KR20040093740A - 상호접속 장치 및 소형 스프링 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초소형 피치를 갖는 어레이로 제조될 수 있는 소형 콘택트 스프링(507)의 항복 강도 및 피로 강도를 증가시키기 위한 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 소형 스프링(507)의 신뢰도에 영항을 미치지 않고, 접촉을 반복할 때 스프링의 팁에 접촉 패드 재료의 점착을 최소화하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 수명을 크게 저하시키지 않고, 비교적 높은 전류의 흐름을 허용하는 스프링(507)을 제조하기 위한 방법을 제공한다.

Description

상호접속 장치 및 소형 스프링 제조 방법{A MINIATURIZED CONTACT SPRING}

소형 스프링은, 이러한 소형 스프링의 어레이들 또한 10㎛ 미만의 피치로 제조될 수 있기 때문에, 테스팅, 고온 검사(burn-in) 및 패키징과 같은 목적을 위해 집적 회로, PCB, 인터포저(interposer), 공간 변환기(space transformer) 및 프로브 칩 상의 접촉 패드 또는 I/O 단자에 대한 전기 접촉부로서 널리 사용되어 왔다. 일반적으로 포토리소그래피에 의해 패터닝된 소형의 스트레스 금속 필름 스프링(miniaturized stress metal film spring)은 기판에 부착된 앵크부(anchor portion)라고도 하는 고정 부분(fixed portion)과, 최초에 기판에 부착된 자유부(free portion)라고도 하는 리프트 부분(lifted portion)을 포함하는데, 이 자유부는 릴리스(release) 시에 스프링 내의 고유 스트레스 구배(inherent stressgradient)로 인해 3차원 구조를 형성하는 기판으로부터 멀어진다. 통상, 필름 내의 스트레스 구배는 상이한 프로세스 조건 하에서 스퍼터링 또는 전기 도금에 의해 복수의 박막층의 순차적인 증착을 통해 생성된다. 전형적인 스트레스 금속 필름 스프링이 도 1a에 개략적으로 도시되어 있는데, 이 스프링은 기판 또는 전기 소자(103)에 부착된 단자(102) 또는 전기 접속부와 관련된 앵크부(101)와 스프링 팁(105)을 갖는 자유부(104)를 포함한다. 이러한 구조의 예는 미국 특허 제 5,613,861(Smith) 및 PCT/US00/21012(Chong, Mok)에 개시되어 있다.

다른 유형의 스프링은 웨이퍼 테스트 또는 고온 검사 어셈블리에 사용된 것 또는 반도체 디바이스와 같은 집적된 고체 소자를 포함하는 것과 같이 개별적으로 또는 그룹으로 제조되어 기판 상에 탑재된 불연속(discrete) 스프링을 포함한다. 또 다른 유형의 이러한 스프링으로는 PCT 01/48818, PCT WO97/44676, 미국 특허 제 6,184,053 호 및 PCT WO01/09952와 같은 특허 문헌에 개시된 바와 같이, 포토리소그래피를 사용하여 기판 상에 함께 제조되는 캔틸레버(cantilever) 유형의 스프링이 있다. 이들 스프링 중 일부는 개별적으로 또는 그룹으로 희생 기판 상에 제조되고 그 다음에 웨이퍼 테스트 또는 고온 검사 어셈블리에 사용된 기판 또는 반도체 디바이스를 포함하는 기판 상에 탑재된다. 도 1b는 희생층 상에 제조된 전형적인 포토리소그래픽 방식으로 패터닝된 프리스탠딩(freestanding) 캔틸레버 스프링의 개략적인 단면도로서, 기판(203)의 전기 접촉 패드(202)에 부착되는 한쪽 단부의 베이스 영역(201)과, 스프링의 다른쪽 단부의 접촉 팁 영역(204)과, 베이스 영역(201)과 접촉 팁 영역(204)을 연결하는 스프링의 중앙의 주 본체(205)를 포함한다. 이러한 유형의 스프링의 문제점은 이들 스프링이 너무 길다는 것이다. 예를 들어 20 내지 50 ㎛의 매우 작은 피치를 갖는 접촉 단자 패드를 포함하는 일부 현세대 및 차세대 집적 회로의 테스팅 및 고온 검사에 있어서는 보다 짧고 보다 작은 스프링이 바람직하다.

보다 두꺼운 금속 코팅을 추가하기 위해 포토리소그래픽 프로세스를 이용하여 보다 짧은 스프링을 제조하는 방법이 상기 특허 문헌에 규정되어 있다. 한 방법은 WO 01/48870에 개시되어 있다. 이 방법은 전기도금된 포토레지스트를 사용하여 금속이 프리스탠딩 스프링의 최상부 상에 도금되도록 한다. 그러나, 150㎛ 미만의 패드 피치를 갖는 프로브 IC에 요구되는 치수에서, 프리스탠딩 스프링은 유연성(compliance)에 요구된 프로브(probe)의 높이를 크게 감소시키지 않고는 후면 포토레지스트를 유지하기에 불충분한 강도를 갖는다. 포토 프로세스(photo process)에서의 어떠한 비균일성에 의해 또한 스프링 높이는 테스팅 중에 IC 패드 상에 남아있는데 필요한 균일성 요건을 만족시킬 수 없도록 비균일하게 된다.

특허 출원 (WO 01/48870)에 개시된 방법은 또한 도금 후에 리프트 높이를 제어하는데 있어 부가적인 문제점을 갖는다. 프리스탠딩 스프링을 갖는 목적 중 하나는 더 두꺼운 도금된 금속을 지지하는 구성 또는 구조를 제공하는 것이다. 스프링의 한 면만 도금하면, 그 스프링은 도금된 필름 내에서의 스트레스에 의해 휘어져서 리프트 높이가 상이해진다. 필름이 신장력이 있으면 그 필름은 위로 휘어지고, 필름이 압축력이 있으면 그 필름은 아래로 내려간다. 이들 스트레스 조건은 모두 IC를 테스트하는데 필요한 스프링 리프트 균일성 및 허용 오차에 대하여 제어하기가 어렵다. 또한, 압축형 스프링(compressive spring)은 신장형 스프링(tensile spring)보다 더 강하고, 압축형 도금 필름을 갖는 스프링은 그것이 유용한 프로브가 되기에 충분한 유연성이 없는 점까지 리프트 높이가 낮아진다. 또한 프리스탠딩 스프링이 이 압축 효과를 보상하기 위해 도금 전에 리프트될 수 있는 높이에 대한 한계가 있다. 프로브는 90도 미만의 각으로 IC 전기 패드에 접촉할 필요가 있다. 리프트 높이를 증가시키면, 스프링이 자신의 주위를 돌아서 기판에 대해 360도 원을 그릴 수 있다. 그 결과, 이 특허 출원에 개시된 프로세스는 IC 테스팅에 요구된 스프링 어레이의 리프트 높이의 균일성을 제어하기 위한 요건을 만족시키지 못한다.

특허 출원 WO 01/48870에서 프로브를 형성하는 한 방법은 도금된 스프링 상에 팁을 조립하고 제 2 상호 접속 기판에 희생 기판 상에서 제조된 스프링을 조립하는 것이다. 이 조립 공정은 배치 에러를 추가하여, 본 명세서에 기재된 바와 같이 완전히 합체된 접속 버턴보다 제조 비용이 더 많이 든다.

미국 특허 제 6,528,350 호에 개시된 다른 방법은 포토레지스트 코팅, 즉 마스크를 스프링과 분리시켜 두고, 릴리스층 아일랜드(release layer island)를 사용하여 스프링의 프리스탠딩 부분의 도금을 허용한다. 릴리스 마스크가 스프링의 베이스(앵크부)에 인접해서 중지되고 스프링의 베이스를 따라서 연장되지 않는 경우, 그 베이스에 인접한 스프링의 자유부의 두께 및 폭은 도금 시에 베이스 영역에 비해 훨씬 더 크게 된다. 그 결과, 스프링의 프리스탠딩 부분은 베이스 영역 근방에서 기계적으로 더 약하다. 휘는 순간은 이 영역 내에서 최고이기 때문에, IC 테스트 동안에 스프링 팁에 힘을 가할 때, 스프링이 일찍 파열되고, 따라서 IC 제조 라인에 필요한 프로브의 수명 요건을 만족시킬 수 없다. 도금 동안에 포토레지스트 마스크가 스프링의 프리스탠딩 부분과 앵크부의 일부를 덮지 않는 미국 특허 6,528,350에 기술된 다른 방법에 있어서는, 부서지는 경향이 있는 폭 내에 불연속부가 여전히 존재한다. 마스크의 정렬 및 스프링 릴리스 프로세스의 제어는 또한 심각한 문제를 일으켜 도금이 고르지 않게 하고 리프트 균일성에 변화를 발생시킨다. 이 프로세스에서의 중요한 다른 문제는 비교적 얇은 릴리스층의 고저항 및 도금 전류가 흐르는 스트레스 금속 필름으로 인해 발생한다. 전류 밀도는 기판의 에지에서의 전력 접속점으로부터의 거리에 따라 광범위하게 변한다. 그 결과, 도금된 필름의 특성, 예를 들어 미세 구조, 두께, 스트레스 등이 스프링의 다른 영역에서 광범위하게 변한다. 결국, 이 프로세스는 효과적인 IC 테스팅에 필수적인 리프트 높이와 같은 상당히 균일하고 제어된 특성을 갖는 스프링의 어레이를 생성하지는 않는다.

본 발명은 상기 두 방법과 관련된 문제점을 회피하기 위한 다수의 수단을 포함하며, 웨이퍼 레벨의 IC 테스팅의 엄격한 요건을 만족시키는데 적합한 스프링의 어레이를 제조할 수 있는 해결책을 제공한다. 특히, 본 발명은 상당히 균일한 리프트 높이 및 특성과, 내구성을 갖는 스프링의 어레이를 제조할 수 있도록 한다. 예를 들면, 본 발명은 전체 스프링 코어, 즉 프리스탠딩부 및 앵크부 모두를, 전착(electrodeposition) 후에 적절한 균일성을 갖는 스프링 높이를 유지할 수 있는 안정된 스트레스를 갖는 전착된 필름으로 둘러싸는 예를 개시하고 있다. 다른예에서는, 임의의 포토레지스트 마스크를 사용하지 않고 선택적으로 스프링을 도금하는 방법을 개시한다.

소형 콘택트 스프링은 주기적으로 가해지는 스트레스(cyclic stress)를 포함하는 다양한 레벨의 스트레스를 스프링에 가하는 테스팅 동안에 다수의 접촉 동작을 받는다. 또한, 콘택트 스프링을 사용하여 칩 및 칩 캐리어와 같은 두 요소에 결합하는 패키지에서, 스프링은 테스팅 및 동작 동안에 스트레스를 받는다. 스프링은 고장없이 이러한 스트레스에 견딜 수 있어야 한다. 그러나, 약 400㎛×60㎛×20㎛ 크기의 소형 스프링은 통상 접촉력이 약 1gf를 넘는 10,000회의 터치다운(touchdown) 후에 고장, 즉 소성 변형되기 시작하는 것으로 관측되었다. 고장의 주 원인은 교번 스트레스(alternating stress)가 스프링 재료의 피로 강도를 초과하기 때문이다. 피로 강도는 재료가 특정 수의 주기에 견딜 수 있는 교번 스트레스 레벨을 나타낸다. 이것은 통상적으로 재료의 항복 강도의 일부로서, 소성 변형(plastic deformation), 즉 순간적인 영구 변형의 징후에 대응한다. 실험에 의해 관측된 바에 의하면, 낮은 접촉 저항을 갖는 알루미늄 상에 양호한 재생가능한 콘택트를 형성하는데 일반적으로 약 1 gf를 초과하는 힘이 요구되기 때문에, 스프링의 성능 및 품질을 개선하기 위해 고장에 대한 스프링의 내성이 상당히 증가되어야 한다. 보다 큰 단면을 갖는 스프링은 결과의 스트레스가 더 낮기 때문에, 유사하거나 보다 큰 힘에 고장없이 견딜 수 있지만, 이들은 스프링의 피치를 제한한다.

디바이스의 고온 검사와 같은 어떠한 동작에서는, 콘택트 스프링이 예를 들어 약 100℃의 고온에서 디바이스 단자와 접촉할 것이 요구된다. 이러한 접촉부는 또한 이 동작 동안에 예를 들어 250 내지 500 mA의 비교적 높은 전류가 흐르는 것을 허용하도록 요구될 수도 있다. 이 조건 하에서, 접촉 저항은 예를 들어 0.1 밀리옴 정도로 상당히 낮아야 하며, 따라서 스프링의 접촉부의 팁 영역이 과열에 의해 손상될 수도 있다. 낮은 접촉 저항을 획득하기 위한 한 방법은 스프링의 두께를 증가시킴으로써 접촉력을 증가시키는 것이다. 그러나, 접촉력이 높아지면 스프링의 본체에서, 특히 베이스 영역 근방에서 발생된 스트레스가 증가하며, 따라서 터치다운을 반복하는 동안에 초기에 스프링이 고장날 확률이 높아진다.

또한, 전기 접촉 패드 또는 단자로부터의 재료는 접촉을 반복하는 동안에 스프링의 팁에 점착되는 경향이 있다. 패드 재료가 스프링의 팁에 점착되어 어 접촉 저항을 증가시키거나, 패드 재료가 주위에 노출된 부분 상에 점착되는 화합물을 형성하는 경우, 전기 접촉부는 터치다운을 반복한 후에 저하된다. 이것은 또한 스프링의 수명을 단축시킨다. 따라서, 접촉부의 팁 구조는 접촉 패드 또는 단자에 강하게 점착되지 않는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 소형 스프링의 항복 강도 및 피로 강도를 소형 요건 내에서 최대화하기 위한 메커니즘이 요구된다.

또한, 접촉을 반복할 때 스프링의 신뢰도와 전기 전도성에 실질적으로 영향을 미치지 않고 스프링의 팁에 접촉 패드 재료가 점착되는 것을 최소화하기 위한 메커니즘이 요구된다.

스프링 높이를 균일하게 하고 튼튼한 팁 구조를 제공하는 부합된스트레스(compliant stress)에 대해 높은 내성을 갖는 스프링을 제조하는 방법이 요구된다.

본 발명은 일반적으로 매우 소형인 스프링(highly miniaturized spring)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 소형의 콘택트 스프링(contact spring) 및 이들 스프링의 항복 강도(yield strength) 및 피로 강도(fatigue strength)를 증가시키는 방법에 관한 것이다.

도 1a는 종래 기술에 따른 전형적인 스트레스 금속 필름 스프링을 도시한 개략도.

도 1b는 종래 기술에 따른 전형적인 캔틸레버 스프링을 도시한 개략도.

도 2는 박막대 대응하는 벌크 재료의 스트레스-스트레인(stress-strain) 곡선을 도시한 도면.

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 다층 구조를 갖는 스트레스 금속 필름 스프링을 도시한 개략도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, 적어도 하나의 높은 열 전도도 필름을 포함하는 다층 구조를 갖는 스트레스 금속 필름을 도시한 개략도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 금속 충진 비아, 절연 폴리머 필름 및 전기 트레이스가 사용되는 스프링 설계 및 제조에 대한 해결책을 도시한 개략도.

도 6은 본 발명에 따른, 기판의 후면에 전기 접속을 제공하는 비아 상에 형성된 스트레스 금속 필름 스프링의 개략도.

도 7은 본 발명에 따른, 강인성을 개선하기 위해 도금한 스트레스 금속 필름 스프링의 개략도.

도 8은 본 발명에 따른, 포토레지스트에 의해 코팅된 도금된 스트레스 금속 필름 스프링의 개략도.

도 9는 본 발명에 따른, 스프링의 팁을 노출하도록 패터닝된 포토리지스트에 의해 코팅된 도금된 스트레스 금속 스프링의 개략도.

도 10은 본 발명에 따른, 팁의 노출된 부분 상에 도금된 접촉부의 팁 재료를 갖는 도금된 스트레스 금속 스프링의 개략도.

도 11은 본 발명에 따른, 포토레지스트 제거 후에 접촉부의 팁 재료를 갖는 도금된 스트레스 금속 스프링의 개략도.

도 12a는 본 발명의 일실시예에 따른, 테이퍼형의 가변 폭을 갖는 스트레스 금속 필름 스프링의 개략도.

도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른, 팁 영역이 접촉 재료로 코팅되는 테이퍼형의 스트레스 금속 필름 스프링을 도시한 개략도.

도 13은 본 발명에 따른, 삽입형 어레이 내의 접촉부의 팁 재료로 도금된 스트레스 금속 스프링의 개략도.

도 14a 및 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 전형적인 프리스탠딩 비스트레스(non-stress) 금속 캔틸레버 스프링의 두 단면을 도시한 개략도.

본 발명은 초소형 피치를 갖는 어레이로 제조될 수 있는 소형 콘택트 스프링의 항복 강도 및 피로 강도를 증가시키기 위한 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 소형 스프링의 신뢰도에 영항을 미치지 않고, 접촉을 반복할 때 스프링의 팁에 접촉 패드 재료의 점착을 최소화하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 수명을 크게 저하시키지 않고, 비교적 높은 전류의 흐름을 허용하는 스프링을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 또한 본 발명은 신뢰할 수 있는 패키지의 제조를 위한 무기 또는 유기 재료를 포함하는 기판의 대응 입력-출력 패드에 다이 본딩(die-bonding) 단자를 결합하기 위한 강인한 스프링을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 상기 결합은, 예를 들면 이방성으로 전도성 점착 필름을 포함하는 솔더 또는 전도성 점착제를 사용하여 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 스트레스 금속 스프링은 다층 필름 구조를 포함한다. 박막은 대응 벌크 재료보다 실질적으로 더 큰 항복 강도 및 피로 강도를 가지며, 따라서 이들 스프링은 어떠한 큰 소성 변형 없이 테스팅 또는 고온 검사 동안에 터치다운을 반복할 수 있다.

압축식으로 스트레스가 가해진 필름을 코어 필름 상에 증착하면 스프링의 수명을 증가시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다. 이렇게 하면, 전기 접촉 패드 또는 단자에서 큰 힘을 가할 수 있는 스트레스 금속 스프링을 제조할 수도 있다.

박막은 두 개의 상이한 재료 사이의 계면을 가로질러 연속적이거나 또는 미세한 불연속 계단형으로 조성(composition)이 구배진 변화를 갖도록 증착되며, 따라서 탄성률은 일반적으로 스프링 표면으로부터 스프링 코어쪽으로 점진적으로 증가한다. 그 결과의 스프링은 터치다운을 반복하는 동안에 수명이 크게 증가하는 것으로 나타난다.

적절한 재료 및/또는 프로세스는 다층 구조 내의 인터페이스의 강인함을 증가시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다. 유사한 격자 파라미터의 재료가 인접 필름에 사용되고, 비정질 또는 나노 결정 필름(nano-crystalline film)이 계면으로 사용되는 것이 바람직하다. 계면은 두 인접층의 재료를 "페이징인(phasing-in)"하거나 또는 두 인접층의 재료의 합금을 이용함으로써 형성될 수 있다.

박막의 자유부의 두께는 4 내지 35㎛ 범위 내가 바람직하며, 이것은 스프링 팁과 접촉 패드 또는 상이한 재료로 이루어진 전기 단자 사이에서 신뢰할 수 있고 낮은 전기 접촉 저항을 허용한다.

비교적 높은 전류에서의 테스팅 또는 고온 검사 동안에 열을 방산하는데 있어서 다층 필름 구조 내의 적어도 하나의 높은 열 전도성 필름이 사용되는 것이 바람직하다.

스프링 구조를 형성하는 필름의 증착 동안에 프로세스 파라미터가 변경되면 스프링의 품질 및 신뢰도를 향상시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 스프링 코어의 코팅을 포함하는 박막은, 스프링의 항복 강도 및 피로 강도를 모두 증가시키기 위해, 예를 들어 200nm보다 작은 초소형 입도와 같은 적절한 마이크로 구조의 피처(feature)로 증착된다.

스프링과 접촉 패드를 양호하게 전기 접촉하는데 사용된 힘이 실질적으로 감소한다. 알루미늄(Al)에 대한 접촉력의 적절한 범위는 0.8 내지 10.0gf이다. 금, 구리 또는 솔더로 이루어진 접촉 패드에 있어서는, 양호한 전기 접촉을 이루기 위한 힘은 훨씬 더 작다. 포토리소그래픽 방식으로 패터닝된 소형 콘택트 스프링의 낮은 힘은 프로브칩, 즉 IC 단자, 인터포저 및 테스팅 및 고온 검사와 패키징을 위한 어셈블리 고정물과 접촉하는 부착식 프로브 스프링을 갖는 기판을 포함하는 프로브 카드 어셈블리의 구성을 용이하게 한다. 어셈블리는 굽힘(bending), 휨(warping) 및 정렬(alignment) 문제가 최소화되므로, 이들 낮은 힘의 스프링의 사용에 의해 크게 단순화된다.

스프링의 수명을 향상시키기 위한 방법은 표면의 거칠기를 최소화하는 방법을 포함한다.

폭과 두께와 같은 스프링의 치수의 변화는 또한 수명을 향상시키는데 유용한 것으로 밝혀졌다. 일실시예에서, 스프링의 자유부는 테이퍼형이다.

본 발명은 또한 어떠한 마스크도 사용하지 않고, 상부 필름을 스트레스 금속 스프링, 회로 트레이스 및 전기 접촉 패드 상에 전착하는 저비용의 효과적인 방법을 제공한다.

일실시예에서, 이른바 버턴식 스프링 팁이라고 하는 스프링의 팁 영역은 리소그래픽 프로세스를 이용하여, 터치다운을 반복하는 동안 접촉 패드 재료의 점착을 최소화하는 재료로 선택적으로 코팅된다. 스프링 팁 영역의 두께는 기판으로부터 스프링이 릴리스되기 전에 형성된다.

다른 실시예에서, 스프링이 리프트되고 터치다운을 반복하는 동안 접촉 패드 재료의 점착을 최소화하는 재료로 요구된 대로 전기 도금된 후에, 팁 영역을 선택적으로 코팅할 수 있도록 포토레지스트가 도포되어 패터닝된다.

스트레스 금속 스프링에 대한 해법은 다른 유형의 캔틸레버에 적용될 수 있다. 일실시예는 스프링의 접촉 팁 영역에 버턴식 접촉 구조를 갖거나 또는 갖지 않고, 다른 캔틸레버 스프링에 적용가능하다. 다층 필름은 높은 내구성 및 증가된 수명을 갖는 강인한 고성능 스프링을 제조하는 특별한 원리에 따라서 순차적으로 선택 및 증착된다. 이 원리는, 스프링의 외부층의 탄성률이 내부층의 탄성률보다 더 낮고 스프링의 표면층으로부터 최내부층으로 갈수로 탄성률이 점진적으로 증가하는 방식으로 필름이 선택되고 순차적으로 증착될 것을 요구한다.

다른 실시예에서, 스프링의 항복 강도 및 파열 강도 모두를 증가시키기 위해, 비스트레스 금속 캔틸레버 스프링을 포함하는 박막이 200nm 미만의 초소형 입도와 같은 적절한 마이크로 구조 피처를 갖도록 증착된다.

또 다른 실시예에서, 비스트레스 캔틸레버 스프링층은 내장 압축식 스트레스를 갖는 적어도 하나의 증착 필름층으로 이루어진다.

동일한 원리에 따라서, 보다 강인하고 보다 높은 강도를 갖는 보다 짧은 스프링이 제조될 수 있다.

본 발명은 실리콘 및 Ⅲ-Ⅴ족 소자, 디스플레이 소자, 표면 탄성파(furface acoustic) 소자, 마이크로 전기기계(MEMS; micro-electromechanical) 소자와 같은다양한 유형의 고체 소자의 테스팅 및 고온 검사에 적용가능하다.

또한, 본 발명은 전자 소자의 전기 단자가 인접 기판의 대응 접촉 패드에 결합되는 패키지에 적용가능하다.

소형 스프링은 박막 또는 와이어 본딩(wire bonding)과 같은 불연속 소자(discrete component) 제조 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 일반적으로, 넓은 응용 분야에서 만족스럽게 작동하는 스프링에 대하여, 재료의 항복 강도는 테스팅 또는 고온 검사 동안 또는 조립된 패키지 내에서 스프링에 가해지는 스트레스보다 더 높아야 한다. 스프링 재료의 항복 강도가 인가된 스트레스보다 더 낮기 때문에 많은 박막 스트레스 금속 스프링이 테스팅 동안 소성 변형되는 것으로 관측되었다. 스트레스 금속 필름은 통상적으로 몰리브덴(Mo) 또는 그 합금, 텅스텐(W) 또는 그 합금과 같은 재료로 이루어진 강한 코어 필름을 포함하고, 니켈 또는 니켈-코발트(Ni-Co) 합금 필름과 같은 부가적인 상부 필름 코팅을 갖는다. 이들 필름 중 일부는 비교적 두꺼우며, 통상적으로는 4×10³nm의 두께를 갖는데, 이것은 양호한 전기 접촉을 위해 접촉 표면에 스프링에 의해 가해질 필요가 있는 힘을 증가시키기 위해 요구된다. 만족스러운 스프링의 성능을 보장하기 위해 이러한 필름의 높은 항복 강도가 요구된다.

본 발명에 의해 생성된 스트레스 금속 스프링은 박막/IC 또는 MEMS 기술을 이용하여 기판 또는 전기 소자 상에 일괄 제조되기 때문에, 본 명세서에 개시된 스프링은 프로브 카드, 인터포저, 공간 변환기, PCB, 웨이퍼, 전자 소자 및 피치 범위가 3 내지 100㎛인 I/O 단자 또는 매우 작은 접촉 패드를 갖는 마이크로칩을 포함하는 테스팅, 고온 검사 및 패키징(3차원 패키징 및 칩 투 칩-캐리어 본딩(chip to chip-carrier bonding)을 포함하는) 애플리케이션에 특히 적합하다. 기존의 기술은 대부분 이러한 애플리케이션에 적합하지 않다. 대응 스프링 또는 스프링 단자의 크기는 길이가 10 내지 1,000㎛이고 폭이 3 내지 500㎛이며 두께가 0.1 내지40㎛로 매우 작다. 리프트된 코어의 회전 반경은 통상 20 내지 2,000㎛이다. 본 발명의 사상은 개시된 크기 및 피치 범위 밖의 스프링 또는 스프링 단자를 생성하는 데에도 이용될 수 있다. 또한 본 발명의 사상은 스트레스 금속 스프링 및 박막을 포함하는 기타 소형 스프링 모두에 적용될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 박막 스프링 재료의 항복 강도를 증가시키기 위해 두께가 약 1.5 내지 2㎛ 미만인 매우 얇은 필름의 복수의 층이 사용된다. 이것은 박막 스프링 코어 상에 코팅층을 형성하는데 특히 적합하다. 도 2에 개략적으로 도시된 박막의 스트레스-스트레인 곡선은 대응하는 벌크 재료의 스트레스-스트레인 곡선과 매우 상이하다. 박막 내의 재료는 보다 높은 항복 강도를 나타내는데, 즉, 필름이 벌크 형태의 동일한 재료에 비해 보다 높은 스트레스에서 탄성을 유지하고, 고장 전에 상대적으로 더 작게 소성 변형된다. 일반적으로, 박막 필름의 강도는 대응하는 벌크 재료의 항복 강도보다 재료의 이론적인 강도에 훨씬 더 가깝다. 예를 들어 2㎛ 이상으로 필름 두께가 증가하면, 필름은 증가된 벌크 스트레스-스트레인 특성을 나타낸다. 그 결과, 보다 더 두꺼운 필름의 탄성 한계는 보다 얇은 필름의 탄성 한계보다 더 낮다. 또한, 매우 얇은 필름의 입도(grain size)는 상대적으로 두꺼운 필름보다 훨씬 더 작고, 이 때문에 항복 강도 및 피로 강도 모두가 증가한다. 따라서, 더 얇은 필름을 갖는 스프링이 더 강인하다.

이 바람직한 실시예에서, 원자 배열 내의 불연속점이 두 인접한 필름 사이의 계면에 계획적으로 유입되어, 두 필름은 각각의 기계적 특성을 가지며 계면은 하나의 필름으로부터 다른 필름으로의 결함 전파를 방지한다. 필름이 요구된 두께로증착된 후에 증착 파라미터를 변경하는 것이 이것을 달성하는 한 방법이다. 이 계면을 형성하는 다른 방법은 두 개의 상이한 재료를 서로 인접하게 순차적으로 증착하는 것이다. 이것은 계면에서의 결합을 향상시키기 위해 두 인접한 층 내의 유사한 격자 파라미터를 갖는 두 상이한 재료, 예를 들어 Cu 및 Ni를 사용하는 것을 포함한다. 이 방안은 또한, 두 인접 층의 격자 파라미터가 서로 매우 유사하지 않는 경우에도 작용한다. 이러한 방안을 이용하여, 복수의 박막층이 소망의 스프링 필름 두께를 구성하도록 증착될 수 있다. 스프링의 상부층은, 저장 또는 동작 동안에 주위 환경의 악화 및 접촉 재료가 스프링 표면에 들러붙는 것을 방지하는 박막 구조인 것이 바람직하다. 이 실시예는 도 3a 및 3b에 개략적으로 도시되어 있는데, 여기서 A, B, C 등은 상이한 재료를 나타낸다. 동일한 재료를 증착하지만 상이한 프로세스 파라미터를 사용하여 다음 인접층을 형성하는 데에는, 인접층, 즉 A 및 A^*를 나타내는 별표가 사용된다.

이런 방식으로 형성된 다층 스프링은, 인접 층들 간의 결합을 용이하게 하고 스프링의 강인함을 더하도록 필름 내의 내부 스트레스를 완화시키기 위해, 원한다면, 짧은 시간 동안 비교적 저온에서, 예를 들면 10분 동안 150℃에서 어닐링될 수 있다.

이 실시예의 변형예에서는, 인접 층 사이의 결합을 용이하게 하기 위해 약 2000nm 이하의 비교적 두꺼운 두 필름층 사이에 약 200nm 미만의 비정질 또는 정질 박막을 생성하도록 증착 조건이 변할 수도 있다. 이러한 층간 필름 재료의 예로는Au, Ag, Ni, Cu 등이 있다.

다층 필름을 증착하기 위해 물리적 기상 증착(예를 들면, 스퍼터링 또는 CVD), 전착(electro-deposition) 및 화학 기상 증착과 같은 다양한 증착 기술이 사용될 수 있다. 접촉 패드 또는 다양한 재료의 단자와 양호한 전기 접촉을 이루기에 적합한 스프링의 특정 실시예에서, 스프링은 두께에 걸쳐서(압축되는 하부로부터 신장되는 상부로) 스트레스 구배(stress gradient)를 갖는 약 1 내지 4 ㎛ 두께의 Mo-Cr 필름의 스퍼터링 증착된 코어를 포함한다. 전기 도금 기술(dc 및/또는 펄스 증착)과 같은 필름 증착 기술을 사용하여 스프링의 자유부가 느슨해진 후에, 다층 박막, 예를 들어, 코어를 덮는 Ni 또는 그 합금이 코어의 전면 상에 증착되어 전체 스프링 두께가 약 18 내지 35㎛가 된다. 전착 기술, 즉 전기 도금 및 무전해 도금은 코어 필름을 코팅하기 위한 바람직한 기술이다. 전착 방법인 펄스 도금은 보다 농도가 높은 필름을 생성하는 경향이 있기 때문에 코팅에 특히 유용하다. 조성 조절 전착 기술(composition modulated electrodeposition technique)이 다층 필름을 증착하는데 사용될 수도 있다.

매우 얇은(약 2㎛ 미만의 두께) 필름 또는 예컨대 약 2㎛보다 두꺼운 비교적 두꺼운 필름의 다층과, 1 내지 45㎛의 자유층을 포함하는 스트레스 금속 스프링이 상이한 기판 또는 전기 소자 상에 전기 접촉 패드 또는 전기 단자를 포함하는 다양한 재료를 갖는 양호한 전기 접촉부를 형성하는데 적합한 것으로 발견되었다. 스프링의 자유부를 제조하는데 있어서의 바람직한 두께 범위는 4 내지 35㎛이다. 이 바람직한 범위 내의 적절한 두께를 갖는 이들 스프링의 자유부의 끝에 있는 팁과,주로 금(Au), 구리(Cu) 또는 일반적으로 사용된 납이 함유되어 있지 않거나 납이 함유된 솔더(solder) 또는 알루미늄(Al)을 포함하는 전기 접촉 패드 또는 단자 사이에서 우수한 전기 접촉(매우 낮은 접촉 저항)이 이루어졌다.

다른 바람직한 실시예에서는, 0.2㎛의 비교적 얇은 두께 또는 10 내지 15㎛의 두꺼운 필름을 갖는 다른 필름으로 이루어진 스프링의 고장에 대한 내성은, 전착에 의해, 예를 들어 전부 또는 비교적 두꺼운 상부 필름, 특히 스프링 표면에 가까운 필름이 압축 스트레스 하에서 남는 방식으로 코어 필름 상에 필름을 전기도금함으로써, 실질적으로 증가된다. 이것은 완성된 스프링이 사전에 압축 응력을 받도록 설계된다는 것을 의미한다. 압축 응력 조건(pre-stressed condition)을 유지하기 위해, 상부 재료 및 코어 재료는 모두 소성 변형에 견디는 고탄성 한계를 가져야 한다. 또한, 상이한 필름층 사이의 계면은 강해야 한다. 통상적인 실시에에서, 압축 스트레스를 갖는 상부 필름(overlying film)은 니켈로 이루어지며, Mo-Cr 코어 필름의 양면 상에 약 10㎛의 두께를 갖는다. 예를 들어, 전착 조(bath) 내의 첨가물 농도와 같은 적절한 증착 조건을 이용하면 그러한 필름을 생성할 수 있다. 이와 같이 생성된 스프링은 아무런 고장 없이 많은 터치다운에도 견딜 수 있다. 스프링 고장의 한 원인은 그 스프링이 눌러져서 전기 접촉 패드 또는 단자와 접촉할 때 스프링 표면에 높은 신장력 스트레스(tensile stress)가 발생하기 때문이다. 재료의 피로 강도는 일반적으로 신장 평균 스트레스(tensile mean stress) 하에서가 압축 평균 스트레스(compressive mean stress) 하에서보다 더 낮다. 상술한 방법은 스프링이 눌러져서 접촉 패드 또는 단자와 접촉할 때 스프링 표면에 신장 스트레스가 발생하는 것을 최소화하며, 따라서 고장에 대한 스프링의 내성을 증가시킨다. 이 방안 및 다음에 개시된 내용은, 일부 애플리케이션에 있어서 전기 접촉 패드 또는 단자에 필요한 높은 접촉력을 발생하는데 유용한 비교적 큰 전체 두께를 갖는 얇은 스트레스 금속 필름 스프링을 제조하여 사용할 수 있게 한다.

완전한 스프링은 압축 응력을 받도록 설계된다는 점에 유의하라. 압축 응력(pre-stressing)은 바람직하게는 압축 스트레스에 의해 달성된다. 그러나, 그 범위는 압축 신장 스트레스 대 압축 스트레스가, 예를 들어, 신장력 30MPa 대 압축력 70MPa로 낮을 수 있다. 스트레스는 동일한 첨가물 농도에 대해 Ni 도금의 두께에 따라 상이하다. 필름이 얇을수록 스트레스는 더 높다. 예를 들면, 1.5㎛ 두께의 필름에 대하여 스트레스는 약 70MPa의 압축력을 갖는다. 동일한 첨가물 농도를 갖는 도금된 Ni 스프링에서 생성될 수 있는 압축 스트레스의 범위는 25 내지 1.5㎛의 두께 범위에 대해 약 6 내지 70MPa(압축)이다. 따라서, 다양한 Ni 필름 두께에 대한 스트레스는 첨가물 농도의 변화를 통해 조절될 수 있다.

도금 방법에서 첨가제의 농도 변화의 다른 효과는 도금된 필름의 입도(grain size)에 반영된다. 현재 첨가제의 농도를 증가시킨 도금된 스프링에 있어서, 입도는 보다 작은 첨가제 농도를 갖는 초기에 도금된 샘플의 1/5(20%)인 것으로 밝혀졌다. 입도가 작으면 박막의 항복 강도가 증가한다(d^-1/2의 의존도). 이것은 터치다운을 반복하는 동안에 스프링의 수명을 증가시키는데 큰 영향을 미치는 요인이다. 스프링 코어를 덮는 필름 내의 입자, 예컨대 Ni의 직경의 바람직한 범위는 3 내지500nm이고, 통상 바람직한 값은 50nm이다. 도금된 상부 필름은, 예를 들면 입자의 큰 크기대 작은 크기의 비가 2 미만으로 입자들이 보다 등축적으로 될수록, 더 강해지는 것 같다.

다른 바람직한 실시예에서는, 약 1.5 내지 2㎛ 보다 두꺼운, 비교적 두꺼운 필름 또는 비교적 얇은(약 1.5 내지 2㎛ 미만) 필름으로 이루어지는 필름의 다층 스택의 증착을 위한 필름 재료의 선택이, 보다 낮은 탄성률을 갖는 필름이 스프링 표면 가까이에 증착되고, 보다 높은 탄성률을 갖는 필름이 코어쪽에 증착되는 방식으로 이루어진다. 이 실시예의 변형예에서는, 스프링의 표면으로부터 스프링 코어로 탄성률이 상당히 연속적으로 증가하게 되는 방식으로, 즉 조성이 구배지도록 증착되도록 하는 방식으로, 필름이 선택되어 코어 상에 증착된다. 연속적으로 또는 미세한 불연속적인 계단형으로 두 상이한 재료 사이의 계면을 가로지르는, 스프링 표면으로부터 코어 쪽으로의 탄성률 및 조성의 구배진 변화는 임계(critical) 위치에서 스트레스를 분산시키는데 사용되며, 따라서 영구적인 손상의 시작을 방지한다. 이들 구성에서, 스프링이 접촉 패드 또는 단자와 전기 접촉하도록 눌러지기 때문에, 표면에서 손상을 응집시키는 임계 신장 스트레스는 표면으로부터 스프링 내부로의 스트레스를 표면 아래에서 더 높은 비율로 확산시킬수록 표면에서 낮아진다. 이 때문에, 터치다운이 반복되는 동안에 스프링 표면에서 크랙이 발생할 확률이 줄어들며, 따라서 스프링의 수명이 증가한다. 이 실시예의 예로서, 스프링 표면층(즉, 중첩층 스택(overlayer stack)의 외부 표면)은 (Ni, Co 또는 Pt를 포함하는)팔라듐 합금, (Ni 또는 Co를 포함하는)금 합금, Pt 합금 등으로 이루어지는 반면에, 스프링 코어, 예를 들어 Mo-Cr에 더 가까운 필름층은 니켈 또는 Ni 합금, 예를 들면 Ni-Co로 이루어진다. 니켈에서 Pd 또는 Au의 농도가 더 높을수록, 탄성률은 더 작다. 따라서, 다른 예에서는, 스프링의 수명이 니켈 또는 그 합금을 증착함으로써 증가한다. 따라서, 다른 예에서는, 보다 높은 탄성률을 갖는 니켈 또는 그 합금을 Mo-Cr과 같은 코어 필름 상에 증착한 후 Ni를 포함하는 상부 필름에 Pd의 양을 증가시킨 층을 연속적으로 증착시킴으로써 스프링의 수명이 증가한다. 이 경우에 외부 필름은 예를 들어 10 내지 50 w%의 Ni 및 90 내지 50%의 Pd의 비교적 높은 농도의 Pd를 포함한다. 전술한 바와 같이 구배진 필름에 있어서는 Ni 내의 Pd의 농도가 코어로부터 표면으로 연속적으로 변한다. 후자는 증착 프로세스 동안, 종래의 증착 기법, 예를 들면, 전착의 증착 파라미터의 변화를 통해 달성될 수 있다. 코어 재료의 탄성률은 다른 필름의 탄성률보다 더 높을 수 있다.

스트레스 금속 스프링 코어 상에 다층 필름 스택을 제조하기 위해 다양한 재료의 조합이 사용될 수 있다. 이들은 매우 얇은(2㎛ 미만) 필름 및 예를 들어 2 내지 20㎛의 비교적 두꺼운 필름 모두에 적용될 수 있다. 그러한 조합은 Ni, Au, Ag, Cu, Co, Rh, Ru, Pt, Os, Pd, TiN, W 또는 Ni-Co, Pd-Ni, Pd-Co, Co-Pt, Au-Pt, Pd-Rh, Ni-P, Ni-Mo, Ni-Co-Pd, Ni-Mo-W, Ni-P-W 등과 같은 이들의 합금을 포함하는 재료의 그룹으로부터 선택된다. 약 12% 미만의 W를 함유하는 Ni, 또는 2%의 Mo를 함유하는 Ni, 또는 Cu-Rh-Pd 또는 Pd-Ni 또는 Pd-Co, Ni-Co 또는 Co-Pt 등과 같은 적어도 두 재료를 포함하는 고체 솔루션은, 필름의 기계적 특성을 개선시키기 때문에, 다층 박막 스택을 제조하기 위한 특히 바람직한 후보들이다.

다층 필름은 비교적 높은 전류 흐름을 요구하는 테스팅 및 고온 검사 프로세스 동안에 단자/접촉 패드와의 전기적인 접촉을 형성하는데 특히 적합하다. 250 내지 500mA의 전류 레벨에서 단자 패드에 빈번한 프로브 접촉을 형성하는 것은 당해 분야에서 흔한 경우이다. 이 때문에, 흔히 접촉 영역에서 발생된 과도한 열로 인해 접촉 불량이 발생하기도 한다. 열 흐름의 모델링에 의하면, 최고 온도가 스프링의 팁 영역 가까이에 도달한다. 스프링 팁 영역의 용융이 또한 여러 경우에서 관측되었다. 본 발명에 따르면, 스프링을 구성하는 멀티레벨의 필름 스택에 약 0.75 내지 2㎛의 전형적인 두께의 Cu와 같은 양호한 열 전도 필름을 추가하면 그러한 문제를 극복할 수 있다. Cu에 의해 열이 팁 영역으로부터 빠르게 방산될 수 있으며, 따라서 테스팅 또는 고온 검사 동안 손상이 최소화된다. 물론, 예를 들어 2㎛보다 큰 양호한 열 전도 필름의 상이한 두께가 이 목적을 위해 작용할 수도 있을 것이다.

도 4는 열 전도성을 개선하기 위해 Cu 필름을 포함하는 스프링 핑거(spring finger)의 개략도이다. 스프링 팁으로부터의 열 방산을 개선하기 위해, Cu 대신에 또는 Cu 외에 다른 높은 열 전도성 재료가 사용될 수도 있다. 그 예로는 Au, Ag, Al 등이 있다. 이 솔루션에서, 높은 열 전도도를 갖는 필름은 스프링이 리프트되기 전 또는 후에 증착될 수 있다. 만약 필름이 리프팅 후에 전착되면, 높은 전도성 필름은 코어 필름 전 주위에 증착될 수 있다. 만약 필름이 스프링의 한쪽 면 또는 팁 영역 및 그 근방에만 증착되면, 이 증착은 스프링이 리프트되어 패터닝되기 전에 행해질 수 있다.

접촉 패드의 전기 접촉 저항에 대한 프로브 팁(probe-tip)이 최소화되면, 스프링의 팁 영역 근방의 온도 상승이 최소화된다. 접촉 저항의 감소는 프로브 팁에 의해 접촉 패드 상으로 가해진 힘을 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 스프링 팁과 접촉 패드 또는 단자 사이의 전기 접촉 저항은 접촉이 확실하고 안정될 때 1π 미만인 것으로 밝혀졌다. 양호한 전기 접촉 및 양호한 열 방산에 대한 바람직한 값의 범위는 0.1 내지 0.2 Ohm 이하이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 박막 스프링은, 결함 전파에 대해 상이한 필름층들 사이의 계면을 강화시키고 두 인접 필름층 사이의 양호한 결합을 강화시킴으로써 고장에 대해 강화될 수 있다. 예를 들면, 코어 스프링 재료(Mo-Cr)와 Ni 필름의 인접층 사이의 계면은 상당히 강화될 수 있고, 계면에서 두 층 사이의 결합은 Mo-Cr 증착의 끝에 Ni를 페이징인(phasing-in)함으로써 실질적으로 더 강하게 될 수 있다. 페이징인(phasing-in)은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 간단히 Mo-Cr 증착의 종료 전에, Ni 증착이 개시된다. 그 다음에, Mo-Cr 증착률이 점차적으로 0으로 되고, 그 동안에 증착 파라미터가 적절히 Ni 증착률이 증가된다. 전착과 같은 다른 방법에 의해 코어 상에 후속적인 Ni 또는 그 합금 증착을 위해, Ni 또는 그 합금이 코어의 Ni 표면 상에 증착된다. 그 결과 강건한 결합이 형성되고 계면의 강도가 향상된다. 이러한 계면의 형성은 두 인접하는 전착된 필름층 사이의 계면의 품질을 향상시키기 위해 적용될 수 있다. 그 경우, 전착된 필름(A)의 증착의완료 근방에서 다른 전착된 필름(B)의 증착이 후속하며, A_xB_1-x의 합금이 적절한 프로세스 파라미터를 사용하여 증착될 수 있다.

스프링 코어 상에 박막 코팅 층을 증착하기 위한 본 발명의 다른 실시예에서, 증착 파라미터는 코팅 필름의 품질을 개선하기 위해 증착 동안 간헐적으로 변한다. 비교적 두꺼운 필름 재료를 증착하면, 흔히 통상 약 1.5 내지 2㎛를 초과하는 두께에서 필름의 상부 근방의 필름층에 증가된 구멍이 나타난다는 것은 공지되어 있다. 결과적으로, 필름 파라미터를 변경하는 것, 예를 들면, dc 도금으로부터 펄스 도금으로 변경하는 것 또는 증착 동안 전류 밀도를 변경하는 것은 필름의 품질을 크게 향상시킨다. 그 결과, 필름은 테스팅 또는 동작 동안에 더 강해지고 초기 고장에 저항한다. 전착 동안의 증착 파라미터의 변화는 마이크로 구조, 예를 들면, 입도(grain size) 및 침전물의 결정 구조와 필름 스트레스를 변화시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 스트레스 금속 스프링의 설계 및 제조에 대한 해법을 도시한 개략도로서, 여기서 501은 전기 패드이고, 502는 금속으로 충진된 비아이며, 503은 폴리머 필름과 같은 절연 필름이고, 504는 전기 트레이스이며, 505는 릴리스층이고, 506은 도금된 필름이며, 507은 스프링 코어이고, 508은 표면에서의 도금된 필름이며, 509는 기판이다. 이 설계는 감소된 힘으로 양호한 전기 접촉이 이루어질 수 있게 하며, 따라서 터치다운을 반복하는 동안 고장에 대한 내성을 실질적으로 증가시킨다. 구조의 피로 수명은 인가된 스트레스의 강한 기능이다. 따라서, 낮은 접촉력에서 낮은 안정된 접촉 저항을 달성하는 것, 즉 보다 작은 크기의 구조에서 스트레스를 보다 낮게 할 수 있는 것은 스프링의 수명과 성능을 향상시키는데 매우 바람직하다. 보고에 따르면, 전자 소자의 테스팅 또는 고온 검사에 사용되는, 본 발명과 다른 방식으로 제조된 일부 소형의 스프링은 2 내지 150gf 범위의 접촉력을 요구한다. 몇몇 예에서, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 기본 구조를 갖는 스트레스 금속 스프링은 훨씬 더 작은 힘으로 매우 양호한 접촉을 할 수 있다고 예증되었다. 이들 예에서, 코어 필름의 전면을 덮는 일부 필름, 예를 들면 Ni 또는 Ni 합금은 2㎛ 이상으로 매우 얇지는 않았으며, 스프링의 외면은 Pd-Co 또는 Rh와 같은 비교적 단단하고 환경적으로 안정한 재료로 코팅된다. 그러나, 이들 스프링과, 전기 접촉하기에 가장 어려운 재료 중 하나인 Al 사이의 접촉부에서의 1.4gf의 힘은 양호하고 낮고 안정된 접촉 저항을 형성하였다. 사실, 이들 스프링과 Al 사이의 효과적인 전기 접촉을 위해서는 그 힘이 약 0.8 내지 10.0gf 범위 내에 유지되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 보다 큰 힘은 접촉 패드(501)를 손상시키는 경향이 있고, 보다 작은 힘은 재현가능하게 표면 산화물을 관통하는데 실패한다. Al 상의 재료와 같이 강한 산화물을 형성하지 않는 Au, Cu 및 솔더와 같은 다른 재료를 접촉하는데 있어서, 양호한 전기 접촉을 형성하는데 요구된 힘은 예를 들어 0.2gf로 훨씬 더 작다. 0.01gf만큼의 낮은 힘으로 프로브 스프링과 금 접촉 패드 사이에 양호한 전기 접촉이 이루어졌다. 전술한 바와 같이, 낮은 접촉 저항과 양호하게 전기 접촉하면, 높은 열 문제로 인한 스프링 품질의 큰 저하없이 보다 높은 전류에서 회로 또는 디바이스의 테스팅이 허용된다.결과적으로, 도 5에 도시된 구조를 갖는 프로브 스프링은 보다 높은 전류의 흐름을 요구하는 테스트 또는 고온 검사에 바람직하다. 예를 들어 약 2㎛ 미만의 매우 얇은 필름으로 이루어진 다층 구조를 갖는 유사한 스프링도 보다 높은 전류 흐름을 요구하는 그러한 테스트 또는 고온 검사에 적합하다.

전술한 바와 같이, 매우 낮은 힘으로 스프링과 접촉 패드 또는 단자 사이에 양호한 전기 접촉을 할 수 있는 능력은 많은 이점을 가져온다. 마이크로 전자 산업에 의해 딥 서브마이크론 집적 회로에 낮은 유전율의 재료 및 구리 금속화(copper metallization)를 도입함으로써 칩의 테스팅 및 고온 검사 동안 낮은 힘의 프로브 접촉에 대한 실질적인 요구를 열게 되었다. 낮은 k 유전 재료는 상대적으로 무르다. 그 결과, 본 명세서에 기재된 스프링 구조는 Cu 필름 및 저 유전율의 재료를 포함하는 회로에 대한 응용에 특히 적합하다. 이들 스프링은 예를 들면 1gf 미만의 비교적 작은 힘으로 Cu 상에 양호하게 전기 접촉할 수 있다. 따라서, 회로 소자를 손상시킬 기회가 최소화된다.

작은 힘의 접촉으로부터의 다른 중요한 이점은 인터포저의 제조와 관련이 있다. 당해 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 프로브 카드 어셈블리는 테스트될 IC와 테스터 간의 전기 접속을 위해 프로브칩(ProbeChip)(또는 공간 변환기(space transformer))과 부하 보드(load-board)(테스터와 접속되는 PCB) 사이에 흔히 인터포저를 사용한다. 캔틸레버 유형의 스프링이 전기 접속을 용이하게 하기 위해 이들 인터포저에 부착된다. 시장에서 현재 이용가능한 프로브 카드 어셈블리에 있어서, 이들 각각의 인터포저 스프링에 의해 가해진 힘은 예를 들어 15내지 30gf로 비교적 크다. 본 발명에 의해 제조된 소형의 스트레스 금속 스프링을 갖는 인터포저는 예를 들어 0.005 내지 2gf로 훨씬 더 작은 힘으로 대향 접촉 단자와 전기 접촉할 수 있는데, 그 이유는 접촉 단자가 일반적으로 예를 들어 금과 같이 알루미늄 이외의 다른 재료로 이루어지기 때문이다. 이러한 작은 접촉력은 도금없이 MoCr과 같은 코어 재료만으로 이루어지는 이들 스프링에 의해 인가될 수 있다. 물론, 일부 애플리케이션에서 스프링의 전기 전도도 또는 스프링 팁의 마모에 대한 내성과 같은 기계적인 특성을 증가시키기 위해 금을 함유한 비교적 얇은 도금층이 바람직하다. 스프링의 접촉력이 작으면, 수천 개의 스프링을 갖는 인터포저에 의해 인가된 전체 힘은 상당히 감소한다. 따라서, 본 발명을 이용하면, 프로브칩을 포함하는 프로브 카드 어셈블리, 인터포저 및 테스팅 및 고온 검사와 패키징을 위한 어셈블리 설비를 구성하는데 있어서, 현재의 포토리소그래픽 방식으로 패터닝된 소형 스트레스 금속 스프링을 사용하면, 벤딩, 휨(warping) 및 정렬 문자들이 최소화되기 때문에 이들 작은 힘의 스프링의 사용에 의해 크게 단순화된다. 양호한 전기 접속을 확립하기 위해 접촉부에 본 발명의 스프링에 의해 가해진 작은 힘으로 인해, 어셈블리를 위한 부피가 큰 기계적 지지부와 심지어 인터포저도 많은 응용에 있어서 필요치 않을 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 작은 힘의 스프링을 사용하면, 수율 및 신뢰도가 크게 증가되며, 또한 비용 및 복잡도가 감소한다.

스프링의 두께를 증가시키면 접촉 패드 또는 전기 단자에 대한 스프링의 접촉력이 증가할 수 있다는 사실은 공지되어 있다. 스프링의 치수의 함수로서 힘을계산하기 위해 수학식이 이용가능하다. 스트레스 금속 스프링에서, 기판에 대한 패터닝 후에 스프링의 자유부의 리프팅을 용이하게 하기 위해 코어 재료, 예를 들어 Mo-Cr의 두께는 통상 약 5 내지 6㎛ 미만으로 유지된다. 접촉력의 증가를 요구하는 애플리케이션에 대해 그 두께를 증가시키기 위해, 예를 들어 전착에 의해 스프링 상에 필름이 후속적으로 증착된다. 포토리소그래피 또는 다른 방법을 이용하여 스프링 상에 부가적인 필름을 선택적으로 증착하는 것은 스프링의 비평탄 구조로 인해 상당히 복잡하고 비용이 많이 든다. 본 발명에서는, 스프링 상에, 또한 필요한 경우에 회로 트레이스 상에, 전착에 의해 다른 필름을 증착하는데 훨씬 간단하고 효과적인 방법이 적용된다. 이 방법은 어떠한 마스킹의 사용도 요구하지 않는다. 이 경우에, 스프링의 어레이에 대한 전기 접촉은, 보다 양호한 전류 밀도의 제어를 제공하기 위해, 전기 전도성 박막을 가판의 후면에 전면 침착(blanket deposition)하거나 또는 필름을 후면 패터닝함으로써 기판(509)의 후면으로부터 이루어진다. 전기적 연속성(electrical continuity)은 기판을 통과하는 502와 같은 비아(via)를 사용하여 확립되는데, 이 비아는 스프링, 접착층(505), 스프링 금속(507), 트레이스(504) 또는 접촉 패드(501)와 전기 접촉하는 전기 전도성 재료로 충진된다. 결과적으로, 필름은 기판의 뒤쪽에 있는 전원의 적절한 단자에 전기 접속되는 전기 전도성 표면 상에만 증착된다. 이 구성은 리프트된 스프링 상의 모든 면 상에 선택적인 전기 도금을 허용하며, 따라서 스프링을 감싸고 또한 트레이스 및 절연 재료로 덮이지 않은 다른 금속 구조물을 전기 도금한다. 바람직한 기판은 세라믹, 수정, 실리콘, 유리와 같은 무기 재료를 포함한다. 폴리머, 에폭시,FR4 및 폴리이미드와 같은 유기 재료를 포함하는 다른 기판이 또한 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다. 유기 재료 기판 그룹의 일례로는 FR4를 사용하는 인쇄 회로 기판, Dupont's Thermount 및 Nelco's N4000이 있다.

WO 01/48870호에는 리프트된 스트레스 금속 스프링 상으로 재료를 도금하는 것이 보고되어 있다. 그러나, 비평탄 구조로 인해, 리프트된 스프링의 한쪽 면상의 전기 도금 재료에 복잡한 포토레지스트 패터닝이 사용되었다. 본 발명에서는, 코어 스프링 재료의 한 표면 상에 주로 전착된 필름 내에 스트레스가 존재해서 스프링 리프트 높이에 영향을 미치기 때문에 제조 공정에 이 방법이 잘 통하지 않았다. 또한, 외관상으로는 표면 장력 효과로 인해 자유부 상에 증착된 포토레지스트 및 스프링의 베이스가 베이스쪽으로 리프트된 부분을 끌리는 경향이 있는데, 이것은 스프링 코어가 매우 얇게 만들어져서 적절하게 리프트되기 때문이다. 그 결과, 이 방법은 스프링의 어레이에 대해 재생가능하고 제어된 높이를 획득하기에 적합하지 않다. 본 발명에서는, 이 문제는 도 5에 도시된 바와 같이 어떠한 포토레지스트 마스크도 사용하지 않고 스프링 코어 상에 재료의 외피(envelope)를 전착함으로써 제거된다. 코어 스프링의 두 면은 또한 이 경우에 상당히 균형을 이루며, 따라서 도금으로 인한 스프링의 리프트 높이의 변화가 최소화된다. 따라서 마스크를 사용하지 않은 스프링 코어의 도금은, 스프링이 위치하는 표면 반대쪽의 기판 표면으로부터 전기 접촉부를 확립하도록 기판 관통 비아를 사용하여, 모든 코어 표면(그리고 필요하다면 스프링 주위의 다른 전기 전도성 표면)을 덮는 전착된 필름의 외피를 생성하는데 매우 바람직하다.

도 6은 도금 전의 리프트된 스프링을 나타내며, 도 7은 도금 후의 스프링을 나타낸다. 도금된 필름의 적절한 스트레스를 유지하기 위해, 리프트된 스프링의 면적이 변할 때 발생하는 전류 밀도의 변화를 보상하는 것이 중요하다. 전류 밀도를 감소시키는 스프링 두께의 변화를 보상하도록 필름 내의 스트레스를 관리하도록 전류 공급이 프로그램되어야 한다.

예를 들어 100,000 회 정도의 다수의 터치다운 시에 흔히 부딪히게 되는 문제는 스트레스 금속 스프링의 팁 영역에 대한 접촉 패드 재료의 형성이다. 이것은, 특히 접촉 패드가 알루미늄으로 이루어지는 경우에, 스프링의 접촉 저항 및 수명에 영향을 미친다. 프로브 팁 영역을, 예를 들어 Al과 같은 접촉 재료가 잘 부착되지 않거나 전혀 부착되지 않는 금속 또는 전기 전도성 재료로 코팅하면, 이 문제는 최소화된다. 이러한 코팅 재료의 예로는, 로듐(Rh), 팔라듐 및 루테늄을 포함하는 백금 그룹의 재료 및 예를 들면, 팔라듐-니켈, 팔라듐-로듐, 팔라듐-코발트, 팔라듐-금-로듐 및 티타늄 니트라이드, Ir-Au, Ir-Pt, 금-코발트, 지르코늄 니트라이드 등과 같은 둘 이상의 첨가제를 포함하는 이들의 합금이 있다. 스트레스 금속 스프링이 기판으로부터 릴리스된 후에, 작은 힘 및 보다 낮은 전류의 인가를 위해, 이러한 코팅 재료의 박막이 프로브 스프링의 몸체 상에 증착된다 하더라도, 일부 애플리케이션에 있어서는 스프링의 팁 영역 근방에만 코팅을 증착하는 것이 바람직하다. 코팅 재료를 전부 스프링의 몸체 상에 증착하지 않는 이유는 선택적으로 스프링 팁 영역을 코팅하기 위해, 예를 들면, 원하는 탄성률 및 필름 두께에 대한 코팅 재료를 선택하는데 있어서 유연성을 갖기 위해서이다. 스프링의몸체에 비교적 큰 두께를 갖는 일부 코팅 재료가 있으면, 스프링의 신뢰도에 영향을 줄 수 있다. 본 발명은 집적 회로 기술과 양립하는 기술을 이용하여 스트레스 금속 스프링의 팁 영역에만 정확하게 제어할 수 있게 그러한 코팅을 증착하는 새로운 해결책을 제공한다. 이 해결책에서, 바람직하게는 복수의 전기 전도성 필름으로 이루어지는 "버턴(button)"이 스프링의 팁 영역에서 제조되어 전기 접촉 패드 또는 단자와 접촉한다. 이 해결책의 일실시예에서, 전술한 코팅 재료는 프로브 스프링의 자유부가 기판으로부터 릴리스되기 전에 "버턴" 상에 최종 중첩층으로서 증착된다. 그 결과, 스프링의 자유부를 적절한 높이까지 후속적으로 리프팅하는 것과 관련된 문제점이 최소화되는데, 그 이유는 스프링의 작은 부분만이 팁의 코팅 재료에 의해 억제되고 나머지는 자유롭게 구부러져서 리프트되기 때문이다. 이 방법은 보다 큰 힘에 대한 부가적인 두께 및 개선된 스프링 전도도를 요구하지 않는 보다 작은 힘의 스프링에 사용된다(MoCr 스프링은 얇고 저항성이다).

전술한 "버턴식(buttoned)" 팁을 갖는 스프링을 제조하기 위한 프로세스 단계는 다음과 같다. 예를 들어 Mo-Cr과 같은 스트레스 금속 스프링 코어 필름의 증착 후에, 예를 들어 포토레지스트와 같은 마스크가 코어 필름 상에 증착되어 포토리소그래피와 같은 스프링을 규정하는 기법을 이용하여 패터닝된다. 스프링이 에칭되고, 포토레지스트가 제거되고, 부가적인 포토 프로세스가 후속하여, 스프링의 팁 영역을 제외한 모든 코어 필름이 마스크로 덮여진 채로 남게 된다. 이어서, 중첩층으로서 나중에 스프링의 코어 상에 증착되는 Rh와 같은 필름이 노출된 스프링의 팁 영역 상에 소정의 두께로 증착되고, 그 다음에 예를 들어 Pd-Ni, Pd-Rh,Pd-Co, Rh 또는 TiN과 같은 전술한 코팅 재료를 포함하는 최종 중첩층이 약 1 내지 4㎛의 두께로 증착된다. 코팅층의 두께 범위는, 본 발명이 작용하는데 있어서 예를 들어 1 내지 20㎛로 물론 더 클 수도 있다. 이 실시예의 변형예에서는, 스프링의 팁 영역 상에 증착되는 필름이 또한 스프링의 몸체 상에 나중에 증착될 재료 이외의 다른 재료로 이루어질 수도 있다. 마스크 제거 시에, 스프링의 아래 부분을 잘라내어 기판으로부터 스프링의 자유부를 릴리스하기 위해 에칭이 이용된다. 이 다음에, 이미 제조된 스프링의 팁 영역을 예를 들어 포토레지스트 또는 폴리이미드의 마스크로 보호하면서, 상부 필름을 소정의 두께로 스프링의 몸체 상에 증착한다.

그 결과의 팁 영역의 두께는 리프트된 스프링의 나머지 부분과 대략 같도록 설계될 수 있다. 이어서 마스크가 제거되고, 스프링의 팁 영역 상에 소정 두께의 코팅 재료를 갖는 프로브 스프링이 얻어진다. 중첩층을 증착하는데 다수의 필름 증착 기술이 사용될 수 있지만, 이러한 증착에는 전착이 바람직하다. 이 실시예의 다른 변형예에서는, 코팅 필름이 스프링의 팁 영역 상에 증착된 후에 스프링의 핑거를 패터닝하는 대신에, 증착된 코어 필름을 스프링 핑거 내로 패터닝 한 후에, 스프링의 릴리스 전에 스프링의 팁 영역 상에 중첩 필름의 선택적인 증착이 이루어질 수도 있다. 나머지 후속 프로세스 단계는 두 실시예에 대하여 동일하다.

도 7에 도시된 것과 같은 들어올려진 도금된 스프링 상에 버턴을 제조하는 바람직한 방법이 이하에 설명된다. 포토리소그래피를 이용하여 스프링이 기판으로부터 리프트된 후에, 스프링의 팁 영역은 하나 이상의 적절한 재료에 의해 선택적으로 코팅된다(버턴 제조). 이 방법에서, 포토레지스트는 스피닝(spinning) 또는 스프레잉(spraying) 또는 도금과 같은 잘 알려져 있는 기술을 이용하여 리프트된 스프링 상에 증착된다. 바람직한 방법은 포토레지스트를 스핀온(spin on)하는 것이다. 비도금형 스프링과는 달리, 두꺼운 포토레지스트가 스프링에 도포될 수 있는데, 그 이유는 코어 상의 비교적 두꺼운 재료의 외피가 스프링을 실질적으로 뻣뻣하게 하기 때문이다. 이 향상된 강성(stiffness) 때문에, 스프링의 높이는 포토레지스터의 도포에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 포토레지스트로 덮여진 스프링은 도 8에 도시되어 있다. 포토레지스트의 도금에 대해, 기판의 후면에 있는 전기 단자는 위에서 논의한 바와 같이 전원에 접속하는데 사용된다. 후면 단자는 금속화된 비아를 통해 기판의 전면 상의 스프링에 접속된다. 그 다음에, 도 9에 도시된 바와 같이 포토마스크 및 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트가 팁 영역의 상부면과 측벽을 포함하는 스프링의 팁 영역으로부터 실질적으로 제거된다. 이어서, 전술한 문장에서 설명한 바와 같이, 종래의 기술, 바람직하게는 전기 도금을 이용하여, 예를 들어 Pd-Ni, Pd-Co와 같은 팁 코팅 재료가 스프링의 팁 영역 상에 증착된다. 스퍼터링 또는 CVD가 사용될 수 있는데, 이 경우에, 코팅 재료가 또한 포토레지스트층 상에 증착되며, 이것은 나중에 팁 영역 상의 코팅 재료만 남겨두고 종래의 용제를 사용하여 불필요한 상부 코팅 재료와 함께 제거된다. 포토레지스트로 덮여져 있지 않은 스프링의 팁 영역의 전기 도금은 팁 영역을 실질적으로 덮도록 한다. 버턴을 위한 바람직한 재료는 백금 그룹 재료(즉, Pd, Pt, Rh, Os, Ru, Ir), Ni, Co, Au, Ag를 포함한다. 이 구조는 도 10에 도시되어 있다.

전술한 문장에서 설명한 프로세스에서, 팁 버턴이 도금되고, 그 다음에 비교적 두꺼운 Ni와 같은 재료의 외피가 코어 상에 증착되고, 이것이 스프링을 실질적으로 뻣뻣하게 한다. 이 강화된 강성 및 버턴에 의해 스프링을 덮은 비교적 작은 영역 때문에, 스프링 리프트 높이는 버턴 도금에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 버턴의 팁이 도금된 후에, 포토레지스트는 도 11에 도시된 바와 같이 최종 구조를 남겨 두고 제거된다. 앵커부(516)에 주목하라.

후면 접속을 가능하게 하기 위해 금속화된 관통 홀이 기판 내에 존재하지 않는 경우에, 스프링 코어 필름의 리프팅 후에 스프링 팁 영역을 선택적으로 코팅하고 상부 필름을 증착하기 위해, 전술한 문장에 설명한 해결책의 변형이 또한 이용될 수 있다. 이 경우에, 먼저 Au, Ag 또는 Cu와 같은 전기 전도성 재료가, 스퍼터링 또는 전착 또는 CVD와 같은 기술을 이용하여, 리프트된 스프링이 코어 필름 상의 상부 필름을 포함하여 원하는 두께로 제조된 후에 스트레스 금속 스프링을 포함하는 기판 상에 전면 침착된다. 이 도전층은 스프링 팁의 버턴 전기 도금을 위한 전기 접속을 제공하는데 사용된다. 그 다음에 포토레지스트가 전기 전도성 표면 전체 상에 증착된다. 전술한 문장에서 설명한 바와 같이 포토리소그래피 기술을 이용하여, 코팅 재료가 스프링의 팁 영역 상에만 선택적으로 증착된다. 그 다음에 포토레지스트 증착 전에 증착된 얇은 도전 재료가 습식 또는 건식 에칭 기술에 의해 제거된다.

도 12b는 개선된 스프링 수명을 갖는 선택적으로 코팅된 스프링 팁 영역의 특정 실시예를 도시한 것으로, 여기서 1215는 Pd-Co 또는 Pd-Ni 합금 등과 같은 보호 코팅을 갖는 팁 버턴을 나타낸다. 여기서, 스프링의 자유부(1218)는 실질적으로 테이퍼형이다. 후술하는 바와 같이, 이 실시예에 있어서, 스프링의 수명은 실질적으로 향상되며, 팁 영역에서의 코팅 재료는 터치다운을 반복하는 동안 어떠한 저하도 나타내지 않는다.

도 13은 포토레지스트를 도포하고 그 다음에 패터닝에 의해 팁 영역을 노출하고 Pd-Co 합금의 전기 도금에 의해 팁 영역을 선택적으로 코팅한 팁 (버턴) 도금의 결과를 도시한 것이다. 일반적으로 스프링 팁의 비교적 작은 영역만이 전기 테스팅 또는 고온 검사 동작을 위한 프로브 카드 테스트 어셈블리의 다른 요소들 상의 IC 단자 또는 전기 접촉 패드와 접촉할 수 있지만, 모든 팁이 실질적으로 도금된 버턴으로 덮일 수 있다. 버턴 재료에 의해 스프링 팁의 큰 면적을 덮는 것은 스프링 및 테스트 어셈블리를 설계하는데 있어서 유연성을 제공한다. 또한, 솔더링과 같은 기술을 이용하여 패키징 애플리케이션을 위한 전기 요소의 IC 단자 또는 접촉 패드에 스프링을 결합시키는 것이 스프링 팁을 실질적으로 덮는 버턴의 사용을 통해 크게 용이해진다. 그러한 경우에, 버턴 도금 재료는 마이크로 전자공학 패키징 산업에서 공통으로 사용된 Pb-Sn과 같이 Sn을 함유하는 합금과 같은 솔더 또는 Pb를 함유하지 않은 솔더로 양호한 결합을 형성하는 그룹으로부터 선택된다. 패키징 애플리케이션에서 솔더 또는 전도성 접착제로 접촉부를 형성하기 위한 버턴 재료 또는 스프링 코팅 재료의 예로는, 예를 들어 코발트, 니켈, 금, 구리, 코발트 또는 합금들 뿐만 아니라 팔라듐, 백금, 루테늄 등과 같은 백금 그룹 재료를 포함하는 다층 필름 스택이 있다.

고장에 대한 스트레스 금속 스프링의 내성은 팁 영역으로부터 핑거의 베이스로 갈수록 증가하는 가변 폭을 갖는 스프링을 설계함으로써 증가할 수 있다. 터치다운을 반복하는 동안, 대부분의 스프링 파열이 스프링의 베이스 근방에서 발생한다. 접촉 패드와 접촉하는 동안에 발생된 스트레스는 일반적으로 스프링 핑거의 베이스 근방에서 최고이기 때문에, 베이스 근방의 스트레스는 베이스 영역 근방의 폭을 증가시킴으로써 상당히 감소할 수 있다. 예를 들면, 스프링의 자유부는 실질적으로 사다리꼴 형상을 갖도록 패터닝될 수 있다. 고장에 대한 내성의 증가는 또한 스프링의 베이스에 더 가까운 영역을 더 두껍게 함으로써 달성될 수도 있는데, 이렇게 하면, 일정하게 힘을 가하는 동안 스프링 베이스 영역 근방에서 스트레스를 감소시킨다.

도 12a 및 12b는 테이퍼 형의 가변 폭을 갖는 스프링의 특정 실시예(1200)를 나타내는 개략도이며, 1216은 고정된 스프링 베이스를 나타내고, 1218은 비교적 균일한 스트레스 분산을 위한 테이퍼링을 갖는 스프링의 자유부를 나타낸다. 스프링의 자유부(1218)를 테이퍼형으로 함으로써 스프링의 고장에 대한 내성이 크게 증가한다. 여기서 중요한 점은 스프링의 자유부(1218)의 형상이, 이 경우에서는 테이퍼링(tapering)을 통해 적절히 형성되어, 휨(bending) 스트레스가 스프링(1200)을 따라서 고르게 분산된다는 것이다. 또한, 테이퍼링 때문에 스프링의 유연성(compliance)이 증가한다. 이 개념은, 이와 같이 설계 해결책이 소정의 유연성에 대해 최소 스트레스에서 힘을 최대화하도록 한다. 베이스 영역(즉, 앵커부)에서의 평행한 측면은 또한 테이퍼링이 시작되기 전에, 1218a와 같이 어느정도까지 리프트된 영역(즉, 자유부)으로 연장될 수도 있다. 도 12b는 고장없이 다수의 터치다운에 견디는 것으로 확인된 버턴형 및 테이퍼형 스프링을 개략적으로 도시하고 있다.

예시적인 실시예에서, 기판에 부착된 앵커부 및 자유부를 포함하는 스트레스 금속 스프링 코어 부재는 Mo, Mo-Cr, W, Ti-W와 같은 고 탄성률의 재료이다. 코어 부재는 스프링의 자유부가 리프트된 후에 모든 노출된 면을 덮도록 선택적으로 코팅된다. 그 결과, 기판의 후면(스프링 측 반대쪽)으로부터 전기 접촉을 확립하도록 기판 내의 금속화된 관통 홀을 사용하여 마스크없이 전기 도금함으로써 증착된 적어도 하나의 금속 필름을 포함하는 외피가 형성된다. 외피는 자유부 내의 스트레스의 균형을 이루며, 필름을 기계적으로 약화시켜 조기에 고장나게 하는 어떠한 금(discontinuity)도 없이 앵커부로 연장된다. 통상적으로, Ni 또는 Ni 합금이 코어 부재 상에 증착된다. 필요한 경우, Pd 합금과 같은 부가적인 필름이 선택적으로 Ni 상에 전기도금된다. 팔라듐 합금 필름의 부가적인 층을 스프링의 팁 영역 상에 선택적으로 증착시키는 것은 종래의 포토리소그래피 및 전착(전기 도금 및/또는 무전해 도금) 또는 스퍼터링 또는 CVD와 같은 증착 기술을 이용하여 행해진다. Mo-Cr의 전형적인 두께는 4㎛이다. Mo-Cr 필름 양면 상의 전기도금된 니켈 및 팔라듐 합금 필름의 두께는 각각 2 내지 20㎛ 및 1 내지 10㎛, 통상적으로는 12㎛ 및 4㎛이다. 이 경우, 필름의 탄성률은 코어로부터 스프링의 두 면쪽으로 갈수록 감소한다. 예를 들어 접촉 팁 영역에서 팔라듐 합금 필름의 부가적인 증착물을 포함하는 버턴의 두께는 1 내지 20㎛이고, 통상적인 값은 12㎛이다.

본 발명의 다른 특징은 스프링 표면 상에 스트레스 집중 점을 제거하는 것이다. 크랙(crack)과 같은 스프링의 고장은 흔히 터치다운을 반복하는 동안 표면에서 시작된다는 것이 관측되었다. 따라서, 표면 거칠기가 최소화될 필요가 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 리프트된 스프링의 측벽 상의 많은 거칠기는 예를 들어 습식 에칭에 의해 Mo-Cr, W 또는 Zr-Ni로 이루어지는 코어 필름을 패터닝하는 동안에 발생된다. 코어(507) 상에 후속적으로 증착된 506과 같은 상부 필름이 측면의 거친 윤곽을 따르며, 그 결과 완성된 스프링 구조의 측면 상에 거친 표면을 형성한다. 본 발명에 따르면, 이온화된 종을 포함하는 건식 에칭에 의해 스프링 코어 패턴을 형성하면 이 거칠기를 최소화한다. 상부 필름을 형성하기 위해 전기 도금을 이용하는데 있어서, 거칠기는 또한 스프링의 두께를 형성하는 순차 도금 및 역(reverse) 도금(deplating)의 프로세스를 이용하여 최소화된다. 역 도금 파라미터는, 도금된 두께의 일부만이 역 도금 동안에 제거되도록 조정된다. 또한 전기 폴리싱, 화학 또는 전기 화학적 폴리싱에 의해, 습식 에칭된 코어(507)의 측면 또는 완전히 도금된 스프링의 측면을 처음에 폴리싱하면 거칠기를 최소화할 수 있다.

다른 실시예에서, 기판 또는 전기 소자 상에 스탠드오프(stand-off)가 제공되어, 코어 필름이 상부 필름 침전물로 전역이 덮여져 있는 스프링이 스탠드오프의 설계된 높이 및 위치에 의해 허용되는 전기 접촉 패드 또는 단자 상의 최대 오버드라이브로 억제된다.

전술한 해결책은, 필름 내의 고유 스트레스 구배(intrinsic stress gradient)로 인해 부분적으로 리프트되는 스트레스 금속 스프링이 아닌 다양한 다른 캔틸레버 스프링의 제조에 사용될 수 있다. 이들 다른 캔틸레버 스프링의 성능에 관한 중요한 점들 가운데 하나는, 스프링의 팁 단부가 눌러져서 접촉 패드, 즉 웨이퍼 또는 다른 기판의 입력/출력(I/O) 패드 또는 테스트 또는 고온 검사 어셈블리의 소자들과 접촉할 때, 이 영역 내의 스트레스가 최고이기 때문에, 고장에 대한 성향, 예를 들면, 캔틸레버 스프링의 베이스 또는 앵크형 단부 근방이 변형되거나 또는 크랙이 형성된다는 것이다. 베이스 영역 근방의 스트레스에 대한 스프링 길이의 효과를 나타내기 위해 수학적 표현이 이용가능하다. 스프링이 눌러져서 접촉 패드와 접촉할 때, 스프링을 구부리는 동안 베이스 영역에서의 스트레스를 최소화하여 터치다운을 반복하는 동안에 고장에 대한 내성을 증가시키기 위해, 스프링의 길이는 현재 약 700 내지 2,000㎛로 비교적 크게 설계된다. 그러나, 이것은 스프링 프로브 어레이가 예를 들면 약 20 내지 50㎛의 보다 조밀한 피치들을 갖는 매우 조밀한 디바이스 I/O 패드 어레이와 매칭되는 초소형 집적 회로의 일부 현세대 및 차세대의 테스팅 및 고온 검사를 위한 캔틸레버 스프링의 적용을 제한한다. 결과적으로, 특히 베이스 영역 근방에서 고장없이 보다 높은 스트레스에 견디도록 충분히 강한 보다 조밀한 피치를 갖는 보다 짧은 스프링을 형성하기 위한 수단을 찾아내는 것이 매우 바람직하다.

접촉 패드에 대한 스프링 접촉 점에서 요구된 힘을 가하기 위해 스프링 상수를 증가시키기 위해서는 캔틸레버 유형의 스프링의 자유부가 보다 두꺼워질 필요가 있다. 몇몇 실시예에서, Mo-Cr 합금과 같은 포토리소그래픽 방식으로 패터닝된 프리스탠딩 스프링 코어 상에 니켈 또는 니켈 합금 또는 팔라듐 합금과 같은 하나 이상의 금속 또는 이들의 합금을 전기 도금함으로써 보다 두꺼운 두께의 스프링이 형성된다. 몇몇 다른 실시예에서는, 스프링이 포토리소그래피를 사용하여 패터닝되고, 시드 층 상에 니켈 또는 니켈 합금과 같은 적어도 하나의 금속 또는 금속 합금 필름의 비교적 두꺼운 층을 전기 도금함으로써 제조된다. 많은 이들 실시예에서, 웨이퍼 테스팅 및 고온 동작 시에 터치다운을 반복하는 동안 접촉 특성을 향상시키고 접촉 무결성을 유지하기 위해 접촉 팁 영역에 버턴 유형의 접촉 구조가 또한 제공된다. 그러나, 그러한 실시예들은 여전히 접촉 팁 단부에서 필요한 접촉력을 인가하기 위해 스프링의 몸체를 구성하기 위한 비교적 두꺼운 필름을 요구한다. 약 100 내지 700㎛ 길이인 비교적 더 짧은 스프링에 있어서, 스프링의 두께가 증가하면, 베이스 단부 근방의 스트레스가 더 높게 되어 스프링의 수명이 더 짧아진다.

스프링의 팁 영역에서의 접촉 구조와 같은 버턴을 갖거나 또는 갖지 않는 보다 짧은 유형의 스프링을 제조하기 위한 해법이 후술되는데, 여기서 스프링의 베이스 또는 몸체 영역에서의 세기는 기계적인 고장에 대해 강화되어 그러한 스프링의 성능, 세기, 지속성 및 수명이 크게 향상된다.

도 14a 및 14b는 본 발명에 따른 전형적인 프리스탠딩 비스트레스 금속 캔틸레버 스프링의 두 단면도이다. 프리스탠딩 캔틸레버 스프링은 기판(1403)의 전기 접촉 패드(1402)에 부착되는 한쪽 단부에 베이스 영역(1401)과, 스프링의 다른쪽 단부에 접촉 팁 영역(1404)과, 접촉 팁 영역(1404)과 결합된 버턴(1406)과, Ni 필름(1408) 및 Pd 합금 필름(1409)으로 증착된 몸체를 포함한다. 스프링 길이는 스프링이 부착되어 있는 기판의 표면과 실질적으로 평행하거나 또는 표면과 경사진각을 이루면서 기판 표면으로부터 연장될 수 있다. 통상, 베이스(1401), 팁(1404) 및 스프링의 몸체는, 예를 들면 전기 도금, 스퍼터링 또는 CVD와 같은 필름 증착 기법을 이용하여 동일한 작업에서 동일한 재료로 제조된다.

접촉 팁 영역(1404)은 신뢰할 수 있는 내구성의 접촉을 용이하게 하기 위한 버턴 유형의 접촉 구조물(1406)을 포함하며, 이것은 팁 영역의 일체부로서 접촉 팁 영역(1404) 상에 필름을 선택적으로 증착시킴으로써 제조되거나 또는 별도로 제조되어 팁 영역에 부착될 수도 있다. 마찬가지로, 베이스 영역(1401)이, 스프링과 일체로 제조되거나 또는 별도로 제조되어 솔더링, 납땜 등과 같은 종래의 기법을 이용하여 베이스에 결합될 수도 있는 포스트(post)에 부착될 수도 있다. 포스트를 완전체로 제조하기 위하여, 전기 도금과 같은 기법을 이용하여 필름이 희생 기판 내의 홀로 선택적으로 증착된 후에 폴리싱될 수도 있다.

스프링 팁 영역(1404)에 버턴 유형의 접촉 구조물(1406)이 있으면, 웨이퍼 테스트 또는 고온 검사 어셈블리에서 대향 접촉 패드에 신뢰할 수 있는 내구성의 전기 접촉을 달성하는데 유용하다. 이 경우에, 필수적인 것은 아니지만 스프링의 몸체(1405) 또는 베이스(1401)와 동일한 재료를 포함할 수도 있는 그러한 버턴을 구성하는데 있어서 바람직한 접촉 특성 및 두께를 갖는 적절한 재료가 선택될 수 있다. 그러나, 각각의 세 부분에 대한 재료의 선택은, 이들이 고장 없이 터치다운을 반복하는 동안에 웨이퍼 테스트 및 고온 검사 공정에 견디도록 스프링의 모든 부분에 강인함을 부여하도록 이루어져야 한다. 다양한 전기 도금에 적합한 많은 재료들이 캔틸레버 유형의 스플링을 만드는데 사용되어 왔다.그러한 재료는, 예를들면, 니켈 및 그 합금, 금, 로듐, Pd 및 그 합금, 구리, 백금 그룹의 원소들 및 그 합금, 티타늄, 몰리브덴 및 그 합금 등을 포함한다. 그러나, 요구된 강인함을 갖는 보다 짧은 스프링을 제조하기 위한 과제가 여전히 남아 있다. 오늘날 제조된 비스트레스 금속 캔틸레버 스프링은 예를 들어 1 내지 2mm로 비교적 길다. 당해 분야에서의 주 과제는 보다 큰 회로 밀도를 가지며 입력/출력 단자 사이에 보다 작은 피치를 갖는 딥 서브-마이크론(deep sub-micron) 집적 회로를 생성하기 위해 마이크로 전자공학 산업의 영구적인 드라이브를 지원하기 위해 훨씬 더 짧고 강인한 스프링의 어레이를 제조하기 위한 수단을 찾는 것이다.

본 발명은 그러한 강인한 콘택트 스프링의 어레이가, 금속 필름을 포함하는 버턴식 또는 비 버턴식 스프링의 구성에 대해 특별한 재료의 선택 원리를 적용함으로써 제조될 수 있도록 한다. 이들 원리를 적용하여 적절한 재료가 선택되면 필름 증착의 특별한 방법이 제공되며, 따라서 원하는 강인함을 갖는 콘택트 스프링이 제조된다.

스프링의 성능 및 신뢰도를 향상시키는데 있어서 매우 중요한 효과를 갖는 것으로 알려진 특별한 재료 선택 원리는 다음과 같다. 스프링의 베이스, 팁 영역 및 몸체의 세 부분과 버턴을 포함하는 다층 필름은 낮은 탄성률을 갖는 필름이 테스팅을 위해 IC 단자와 접촉하는 스프링의 표면 근방에 증착되고, 점진적으로 높은 탄성률을 갖는 필름이 대향 표면 쪽으로 증착되도록 구배진 재료 조성을 갖는다. 버턴의 기계적 강도는 스프링의 강인함을 결정하는 스프링의 몸체 및 베이스 영역의 기계적인 강도만큼 중요한 요인이 아니다. 그러나, 본 발명의 사상에 따르면,버턴 필름은, 필요한 경우 버턴 표면에서의 필름의 탄성률이 하부 필름층보다 더 낮은 탄성률을 가지며, 이 탄성률은 버턴 표면으로부터 멀어질수록 점진적으로 증가하는 방식으로 임의의 선택될 수도 있다. 스프링의 접촉 표면으로부터 대향 표면으로의 조성 및 탄성률의 이러한 구배진 변화는, 두 개의 상이한 재료 사이의 계면에 걸쳐 연속적으로 또는 불연속적인 계단 형태로, 임계 위치에서 스트레스를 분산시켜 스프링에 대한 손상을 억제하는데 사용될 수 있다. 그 결과 스프링의 수명이 증가한다. 이것은 스프링의 팁(1404)이 눌러져서 테스트 또는 고온 검사 어셈블리의 반도체 웨이퍼 또는 기타 소자와 같은 다른 기판 상의 접촉 패드와 접촉할 때, 스프링의 베이스(1401)를 포함하여 어디에서도 스프링 내의 기계적인 고장에 대한 내성을 증가시킨다.

상기 원리에 따르면, 비스트레스 금속 캔틸레버 스프링의 일실시예는 베이스층으로서 니켈 필름을 포함하고, 상부층으로서 팔라듐을 약 20% 함유한 코발트 또는 팔라듐을 약 20% 함유한 니켈 합금 필름을 갖는데, 니켈은 팔라듐 합금의 탄성률보다 더 높은 탄성률을 갖기 때문이다. 일반적으로 증착 시퀀스를 결정하기 위해 선택 원리가 적용되는 한, 다층 스프링을 형성하기 위해 다른 필름이 증착될 수도 있다. 부가적으로, 요구된다면 계면의 강도 또는 점착성을 향상시키기 위해 매우 얇은 필름 층이 두 주요 필름층 사이에 증착될 수도 있다. 예를 들면, 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 금 또는 니켈 또는 로듐 스트라이크(strike)가 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 이 경우에, 팁 영역(1404) 상의 버턴(1406)은 상기 팔라듐 합금의 부가적인 필름층을 포함할 수도 있다. 버턴(1406)은 접촉 팁 영역(1404)의 일체부로서 제조되거나 또는 팁 영역(1404)에 별도로 부착될 수도 있다.

도 14a 및 14b에 도시된 바와 같은 스프링은 통상 희생층 상에 증착되고, 이어서 프리스탠딩 캔틸레버 스프링을 제공하기 위해 제거된다. 기판(1403)은 또한 다층 금속 및 도 5에 도시된 502와 같은 전기 전도성 블라인드 비아 또는 관통 비아를 가질 수도 있다. 필름(1408, 1409) 및 다른 부가적인 층은 전기 도금과 같은 종래의 기법에 의해 증착된다. 필요한 경우, 티타늄과 같은 재료를 포함하는 적절한 얇은 점착성 촉진층 및/또는 시드층이 전기 도금층의 증착 전에 증착될 수도 있다. 각 필름 층의 두께는 소망의 접촉력 또는 스프링 상수에 의해 결정되는데, 이것은 다양한 수학적 표현으로부터 계산될 수 있다. 예를 들어 힘 및 피치 등에 대한 설계 요건에 기초하여, 1 내지 50㎛의 두께 범위의 다양한 스프링 크기가 사용될 수 있다. 예로서 30㎛의 전체 스프링 두께를 취하면, 본 실시예에서 니켈과 팔라듐 합금의 두께는 각각 25㎛ 및 5㎛이다. 이 경우에 버턴에서의 부가적인 팔라듐층의 두께는 3 내지 20㎛일 수 있다. 상기 수치는 예들로서 사용될 뿐임에 유의하라. 기본 원리가 만족되는 한, 스프링의 강인함을 보장하는 수치의 자유로운 변동이 허용된다.

다른 실시예에서, 코어 필름은 몰리브덴-크롬 합금 또는 티타늄-텅스텐 또는 몰리브덴-텅스텐으로 이루어지고, 니켈 및 팔라듐 합금 필름의 상부층이 순차적으로 증착된다. 이 경우에, 팁 영역(1404) 상의 버턴(1406)은 위에서와 같이, 부가적인 증착 두께의 상기 팔라듐 합금을 포함한다. 버턴(1406)은 포토리소그래피를이용하여 부가적인 두께의 팔라듐 합금층을 영역(1404) 상에 선택적으로 증착함으로써 제조될 수도 있다. 전술한 문장에서 예시적인 두께 범위, 증착 기법, 점착 촉진층 및 시드층 등에 대한 논의가 또한 이 경우에 적용된다.

앞에서 논의한 바와 같이, 비 스트레스 금속 캔틸레버 스프링의 상기 실시예의 필름은 강인함을 더 개선시키기 위해 압력 스트레스로 선택적으로 증착될 수 있다. 강인함은 또한 필름의 입도가 3 내지 500nm로 매우 작도록 필름 증착 파라미터를 적절히 선택함으로써 더욱 개선된다. 이러한 증착 파라미터의 예로는 전기 도금 조 내의 첨가제의 농도, 전류 밀도 및 온도를 들 수 있다.

전술한 상호 접속 장치 및 관련 제조 방법은 전자 소자의 테스팅, 전자 장치의 웨이퍼 레벨의 고온 검사 및 패키징을 포함하는 다양한 응용에 적합하다. 상기 전자 소자는 집적 회로, 액정 디스플레이, MEMS, 인쇄 회로 기판, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 디바이스들을 포함한다. 패키징은 전술한 콘택트 스프링 요소를 이용하여 두 요소 또는 기판 사이의 전기 접속의 결합 및 확립을 포함하는데, 여기서 결합은 솔더 또는 전도성 접착제를 사용하거나 또는 사용하지 않고 이루어질 수도 있다.

미터법 용어 및 화학 원소의 약어

㎛-마이크론=10^-6미터

nm-나노미터, 또는 밀리마이크론=10^-9미터

Ag-은

Al-알루미늄

Au-금

Co-코발트

Cr-크롬

Cu-구리

Mo-몰리브덴

Ni-니켈

Pb-납

Pd-팔라듐

Pt-백금

Rh-로듐

Ru-루테늄

Sn-주석

Ti-티타늄

W-텅스텐

본 발명은 모든 유형의 소형 스프링에 적용된다. 본 명세서에 개시된 바람직한 실시에는 일례일 뿐 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 다른 변형 및 변화는 전술한 상세한 설명으로부터 당업자들에게 자명할 것이다. 본 명세서에서는 본 발명의 특정 실시예만 특별히 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나지 않고 수많은 변형이 이루어질 수 있음은 분명하다.

따라서, 본 발명은 청구범위에 포함된 청구항에 의해서만 한정된다.

Claims (61)

1. 두 구성요소 사이에 전기 접촉을 확립하는 상호접속 장치에 있어서,

   적어도 하나의 탄성 코어 부재(elastic core member)를 포함하고,

   상기 탄성 코어 부재는 기판에 부착된 앵커부(anchor portion)와 자유부(free portion)를 포함하고,

   상기 기판은 그 내부에 전기 전도성 재료로 채워진 적어도 하나의 관통 비아(through-via)를 포함하며,

   상기 자유부는 처음에는 상기 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지며,

   상기 코어 부재는 상기 코어 부재의 모든 노출된 표면을 덮는 적어도 하나의 층으로 전착 방식으로(electrodepositedly) 외피를 형성하는(enveloped)

   상호접속 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 외피(envelope)는 전기 도금된 필름을 포함하는 상호접속 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 자유부는 상기 자유부의 실질적인 길이에 걸쳐서 프로브의 팁 쪽으로갈수로 점진적으로 감소하는 폭을 갖는 실질적으로 테이퍼형이거나 또는 실질적으로 사다리꼴 형태인 상호접속 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 층은 니켈, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 이리듐, 금, 은, 구리, 코발트, 알루미늄, 텅스텐, 및 임의의 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재료의 그룹으로부터 선택되는 상호접속 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 층의 적어도 하나의 평균 입도(grain size)는 3 내지 500nm 범위인 상호접속 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   적어도 하나의 층은 고유 압축 스트레스(intrinsic compressive stress)로 전기 도금되는 상호접속 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 전착 방식으로 싸여진 코어 부재의 상기 표면 근방의 적어도 한 층은 그 층이 둘러싸고 있는 상기 코어보다 더 낮은 탄성률을 갖는 상호접속 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 외피는 복수의 상이한 순차적으로 전착된 필름을 포함하는 상호접속 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 전착된 필름은 일반적으로 상기 증착된 필름의 탄성률이 최내부 코어(innermost core)로부터 최외부 표면(outermost surface)쪽으로 갈수록 점진적으로 감소하거나, 최내부 코어로부터 최외부 표면쪽으로 갈수록 실질적으로 불연속적으로 감소하는 방식으로 증착되는 상호접속 장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    프로브 팁 영역에서 상기 전착 방식으로 싸여진 코어 부재 상으로 선택적으로 제공된 필름층을 더 포함하는 상호접속 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 필름층은 팔라듐, 로듐, 백금, 이리듐, 오스뮴, 루테늄, 코발트, 니켈, 금, 및 이들의 합금으로 이루어진 상기 그룹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 자유부는 길이가 10㎛ 내지 1000㎛이고, 폭이 3㎛ 내지 500㎛이며, 두께가 0.1㎛ 내지 40㎛인 범위의 크기를 갖는 상호접속 장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 층의 최외부층은 Pd, Pt, Ir, Rh, Ru 및 Os로 이루어지는 백금 그룹 재료, 및 니켈, 금, 구리 중 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 기판은 세라믹, 유리, 실리콘, 수정 및 유기 재료 중 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 코어 부재는 Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr, 및 Ti-W 중 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.
16. 기판 상에 복수의 소형 스프링(miniaturized spring)을 제조하는 방법으로서, 상기 소형 스프링은 각각 전기 전도성 코어 부재를 포함하고, 상기 코어 부재는 앵커부와, 처음에는 상기 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지는 자유부를 포함하고, 상기 자유부는 그 단부에 팁 영역을 가지며, 상기앵커부는 복수의 금속화된 관통 비아를 포함하는 기판에 고정되는, 상기 소형 스프링 제조 방법에 있어서,

    마스크를 사용하지 않고 자유부를 포함하는 상기 코어 부재의 전 표면을 덮도록 스프링 코어 부재를 적어도 하나의 필름층으로 전기 도금하는 단계를 포함하고,

    상기 코어 부재의 전기 도금은, 코어 부재가 위치하는 측면에 대향하는 상기 기판의 측면으로부터 상기 코어 부재에 전기 접촉을 확립하도록 상기 기판 내의 관통 비아를 사용하여 수행되는

    소형 스프링 제조 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    적어도 하나의 필름층은 고유 압축 스트레스에 의해 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 필름층은 3 내지 500nm 범위의 평균 입도로 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    적어도 하나의 전기 도금된 필름의 상기 입도는 도금하는 동안에 상기 전기도금 조 내의 첨가물의 조성(composition) 및/또는 전류 밀도를 변경함으로써 제어되는 소형 스프링 제조 방법.
20. 제 16 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 필름층은 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄 중 어느 하나; 및 Co, Ni, Au, Cu, Ag, Al, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, W로 이루어지는 그룹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합금을 포함하는 재료 그룹으로부터 선택되는 소형 스프링 제조 방법.
21. 제 16 항에 있어서,

    코어 부재의 상기 전기 도금 후에 접촉 버턴을 형성하기 위해 상기 팁 영역을 선택적으로 코팅하는 단계를 더 포함하고,

    상기 접촉 버턴은 대향 접촉 패드 또는 단자에 강하게 접착되지 않는 적어도 하나의 전기 전도성 재료를 포함하고,

    상기 팁 영역은 상기 자유부가 상기 기판으로부터 릴리스되기 전 또는 상기 자유부가 상기 기판으로부터 릴리스된 후에 상기 접촉 버턴을 형성하도록 임의로 선택적으로 코팅되는 소형 스프링 제조 방법.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 전기 전도성 재료는 팔라듐, 로듐, 백금, 이리듐, 오스뮴, 루테늄, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
23. 제 16 항에 있어서,

    건식 에칭에 의해 상기 코어 필름의 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
24. 제 16 항에 있어서,

    상기 층의 증착 전에 상기 코어 필름을 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
25. 제 16 항에 있어서,

    전기 폴리싱, 화학 폴리싱 및 전기 화학 폴리싱 공정 중 어느 하나를 이용하여 최외부 표면을 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
26. 두 구성요소 사이에 전기 접촉을 확립하는 상호접속 장치에 있어서,

    적어도 하나의 탄성 코어 부재(elastic core member)를 포함하고,

    상기 탄성 코어 부재는 적어도 하나의 금속화 비아를 갖는 다중 레벨 금속화물을 구비한 기판에 부착된 앵커부(anchor portion)와 자유부(free portion)를 포함하고,

    상기 자유부는 처음에는 상기 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지며,

    상기 코어 부재는 상기 코어 부재의 모든 노출된 표면을 덮는 적어도 하나의 층으로 전착 방식으로(electrodepositedly) 외피를 형성하는(enveloped)

    상호접속 장치.
27. 두 구성요소를 전기 접속시키는 상호접속 장치에 있어서,

    기판에 부착된 앵커부(anchor)와 자유부(free portion)를 포함하는 적어도 하나의 탄성 코어 부재(elastic core member)로서, 상기 자유부는 처음에는 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지는, 상기 적어도 하나의 탄성 코어 부재와,

    상기 코어 부재를 전착 방식으로 감싸서 외피를 형성하여 상기 코어 부재의 모든 노출된 표면을 덮는 적어도 하나의 층과,

    상기 전착 방식으로 싸여진 코어 부재 상으로 프로브의 팁 영역에서 선택적으로 제공된 필름층을 포함하는

    상호접속 장치.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 외피(envelope)는 전기 도금된 필름을 포함하는 상호접속 장치.
29. 제 27 항에 있어서,

    상기 자유부는 상기 자유부의 실질적인 길이에 걸쳐서 프로브의 팁 쪽으로 갈수로 점진적으로 감소하는 폭을 갖는 실질적으로 테이퍼형이거나 또는 실질적으로 사다리꼴 형태인 상호접속 장치.
30. 제 27 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 층은 니켈, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 이리듐, 금, 은, 구리, 코발트, 알루미늄, 텅스텐, 및 임의의 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재료의 그룹으로부터 선택되는 상호접속 장치.
31. 제 27 항에 있어서,

    적어도 하나의 층은 고유 압축 스트레스(intrinsic compressive stress)로 전기 도금되는 상호접속 장치.
32. 제 27 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 층의 적어도 하나의 평균 입도(grain size)는 3 내지 500nm 범위인 상호접속 장치.
33. 제 27 항에 있어서,

    상기 외피는 복수의 상이한 순차적으로 전착된 필름을 포함하고,

    상기 전착된 필름은 상기 증착된 필름의 탄성률이 일반적으로 최내부 코어로부터 최외부 표면쪽으로 갈수록 점진적으로 감소하거나, 최내부 코어로부터 최외부 표면쪽으로 갈수록 실질적으로 불연속적으로 감소하는 방식으로 증착되는 상호접속 장치.
34. 제 27 항에 있어서,

    상기 앵커부는 전기 전도성 재료로 채워진 복수의 관통 비아를 갖는 기판에 부착되는 상호접속 장치.
35. 제 27 항에 있어서,

    상기 필름층은 팔라듐, 로듐, 백금, 이리듐, 오스뮴, 루테늄, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리 및 이들의 합금으로 이루어진 상기 재료의 그룹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상호접속 장치.
36. 제 27 항에 있어서,

    상기 자유부는 길이가 10㎛ 내지 1000㎛이고, 폭이 3㎛ 내지 500㎛이며, 두께가 0.1㎛ 내지 40㎛인 범위의 크기를 갖는 상호접속 장치.
37. 기판 상에 복수의 소형 스프링(miniaturized spring)을 제조하는 방법으로서, 상기 소형 스프링은 각각 전기 전도성 코어 부재를 포함하고, 상기 코어 부재는 앵커부와, 처음에는 상기 기판에 접촉하며, 릴리스(release) 시에 상기 코어 내의 고유 스트레스 구배(inherent stress gradient)로 인해 상기 기판으로부터 멀어지는 자유부를 포함하고, 상기 자유부는 그 단부에 팁 영역을 가지며, 상기 앵커부는 상기 기판에 고정되는, 상기 소형 스프링 제조 방법에 있어서,

    마스크를 사용하지 않고, 자유부를 포함하는 상기 코어 부재의 전 표면을 덮도록 스프링 코어 부재를 적어도 하나의 필름층으로 전기 도금하는 단계와,

    상기 코어 부재의 전기 도금 후에 접촉 버턴을 형성하기 위해 상기 팁 영역을 선택적으로 코팅하는 단계를 포함하고,

    상기 접촉 버턴은 대향 접촉 패드 또는 단자에 강하게 접착되지 않는 적어도 하나의 전기 전도성 재료를 포함하는

    소형 스프링 제조 방법.
38. 제 37 항에 있어서,

    적어도 하나의 필름층은 고유 압축 스트레스에 의해 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.
39. 제 37 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 필름층은 3 내지 500nm 범위의 평균 입도로 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.
40. 제 39 항에 있어서,

    적어도 하나의 전기 도금된 필름의 상기 입도는 도금하는 동안에 상기 전기 도금 조 내의 첨가물의 조성(composition) 및/또는 전류 밀도를 변경함으로써 제어되는 소형 스프링 제조 방법.
41. 제 37 항에 있어서,

    내부층에 사용된 재료는 보다 높은 탄성률을 가지며,

    외부층에 사용된 재료는 보다 낮은 탄성률을 가지며,

    상기 층의 탄성률은 최내부층으로부터 최외부층으로 갈수록 점진적으로 감소하거나, 최내부층으로부터 최외부층쪽으로 갈수록 불연속적으로 감소하는 소형 스프링 제조 방법.
42. 제 37 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 필름층은 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐; 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
43. 제 37 항에 있어서,

    상기 기판은 세라믹, 유리, 실리콘, 수정 및 유기 재료 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
44. 제 37 항에 있어서,

    상기 코어 부재는 Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr, 및 Ti-W 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
45. 제 37 항에 있어서,

    상기 코어 부재의 전기 도금은, 코어 부재가 위치하는 측면에 대향하는 상기 기판의 측면으로부터 상기 코어 부재에 전기 접촉을 확립하도록 상기 기판 내의 관통 비아를 사용하여 수행되는 소형 스프링 제조 방법.
46. 제 37 항에 있어서,

    상기 팁 영역은 상기 자유부가 상기 기판으로부터 릴리스되기 전 또는 상기 자유부가 상기 기판으로부터 릴리스된 후에 상기 접촉 버턴을 형성하도록 선택적으로 코팅되는 소형 스프링 제조 방법.
47. 제 37 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 전기 전도성 재료는 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리, 텅스텐; 및 이들의 합금을 포함하는 재료의 그룹 중 적어도어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
48. 제 37 항에 있어서,

    건식 에칭에 의해 상기 코어 필름의 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
49. 제 37 항에 있어서,

    상기 층의 증착 전에 상기 코어 필름을 폴리싱하는 단계와;

    전기 폴리싱, 화학 폴리싱 및 전기 화학 폴리싱 공정 중 어느 하나를 이용하여 최외부 표면을 선택적으로 폴리싱하는 단계를 더 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
50. 기판 상에 소형 스프링을 제조하는 방법으로서, 각각의 상기 소형 스프링은 앵커부 및 자유부를 포함하고, 상기 자유부는 그 단부에 팁 영역을 가지며, 상기 스프링의 폭은 상기 앵커부의 근방으로부터 상기 팁 영역쪽으로 갈수록 점진적으로 감소하는 소형 스프링 제조 방법에 있어서,

    코어 필름 부재를 증착하는 단계와,

    상기 앵커부 및 상기 자유부를 형성하기 위해 상기 코어 필름 부재의 몸체를 패터닝하는 단계와,

    상기 기판으로부터 상기 자유부를 릴리싱하는 단계와,

    상기 코어 필름 부재 상에 상기 코어 필름 부재의 전 표면을 덮는 적어도 하나의 상부 필름층을 증착하는 단계와,

    상기 적어도 하나의 상부 필름으로 코팅된 상기 코어 필름 부재 상에 포토레지스트 필름을 형성하는 단계와,

    상기 적어도 하나의 상부 필름으로 코팅된 상기 팁 영역 상의 영역을 노출시키기 위해 상기 포토레지스트 필름을 패터닝하는 단계와,

    상기 적어도 하나의 상부 필름층으로 덮인 노출된 팁 영역을, 터치다운을 반복할 때 발생하는 접촉 점착을 최소화하는 전기 전도성 접촉 재료로 코팅하는 단계와,

    상기 코어 필름 부재로부터 상기 포토레지스트 필름을 제거하는 단계

    를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
51. 제 50 항에 있어서,

    상기 전기 도금은 스프링이 위치하는 측면에 대향하는 상기 기판의 측면으로부터 스프링에 전기 접촉을 확립하도록 상기 기판 내의 관통 비아를 사용하여 수행되는 소형 스프링 제조 방법.
52. 제 50 항에 있어서,

    적어도 하나의 상부 필름층은 고유 압축 스트레스로 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.
53. 제 50 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 상부 필름층은 3 내지 500nm 범위의 평균 입도(grain size)로 전기 도금되는 소형 스프링 제조 방법.
54. 제 53 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 전기 도금된 필름의 입도는 도금하는 동안에 전기 도금 조 내의 첨가물의 조성(composition) 및/또는 전류 밀도를 변경함으로써 제어되는 소형 스프링 제조 방법.
55. 제 50 항에 있어서,

    내부 필름층에 사용된 재료는 보다 높은 탄성률을 가지며,

    외부 필름층에 사용된 재료는 보다 낮은 탄성률을 가지며,

    상기 필름층의 탄성률은 최내부 필름층쪽으로부터 최외부층으로 갈수록 점진적으로 감소하거나 또는 최내부 필름층으로부터 최외부 필름층쪽으로 갈수록 불연속적으로 감소하는 소형 스프링 제조 방법.
56. 제 50 항에 있어서,

    상기 접촉 재료는 전기 도금, 스퍼터링 및 화확 기상 증착 중 어느 하나에 의해 증착되는 소형 스프링 제조 방법.
57. 제 56 항에 있어서,

    상기 전기 도금은 스프링이 위치하는 측면에 대향하는 상기 기판의 측면으로부터 스프링에 전기 접촉을 확립하도록 상기 기판 내의 관통 비아를 사용하여 수행되는 소형 스프링 제조 방법.
58. 제 50 항에 있어서,

    상기 코어 필름 부재상의 상기 적어도 하나의 상부 필름층은 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, 코발트, 니켈, 금, 은, 구리, 알루미늄, 텅스텐; 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
59. 제 50 항에 있어서,

    상기 접촉 재료는 Co, Ni, Au, Cu, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
60. 제 50 항에 있어서,

    상기 기판은 세라믹, 유리, 실리콘, 수정 및 유기 재료 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.
61. 제 50 항에 있어서,

    상기 코어 필름 부재는 Mo, Cr, Ti, W, Zr, Mo-Cr, 및 Ti-W 중 어느 하나를 포함하는 소형 스프링 제조 방법.