 14 bis zur Spitze 24, diese aber nicht einschließend (2), ebenso wie auf die Leiterbahn 60, welche die Messspitzenfeder 14 zu der Durchgangskontaktierung 68 verbindet. Eine leitende Schicht 58d kann oben auf der isolierenden Schicht 66 aufgebracht sein, um eine koaxiale kontrollierte Verbindung mit niedriger Impedanz bereitzustellen. Abwechselnde Schichten aus leitenden Materialien 58 und dielektrischen Materialien 66 können vorzugsweise innerhalb des Substrats 16 integriert sein, wie z.B. für Ausführungen, welche Entkopplungskapazitäten in enger Nachbarschaft zu einer Messspitzenfeder 14 erfordern. Für ein Substrat 16, welches ein leitendes Material ist, wie z.B. Silizium, kann vorzugsweise eine dünne Oxidschicht 57 zwischen dem Substrat 16 und einer leitenden Referenzebene 58c aufgebracht sein, wobei eine Struktur 59 mit hoher Kapazität zwischen der Federmessspitze 14 und der Masseebene 58a und 58b gebildet wird. Ebenso können eine oder mehrere zusammengesetzte Komponenten 69, wie z.B. passive Komponenten 69 (z.B. typischerweise Kondensatoren, Widerstände und/oder Induktivitäten) oder aktive Komponentenbaugruppen 69, auf einer Oberfläche 62a, 62b des Substrats aufgenommen sein.
Die fixierten Abschnitte 15 von den Federmessspitzen 14 erstrecken sich typischerweise eine relativ kurze Distanz über das Substrat 16. Leiterbahnen 60, die sich auf der Oberfläche des Substrats 16 befinden, sind elektrisch mit den fixierten Abschnitten 15 der Federmessspitzen 14 verbunden und verbinden elektrisch die Messspitzenfedern 14 mit den Durchgangskontaktierungen 68. Die Leiterbahnen können aus einem anderen Material als die Federmessspitzen 14 bestehen, und bestehen vorzugsweise aus Metallen, die hohe Leitfähigkeit (z.B. wie Kupfer oder Gold) haben.
14 ist eine teilweise schematische Ansicht 72 von einem Substrat 16, in welchem eine Mehrzahl von Verteilungsleiterbahnen 60 auf der Messspitzenoberflräche 62a des Substrats 16 zwischen einer Mehrzahl von Federmessspitzen 14 und einer Mehrzahl von Durchgangskontaktierungen 70 definiert sind. Wie oben beschrieben, können die Federmessspitzen 14, welche vorzugsweise photolithographisch gebildete Federn 14 sind, gegenwärtig mit einem Abstand von näherungsweise 0,00254 cm (0,001 Inch) gebildet sein. Die Leiterbahnen 60 sind vorzugsweise auf der Messspitzenoberfläche 62a weitergeleitet, um die Durchgangskontaktierungsflächen 70 zu verbinden, welche vorzugsweise in einer Matrix über die Oberfläche des Substrats 16 gestaltet sind. In dem Substrat 16, gezeigt in 14, sind die Durchgangskontaktierungsflächen 70 mit einem ersten Messspitzenoberflächenverteilungsabstand 74a und einem zweiten Messspitzenoberflächenverteilungsabstand 74b platziert.
So wie die Abmessung und das Design von integrierten Schaltungsbaugruppen 44 zunehmend kleiner und komplexer wird, wird der durch Miniaturfedermessspitzen 14 bereitgestellte Feinabstand 20 (2) zunehmend wichtig. Darüber hinaus werden mit der Miniaturisierung von beidem, integrierte Schaltungen 44 und den erforderlichen Prüfzusammensetzungen, Ebenheitsunterschiede zwischen einer oder mehreren auf einem Wafer 104 befindlichen integrierten Schaltungen 44 und einem Substrat 16, das eine große Anzahl von Federmessspitzen 14 enthält, kritisch.
Wie in 14 gesehen, sind vorzugsweise untere Abstandsbolzen 75 auf der Messspitzenoberfläche 62a des Substrats 16 bereitzustellen, z.B. um das Substrat 16 an Schädigung eines zu prüfenden Wafers 104 zu hindern oder um die Federmessspitzen 24 einzustellen, um mit einem optimalen Kontaktwinkel zu operieren. Die unteren Abstandsbolzen 75 werden vorzugsweise aus einem relativ weichen Material gemacht, wie z.B. Polyamid, um Schaden an dem zu prüfenden Halbleiter-Wafer 104 zu vermeiden. Zusätzlich, um Schaden an aktiven Schaltungen 44 in dem Halbleiter-Wafer 104 ferner zu vermeiden, werden die Abstandsbolzen 75 vorzugsweise platziert, dass wenn die ausgeprägt parallele Schnittstellenzusammensetzung 78 mit einer Baugruppe 44 auf einem Halbleiter-Wafer 104 ausgerichtet wird, die Abstandsbolzen 75 mit den Sägestraßen 136 (18, 19) auf dem Halbleiter-Wafer 104 ausgerichtet werden, wo es keine aktiven Baugruppen 44 oder Prüfstrukturen gibt. Darüber hinaus wird die Höhe der unteren Abstandsbolzen 75 vorzugsweise gewählt, um den maximalen Druck der Federmessspitzen 14a–14n zu begrenzen und dadurch Schaden an den Federmessspitzen 14a–14n zu verhindern.
Das Substrat 16 umfasst typischerweise auch eine oder mehrere Ausrichtungsmarken 77 (14), vorzugsweise auf der Messspitzenoberfläche 62a, so dass die Messspitzenoberfläche 62a des Substrats 16 präzise mit einem zu testenden Wafer 104 ausgerichtet werden kann.
Halbleitergehäuse in Chipgröße. 15 ist eine schematische Layout-Ansicht 78 von einem Chipbereich 80 eines IC-Gehäuses in Chipgröße, die Metallspannungsfedern 14, verbunden zu IC-Kontaktflächen 82, hat und auf der oberen Substratoberfläche 85a ausgeordnet ist, vor Auslösen aus der oberen Substratoberfläche 85a. In der schematischen Layout-Ansicht 78 hat jede der Metallspannungsfedern 14 einen Federkontaktbereich 86, welche vor Auslösen vorzugsweise in einem ersten IC-Oberflächenverzweigungsabstand 87 und einem zweiten IC-Oberflächenverzweigungsabstand 88 angeordnet sind. 16 ist eine schematische Layout-Ansicht 90 von einem Chipbereich 80 einer integrierten Schaltung, die Metallspannungsfedern 14 hat, die mit IC-Kontaktflächen 82 verbunden sind und sich von der Substratoberfläche 85a aus erstrecken, nach Auslösen aus der oberen Substratoberfläche 85a. Beim Auslösen aus der oberen Substratoberfläche 85a erstreckt sich jede der Metallspannungsfedern 14 von entsprechenden Auslösebereichen 18, wodurch die Kontaktbereiche 86 (15) durch einen effektiven Federwinkel 30 rotiert werden (3, 4), so dass jede Metallspannungsfeder 14 ferner vorzugsweise eine Federkontaktoberfläche 92 definiert. Nach Auslösen aus der Substratoberfläche 85a ist jede der Federkontaktoberflächen 92 vorzugsweise in einem ersten Federkontaktverzweigungsabstand 94 und einem zweiten Federkontaktverzweigungsabstand 96 angeordnet.
17 ist eine teilweise Schnittansicht von einem integrierten Schaltungsgehäuse 100 in Chipgröße, das schleifenförmige Metallspannungsfedern 14 hat, die zu IC-Kontaktflächen 82 verbunden sind und sich von der Substratfederoberfläche 85a erstrecken, wobei ein Teil der Metallspannungsfedern 14 innerhalb eines Stützsubstrats 106 bestehend aus einem elektrisch isolierenden Material eingebettet ist. Das Stützsubstrat 106 besteht typischerweise aus einem Polymersubstrat, welches Abstützung für jede der Federn 14 bietet. In einigen bevorzugten Ausführungen des integrierten Schaltungsgehäuses 100a in Chipgröße ist das Stützsubstrat 106 ein nachgiebiges Polymer, z.B. ein Elastomer.
Das Stützsubstrat 106 bietet den Federn 14 mechanischen Schutz und fügt mechanische Abstützung hinzu, z.B. Beanspruchbarkeit, bietet Passivierung der integrierten Schaltungsbereiche 80 eines Chips und fügt der Zusammensetzung mechanische Belastbarkeit hinzu.
Die Kombination aus Federn 14 und Stützsubstrat 106, aufgebaut auf der integrierten Schaltungsbaugruppe, bildet zusammen das integrierte Schaltungsgehäuse 100, welches mit einer Leiterbahnenplatine 216 befestigbar ist, wobei typischerweise Epoxydharz oder Lötzinn genutzt wird. Das Stützsubstrat 106 bietet mechanische Belastbarkeit für Chipbefestigung an der Leiterbahnenplatine und steuert den Benetzungsumfang von Lötzinn oder Epoxydharz auf den Federn 14. Die nachgiebigen Federn 14 bieten die nachgiebige Verbindung, um den thermischen Ausdehnungsversatz zwischen der Chipregion 80 und einer Leiterbahnenplatine 216 zu beherrschen.
Weil die in 17 gezeigten Federn 14 vorzugsweise Metallspannungsfedern 14 sind, kann das Stützsubstrat 106 alternativ für eine große Vielfalt von Chipkontakten 14 genutzt werden. Das Stützsubstrat 106 fügt der Federn 14 Belastbarkeit hinzu und verbessert typischerweise die Robustheit der Federn 14 gegenüber Handhabung und Nutzung, was anderenfalls zu Bruch führen könnte.
Wie in 17 gesehen, stellen die Federn 14 einen leitenden Pfad zwischen der integrierten Schaltung 102 und dem Schleifenfederkontaktbereich 92 bereit, welcher sich über die äußere Oberfläche des Stützsubstrats 106 hinaus erstreckt. Wie gesehen in 15, 16, 32, 33 und 34 können die Schleifenfederkontaktbereiche 92 vorzugsweise eine verbesserte Kontaktflächengeometrie haben, z.B. um Maßtoleranz für elektrische Verbindungen zum Prüfen, Einbrennen oder für nachfolgende Baugruppenarbeiten bereitzustellen.
Wie in 24, 43 und 51 gesehen, können Metallspannungsfedern 14 vorzugsweise auch eine oder mehrere überzogene Metallschichten 166 umfassen, z.B. wie Nickel, Nickellegierung, Silber, Rhodium, Palladium, Kobalt oder Goldlegierung, welche auf die Metallfedern 14 nach Auslösen aus dem Chipbereich 80 aufbracht wird. Die überzogene Metallschicht 166 kann ebenfalls zum Erhöhen der Belastbarkeit der Federn 14 genutzt werden, z.B. um die Robustheit der Federn für Handhabung und Nutzung zu verbessern. Die überzogene Metallschicht 166 kann ebenfalls zum Reduzieren des allgemeinen elektrischen Widerstandes der Feder 14 genutzt werden. In einigen Ausführungen werden härtere Metalle, wie z.B. Rhodium, genutzt, um Widerstand gegen mechanische Ermüdung und Aufnahme von Ablagerungen von Kontaktflächen von Leiterbahnenplatinen zu bieten. Ebenso erzeugt die Nutzung von überzogenen Metallschichten 166 einen höheren Kontaktdruck zwischen der Feder 14 und der Kontaktfläche auf einer Leiterbahnenplatine, um den elektrischen Kontaktwiderstand zu reduzieren. In einigen bevorzugten Ausführungen der Metallspannungsfedern 14 folgt einer ersten Metallüberzugsschicht 166, wie z.B. Nickellegierung, dann eine sekundäre Metallüberzugsschicht 166, wie z.B. Gold oder Rhodium, um beispielsweise beides, erhöhte Federbelastbarkeit als auch verbesserte Kontakt-Performance, zu bieten.
Für Spannungsfedern 14, welche vorzugsweise eine überzogene Metallschicht 166 umfassen, kann ein großer Teil der benötigten Belastbarkeit der Federn 14 durch den Überzug 166 bereitgestellt werden, so dass die Metallspannungsschichten 17a–17n (13) nicht erforderlich sind um so viel Belastbarkeit bereitzustellen, wie z.B. verglichen mit einer nicht-überzogenen Feder 14. Deshalb können in einigen Ausführungen mit überzogenen Spannungsfedern die Metallspannungsschichten 17a–17n (13) ausschließlich zum Definieren der strukturellen Form vor dem Überziehen genutzt werden, wobei die für die Metallspannungsschichten 17a–17n benötigten Verarbeitungsparameter, z.B. metallurgische Verarbeitung, abgemildert werden.
Für Ausführungen von Spannungsfedern 14, in welchen die überzogene Metallschicht 166 die Feder signifikant verstärkt, kann alternativ das Stützsubstrat 106 aus einem relativ hartem Polymermaterial 106 bestehen, wie z.B. Polyamid oder ein herkömmliches Formstoffmaterial, wie beispielsweise zum Erzeugen eines starren IC-Gehäuses für Anwendungen mit direkter Oberflächenbefestigung für Schaltungsplatinen 216. Integrierte Schaltungsbaugruppen 100a mit Gehäusen in Chipgröße zum Nutzen in rauen Umgebungen können vorzugsweise auch weitere überzogene Metallfederbeschichtungen 166, kombiniert mit einer Polymerunterfüllung 217 (54), umfassen.
Ebenso kann eine Grenzschicht 161 (26, 46) vorzugsweise auf Metallspannfedern 14 genutzt werden, wobei die Grenzschicht 161 zunächst als die erste Schicht gebildet wird, wie z.B. die Schicht in Kontakt mit dem Auslösebereich 18. Nach Auslösen aus der Substratoberfläche 85a krümmen sich die Metallspannungsfedern 14 durch einen effektiven Winkel 30, so dass die Grenzschicht 161 die äußere Schicht des Kontaktbereiches 92 für Federn 14, die einen effektiven Winkel größer als 180° haben, ist. Die Grenzschicht 161 besteht vorzugsweise aus einem sehr gut leitenden und nicht-korrosiven Metall, wie z.B. Gold, Rhodium oder Palladium. In einigen Ausführungen ist die Grenzschicht 161 vorzugsweise gemustert auf der Substratoberfläche 85a, wie beispielsweise wahlweise an Abschnitten der Federn 14 angewendet, z.B. um die Benetzung von Lötzinn auf einer Kontaktfläche 92 der Feder 14 zu kontrollieren.
Wie in 17 gesehen, haben die Metallspannfedern 14 vorzugsweise einen effektiven Winkel 30, welcher typischerweise größer als 180° ist, so dass die abschließenden Kanten 155 der Federn 14 sich vorzugsweise zurückerstrecken in das Stützsubstrat 106 und dabei einen Schleifenfederkontaktbereich 92 entlang des konvexen Bogens der Feder 14 definieren. Weil der Gehäusehalbleiter in Chipgröße 100a, gezeigt in 16, einen großen effektiven Federwinkel 30 zeigt, kann eine große Vielfalt von Kontaktfedern 14 für Gehäuse in Chipgröße durch die Nutzung von Stützsubstraten 106 und einer oder mehrerer Überzugsschichten 166 verbessert werden. Einige Federn 14, welche eine höhere Belastung benötigen oder welche zum Kontaktieren kleinere Kontaktflächen auf einer Leiterbahnenplatine 216 benötigen, haben vorzugsweise einen effektiven Winkel 30, welcher typischerweise kleiner als 90° ist.
Herstellung von Halbleitergehäusen in Chipgröße. Das Halbleitergehäuse 100a in Chipgröße kann effizient durch Nutzung von Batch-Verarbeitungsverfahren hergestellt werden. Eine Auslöseschicht 18, wie z.B. Titanium oder Siliziumoxidnitrid, wird typischerweise zunächst auf dem Wafer-Chipbereich 80 hergestellt. Als nächstes werden eine oder mehrere Metallschichten 17 mit kontrollierter Spannung, wie z.B. Schichten 17a, 17b in 13, oben auf die Auslöseschicht 18 aufgebracht. In einigen Ausführungen des Halbleitergehäuses 100 in Chipgröße bestehen die Metallspannungsschichten 17 aus demselben oder ähnlichem aufgebrachten Metall, welches einen Anfangsspannungsgradienten hat.
In einigen Ausführungen des Halbleitergehäuses 100a in Chipgröße sind die Metallspannungsfedern in Übereinstimmung zu photolithographischen Federn aufgebaut, wie z.B. vorstehend beschrieben oder dargelegt in US-Patent Nr. 5,848,685, US-Patent Nr. 5,613,861 oder US-Patent Nr. 3,842,189.
Die Metallspannungsschichten 17 werden dann typischerweise gemustert, um Feder- und Verbindungsleiterbahnen zu bilden, wobei herkömmliche Photolithographie oder Ätrverfahren genutzt werden. Ein dielektrisches Auslösefenster, wie z.B. Polymide, Oxide oder Nitride wird definiert, nachdem die Metallspannungsschichten 17 kontrollierbar geätzt sind. Das Auslösefenster definiert die Flächen 18, wo das Federmetall zum Bilden von Federn 14 aus der Substratoberfläche 58a ausgelöst wird. Nachdem die Metallspannungsfedern 14 aus dem Substratchipbereich 80 kontrollierbar ausgelöst sind, werden die Federn 14 vorzugsweise überzogen 166 um die Federkonstante einzustellen oder die Belastbarkeit der Metallspan nungsfedern 14 zu erhöhen. Wie vorstehend beschrieben, werden die ausgelösten Kontaktabschnitte 92 der Metallspannungsfedern 14 vorzugsweise mit Gold oder anderem Material überzogen, wie z.B. zur Vereinfachung der Verlötung während eines anschließenden IC-Zusammensetzungsverfahrens. Ebenso kann auch ein Begrenzungsmetall 161 auf die Metallspannungsfeder 14 vor der Metallspannungsaufbringung ausgebildet werden.
Die Stützsubstratschicht 106 wird dann typischerweise, nachdem die Federn 14 ausgelöst und vorzugsweise überzogen sind, auf den Wafer 104 aufgetragen. Das Stützsubstrat 106, besteht typischerweise aus einem Polymer und wirkt als eine Schutzschicht für die integrierte Schaltungsbaugruppe. In einigen Ausführungsformen des Halbleitergehäuses 100a in Chipgröße wird das Stützsubstrat 106 kontrollierbar mit einer gewünschten Tiefe aufgetragen, so dass die Kontaktabschnitte 92 der Metallspannungsfedern 40 freigelegt sind. In anderen Ausführungen des Halbleitergehäuses 100a in Chipgröße, in denen das Stützsubstrat 106 zunächst aufgetragen wird, um die gesamten Federstrukturen 14 zu bedecken, wird das Stützsubstrat 106 anschließend zurückgeätzt, um den oberen Kontaktbereich 92 der Federn 14 freizulegen. Für ein geätztes Stützsubstrat 106 wird vorzugsweise eine Photomaske genutzt, um kontrollierbar die genaue Position und Form der freigelegten Bereiche der Kontaktabschnitte 92 der Metallspannungsfedern 14 zu definieren.
Vorteile von Halbleitergehäusen in Chipgröße. Das Gehäuse 100a in Chipgröße von integrierten Schaltungen vereinfacht die Verarbeitung und reduziert die Anzahl von Verarbeitungsschritten bei der Herstellung von Gehäusen in Chipgröße. Ein Gehäuse einer integrierten Schaltung in Chipgröße kann einfach durch Batch-Verarbeitungstechniken, ähnlich zu Batch-Verfahren-Herstellungsmethoden für Halbleiterbaugruppen, wie z.B. integrierten Schaltungsbaugruppen, hergestellt werden.
Das Gehäuse 100a einer integrierten Schaltung in Chipgröße schließt daher das serielle Verfahren des Nacheinanderverbindens von Baugruppenanschlüssen zu einer integrierten Schaltung aus. Ebenso ermöglicht das Gehäuse 100a einer integrierten Schaltung in Chipgröße Gehäuse mit engem Abstand mit hoher elektrischer Performance.
Darüber hinaus können Gehäuse 100a von integrierten Schaltungen in Chipgröße auch durch Druck einen direkten temporären Kontakt zu einer Platine, wie z.B. zu einer Leiterbahnenplatine 216, bereitstellen, was die Notwendigkeit einer Steck- oder Zwischenträgerverbindung ausschließen kann. Dieser temporäre Kontakt kann auch als ein Messspitzenkontakt wirken, was daher den Messspitzenkontakt erlaubt, reduziert zu einem einfachen Anschlussflächen-Array auf einer Leiterbahnenplatine 216 zu sein.
Nachgiebiger Wafer-Chipträger. 18 ist eine Seitenansicht 110 von integrierten Schaltungsbereichen 80 auf einem Halbleiter-Wafer 104. Jede von den integrierten Schaltungsbereichen 80 hat Kontakte 47, wie z.B. Kontaktflächen oder Metallspannungsfedern 14. Zwischen den integrierten Schaltungsbereichen 80 sind Sägestraßen 114 definiert. In einer bevorzugten Ausführung sind die integrierten Schaltungsbereiche 80 Halbleitergehäuse 100a in Chipgröße, die Metallspannungsfederkontakte 14 und ein Stützsubstrat 106 haben, wie vorstehend beschrieben.
19 ist eine Seitenansicht 112 von einem Halbleiter-Wafer 104, der integrierte Schaltungsbereiche 80 hat, in welchen der Wafer 104 anhaftend mit einem nachgiebigen Wafer-Trägersubstrat 115 befestigt ist. Das nachgiebige Substrat 115 hat eine erste Oberfläche 116a und eine zweite Oberfläche 116b, die der ersten Oberfläche 116a gegenüberliegt. Die erste Oberfläche 116a umfasst eine anhaftende Schicht, so dass ein Wafer 104 leicht für nachfolgende IC-Vereinzelung und -Verarbeitung befestigt werden kann. Eine Abstützung 118 ist typischerweise auch an das nachgiebige Substrat 115 angebracht.
20 ist eine Seitenansicht 120, welche die Vereinzelung 122 integrierter Schaltungen auf einem Halbleiter-Wafer 104 aufzeigt, welcher mit einem nachgiebigen Trägersubstrat 115 befestigt ist. Wie in der halbleiterverarbeitenden Industrie bekannt ist, wird typischerweise eine Säge zum Bilden von Abgrenzungen 122 zwischen integrierten Schaltungen 44 und Chipbereichen 80 entlang der Sägestraßen 114 genutzt.
Der nachgiebige Wafer-Träger 115 besteht typischerweise aus einem nachgiebigen Polymermaterial, wie z.B. RISTON^TM, Stücknummer 1004R-9.0, von Nitto-Danko, Japan, oder Ultron Systems, of Moor Park, CA. Wie nachstehend beschrieben sind einige bevorzugte Ausführungen des nachgiebigen Wafer-Trägers 115 thermisch leitend und/oder elektrisch leitend.
21 ist eine Seitenansicht 130, welche separierte integrierte Schaltungen 100a auf einem nachgiebigen Wafer-Träger 115 zeigt. Der nachgiebige Wafer-Träger 115 hält die integrierten Schaltungschips 100a nach der Wafer-Vereinzelung 122 zusammen in Position, wie z.B. nach Sägen und Brechen, was es möglich macht, alle die separierten Chips 100a von einem Wafer 104 als eine Gruppe, durch Abschlussaufbau, Prüfen und Einbrennen, zu behandeln.
Das Nutzen von einem nachgiebigen Wafer-Träger 115 schließt das Prüfen als Aufbau und auf Wafer-Ebene und Einbrennverfahren ein und offeriert den Geschwindigkeitsvorteil von parallelem Prüfen und Einfachheit im Handhaben.
Beim herkömmlichen Prüfen auf Wafer-Ebene und Einbrennen werden die integrierten Schaltungschips 44 manchmal vor Gehäuseeinbau und Vereinzelung vom Wafer eingebrannt und geprüft. Eine allgemeine Schwierigkeit, die in einer herkömmlichen Vorvereinzelungslösung auf Wafer-Ebene anzutreffen ist, ist jedoch die Komplexität beim Handhaben des thermischen Ausdehnungsversatzes zwischen dem Silizium-Wafer und den Verbindungssystemen, welche zum Herstellen von Verbindungen zwischen den integrierten Schaltungschips auf dem Wafer und der Systemelektronik erforderlich sind. Ebenso werden Defekte, eingeführt durch den Gehäuseeinbau, Vereinzelung und Handhabung nicht diagnostiziert bei einem solchen Verfahren.
Das bevorzugte Nutzen von einem Metallspannungsfedergehäuse 110a in Chipgröße erlaubt in Verbindung mit einem nachgiebigen Träger 115, wie vorstehend beschrieben, die Nutzung von kostengünstigem Leiterbahnenplatinenmaterial 282, dessen Materialausdehnungskoeffizient verschieden von den zu prüfenden trägerbefestigten Baugruppen 100a sein kann, um die Chips beim Prüfen und Einbrennen zu kontaktieren.
Daher ermöglicht das bevorzugte Nutzen von Gehäuse 100a in Chipgröße das Prüfen und Einbrennen von integrierten Schaltungschips 100a nach Gehäuseeinbau und Vereinzelung 122, was es möglich macht, durch Aufbau, Sägen und Handhabung bewirkt Defekte zu detektieren, weil die Chips für präzise Handhabung mit intensiver Parallelverarbeitung in Position gehalten werden.
In Ausführungen, die ein bevorzugtes Gehäuse 100a in Chipgröße nutzen, ist der Halbleiter-Wafer 104, der Metallspannungsfedern 14 hat, welche auf der aktiven Oberfläche 85a verarbeitet sind und vorzugsweise teilweise gekapselt 106 sind, angefügt an einem nachgiebigen Wafer-Abziehträger 115. In einigen Ausführungen des nachgiebigen Trägers 115 ist der Träger 115 ähnlich zu einem herkömmlichen Blue-Tape-Träger, welcher normalerweise für Wafer-Sägen in der halbleiterverarbeitenden Industrie genutzt wird.
Der befestigte Wafer 104 wird dann ohne durch den Träger 115 zu schneiden in einzelne Chips 44, 100 gesägt 122, wobei typischerweise ein Standard-IC-Vereinzelungs- und Brechverfahren genutzt wird. Der Trägerstreifen 115 hält die in Gehäuse eingebauten Chips 100 in ihrer relativen Position, wie sie auf dem Wafer 104 waren. Eine Kontaktvorrichtung 132, die typischerweise eine Leiterbahnenplatine 282 einschließt, umfasst Verbindungen und dazugehörige Elektronik zum Verbinden und zum Prüfen der integrierten Schaltungen 44, 100. Die Verbindungen der Kontaktvorrichtung 132 sind gestaltet, um mit den Verbindungen 47, wie z.B. Federanschlüssen 14, auf den zu prüfenden Baugruppen 44, 100 übereinzustimmen, wenn die Kontaktvorrichtung 132 auf die zu prüfenden Baugruppen (DUT) 44, 100 auf dem nachgiebigen Träger 115 gedrückt wird.
Wie in 21 gesehen, stützt eine Druckplattenabstützung 134, vorzugsweise aufgebaut aus einem Material, das einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (TCE) wie die Leiterbahnenplatine 282 hat, die Oberfläche 116b der Rückseite des nachgiebigen Trägers 115. Während Prüf- und/oder Einbrennvorgängen, ist die IC-Kontaktvorrichtung 132 bezüglich der Druckplattenabstützung 134 fest angebracht 136, wobei eine Sandwichstruktur 130 gebildet wird, in welcher der befestigte integrierte Schaltungschip 44, 100 und der nachgiebige Träger 115 am rechten Platz gehalten werden. Die Druckplattenabstützung 134 kann vorzugsweise auch aus einem nachgiebigen Material bestehen, wobei die Druckplattenabstützung 134 und der trägerbefestigte Chip 44, 100 leicht mit der Systemplatine 282 übereinstimmen können.
Wenn die Temperatur dieser Sandwichstruktur 130 bis zu der Prüf- und Einbrenntemperatur angestiegen ist, dehnt sich die Leiterbahnenplatine 282, die einen höheren Ausdehnungskoeffizient als die Siliziumchipbereiche 80 hat, schneller als die Siliziumchipbereiche 80 aus. Jedoch bewirkt Reibung zwischen dem integrierten Schaltungschip 44, 100 und der Leiterbahnenplatine 282 und der Druckplattenabstützung 134, dass der integrierte Schaltungschip 44, 100 zusammen mit der Leiterbahnenplatine 282 gezogen wird, da die integrierten Schaltungschips 44, 100 voneinander vereinzelt 122 und nur durch den nachgiebigen flexiblen Träger 115 verbunden sind. Deshalb erhält die relative unabhängige Bewegung jedes vereinzelten integrierten Schaltungschips 44, 100 Kontaktfläche-zu-Anschluss-Ausrichtung zwischen den integrierten Schaltungen 44, 100 und der Leiterbahnenplatine 282 aufrecht.
Die vereinzelten integrierten Schaltungschips 44, 100, welche mit dem nachgiebigen Träger 115 befestigt sind, sind in der Lage sich relativ zueinander zu bewegen, während sie ihre Positionen auf dem nachgiebigen Träger 115 behalten. Deshalb können die separierten integrierten Schaltungschips 44, 100 als eine "Wafer"-Zusammensetzung behandelt und verarbeitet werden, während genügend Verbindungen zur IC-Kontaktvorrichtung 132 beibehalten werden.
Deshalb ist es nicht erforderlich, dass die Leiterbahnenplatine 282 und die Druckplattenabstützung 134 aus einem Material bestehen, das einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten TCE wie das IC-Substrat 104 hat. Die nachgiebig träger-befestigten Chips 44, 100 sind in der Lage sich mit der Systemplatine 282 und der Abstützungsstruktur 134 zu bewegen, so dass die Chips 44, 100 in elektrischen Kontakt mit der Systemplatine 282 innerhalb der IC-Kontaktvorrichtung 132 verbleiben. Darüber hinaus werden durch die Zusammensetzung hervorgerufene Defekte in den Chips 44, 100 durch das auf die Chips angewendete Einbrennen und Prüfen detektiert, da die Chips 44, 100 nach Gehäuseeinbau und Vereinzelung geprüft werden.
Wie in 21 gesehen, ist vorzugsweise eine Temperatursteuerung 144 an die Sandwichstruktur 130 angebracht, wie z.B. um Erhitzung oder Auskühlung während des Prüfens und/oder Einbrennens anzuzeigen. In einigen Ausführungen des nachgiebigen Wafer-Trägers 115 besteht der Träger 115 aus einem thermisch leitenden Material, welches als eine thermische Kontrollfläche während des Prüfens oder Einbrennens wirkt, wobei die Rückseite der integrierten Schaltungen durch die nachgiebige Streifenschicht 115 in thermischen Kontakt mit Temperatursteuerung 144 ist, wie z.B. für die Kühlung und/oder Erhitzung.
Ebenso kann der Träger 115 vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, wodurch der Träger 115 eine elektrische Verbindung 140 zu der Rückseite der vereinzelten und befestigten integrierten Schaltungschips 80 bereitstellt.
Metallspannungsfeder-Zwischenträger. 22 ist eine teilweise Querschnittsansicht 150 von einem Metallspannungs-Zwischenträger 100b, der eine oder mehrere Federn 14 umfasst, welche sich von einer ersten Oberfläche 156a zu einer zweiten Oberfläche auf einem Zwischenträgersubstrat 106 erstrecken. Die Federn umfassen typischerweise auch Kontaktflächen 158, welche sich von der ersten Oberfläche des Zwischenträgersubstrats 106 aus erstrecken. Metallspannungsfeder-Zwischenträger 100b bieten ultra-hohe Dichte, nachgiebige Durchgangsverbindungen und Verbindungen mit einer hohen Dichte über extreme Temperaturbereiche.
Herkömmliche Zwischenträger, wie z.B. Pogo-Pins, Federn oder Leitungen, welche durch mechanische Aufbaumethoden hergestellt werden, sind im Abstand limitiert, was die Verbindungsdichte begrenzt und eine hohe Verbindungsstärke erfordert.
Metallspannungsfeder-Zwischenträger 100b nutzen Dünnschichtspannungsmetall um eine enges Array von Dünnschichtfedern zu bilden, die durch ein Substrat 106, welches aus ei nem Polymermaterial besteht, zusammengehalten werden. Elektrische Verbindungen werden von einer Seite 156a der Polymerschicht zu der anderen Seite 156b durch die leitenden Federn 14 hergestellt.
Eine hohe Verbindungsdichte zwischen den zwei Oberflächen 156a, 156b kann daher dadurch erricht werden, dass jede der Oberflächen gegen eine Seite von der Polymerschicht mit eingebetteten Spannungsfedern gepresst wird. Unterschiedliche Spitzenformen können an jedem Ende der Feder 14 ausgeführt sein, wie z.B. für unterschiedliche Kontaktmaterialien.
In einigen Ausführungen der Metallspannungsfeder-Zwischenträger 100b sind die Metallspannungsfedern in Übereinstimmung mit dem US-Patent Nr. 3,842,189 und/oder US-Patent Nr. 3,842,189 ausgeführt.
Eine große Vielfalt von Geometrien und Materialien können für den Aufbau des Feder-Zwischenträgers 100b genutzt werden. 23 ist z.B. eine Seitenquerschnittsansicht 160 von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger 100b, der ausgebildete Erhebungen 162 auf dem zweiten Oberflächenkontaktbereich 158 hat. 24 ist eine Seitenquerschnittsansicht 64 von einem überzogenen Metallspannungsfeder-Zwischenträger 100b. Die Federn 14 sowie die Spannungsfedern 14 bestehen vorzugsweise aus Metallschichten 17 (13), die unterschiedliche Anfangsspannungsniveaus haben, so dass die Federn einen effektiven Federwinkel 30 (3) beim Herstellen bilden.
25 ist eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger 151d, der ausgefüllte Erhebungen 159 auf dem ersten Oberflächenkontaktbereich und schleifenförmige Metallspannungsfedern 14 hat, die Strukturen 152 definieren, welche sich teilweise über eine Polymerzwischenträgerschicht 106 hinaus erstrecken und einen hohlen Kontaktbereich 157 zwischen der Kontaktfläche 92 der schleifenförmigen Metallspannungsfedern und der Oberfläche 156b der Polymerschicht 106 definieren.
26 ist eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger 151e, in welcher die Zwischenträgerschicht eine Mehrzahl von Polymerschichten 106a, 106b umfasst. Ebenso umfassen die schleifenförmigen Metallspannungsfedern eine Grenzschicht 161. In einigen Ausführungen der Metallspannungsfedern 14 besteht die Grenzschicht 161 aus einem Metall, das hohe elektrische Leitfähigkeit und/oder hohen Korrosionswiderstand hat. Die Grenzschicht 161 kann auch für erhöhte Spannungsfederstärke genutzt werden.
27 ist eine Seitenquerschnittsansicht von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger 151f, in welcher die Metallspannungsfedern 14 einen effektiven Federwinkel kleiner als 90° haben, und in welcher das Zwischenträgersubstrat 106 Verstärkung und/oder Schutz für die Metallspannungsfedern 14 hinzufügt.
Abschlusskanten- und Kontaktgeometrien für Schleifenmetallspannungsfedern. Schleifenmetallspannungsfedern 14, wie z.B. für das Metallspannungsgehäuse in Chipgröße 100, 100a, den Metallspannungs-Zwischenträger 100b oder für die Metallspannungskontaktierung 100c, wie beispielsweise Kontaktierung 100c in 41, genutzt, können eine große Vielfalt von Abschlusskanten- und Kontaktflächengeometrien haben.
Detail zum Abschlussende schleifenförmiger Metallspannungsfedern. 28 ist eine teilweise Ansicht von einem rechteckig abschließenden Ende 155a von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder 14. 29 ist eine teilweise Ansicht von einem zugespitzt abschließendem Ende 155b von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder 14. 30 ist eine teilweise Ansicht von einem zugespitzt abschließendem Ende 155c von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder 14, welche weiterhin Haltenuten 155 umfasst. 31 ist eine teilweise Ansicht von einem zugespitzt abschließendem Ende 155d von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder 14, welche weiterhin Haltekanten 163 umfasst.
Das Abschlussende 155 von hohen schleifenförmigen Metallspannungsfedern 14 mit effektivem Winkel kann eine Vielfalt von Abschlussendengeometrien 155 haben, da die Abschlussenden 155 typischerweise nicht zum Kontaktieren genutzt werden. Die gewünschte Geometrie des Abschlussendes 155 wird typischerweise ausgewählt, um die Anordnung der unebenen Federn 14 während des Abhebens vom Substrat zu kontrollieren, z.B. hilft die Federspitzengeometrie der Metallspannungsfeder 14 sich in die richtige Richtung zu heben. In einigen Ausführungen wird die Geometrie des Abschlussendes 155 ausgewählt, um die Schleifenfedermessspitze innerhalb eines stützenden Substrates 106, wie z.B. mit Nuten 157 oder Kanten 163, zu verankern.
Kontaktflächenstrukturen. 32 ist eine schematische Ansicht von einer Kontaktfläche von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder 14, in welcher die Kontaktfläche 92a, welche sich über die äußere Oberfläche 156b der Polymerschicht 106 erstreckt, einen erweiterten rechteckigen Kontaktbereich 92a umfasst. 33 ist eine schematische Ansicht von einer Kontaktfläche 92b von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder 14, in welcher die Kontaktfläche 92b, welche sich über die äußere Oberfläche 156b der Polymerschicht 106 erstreckt, einen erweiterten achteckigen Kontaktbereich 92b umfasst. 34 ist eine sche matische Ansicht von einer Kontaktfläche 96c von einer schleifenförmigen Metallspannungsfeder 14, in welcher die Kontaktfläche 92c einen erweiterten rautenförmigen Kontaktbereich 92c umfasst. Da die Metallspannungsfedern 14 typischerweise aus photolithographisch gebildeten Schichten 17, z.B. wie 17a, 17b in 13, bestehen, kann die definierte Kontaktfläche 92 eine Vielfalt von Geometrien, wie z.B. um Maßtoleranz für die Verbindungsstruktur bereitzustellen, haben.
Metallspannungsfeder-Zwischenträger-Aufbauverfahren. 35 ist eine Ansicht von einem ersten Schritt 170a von einem Aufbauverfahren eines Metallspannungsfeder-Zwischenträgers, in welchem ein zu opferndes Substrat 172 bereitgestellt ist. Für Ausführungen des Metallspannungsfeder-Zwischenträgers 100b, in welchen die Federn 14 Kontaktflächen 158, 159 einschließen, schließt das zu opfernde Substrat 172 eine Kontaktflächenanordnungsstruktur 174 ein. Das zu opfernde Material 172 kann aus einer großen Vielfalt von ätzbaren Materialien, wie Aluminium oder Silizium, hergestellt sein. Wie nachstehend beschrieben, wird das zu opfernde Substrat 172 als ein temporäres Substrat in der Herstellung von einem Feder-Zwischenträger 100b genutzt, und wird letztendlich typischerweise durch ein Ätzverfahren entfernt.
36 ist eine Ansicht von einem zweiten Schritt 176a von einem Aufbauverfahren eines Metallspannungsfeder-Zwischenträgers, in welchem eine oder mehrere Metallspannungsfederschichten 178, wie z.B. Metallspannungsschichten 17, auf dem zu opfernde Substrat 172 gebildet sind, und in welchem Federauslösebereiche 18 kontrollierbar definiert sind. Für einige Ausführungen des Metallspannungsfeder-Zwischenträgers 100b, in welchen die Federn 14 Kontaktflächen 158 einschließen, sind die aufeinanderfolgenden Schichten 17 der Feder 14 direkt in Kontaktflächenanordnungsstrukturen 174 gebildet. In alternativen Ausführungen des Metallspannungsfeder-Zwischenträgers 100b, in welchen die Federn 14 Kontaktflächen 158 einschließen, sind diskrete Kontaktflächen 159 (26, 27) innerhalb von Kontaktflächenanordnungsstrukturen 174, z.B. durch ein Füll- und Polierverfahren, gebildet, in welchen die aufeinanderfolgenden Schichten 17 der Feder 14 über die diskreten Kontaktflächen 158 ausgebildet sind.
37 ist eine Ansicht von einem dritten Schritt 180a von einem Aufbauverfahren von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger, in welchem unebene Abschnitte der Metallspannungsfedern 14, die sich von dem zu opfernden Substrat 172 erstrecken, kontrollierbar nach Auslösen aus den Auslösebereichen 18 gebildet sind. Die inhärente Spannung der Metallschichten 17 bildet eine Feder, die einen effektiven Federwinkel 30 hat. In der in 37 gezeigten Ausführung, ist der effektive Federwinkel größer als 180°, z.B. 270°, so dass die Feder 14 eine konvexe Kontaktoberfläche 92 (39) hat.
Unterschiedliche Federformen und unterschiedliches Auslösen können genutzt werden, wobei Federn 14 mit scharfen Kontaktspitzen 24 eingeschlossen sind, welche mit unterschiedlichen Winkeln 30 in Richtung Oberfläche der Kontaktfläche ausgerichtet sind. Die Federn 14 weisen eine ultra-hohe Verbindungsdichte zwischen den zwei verschiedenen Oberflächen auf, während sie Übereinstimmung aufrechterhalten. Unterschiedliche Kontaktformen können durch erstes Definieren der gewünschten Kontaktformen auf dem Substratmaterial 172 auf den Kontaktoberflächen hergestellt werden.
Die in 37 gezeigten Metallspannungsfedern 14 umfassen vorzugsweise auch eine Überzugsschicht 166 (24), welche typischerweise auf die unebenen Federn 14 vor der Anordnung auf dem Stützsubstrat 10b, wie z.B. einem Elastomer 106, aufgetragen wird, so dass der Überzug 166 auf die unebenen Abschnitte der Metallspannungsfedern 14 aufgetragen ist. Überzug 166 kann für die Federverstärkung, verbesserte Leitfähigkeit und/oder für Schutz vor Korrosion genutzt werden.
38 ist eine Ansicht von einem vierten Schritt 182a von einem Aufbauverfahren von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger, in welchem ein Zwischenträgersubstrat 184 auf das zu opfernde Substrat 172 und typischerweise über die Metallspannungsfedern 14 aufgetragen ist.
39 ist eine Ansicht von einem fünften Schritt 186a von einem Aufbauverfahren von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger, in welchem ein äußerer Anteil des aufgetragenen Zwischenträgersubstrats 184 entfernt 188a ist, um ein konturiertes Zwischenträgersubstrat 106 auszubilden, wie z.B. durch Ätzung, um auf obere Kontaktabschnitte 92 der Metallspannungsfedern 14 zuzugreifen.
40 ist eine Ansicht von einem sechsten Schritt 190 von einem Aufbauverfahren von einem Metallspannungsfeder-Zwischenträger, in welchem das zu opfernde Substrat 172 entfernt ist 192, wie z.B. durch Ätzung vom Zwischenträger-Substrat 106, wobei die unteren Kontaktabschnitte 158 der Metallspannungsfedern 14 freigelegt sind.
Der Feder-Zwischenträger 100b kann für eine große Vielfalt von Anwendungen konfiguriert sein, und kann zum Bereitstellen einer Schnittstelle mit hoher Dichte genutzt werden, z.B. 50–100 Mikrons. Der Feder-Zwischenträger 100b kann hergestellt sein, um ausgehend von der gewünschten Anwendung eine Vielfalt von Kontaktflächengeometrien 92, wie z.B. ein Quadrat, Rechteck oder kreisförmige Konfigurationen, zu haben.
Ebenso haben einige Ausführungen des Feder-Zwischenträgers 100b einen effektiven Federwinkel 30 kleiner als 180°, wodurch die Federn eine Kontaktspitze 24 zum Herstellen elektrischer Verbindungen einschließen. Ebenso haben einige Ausführungen des Feder-Zwischenträgers 100b vorzugsweise einen ebenen unteren Kontaktbereich 158. Wie vorstehend beschrieben kann eine Grenzschicht 161, wie z.B. ein Metall, das verbesserte Leitfähigkeit, Korrosionswiderstand oder Lötbarkeitseigenschaften (wie z.B. Gold, Rhodium oder Palladium) hat, vorzugsweise auch als die unterste Schicht der Metallspannungsschichten gebildet sein, so dass die Grenzschicht 161 die Kontaktoberfläche 92 bereitstellt.
In alternativen Ausführungen des Feder-Zwischenträgers 100b umfasst das Zwischenträger-Substrat 106, 184 eine Mehrzahl von Zwischenträgerschichten 106a, 106b (26). Eine erste dünne Schicht 106a, die aus relativ starrem elektrisch isolierenden Material besteht, wie z.B. Polymide, stellt erhöhte Maßkontrolle, Handhabbarkeit und Befestigbarkeit für den Zwischenträger 151 bereit, während die zweite Zwischenträgerschicht 106b, die typischerweise aus einem relativ nicht-starrem elektrisch isolierenden Elastomer besteht, verbesserte Abstützung und Übereinstimmung für die Federn 14 bietet. In Ausführungen des Feder-Zwischenträgers 100b, der eine zusammengesetzte Zwischenträgerstruktur 106 hat, kann die dünne halb-starre Schicht 106a vorzugsweise auch eine oder mehrere Öffnungen umfassen.
Metallspannungsfederkontakt. 41 ist eine Seitenquerschnittsansicht 194 von einer Metallspannungsfederkontaktierung 100c, die Kontaktflächen 92 hat, die sich von einem elastomerischen Stützsubstrat 106 aus erstrecken, welche elektrisch mit Durchgangskontaktierungen 200 verbunden sind, die sich durch ein Wafer-Substrat 198 ausdehnen. 42 ist eine Seitenquerschnittsansicht von einer Metallspannungsfederkontaktierung 100c, die erhöhte Kontaktflächen 162 hat, welche sich vom Stützsubstrat 106 aus erstrecken. 43 ist eine Seitenquerschnittsansicht von einer überzogenen Metallspannungsfederkontaktierung 100c, die überzogene Kontaktflächen 92 hat, die sich vom Stützsubstrat 106 aus erstrecken. 44 ist eine Seitenquerschnittsansicht von einer überzogenen Metallspannungsfederkontaktierung 100c, der Kontaktflächen 92 hat, die sich vom Kontaktsubstrat 198 aus erstrecken.
45 ist eine Seitenquerschnittsansicht von einer Metallspannungsfederkontaktierung 100c, die schleifenförmige 152 Metallspannungsfedern 14 hat, welche sich teilweise über eine Polymerschicht hinaus erstrecken und dabei hohle Bereiche 157 zwischen der Kontaktfläche 92 der Metallspannungsfedern 14 und der oberen Oberfläche 156b des Stützsubstrats 106 definiert. 46 ist eine Seitenquerschnittsansicht von einer Metallspannungsfederkontaktierung 100c, in welcher die Stützschicht eine Mehrzahl von Polymerschichten 106a, 106b umfasst. 47 ist eine Seitenquerschnittsansicht von einer Metallspannungsfederkontaktierung 100c, in welcher die Metallspannungsfedern 14 Schleifen 152 definieren und darüber hinaus eine Grenzschicht 161 umfassen, wie z.B. Gold, Rhodium oder Palladium, und einen effektiven Federwinkel 30 von kleiner als 90° haben.
Wie in 54 gesehen, kann die Federstruktur der Metallspannungsfederkontaktierung 100c für Untersuchungslötkugeln 220 auf einem unebenen Wafer genutzt werden, wie z.B. um einen temporären Kontakt zu Löterhebungen auf Flip-Chip-Baugruppen bereitzustellen.
Herkömmliche vertikale Untersuchungen, wie z.B. die Cobra-Probe^TM von IBM und die Microspring^TM von Form Factor, sind teuer und haben eine lange Anschlusszeit. Die Metallspannungsfederkontaktierung 100c kann durch das Nutzen von Batch-Verarbeitungsmethoden hergestellt werden, was die Kosten der Kontaktierung verringert und eine kurze Umstellungszeit bietet.
Metallspannungsfederkontakt-Herstellungsverfahren. 48 ist eine Ansicht von einem ersten Schritt 170b von einem Herstellungsverfahren von einem Metallspannungsfederkontakt, in welcher ein Federmessspitzenkontaktsubstrat 198, das Durchgangskontaktierungen 200 hat, bereitgestellt ist.
49 ist eine Ansicht von einem zweiten Schritt 176b von einem Herstellungsverfahren von einem Metallspannungsfederkontakt, in welcher eine oder mehrere Metallspannungsfedern 178 auf dem Federmessspitzenkontaktsubstrat 198 gebildet sind, wobei jede der Federn 178 eine Mehrzahl von Schichten 17 umfasst, die unterschiedliche inhärente Spannungsniveaus haben. 50 ist eine Ansicht von einem dritten Schritt 180b von einem Herstellungsverfahren von einem Metallspannungsfederkontakt, in welcher unebene Abschnitte 152 der Metallspannungsschichten, die sich von dem Kontaktsubstrat aus erstrecken, kontrollierbar in Federn 14 gebildet sind.
51 ist eine Ansicht von einem vierten Schritt 208 von einem Herstellungsverfahren von einem Metallspannungsfederkontakt, in welcher die gebildeten unebenen Abschnitte der Federmessspitzen 152, die sich von dem Kontaktsubstrat aus erstrecken, vorzugsweise überzogen 166 sind. Die Überzugsschicht 166 wird typischerweise vor der Anordnung einer Elastomer-Stützschicht 106, 184 auf die gebildeten Federn 152 aufgetragen, so dass der Überzug 166 auf unebene Abschnitte 152 des Spannungsmetalls 14 aufgetragen ist. Überziehen 166 wird vorzugsweise für Ausführungen von Kontakten, welche Federverstärkung, verbesserte Leitfähigkeit und/oder Korrosionsschutz brauchen, genutzt.
52 ist eine Ansicht von einem fünften Schritt 182b von einem Herstellungsverfahren von einem Metallspannungsfederkontakt, in welcher ein Sekundärsubstrat 184 über die gebildeten unebenen Abschnitte der Federmessspitzen 14, die sich von dem Kontakt 198 aus erstrecken, gebildet ist. 53 ist eine Ansicht von einem sechsten Schritt 186b von einem Herstellungsverfahren von einem Metallspannungsfederkontakt, in welcher ein äußerer Anteil von dem aufgetragenen Sekundärsubstrat 184 entfernt ist 188b, um ein konturiertes Substrat 106 zu bilden, um auf die oberen Kontaktabschnitte 92 der Metallspannungsfedern 14 zuzugreifen.
54 ist eine Seitenquerschnittsansicht 214 von einer Federmessspitzenkontaktierung 100c, die eine Federmessspitzenkontaktfläche 92 hat, die sich von dem Stützsubstrat 106 aus erstreckt, in welcher eine Verbindung zwischen dem nachgiebigen Metallspannungsfederkontaktierungsanschluss 14 und einer Leiterbahnenplatine (PWB) 216 durch einen Lötkugelkontakt 220 und einem Platinenkontakt 218 gebildet ist.
Dementsprechend, obwohl die Erfindung bezüglich einer bestimmten bevorzugten Ausführung detailliert beschrieben worden ist, werden Personen mit diese Erfindung betreffenden allgemeinen Kentnissen erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Verbesserungen möglich sind ohne Abweichen von dem Gültigkeitsbereich der sich anschließenden Ansprüchen.

Claims

Struktur (100), umfassend ein elektrisch isolierendes Substrat (106) mit einer ersten ebenen Oberfläche (156a) und einer zweiten Oberfläche (156b); und eine Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14), die sich von der ersten ebenen Oberfläche (156a) erstrecken, wobei die Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14) eine Mehrzahl von Metallschichten (17) umfasst, wobei zumindest zwei der Metallschichten (17) unterschiedliche Anfangsspannungsniveaus haben und wobei die Metallspannungsfedern (14) eine Struktur (152) definieren, die sich von der ersten ebenen Oberfläche (156a) des elektrisch isolierenden Substrats (106) wegkrümmt; dadurch gekennzeichnet, dass: die zweite Oberfläche (156b) des elektrisch isolierenden Substrats (106) konturiert ist; und sich die Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14) durch das elektrisch isolierende Substrat (106) von der ersten ebenen Oberfläche (156a) und über die zweite konturierte Oberfläche (156b) des elektrisch isolierenden Substrats (106) hinaus erstreckt und eine Schleifenstruktur (152) definiert, die von der ersten ebenen Oberfläche (156a) weggedreht ist.
Struktur nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen integrierten Schaltungschip (80), der ein Substrat (16) mit einer oberen Oberfläche (85a) und einer unteren Oberfläche (85b), eine integrierte Schaltung (102) und eine Mehrzahl von Kontakten (82) der integrierten Schaltung umfasst, die an der oberen Oberfläche (85a) angeordnet sind und elektrisch mit der integrierten Schaltung (102) verbunden sind; wobei die Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14) elektrisch mit den Kontakten (82) der integrierten Schaltung verbunden sind; und wobei die erste ebene Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats (106) im Wesentlichen die obere Oberfläche (85a) des Substrates der integrierten Schaltung (16) bedeckt.
Struktur nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Kontakten (82) der integrierten Schaltung Kontaktflächen (82) umfasst.
Struktur nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Metallschicht (17) der Mehrzahl von Metallschichten (17) einer jeden der Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14), die direkt mit dem Kontakt (82) der integrierten Schaltung verbunden ist und die die äußere konvexe Schicht (17) an der Schleifenstruktur (152) bildet, eine Grenzschicht (161) ist.
Struktur nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei der Abschnitt der Schleifenstruktur (152) einer jeden der Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14), die sich über das elektrisch isolierende Substrat (106) hinaus erstreckt, ferner eine vergrößerte Kontaktoberfläche (92) umfasst.
Struktur nach Anspruch 1, ferner umfassend: zumindest ein Gehäuse (44) in Chipgröße; wobei jedes des zumindest einen Gehäuses (44) in Chipgröße einen integrierten Schaltungschip (80) umfasst, der ein Substrat (104) für eine integrierte Schaltung mit einer oberen Oberfläche (85a) und einer unteren Oberfläche (85b), eine integrierte Schaltungsvorrichtung (102) und eine Mehrzahl von Kontakten (82) der integrierten Schaltung umfasst, die an der oberen Oberfläche (85a) angeordnet sind und elektrisch mit der integrierten Schaltungsvorrichtung (102) verbunden sind; wobei die Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14) elektrisch mit den Kontakten (82) der integrierten Schaltung verbunden ist; und wobei die erste ebene Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats (106) im Wesentlichen die obere Oberfläche (85a) des Substrats (80) der integrierten Schaltung bedeckt.
Struktur nach Anspruch 6, umfassend: ein nachgiebiges Trägersubstrat (115) mit einer ersten Oberfläche (116a) und einer zweiten Oberfläche (116b); wobei jedes des zumindest einen Gehäuses (44) in Chipgröße an der ersten Oberfläche (116a) des nachgiebigen Trägersubstrats (115) haftend angeordnet ist (112).
Struktur nach Anspruch 1, wobei die Struktur einen Zwischenträger (100b) umfasst.
Zwischenträger nach Anspruch 8, wobei das elektrisch isolierende Substrat (106) ein Polymer umfasst.
Zwischenträger nach Anspruch 8, wobei das elektrisch isolierende Substrat (106) ein Elastomer umfasst.
Verfahren, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen (170) eines Substrats (172); Bilden (176) einer Mehrzahl von Metallschichten (17) auf dem Substrat (172), wobei zumindest zwei der Metallschichten (17) unterschiedliche Spannungsniveaus haben; Lösen (180) eines Abschnitts der Mehrzahl von Metallschichten (17), um eine unebene Struktur zu bilden, die sich von dem Substrat (172) wegkrümmt; dadurch gekennzeichnet, dass die unebene Struktur eine Schleifenstruktur (152) ist, die um einen effektiven Drehwinkel (30) von dem Substrat (172) weggedreht ist; und durch die folgende Schritte: Bilden (182) eines elektrisch isolierenden Substrats (106, 184) über dem Substrat (172), der Mehrzahl von Metallschichten (17) und der gebildeten unebenen Schleifenstruktur (152); und Entfernen (188) eines Abschnittes des gebildeten elektrisch isolierenden Substrates (184), um einen Abschnitt (92) der gebildeten unebenen Schleifenstruktur (152) freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt: Entfernen (192) des Substrats (172).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei zumindest zwei der Metallschichten (17) aus dem gleichen Metall bestehen und einen anfänglichen Spannungsgradienten aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei das Substrat (172) ferner mindestens eine Nut (174) umfasst.
Struktur nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Substrat (172) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche und einer Mehrzahl von leitenden Durchkontaktierungen (200), die sich von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche erstrecken; wobei eine Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14) elektrisch mit den Durchkontaktierungen (200) verbunden sind; wobei die erste ebene Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats (106) im Wesentlichen die obere Oberfläche (85a) des Substrates (198) bedeckt; und wobei jede der Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14) eine primäre Überzugsschicht (166) umfasst, die im Wesentlichen die Schleifenstruktur (152) bedeckt.
Struktur nach Anspruch 15, wobei die primäre Überzugsschicht (166) Nickel, eine Nickellegierung oder Kobalt aufweist.
Struktur nach Anspruch 15 oder 16, ferner aufweisend eine sekundäre Überzugsschicht (166) über der primären Überzugsschicht (166).
Struktur nach Anspruch 17, wobei die sekundäre Überzugsschicht (166) Rhodium oder Gold aufweist.
Struktur nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Substrat (172b) mit einer oberen Oberfläche (85a) und einer unteren Oberfläche (85b) und einer Mehrzahl von leitenden Durchkontaktierungen (200), die sich von der oberen Oberfläche (85a) zu der unteren Oberfläche (85b) erstrecken; wobei die Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14) elektrisch mit den Durchkontaktierungen (200) verbunden sind; und wobei die erste ebene Oberfläche (156a) des elektrisch isolierenden Substrats (106) im Wesentlichen die obere Oberfläche (85a) des Substrats (172b) bedeckt.
Struktur nach Ansprüchen 1, 8, 9, 10 oder 19 oder Verfahren nach Ansprüchen 11 oder 12, wobei die zumindest zwei der Metallschichten (17) aus dem gleichen Metall bestehen und einen anfänglichen Spannungsgradienten haben.
Struktur nach Ansprüchen 2 oder 17, wobei jede der Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14) ferner mindestens eine Überzugsschicht (166) umfasst, die im Wesentlichen die Schleifenstruktur (152) bedeckt.
Struktur nach Anspruch 2, 20 oder 21, wobei das elektrisch isolierende Substrat ein Elastomer aufweist.
Struktur nach Anspruch 19, wobei der Abschnitt der Schleifenstruktur (152) jeder der Mehrzahl von Metallspannungsfedern (14), der sich über das elekt risch isolierende Substrat (106) hinaus erstreckt, einen Kontaktflächenbereich (92) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Substrat (172, 198) eine elektrisch leitende Durchkontaktierung (200) umfasst, die sich von der oberen Oberfläche (85a) zu der unteren Oberfläche (85b) erstreckt; und wobei sich zumindest eine der Mehrzahl von Metallschichten (17) auf dem Substrat (172), in elektrischem Kontakt mit der Durchkontaktierung (200) befindet.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 24, wobei der Schritt des Bildens (182) des elektrisch isolierenden Substrats (106) über dem Substrat (172) und teilweise über der gebildeten unebenen Schleifenstruktur (152) ferner folgendes umfasst: Bilden (182) des elektrisch isolierenden Substrats (106) über dem Substrat (172), der Mehrzahl von Metallschichten (17) und der gebildeten unebenen Schleifenstruktur (152); und Entfernen (188) eines Abschnittes des gebildeten elektrisch isolierenden Substrats (154), um einen Abschnitt (92) der gebildeten unebenen Schleifenstruktur (152) freizulegen.
Struktur nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 19 bis 23 oder Verfahren nach Anspruch 11, 12, 24 oder 25, wobei die Schleifenstruktur (152) um einen effektiven Drehwinkel (30) von der oberen Oberfläche (85a) weggedreht ist und wobei der effektive Drehwinkel (30) weniger als 90° beträgt.
Struktur nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 19 bis 23 oder Verfahren nach Anspruch 11, 12, 24 oder 25 wobei die Schleifenstruktur (152) um einen effektiven Drehwinkel (30) von der oberen Oberfläche (85a) weggedreht ist und wobei der effektive Drehwinkel (30) größer als 180° ist.
Struktur nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 19 bis 23 oder Verfahren nach Anspruch 11, 12, 24 oder 25, wobei die Schleifenstruktur (152) um einen effektiven Drehwinkel (30) von der oberen Oberfläche (85a) weggedreht ist und wobei der effektive Drehwinkel (30) etwa 270° beträgt.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei die erste der gebildeten Mehrzahl von Metallschichten (17) eine Grenzschicht (161) umfasst.
Struktur nach Anspruch 4 oder Verfahren nach Anspruch 13 oder 29, wobei die Grenzschicht (161) Gold, Rhodium oder Palladium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11 bis 14 oder 24 bis 30, ferner umfassend den Schritt: Bilden (208) von zumindest einer Überzugsschicht (166) über der unebenen Schleifenstruktur (152).
Struktur nach Anspruch 21 oder Verfahren nach Anspruch 31, wobei zumindest eine der zumindest einen gebildeten Überzugsschicht (166) Nickel, eine Nickellegierung, Gold, eine Goldlegierung, Silber, Rhodium, Palladium oder Kobalt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Substrat (198) ferner zumindest eine Nut (174) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 33, ferner aufweisend den Schritt: Füllen der Nut (174) mit einem elektrisch leitenden Material (159); wobei ein Abschnitt der Mehrzahl von Metallschichten (17) an dem elektrisch leitenden Material (159) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 24, wobei das gebildete elektrisch isolierende Substrat (106) eine Mehrzahl von Polymerschichten (106) umfasst.