專利名稱：分層的微電子觸頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體裝置之類器件的微電子觸頭。
技術(shù)背景越來越小和更復(fù)雜的電子元件的需求已演變成對(duì)更小或更復(fù)雜的集成電 路(IC)的需求。越來越小的IC以及高導(dǎo)線數(shù)量則要求更復(fù)雜的電氣連接方 案，包括用于永久或半永久聯(lián)接的封裝以及用于諸如測(cè)試和老化(burn — in) 等可迅速拆下的應(yīng)用場(chǎng)合。例如，相比于普遍使用僅幾年前的IC封裝件，多種現(xiàn)代IC封裝件具有更 小的覆蓋區(qū)(footprint)，更高的導(dǎo)線數(shù)量和更好的電氣性能和熱性能。一 種這樣的緊湊型IC封裝件是焊球陣列(BGA)封裝件。 一種BGA封裝件典型地 是帶接線端的矩形封裝件， 一般以焊球陣列的形式從封裝件底部凸出。這些接 線端被設(shè)計(jì)成安裝在定位于印刷電路板(PCB)或其它合適襯底表面上的多個(gè) 焊墊上。陣列的焊球引起回流并焊接于匹配元件上的焯墊(接線端)，比如使 安裝有的BGA封裝件的元件通過超聲室或類似熱能量源，隨后移去熱能量源以 冷卻并硬化焊料并形成一種相對(duì)永久的焊接。 一旦熔融并再次硬化，焊球連接 無法被容易地再次使用。因此需要獨(dú)立的、可迅速拆下的觸頭元件以在測(cè)試和 老化階段接觸IC的接線端盤或BGA封裝件的焊球。用于緊湊型封裝件和連接方案的可迅速拆下的觸頭元件的優(yōu)點(diǎn)已在先前被認(rèn) 識(shí)。用于直接安裝到諸如IC的襯底的可迅速拆卸、可撓的彈性微電子彈性觸 頭被公開在5917707號(hào)美國(guó)專利專利中(Khandros等)。在其它事情中，第5917707號(hào)專利公開了使用導(dǎo)線焊接工序制成的微電子彈性觸頭，其中導(dǎo)線焊接工序包括將非常細(xì)的導(dǎo)線焊接到襯底上，并隨后是導(dǎo)線的電鍍以形成彈性元 件。這些微電子觸頭已在應(yīng)用中提供了實(shí)在的優(yōu)點(diǎn)，諸如后端晶片處理以及特 別用作探針板的觸頭結(jié)構(gòu)，在那里它們被細(xì)鎢絲代替。這些相同或類似的觸頭 元件一般也可用于半導(dǎo)體裝置間形成電氣鏈接，以在幾乎每種類型的電子裝置 中形成臨時(shí)的(可迅速拆下的)和較永久的電氣連接。然而目前制造細(xì)距彈性觸頭的成本將其可應(yīng)用性范圍限制到受成本影響 較小的應(yīng)用場(chǎng)合中。高制造成本與制造設(shè)備以及處理時(shí)間相關(guān)。在前面提到的 專利中所描述的觸頭是以連續(xù)工序(即一時(shí)間內(nèi)一道工序)制造的，連續(xù)工序 無法輕易地轉(zhuǎn)化為平行的一時(shí)間內(nèi)多道工序。因此，多種新類型的觸頭結(jié)構(gòu)， 在這里稱為平版印刷型微電子彈性觸頭已被開發(fā)，它使用非常適于平行地制造 多個(gè)彈性結(jié)構(gòu)，由此大量減少與各觸頭相關(guān)的成本的平版印刷制造工序。平版印刷型彈性觸頭的范例及其制造工序在Pedersen和Khandros于1998 年2月26日提交的序列號(hào)為09/032473的標(biāo)題為"平版印刷確定的微電子觸 頭結(jié)構(gòu)"共同擁有并處于權(quán)利未定狀態(tài)的美國(guó)專利申請(qǐng)以及Pedersen和 Khandros于1998年2月4日提交的序列號(hào)60/073679的標(biāo)題為"微電子觸頭 結(jié)構(gòu)"中已有描述。這些專利申請(qǐng)公開了用一系列平板印刷步驟制造彈性結(jié) 構(gòu)、由此構(gòu)造具有多個(gè)金屬鍍層的彈性觸頭的高度的方法，其中多個(gè)金屬鍍層 可利用多種平版印刷技術(shù)進(jìn)行布圖。微電子彈性觸頭較佳地設(shè)有足夠的高度以 補(bǔ)償安裝襯底的不平整性，并提供用于在彈性觸頭下面安裝元件(諸如電容) 的空間。在單個(gè)平版印刷步驟中實(shí)現(xiàn)足夠高度的方法，即單個(gè)彈性層以及由此所制 造的范例型結(jié)構(gòu)在由Eldridge和Mathieu于1999年7月30日提交的序列號(hào) 為09/364788的標(biāo)題為"互連組件及方法"的共同擁有且處于權(quán)利未定狀態(tài)的 美國(guó)專利申請(qǐng)以及Eldridge和Wenzel于2000年9月9日提交的序列號(hào)為 09/710539的標(biāo)題為"具有改進(jìn)輪廓的平版印刷規(guī)模微電子觸頭結(jié)構(gòu)"中已公 開。前面的申請(qǐng)公開了由單個(gè)金屬層制成的彈性元件。該金屬層鍍覆于三維方 向布圖的犧牲材料層上，犧牲材料層是利用微加工或模制工序形成的。然后將犧牲層去除，留下具有去除層的輪廓化形狀的自站立(free —standing)彈 性觸頭。因此存在對(duì)改善的微電子彈性觸頭及其制造方法的需求，它能在明顯較低 成太下戀孤成改善名層或雖層碓'昨觸頭的件能。彈忡觸頭話用于非常密的細(xì)距陣列以直接連接于ic及其類似裝置，并能實(shí)現(xiàn)相對(duì)可拆下連接和相對(duì)永久(例如焊接)連接。而且，要求微電子彈性觸頭能適用于緊湊型封裝方案，其中低成本、可拆 性以及彈性都很重要。范例性應(yīng)用場(chǎng)合包括便攜式電子器件(蜂窩電話、掌上電腦、尋呼機(jī)、盤驅(qū)動(dòng)器等)，它們需要比BGA封裝件更小的封裝件。在這種 應(yīng)用場(chǎng)合中，焊塊有時(shí)直接地沉積到IC自身表面上并用于固定到印刷電路板 (PCB)上。這種方法一般被稱為直接芯片連結(jié)或倒裝芯片。該倒裝芯片方法 受多種不利因素影響。 一個(gè)關(guān)鍵的不利因素是要求聚合物在晶片下部進(jìn)行底部 填充。底部填充要求減少相對(duì)于基于樹脂的PCB的一般來說高得多的膨脹率， 由硅晶片的相對(duì)低的低熱膨脹率所引起的熱應(yīng)力。底部填充的存在經(jīng)常使再次 使用元件變得不可能。結(jié)果，如果IC及其對(duì)PCB的連接上有缺陷，通常必須 舍棄整塊PCB。已開發(fā)出另一種類型的BGA封裝件，芯片規(guī)模焊球陣列或芯片規(guī)模封裝件 (CSP)以克服倒裝芯片的缺點(diǎn)。在芯片規(guī)模封裝件中，焊球端一般位于半導(dǎo) 體晶片的下面以減少封裝件尺寸，另外出現(xiàn)了附加的封裝元件以消除底部填充 的需要。例如，在某些CSP中，軟的順應(yīng)性彈性體層(或彈性體墊)被設(shè)置在 晶片和焊球端之間。焊球端可安裝在薄的2層柔性電路上或安裝在順應(yīng)體的接 線端處。IC一般利用導(dǎo)線或接通引線連接于柔性電路或彈性體的接線端，整個(gè) 組件(除了焊球陣列)被包裹在合適的樹脂內(nèi)。彈性體典型地是諸如硅樹脂的聚合體，厚度大約為125ura至175 um (5 一7mils)。彈性墊或彈性層基本上能實(shí)現(xiàn)用于倒裝芯片的底部填充的功能并 代替底部填充，即，最小化晶片和PCB之間的熱失配應(yīng)力。在其它CSP設(shè)計(jì)中， IC直接粘附到兩層柔性電路的表面，并用引線連接于柔性電路芯片側(cè)上的接線 端。焊球被安裝在柔性電路的反面。這種設(shè)計(jì)缺少用于將晶片從PCB中分離的彈性體層，并因此可能無法消除底部填充的需要。當(dāng)前的芯片規(guī)模封裝設(shè)計(jì)具有很多缺點(diǎn)。彈性體材料易于吸收水汽，且如 果吸收過量的水汽，在回流溫度下水汽的快速逸出將導(dǎo)致彈性體層內(nèi)的空乏 (Voids)形態(tài)或封裝件的破裂。例如，水汽可能從彈性體內(nèi)的聚合物材料中 逸出并陷入于晶片固定黏合劑內(nèi)。然后當(dāng)板組件加熱操作過程中陷入的水汽膨 脹時(shí)會(huì)形成空乏，這一般會(huì)造成裂紋和封裝件失效。這種空乏形態(tài)在回流連結(jié) 于PCB時(shí)尤其成問題。芯片規(guī)模封裝設(shè)計(jì)的另一難點(diǎn)是彈性件集成工序，這一般是通過將彈性墊 拾取并定位在獨(dú)立位置上或通過網(wǎng)眼印刷并隨后固化液態(tài)彈性體而完成的。無 論哪種情況都難以滿足CSP應(yīng)用場(chǎng)合中所要求的緊容限和封裝件平整度。例如，在典型的CSP設(shè)計(jì)中，封裝件平整性(平面度)應(yīng)小于25ym (lmil)以確保 所有的焊球在回流時(shí)與PCB建立接觸。使用現(xiàn)有技術(shù)的工序沉積彈性材料是難 以實(shí)現(xiàn)這種程度的平整性的。因此，還需要為諸如CSP和倒裝芯片應(yīng)用場(chǎng)合提供一種改善的微電子觸頭 元件。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的彈性觸頭結(jié)構(gòu)可通過考慮其范例性制造方法而理解。在該方法的 初始步驟中， 一個(gè)精確構(gòu)形的坑，諸如金字塔形坑用任何合適的技術(shù)(比如蝕 刻和浮飾)形成在犧牲襯底上。 一般來說，大量相同坑的陣列將同時(shí)形成在犧 牲襯底上，它們?cè)O(shè)置在與觸尖所要求位置對(duì)應(yīng)的圖案上，以待形成于電子裝置 上。然后如果需要的話，在諸坑的表面上涂敷合適的隔離材料的薄層，諸如聚 四氟乙烯(PTFE)。然后將坑填滿合適的液態(tài)彈性體或類似的順應(yīng)性材料。彈 性體或順應(yīng)性材料最好無任何填充材料，諸如導(dǎo)電性填料。然后可將犧牲襯底 匹配于其上形成有彈性觸頭的器件襯底，彈性體材料在適當(dāng)位置固化(凝固)， 由此將彈性體材料粘附于裝置，并去除犧牲襯底?；蛘?，彈性體或順應(yīng)性材料 可在將犧牲襯底匹配于器件襯底前固化，將順應(yīng)性體粘附于裝置的工序由某些 其它方法實(shí)現(xiàn)，例如運(yùn)用熱或適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)。還有一種方法，聚合體材料的點(diǎn)可例如通過網(wǎng)格印刷加到器件襯底上，然后把點(diǎn)壓成凹坑，以模制該點(diǎn)。作為前面步驟的結(jié)果，器件襯底上可設(shè)有至少一個(gè)順應(yīng)性墊或凸起，且一 般是遠(yuǎn)離器件襯底工作端定位的多個(gè)順應(yīng)性墊。在多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合下，墊較佳為 具有相對(duì)較寬底部和點(diǎn)接觸頂部的相似或相近的高度和形狀。當(dāng)然，根據(jù)所打 算的應(yīng)用場(chǎng)合的要求，諸墊可以具有不同的尺寸和/或形狀。合適的形狀包括: 金字塔形、截頂?shù)慕鹱炙?、階梯式金字塔形、菱形、圓錐形、四邊形固體和 類似的形狀。諸墊基本上是固體的和同質(zhì)的，或者包括空乏、氣泡、層之類結(jié) 構(gòu)。在順應(yīng)性體以及器件襯底之間無需建立導(dǎo)電性接觸。相反，順應(yīng)性體較佳 地定位以避免與器件襯底上的接線端接觸。還有，順應(yīng)性墊一般以相比器件襯 底上的接線端具有擴(kuò)展間距的圖形中分布。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，諸順應(yīng)性墊主要地具有彈性，這意味著諸順應(yīng)性 襯被配置成在所施加負(fù)載撤去后彈回到初始位置。在另一實(shí)施例中，順應(yīng)性墊 主要是無彈性的，這表示當(dāng)所施加負(fù)載撤去后諸順應(yīng)性襯不會(huì)彈回到初始位 置；或者諸順應(yīng)性墊可配置成表現(xiàn)出彈性或無彈性行為的某些組合。 一種普通 技術(shù)可選擇不同的材料和墊幾何形狀以在期望的負(fù)載條件下獲得所需要的響 應(yīng)特性。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，通過諸如濺射的適當(dāng)工序在包括凸起的器件襯底上涂敷一諸如鈦鎢層的薄金屬籽晶層。然后將一個(gè)或多個(gè)由犧牲材料(如電泳 阻抗材料)形成的更均勻共形層施加到器件襯底上。然后根據(jù)要求對(duì)犧牲層布圖以將籽晶層暴露在一跡線(trace)圖案中，該跡線圖案從器件襯底的諸接線端向諸順應(yīng)性墊各個(gè)頂部延伸。為使所產(chǎn)生的觸頭結(jié)構(gòu)具有更大的硬度和強(qiáng) 度，可使跡線圖案的寬度超過諸順應(yīng)性墊。然后將金屬性彈性層和/或?qū)щ妼釉诓糠直┞兜淖丫由襄兏菜Ｍ纳?度。 一般，鎳或鎳合金材料被優(yōu)先地鍍覆到足以形成合適的強(qiáng)度和彈性的深度。 在一實(shí)施例中，鎳材料被鍍覆到足夠的深度以使所產(chǎn)生的跡線比順應(yīng)性墊更 硬。作為選擇，在鍍覆步驟后，在彈性層上涂敷諸如金薄層的保護(hù)層和導(dǎo)電層。 在施加所要求的金屬層后，犧牲材料層和多余的籽晶層可通過在器件襯底上保 留順應(yīng)性凸起和金屬跡線的工序去除。然后無需進(jìn)一步處理即可準(zhǔn)備使用所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)包括與彈 性觸頭形成一體的、從器件襯底每個(gè)要求的接線端向諸順應(yīng)性墊中每個(gè)墊的頂 部延伸的金屬跡線。較佳地，通過高共形的鍍覆工序每個(gè)順應(yīng)性墊的點(diǎn)接觸頂 部給予每個(gè)彈性觸頭相對(duì)尖銳的點(diǎn)接觸尖部。每個(gè)觸頭橫向地或垂直地從每個(gè) 順應(yīng)性墊底部向每個(gè)墊的頂部延伸，這提供一種當(dāng)彈性觸頭偏移時(shí)給予觸尖運(yùn) 動(dòng)有益擦拭動(dòng)作的懸臂結(jié)構(gòu)。在使用中該彈性觸頭由順應(yīng)性墊支承是較為有利 的。順應(yīng)性材料的支承可使將較薄的鍍層用于彈性觸頭，否則要求提供足夠的 接觸力。較薄的鍍層可在鍍覆步驟中節(jié)省可觀的處理時(shí)間。另外，前面的方法 避免了對(duì)犧牲層的模制或構(gòu)形的任何需要、避免了提供尖銳觸尖的單獨(dú)成形步 驟的任何需要以及提供重分布跡線的單獨(dú)步驟的任何需要。在一實(shí)施例中，鍍覆步驟和施加籽晶層和施加并布圖的抗蝕層的相關(guān)步驟 被省去。作為代替，所希望的跡線和接觸元件通過諸如濺射和蒸汽沉積的方法 被直接布圖在器件襯底和彈性體凸起上。在另一實(shí)施例中，諸跡線被配置用于不需要彈性體墊或底部填充的倒裝場(chǎng) 合。這些跡線被形成在平行于器件襯底的方向上具有彈性。為了方便，此后將 這些跡線稱為"水平彈性體"，另外很明顯的是"水平"并不局限于表示在平 行于器件襯底的方向上具有彈性的意思。水平彈性補(bǔ)償在器件襯底和PCB或其 它被安裝部分之間產(chǎn)生的熱失配，并由此消除對(duì)底部填充和彈性件的需要。作 為選擇地，同樣可將諸跡線做成在垂直于器件襯底的方向上具有彈性，與上面 所引證的文獻(xiàn)中所描述的彈性觸頭一樣。較佳地，水平彈性觸頭被形成在器件襯底的犧牲層上。每個(gè)水平彈性觸頭 在裝置的接線端和焊墊之間延伸(例如使用焊球或粘合劑連接把墊焊接到PCB 相應(yīng)的墊上)?？赏ㄟ^任何適當(dāng)模式(諸如Z字形圖案、打褶的圖案、細(xì)圓齒 形圖案或迂回的圖案)提供水平可撓性。然后除去犧牲層，除固定于其各接線 端外保留懸置于器件襯底上的每個(gè)水平彈性觸頭。因此每條跡線在平行于器件 襯底方向上可撓，當(dāng)每個(gè)跡線的自由端結(jié)合于匹配襯底時(shí)，由裝置和匹配襯底 之間的熱失配所產(chǎn)生的應(yīng)力通過水平彈性觸頭的撓曲得以緩解。作為選擇地，順應(yīng)性墊可設(shè)置在水平彈性觸頭的觸尖下方以提供額外的垂直支承。通過考慮后面對(duì)較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員對(duì)分層的 微電子觸頭和水平彈性觸頭及其實(shí)現(xiàn)的額外的優(yōu)點(diǎn)和目的能有更完整的理解。 下面將首先參閱附圖進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的范例性的帶金字塔形順應(yīng)性墊的微電子彈性觸頭的 放大的立體圖。圖2是圖1所示類型的微電子彈性觸頭的陣列的放大的俯視圖；它示出一 部分間距擴(kuò)展的陣列。圖3是采用共享的菱形順應(yīng)性墊的范例性微電子彈性觸頭陣列的放大的 立體圖。圖4是采用半球形順應(yīng)性墊的范例性微電子彈性觸頭的的放大的立體圖。 圖5是采用圓錐形順應(yīng)性墊的范例性微電子彈性觸頭的放大的立體圖。 圖6是采用具有階梯式金字塔形順應(yīng)性墊的范例性微電子彈性觸頭的放 大的側(cè)視圖。圖7是采用具有截頂?shù)慕鹱炙雾槕?yīng)性墊的范例性微電子彈性觸頭的放大的側(cè)視圖。圖8是帶有金字塔形順應(yīng)性墊的范例性微電子彈性觸頭的放大的側(cè)視圖，它表示出具有比順應(yīng)性墊相對(duì)更硬的金屬跡線的彈性觸頭的撓曲特性。圖9是帶有金字塔形順應(yīng)性墊的范例性微電子彈性觸頭的放大的側(cè)視圖， 它表示出具有比順應(yīng)性墊相對(duì)更具可撓性的金屬跡線的彈性觸頭的撓曲特性。 圖10是表示本發(fā)明用于形成微電子彈性觸頭的方法的范例性步驟的流程圖。圖11是表示在接線端和順應(yīng)性墊之間沉積導(dǎo)電性跡線的方法的范例性步 驟的流程圖。圖12是在金字塔形順應(yīng)性墊上沉積相對(duì)較薄和可撓的金屬跡線的范例性 微電子彈性觸頭的放大的俯視圖。大的立體圖。圖14是在相對(duì)較薄和可撓的金屬跡線上帶偏置開口以提高橫向可撓性的 彈性觸頭的放大立體圖。圖15A是根據(jù)本發(fā)明具有微電子彈性觸頭陣列的范例性倒裝芯片半導(dǎo)體裝置的俯視圖。圖15B是圖15A所示的倒裝芯片裝置的放大的俯視圖。圖16是根據(jù)本發(fā)明的可迅速拆下的微電子彈性觸頭的范例性倒裝芯片裝置的放大的側(cè)視圖。圖17是根據(jù)本發(fā)明的可焊接微電子彈性觸頭的范例性倒裝芯片裝置的放大的側(cè)視圖。圖18是根據(jù)本發(fā)明的水平彈性觸頭的放大的立體圖。 圖19是根據(jù)本發(fā)明的迂回的水平彈性觸頭的放大的俯視圖。 圖20是帶發(fā)夾形條帶(beam)部分的水平彈性觸頭的放大的俯視圖。 圖21是表示本發(fā)明用于制造水平彈性觸頭的方法的范例性步驟的流程圖。圖22是帶水平彈性觸頭陣列的范例性倒裝芯片裝置的放大的俯視圖。 圖23是圖22所示倒裝芯片裝置與襯底接線端相接觸的放大的側(cè)視圖。 圖24是與金字塔形順應(yīng)性墊結(jié)合在一起的水平彈性觸頭的放大的立體圖。圖25是與截頂?shù)慕鹱炙雾槕?yīng)性墊結(jié)合在一起的水平彈性觸頭的放大的 立體圖。圖26是與階梯式金字塔形順應(yīng)性墊結(jié)合在一起的水平彈性觸頭的放大的 立體圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供能夠克服現(xiàn)有技術(shù)彈性觸頭局限性的微電子彈性觸頭。在 下面的詳細(xì)說明中，相同的元件標(biāo)號(hào)用于表示出現(xiàn)在一幅或多幅圖中的相 同元件。本發(fā)明以潛在的低成本實(shí)現(xiàn)了引用于此的專利申請(qǐng)中所公開的單層和多層平版印刷型彈性觸頭的優(yōu)點(diǎn)，并提供用于某些封裝和連接場(chǎng)合中的額 外優(yōu)點(diǎn)。相信本發(fā)明這種彈性觸頭特別適用于緊湊型封裝的應(yīng)用場(chǎng)合中， 諸如倒裝芯片封裝件和CPS,其中它們可代替或擴(kuò)大焊球陣列作為連接元件 的使用。通過材料的適當(dāng)選擇，彈性觸頭也可用于測(cè)試和老化應(yīng)用場(chǎng)合。因此 根據(jù)本發(fā)明的彈性觸頭被直接制造在用于初始測(cè)試和/或老化的單晶片各 裝置上；如果需要，保留在測(cè)試后的裝置上以在封裝前或封裝后進(jìn)行老化 測(cè)試；然后被用作主連接元件(例如帶或不帶焊料粘合劑或?qū)щ娦哉澈蟿? 以最終裝配于電子組件，這些都包括在本發(fā)明的范圍和目的內(nèi)?；蛘?，本 發(fā)明的彈性觸頭可用于前面應(yīng)用場(chǎng)合中所選擇的任何一種或它們的組合， 用作包括連接其它元件(諸如BGA)的封裝件中的副連接元件(例如IC到 柔性電路)，用作測(cè)試探針的觸頭元件或插入元件，用于諸如平面陣列(LGA) 的連接器內(nèi)或其它任何合適的連接場(chǎng)合中。圖1示出范例性的分層的微電子彈性觸頭100。彈性觸頭100包括兩 主材料層以金字塔形順應(yīng)墊110的形式出現(xiàn)的第一非導(dǎo)電性彈性體層， 以金屬跡線102形式出現(xiàn)的第二導(dǎo)電性彈性層。彈性觸頭100被描述成分 層的原因是至少一部分導(dǎo)電層(跡線102)位于非導(dǎo)電層(墊110)上方而 兩個(gè)層一起界定觸頭100。順應(yīng)性墊110可以是在此描述的參數(shù)范圍內(nèi)的任何合適的形狀。在本 發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中它被精確地構(gòu)形，諸如模制的形狀。在另一實(shí)施例中墊 110是一種非正規(guī)形狀，諸如相對(duì)無定形的團(tuán)?？蓪|的形態(tài)賦予沉積在墊 表面上的相對(duì)剛性的金屬尖和條帶上。為確保沿密集分布的彈性觸頭陣列 的高度一致性，可使用使墊之間差異最小化的平行工序形成每個(gè)墊。諸如 模制全體(en masse)的平行成形還提供一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即比單獨(dú)的團(tuán)成形需 要更少的時(shí)間。盡管可采用例如在這里描述的墊形狀的其它合適的形狀，但特別地， 墊110具有金字塔形狀。以更一般的術(shù)語說，墊iio被描述成一削錐的塊， 它具有相對(duì)大和平的底部區(qū)域112 (在這里墊粘附于襯底116)以及從襯底處延伸并逐漸削錐至遠(yuǎn)離襯底的、相對(duì)較小的端部區(qū)域的自由側(cè)表面109。 端部區(qū)域在圖1的視圖中被覆蓋的金屬尖104所阻擋。這種削錐形狀使粘 結(jié)到襯底116的面積最大，同時(shí)有效地支承所界定的尖端結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例中，金字塔形狀減少了從彈性體材料到通氣的觸頭100可能發(fā)生的水汽逸出的可能性，并提供用于觸頭陣列上熱應(yīng)力緩解的增強(qiáng)的橫向可撓性。 由于具有所希望的削錐特性的金字塔形狀能以很好的精密度方便地形成并能通過利用晶硅材料共同具有的特性形成在極小的規(guī)模上，因此金字 塔形順應(yīng)性墊特別適用。由硅材料晶面的取向所限定其側(cè)表面的金字塔坑 可通過將覆蓋有適當(dāng)圖案化的光敏抗蝕劑層的硅片暴露在適當(dāng)?shù)奈g刻劑下(諸如KOH)容易地生產(chǎn)，這是公知的。因此在硅襯底中形成一列基本相同 的金字塔坑，具有坑的襯底可用作模以形成一列相同的金字塔形順應(yīng)性墊。 如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知那樣，采用適當(dāng)?shù)奈g刻和掩模工序，可同樣地形 成諸如菱形、截頂?shù)慕鹱炙蛄庑我约芭_(tái)階式金字塔或菱形等相關(guān)形狀。順應(yīng)性墊110可由適合的材料制成。例如，合適的彈性體材料可以是 硅橡膠、天然橡膠、橡膠化塑料以及很大范圍的其它有機(jī)聚合材料。本領(lǐng) 域內(nèi)技術(shù)人員基于對(duì)彈性觸頭所打算的工作環(huán)境(諸如溫度或化學(xué)環(huán)境) 的考慮以及所希望的結(jié)構(gòu)特征可選擇合適的材料。例如， 一旦觸頭幾何形 狀、所要求的壓縮性范圍和最大接觸力被確定，即可適當(dāng)?shù)剡x擇軟的和有 彈性的材料。較佳地，墊材料是沒有特殊填充材料且本質(zhì)上不導(dǎo)電的同質(zhì) 塑料材料。同質(zhì)的塑料材料將更容易在小規(guī)模上形成精確的墊形狀，諸如 寬度小于5mils (大約130nm)的順應(yīng)性墊。順應(yīng)性墊110在所要的電氣連接的接線端114隔開的位置上被粘結(jié)在 基板116上。然后通過諸如電鍍的工序從接線端114到順應(yīng)性墊的端部區(qū) 域沉積導(dǎo)電性跡線102。跡線102包括任何合適的金屬或金屬合金并包括一 層或多層。例如，跡線102可包括用以保證強(qiáng)度和剛性的相對(duì)較厚的鎳或 鎳合金層，其上覆蓋用作導(dǎo)電性的相對(duì)較薄的金層。跡線102最好是帶 有沉積在墊110端部區(qū)域的觸尖部分104整塊金屬，從墊110的底部112 向觸尖104延伸的墊支承條帶部分106，以及將條帶部分106連接于接線端114的襯底支承的重分布跡線部分108。觸尖104可相對(duì)地形成點(diǎn)接觸(如 圖所示)以刺穿相匹配接線端的氧化層和雜質(zhì)層。或者，觸尖104可以是 相對(duì)地形成扁平狀以支承焊球之類的形狀。條帶部分106可在底部112的 較大寬度開始并在觸尖104處削錐至較窄的頸部，如圖所示。該削錐設(shè)計(jì) 具有沿條帶長(zhǎng)度的分布應(yīng)力更均一的優(yōu)點(diǎn)?；蛘?，條帶106可以具有固定 寬度、可設(shè)置成反削錐(在頂部較寬)或其它合適的形狀。襯底116可以 是任何合適的電子裝置，包括但不局限于半導(dǎo)體晶片或晶片、用于晶片或 晶片的連接器或插槽以及印刷電路板。如圖2所示，彈性觸頭IOO可方便地用于間距擴(kuò)展陣列118。襯底116 上的接線端114以第一間距P1間隔地設(shè)置，而觸尖104則以較粗的間距P2 間隔地設(shè)置，其中P2大于P1。圖2還示出多種用于設(shè)置跡線102的重分布 部分108的方法。如圖2的右下方所示，對(duì)于更大間距的觸頭IOO"的重分 布跡線108可布圖成完全環(huán)繞于更接近觸頭的順應(yīng)性墊110周圍。或者， 如圖2左下方所示，對(duì)于更大間距的觸頭100'的跡線108可直接沉積在更 小間距觸頭的靠近其底部112的順應(yīng)性墊110上。順應(yīng)性墊自由區(qū)域上的 跡線可較佳地以非常密集的陣列定位，在非常密集的陣列中用于定位重分 布跡線的間隙受到限制。這種定位同時(shí)緩解形成彈性觸頭的材料的應(yīng)力。圖3—圖7示出本發(fā)明各種其它的實(shí)施例。圖3示出一種支承多個(gè)彈 性觸頭122的菱形順應(yīng)性墊124。電112的端部區(qū)域被部分地暴露在外。觸 頭122的其它特征類似于彈性觸頭100中所描述的那些特征。圖4示出了 一種帶半球形墊132的彈性觸頭130。觸尖104相對(duì)扁平。圖5示出一種帶 圓錐形順應(yīng)性墊136的彈性觸頭134。圖6是帶階梯式金字塔形順應(yīng)性墊 142的彈性觸頭140的側(cè)視圖。相比規(guī)則形狀的墊，階梯式金字塔形墊142 提供了較低的寬高比，即對(duì)給定尺寸的底具有較低的高度。較低的寬高比 較為有利地為要求較高接觸力的場(chǎng)合提供一種更堅(jiān)實(shí)的觸頭。圖7示出一 種具有截頂?shù)慕鹱炙雾槕?yīng)性墊152的彈性觸頭150的側(cè)視圖。截頂?shù)慕?字塔形還提供較低寬高比的墊，并能適用于要求扁平狀觸尖104的多種場(chǎng) 合中。在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，彈性觸頭可提供不同于這里描述的多種其它的形狀和配置?？梢愿淖冺槕?yīng)性墊和位于其上的導(dǎo)電性跡線的相關(guān)結(jié)構(gòu)特性。在本發(fā) 明一個(gè)實(shí)施例中，順應(yīng)性墊相比導(dǎo)電性跡線而言更軟并更具可撓性。圖8 示出具有相對(duì)可撓墊110和相對(duì)較硬條帶106的彈性觸頭100的撓曲模式。在該實(shí)施例中，彈性觸頭100的特性由條帶106的特性決定，條帶106在 接觸力的作用下以類似于不由順應(yīng)性墊支承時(shí)撓曲的模式而撓曲。因此觸 尖104對(duì)應(yīng)于垂直位移"dz"移動(dòng)一橫向距離"dx"，由此為觸尖提供有 利的擦拭動(dòng)作。在另一實(shí)施例中，導(dǎo)電性跡線相比順應(yīng)性墊具有相對(duì)的可撓性。圖9 示出具有比順應(yīng)性墊162更具可撓性的墊支承條帶166的彈性觸頭160的 撓曲模式。為獲得更大的可撓性，觸尖164。條帶166可重分布跡線168 可作為相對(duì)較薄的層沉積，相比沉積一相對(duì)厚的條帶(如條帶106)，這較 為有利地能夠更快地完成。由于被對(duì)稱地支承，墊162在沒有明顯的水平 橈曲的情況下?lián)锨怪本嚯x"dz"。條帶166和觸尖164彎折以順從墊162 的外形。應(yīng)該理解圖8和圖9示出在兩個(gè)極端的相反端上的撓曲模式。但也可 能要求將觸頭配置成工作在介于圖8和圖9所示模式之間的中間模式。在 中間模式中，彈性觸頭將顯示出兩種撓曲模式的特性。例如，觸尖將承受 一些橫向撓曲或擦拭并同時(shí)大致地由順應(yīng)性墊支承。由此中間模式能夠一 定程度地實(shí)現(xiàn)兩種撓曲模式(即擦拭動(dòng)作和細(xì)的、快速成形的跡線)的優(yōu) 點(diǎn)。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可構(gòu)造出工作在任何所希望的撓曲模式下的彈性觸 頭。對(duì)于幾何特性和選擇材料已給定的情況，可改變條帶厚度直到實(shí)現(xiàn)所 要求的撓曲模式?？蓪⒂?jì)算機(jī)建模用于設(shè)計(jì)階段以預(yù)測(cè)具體彈性觸頭設(shè)計(jì) 的撓曲特性。圖10示出用于形成本發(fā)明的微電子彈性觸頭的方法200的范例性步 驟。在起始步驟202中，順應(yīng)性墊形成在犧牲襯底上。為形成順應(yīng)性墊陣 列，在諸如硅襯底的犧牲襯底上對(duì)應(yīng)于將要形成的彈性觸頭陣列中的觸尖 所要求的配置的圖案形成精密的坑。精密的坑的形狀對(duì)應(yīng)于順應(yīng)性墊所要求的形狀，例如用金字塔坑形成金字塔形墊等?？捎萌魏魏线m的方法形成 精密的坑；特別可采用多種平版印刷/蝕刻技術(shù)形成多種多種形狀的坑。在坑被產(chǎn)生后，犧牲襯底較佳地涂敷以適當(dāng)?shù)谋痈綦x劑，諸如PTFE材料或其它含氟化合物。用于形成順應(yīng)性墊的另一方法通過直接在襯底上沉積一 非固化的或軟化的彈性體材料的團(tuán)，然后在適當(dāng)位置固化或硬化彈性體。 在制備完?duì)奚r底后，將所選擇的較佳為液態(tài)的彈性體材料填滿諸坑。 隨后其上將要形成觸頭的襯底("器件襯底")被安裝在犧牲襯底上，而 彈性體材料在適當(dāng)位置隨器件襯底固化或硬化，由此將順應(yīng)性墊粘附在襯底上。然后如步驟204所示，將襯底及其粘附其上的墊從犧牲襯底中去除， 將墊轉(zhuǎn)移到器件襯底上。犧牲襯底可如所希望那樣被重新使用。或者，在犧牲襯底中的坑填滿液態(tài)彈性體后，彈性體材料可固化或硬 化于自由和敞開的犧牲襯底上。然后將適當(dāng)?shù)恼澈蟿┎牧贤糠笤跔奚r底 上，由此涂敷順應(yīng)性墊的暴露在外的底部。較佳地，粘合劑材料是可布圖 的，由此可將粘合劑從犧牲襯底上中去除，除了彈性體材料上方的區(qū)域(無 法去除)。另外，粘合劑材料較佳地呈壓敏特性以接觸粘合于所匹配的襯 底上。然后將順應(yīng)性墊如根據(jù)要求轉(zhuǎn)移到器件襯底上。在步驟206中，使順應(yīng)性墊位于器件襯底上，導(dǎo)電性跡線被沉積在器 件襯底接線端和相應(yīng)墊的頂部之間，圖ll示出將導(dǎo)電性跡線沉積在器件襯 底和順應(yīng)性墊上的方法210的范例性步驟。在步驟212中，籽晶層被沉積 在器件襯底及其所粘附的順應(yīng)性墊的整個(gè)表面上。合適的籽晶層是濺射形 成的鈦鎢層；合適的籽晶層可由本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員選擇。在步驟214中，犧牲層沉積在籽晶層上。犧牲層是一種諸如光敏抗蝕 劑材料的可布圖材料并優(yōu)先作為器件襯底及其凸出的彈性體墊上的高共形 層施加。可用多種方法沉積抗蝕材料的共形層。 一種適合于涂敷大約等于 35ura厚度的方法是電沉積(電泳抗蝕)。其它方法可包括噴涂、旋轉(zhuǎn)噴涂 (spin coating)或彎月7K柱涂(meniscus coating),其中涂敷材料的 層流通過器件襯底。可通過連續(xù)地涂敷和固化材料層以產(chǎn)生較大的深度。 犧牲層的最小深度最好等于或大于所要求的將要沉積的金屬跡線的厚度。在步驟216中，犧牲層被布圖以使籽晶層暴露于將要沉積導(dǎo)電性跡線 的區(qū)域上。 一般布圖是采用業(yè)內(nèi)所知的任何合適的光敏布圖技術(shù)而完成的。在步驟218中，例如通過電泳，導(dǎo)電性跡線材料被沉積至超過籽晶層暴露區(qū)域的沉積深度?？筛鶕?jù)需要施加不同材料組成的共形層，例如根據(jù)需要 在采用相對(duì)較厚的鎳層或鎳合金層之后，涂敷相對(duì)較薄的金層或其它合適的觸頭金屬，如鈀、鉑、銀及其合金。在步驟220中，通過諸如在合適的 溶液中溶解的方法去除犧牲層。由此根據(jù)本發(fā)明的彈性觸頭裝置上提供有 陣列。對(duì)于相對(duì)薄的和具有可撓性的金屬跡線的彈性觸頭，金屬跡線無需通 過電泳而沉積，而是最好通過諸如濺射或蒸汽沉積的方法沉積。在這種情 況下，器件襯底和順應(yīng)性墊的整個(gè)表面可涂敷一薄層或若干層要求深度的 金屬層，象籽晶層那樣。然后可施加并布圖光敏抗蝕劑層以保護(hù)器件襯底 的需要金屬跡線層的區(qū)域，所剩下的金屬層的非保護(hù)區(qū)域在蝕刻步驟中去 除。由于省去電泳步驟，對(duì)于那些不需要相對(duì)較硬的金屬觸頭元件的應(yīng)用 場(chǎng)合，處理時(shí)間得以大量地減少。在具有相對(duì)薄和可撓金屬層的分層的彈性觸頭的場(chǎng)合中，對(duì)順應(yīng)性表 面的更大面積進(jìn)行涂敷，使之達(dá)到或包含順應(yīng)性墊的整個(gè)表面是較為有利 的。順應(yīng)性墊171的大部分被覆以金屬層172的范例性彈性觸頭170如圖 12和圖13所示。和在這里描述的其它彈性觸頭類似，金屬層172包括襯 底的接線端和順應(yīng)性墊171底部之間延伸的襯底支承的重分布部分；從墊 底部向上延伸的墊支承部分176以及位于順應(yīng)性墊171頂部的觸尖174。在 范例性觸頭170中，金字塔形墊171的所有四邊都被金屬層172覆蓋，除 了沿金字塔四個(gè)角的相對(duì)較小的區(qū)域。對(duì)順應(yīng)性墊的大面積覆蓋較為有利 地降低了觸頭170的抗蝕性，并同時(shí)有助于保護(hù)襯墊不受損傷。在順應(yīng)性 墊上的金屬層中要求有用于緩解金屬層的應(yīng)力的開口，從而為墊在變形時(shí) 的膨脹(凸起)提供空間，并提供用于除氣的通風(fēng)口。無需在金屬層中設(shè) 置開口同樣可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力緩解，諸如通過提供高延展性的材料(諸如金) 形成的金屬層172。圖14示出一種被配置成類似于彈性觸頭170的彈性觸頭175，但設(shè)有 橫向偏移的開口 177，以為跡線178的墊支承部分179提供橫向可撓性。通 過適當(dāng)?shù)嘏渲玫拈_口 177，可增強(qiáng)觸頭175的橫向可撓性。S卩，觸頭175 能更好地適應(yīng)其觸尖相對(duì)于其底部的橫向撓曲，而不會(huì)撕裂跡線178或引 起彈性觸頭的其它故障。橫向撓曲力可由器件襯底和匹配襯底之間的熱失 配引起，特別是當(dāng)觸頭175焊接到觸尖174以匹配到襯底上時(shí)。圖15A示出在表面上具有微電子彈性觸頭100陣列的范例性倒裝芯片 裝置180的俯視圖。圖15B示出了同一裝置180的放大視圖。如前所述， 各觸頭100連接于裝置180的接線端114。裝置180可以是半導(dǎo)體裝置，諸 如存儲(chǔ)器芯片或微處理器。較佳地，在從半導(dǎo)體晶片上單塊化之前，彈性 觸頭100可以直接地形成在裝置180上，然后觸頭100被用于連接于裝置， 既能用于測(cè)試也能用于組裝。盡管倒裝芯片安裝表現(xiàn)出更緊湊的設(shè)計(jì)，但 應(yīng)該理解，如果有需要，觸頭100同樣可結(jié)合到CSP設(shè)計(jì)中。圖16示出與匹配的電氣元件184 (如印刷電路板)接觸的裝置180的 側(cè)視圖。各觸頭100的觸尖與元件184的接線端186接觸。通過使用安裝 架或其它固定裝置，可以施加受控量的壓力182，如果要求裝置180的安裝 是可迅速拆卸的，壓力182使觸頭100沿垂直于襯底184的方向和平行于 襯底184的橫向撓曲。觸頭100的橫向撓曲可在觸尖處提供有利的擦拭動(dòng) 作。通過對(duì)壓力182的卸荷，裝置180可按照要求被拆下。如果觸頭100 不被焊接到接線端186，在襯底184和裝置180之間熱失配所引起的橫向應(yīng) 力可通過觸頭100的觸尖和接線端186之間的滑動(dòng)來緩解。如果觸頭100 焊接在合適的地方，則可望獲得具備固有橫向可撓性的觸頭。例如，如圖17所示，圖12—14所示的觸頭170可設(shè)置在將要焊接于 元件184的裝置190上。觸頭170的金屬部分相對(duì)較薄和可撓，并能被布 圖以具有如其它地方所描述的更大的橫向可撓性。觸頭170的金屬部分不是自支承的，而是依靠每個(gè)觸頭的順應(yīng)性墊而受到支承。使用焊糊材料192 團(tuán)可將裝置190安裝到接線端186。應(yīng)選擇用于觸頭170的順應(yīng)性墊材料， 使其能夠經(jīng)受在安裝時(shí)所遇到的焊料回流溫度。在焊接之后，觸頭170在相對(duì)低級(jí)別的力作用下仍然能夠橫向撓曲以緩解熱應(yīng)力。另外，在裝置190 的諸觸頭170之間保留充分的間隙以使彈性觸頭陣列通風(fēng)，因此由于氣體 在彈性體或順應(yīng)性墊的其它材料內(nèi)聚集而引起的封裝件失效的可能性得以 降低。對(duì)于某些倒裝芯片和CSP應(yīng)用場(chǎng)合，可望消除彈性觸頭中設(shè)置順應(yīng)性 墊的要求。不使用順應(yīng)性支承墊而提供橫向彈性的適當(dāng)?shù)淖灾С袕椥杂|頭 300以及類似的應(yīng)用如圖18所示。彈性觸頭300是一種在這里被稱為水平 彈性觸頭的微電子彈性觸頭，意味著彈性觸頭主要沿平行于所安裝襯底表 面的方向上具有彈性。觸頭300包括結(jié)合于襯底116的底部306;沿大致 平行于襯底116的平面延伸并沿其長(zhǎng)度至少具有一個(gè)彎折的懸臂條帶304; 以及被配置成用于焊接固定的觸尖302。觸頭300可由整體的彈性片和導(dǎo)電 性材料制成，例如通過諸如電泳等方法沉積的相對(duì)厚的鎳合金跡線。觸頭 300上可涂敷以諸如金的導(dǎo)電性金屬外層或以任何其它所希望的方法涂敷。多種條帶形狀可適用于水平彈性觸頭。圖19、 20示出所適用的范例性 條帶形狀的主視圖。參閱圖19，彈性觸頭308具有迂回的條帶304。條帶 304的每個(gè)彎折可增加底部306和觸尖302之間直線方向上的額外彈性。參 閱圖20，條帶304中的一系列發(fā)夾形彎折用于提供彈性觸頭310的底部306 和觸尖302之間的彈性。發(fā)夾形設(shè)計(jì)可在底部和觸尖之間較窄的空間內(nèi)提 供較大的水平彈性。要知道的是許多其它形狀也適用于條帶304。本領(lǐng)域內(nèi) 技術(shù)人員可選擇適合的形狀，以使條帶在垂直方向(垂直于襯底)上有適 宜的剛性和自支承性，同時(shí)在水平方向上具有充分的可撓性和彈性。根據(jù)本發(fā)明用于形成水平彈性觸頭的方法的范例性步驟250如圖21所 示，在步驟252中，第一犧牲層被沉積在器件襯底上。在步驟254中，對(duì) 第一犧牲層布圖以使器件襯底的接線端暴露在外。用于支承彈性觸頭所形 成的(特別是有長(zhǎng)跨距的那些)結(jié)構(gòu)的額外區(qū)域可暴露在外。第一犧牲層 可以是任何可布圖材料，諸如用于平版印刷領(lǐng)域中的光蝕刻材料。應(yīng)當(dāng)在 襯底表面上沉積均一厚度的層，該均勻厚度等于水平彈性件所要求的高度。 然后如業(yè)內(nèi)所知地采用光平版印刷技術(shù)對(duì)第一犧牲層進(jìn)行布圖以將包含和圍繞裝置諸接線端的襯底表面區(qū)域暴露在外。所暴露的區(qū)域應(yīng)足夠大以支 承水平彈性件，該水平彈性件根據(jù)預(yù)期的垂直和水平負(fù)荷來構(gòu)造。在暴露裝置的接線端后，且同時(shí)第一犧牲層的大部分保留在襯底上， 在步驟256，前述籽晶層被沉積在第一犧牲層上并暴露接線端區(qū)域，在步驟258，第二犧牲層被沉積在籽晶層上。第二犧牲層同樣應(yīng)該是光可布圖材料， 并應(yīng)當(dāng)沉積至等于或大于水平彈性材料所要求厚度的均一的深度。在步驟 260，第二犧牲層被布圖成將要形成水平彈性件所要求的形狀。籽晶層從每 個(gè)沿條帶在第一水平層上延伸到觸尖(可以是墊形觸尖)的接線端區(qū)域暴露。然后在步驟262，例如通過將金屬材料電泳至要求厚度而將導(dǎo)電性材 料層沉積到被布圖的第二犧牲層。因此導(dǎo)電性材料僅被沉積到被暴露在外 的種子區(qū)域上以提供所要求形狀的彈性觸頭結(jié)構(gòu)?？筛鶕?jù)所水平彈性觸頭 所要求的結(jié)構(gòu)和電氣特性選擇導(dǎo)電性材料。例如，從強(qiáng)度和彈性考慮可選 擇鎳或鎳合金材料作為主要結(jié)構(gòu)材料以及更具導(dǎo)電性材料(諸如金)的第 二層可用作為頂層。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可想出其它合適的材料以及材料組 合并將它們施加在多個(gè)層上。在沉積一層或多層導(dǎo)電性材料后，在步驟264 中通過諸如在適當(dāng)?shù)娜芤褐腥芙獾确椒ㄈコ谝缓偷诙奚鼘右詫⒆哉玖?的水平彈性觸頭暴露在器件襯底上。設(shè)有水平彈性觸頭300的陣列314的范例性半導(dǎo)體裝置312的俯視圖 如圖22所示。裝置312可適用于倒裝芯片安裝場(chǎng)合。每個(gè)彈性觸頭300具 有粘附于裝置312接線端316的底部區(qū)域306;在器件襯底上大致平行于 器件襯底延伸并具有至少一個(gè)彎折的條帶304以及端部區(qū)域302。端部區(qū)域 302可以是墊形的，用以承載焊球或焊糊團(tuán)或其它焊接材料。配置陣列314 的彈性觸頭300以為裝置312的接線端316提供間距擴(kuò)展的重分布配置。 或者，諸觸頭300的觸尖302可配置在間距保留或間距減少的圖案中。圖23示出對(duì)電子元件184進(jìn)行倒裝芯片安裝配置中的裝置312。焊球 192被用于將每個(gè)觸尖302連接到元件184的相應(yīng)接線端186。條帶304 — 般平行于裝置312和元件184的兩朝向表面，同時(shí)使裝置312和元件184保持分立并在水平方向上沿其長(zhǎng)度可自由地?fù)锨Ｓ纱丝杉伤綇椥杂|頭300的屈曲緩解由裝置312和元件184之間的熱失配造成的內(nèi)建應(yīng)力。 無需彈性體材料以將裝置隔離于元件，且水平觸頭300可用于完成對(duì)裝置 312的支承。或者，輔助性懸浮支承(未圖示)被用于將裝置312支承在元 件184上，在這種情況下可將諸觸頭300做得更具可撓性。彈性觸頭也可被構(gòu)造成墊支承和水平彈性觸頭特性的組合。圖24示出 一種范例性組合彈性觸頭，它具有位于菱形順應(yīng)性墊329上的金屬跡線322 以及擦拭型觸尖324。為實(shí)現(xiàn)更大的水平可撓性，條帶326以Z字形圖案形 成在墊329上。也可使用諸如迂回形的多種其它的水平方向上可撓的形狀。 襯底支承的接線端部分328直接從襯底116上的菱形墊329底部延伸。在另一實(shí)施例中，彈性觸頭上可設(shè)置從順應(yīng)性墊底部向襯底接線端的 底部延伸的水平可撓部分。圖25和圖26示出這種一般類型的彈性觸頭330、 350。圖25示出具有截頂?shù)慕鹱炙蔚捻槕?yīng)性墊152的接線端330的側(cè)視 圖。金屬跡線332包括在順應(yīng)性墊152頂部的觸尖334;連接于觸尖334 的墊支承部分340;具有多個(gè)連接于墊支承部分340的彎折344并從順應(yīng)性 墊152延伸的端支承部分342，順應(yīng)性墊152在襯底116上自由地延伸；以 及將端支承部分342連接于襯底116接線端的襯底支承部分338。由于觸尖 334由順應(yīng)性墊152支承，可將跡線332做成具有盡可能的可撓性。相比如 圖18所示類似于彈性觸頭300的懸臂結(jié)構(gòu)，更薄和更可撓的端支承條帶部 分342能提供更大的水平可撓性。因此圖25所示類型的彈性觸頭特別適用 于要求更大地緩解水平熱應(yīng)力，并且其中順應(yīng)性墊的出現(xiàn)不成問題。圖26示出一種采用階梯式金字塔形順應(yīng)性墊352的類似組合觸頭350。 觸尖334上設(shè)有用于后面將結(jié)合于元件襯底的焊球192。墊支承跡線部分 340沿墊352的輪廓延伸至靠近其底部并在底部之上的點(diǎn)，具有兩個(gè)彎折 344的端支承部分342從該點(diǎn)起向襯底116上的襯底支承墊338延伸。彈性 觸頭350通過其支承墊352在垂直方向上被形成相對(duì)牢固和穩(wěn)定，同時(shí)通 過其可撓的端支承部分342在平行于襯底U6的平面上保持高度的可撓性。第二跡線部分356同樣在圖26中被示出。第二跡線部分356從順應(yīng)性24墊352的一部分上向第二順應(yīng)性墊和第二觸尖延伸。第二順應(yīng)性墊和第二觸尖在圖26中未示出，但可以類似于墊352和觸尖334或具有不同的形狀。 本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可通過適當(dāng)?shù)亟M合這里所描述的方法200和250中 的步驟而構(gòu)造出如圖25 — 26所示類型的彈性觸頭。例如，可通過在墊(如 152或352)和襯底116上沉積第一抗蝕層而形成端支承部分，然后選擇地 去除墊和接線端上的第一抗蝕層。然后將籽晶層沉積在第一抗蝕層以及墊 和接線端暴露在外的區(qū)域上。然后將第二抗蝕層沉積在籽晶層上并對(duì)其布 圖，從而以所要求跡線圖案中顯露籽晶層。然后將跡線鍍覆到暴露在外的 籽晶層并去除抗蝕層以顯露出與觸頭330、 350相似的觸頭。盡管已對(duì)分層的微電子觸頭和水平彈性觸頭的較佳實(shí)施例作了敘述， 本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以很明顯地看出已實(shí)現(xiàn)了體系內(nèi)的某些優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)該理 解，在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)可對(duì)其作出各種修改、變化和替換的實(shí)施例。 例如，已闡述多種順應(yīng)性墊和水平彈性觸頭的具體形狀，但很明顯的是如 上所述的創(chuàng)新性概念同樣適用具有在這里描述的普遍特性的墊和金屬元件 組成的其它形狀和結(jié)構(gòu)。作為另一個(gè)例子，在這里描述的彈性觸頭可用于任何電子元件，不僅 包括半導(dǎo)體裝置還有(不作為限制)探針卡和其它測(cè)試裝置。還有在其它 例子中，額外的材料沉積在可如上所述的彈性觸頭結(jié)構(gòu)上；這類材料能改 善彈性觸頭結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、彈性、導(dǎo)電性等性質(zhì)。還有另一例子，在形成如 上所述彈性接觸結(jié)構(gòu)之前或之后， 一個(gè)或多個(gè)材料層可形成在電子元件上。 例如， 一個(gè)或多個(gè)重分布跡線層(由絕緣層分隔)可形成在電子元件上， 隨后在重分布層上形成彈性觸頭。在另一例子中，可首先形成彈性觸頭， 然后形成一個(gè)或多個(gè)重分布跡線層。當(dāng)然，可去除以任何圖示所描述的全 部或部分順應(yīng)性層(例如彈性層)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造微電子觸頭的方法，包括提供順應(yīng)性墊，所述順應(yīng)性墊包括粘附于器件襯底的底部、以一角度從所述器件襯底延伸至遠(yuǎn)離所述襯底的端部區(qū)域的至少一個(gè)側(cè)表面；以及從所述襯底上的端子到所述墊的所述端部區(qū)域形成跡線，其中，所述形成跡線的步驟包括在所述順應(yīng)性墊上形成所述跡線的至少一部分。
2. 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，所述提供順應(yīng)性墊的步驟還包括在犧牲襯底上形成一順應(yīng)性墊； 將所述順應(yīng)性墊轉(zhuǎn)移到所述器件襯底上。
3. 如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移步驟還包括 將所述順應(yīng)性墊轉(zhuǎn)移到所述器件襯底與該器件襯底的端子隔開的位置處。
4. 一種用于制造微電子觸頭的方法，包括提供順應(yīng)性墊，所述順應(yīng)性墊包括粘附于器件襯底的底部、從所述器件 襯底延伸出并沿一角度延伸至遠(yuǎn)離所述器件襯底的端部區(qū)域的至少一個(gè)側(cè)表 面；以及從所述襯底的端子到所述端部區(qū)域形成跡線的圖案， 其中，形成跡線圖案的步驟還包括將共形的犧牲材料層沉積在所述器件襯底和順應(yīng)性墊上； 對(duì)所述共形層布圖以形成從所述端子向所述端部區(qū)域延伸的溝； 將金屬材料電鍍至所述溝中；以及 將所述共形層從所述器件襯底中除去。
5. —種用于制造微電子觸頭的方法，包括提供順應(yīng)性墊，所述順應(yīng)性墊包括粘附于器件襯底的底部、以一角度從 所述器件襯底延伸至遠(yuǎn)離所述器件襯底的端部區(qū)域的至少一個(gè)側(cè)表面；以及從所述襯底的端子到所述端部區(qū)域形成跡線的圖案，其中，形成跡線圖 案的步驟還包括通過化學(xué)蒸汽沉積、物理蒸汽沉積和濺射中所選取的方法沉 積金屬材料。
6. —種用于制造微電子觸頭的方法，包括提供順應(yīng)性墊，所述順應(yīng)性墊包括粘附于器件襯底的底部、以一角度從 所述器件襯底延伸至遠(yuǎn)離所述器件襯底的端部區(qū)域的至少一個(gè)側(cè)表面；以及 從所述襯底的端子到所述端部區(qū)域形成跡線的圖案， 其中，所述提供順應(yīng)性墊的步驟還包括 在犧牲襯底上形成一順應(yīng)性墊；將所述順應(yīng)性墊轉(zhuǎn)移到所述器件襯底上，其中，所述形成順應(yīng)性墊的步 驟還包括在所述犧牲襯底中蝕刻坑。
7. 如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述蝕刻坑的步驟還包括將 坑蝕刻成從金字塔形、截頂?shù)慕鹱炙?、階梯式金字塔形、圓錐形、半球形、 棱形和截頂?shù)睦庑沃羞x擇的形狀。
8. 如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述形成順應(yīng)性墊的步驟還包 括用液態(tài)彈性體材料填充所述坑。
9. 如權(quán)利要求8所述方法，其特征在于，還包括使所述液態(tài)彈性體材料在坑中時(shí)固化。
10. 如權(quán)利要求9所述方法，其特征在于，還包括在固化步驟中將液態(tài) 彈性體材料與所述器件襯底接觸。
11. 一種彈性微電子觸頭，包括至少部分自支承的跡線，所述跡線連于 襯底端子的第一端而在該端子的第二端沒有連接，從所述端子向第二端延伸， 具有至少一個(gè)向與襯底表面隔開的第二端延伸的遠(yuǎn)端部分并在平行于襯底表 面的平面內(nèi)自由撓曲。
12. 如權(quán)利要求11所述微電子觸頭，其特征在于，所述遠(yuǎn)端部分具有 至少一個(gè)彎折以使跡線在平行于襯底的平面內(nèi)具有彈性。
13. 如權(quán)利要求11所述微電子觸頭，其特征在于，所述跡線的遠(yuǎn)端部分 被布圖成順沿從Z字形、細(xì)圓齒形、發(fā)夾形和蜿蜒形中所選擇形狀的路徑。
14. 如權(quán)利要求ll所述微電子觸頭，其特征在于，還包括連接于剛性跡 線第二端的觸尖。
15. 如權(quán)利要求14所述微電子觸頭，其特征在于，所述觸尖是平坦且墊形的。
16. 如權(quán)利要求14所述微電子觸頭，其特征在于，還包括所述觸尖上的 焊接材料團(tuán)。
17. 如權(quán)利要求6所述微電子觸頭，其特征在于，所述焊接材料是焊糊。
18. 如權(quán)利要求14所述微電子觸頭，其特征在于，還包括位于觸尖下的 襯底上的順應(yīng)性墊。
19. 如權(quán)利要求18所述微電子觸頭，其特征在于，所述順應(yīng)性墊具有粘 附于襯底的底部以及從襯底延伸出并削錐至遠(yuǎn)離襯底的一端部區(qū)域的側(cè)表面， 其中所述端部區(qū)域基本小于所述底部。
20. 如權(quán)利要求18所述微電子觸頭，其特征在于，所述順應(yīng)性墊至少部 分地支承觸尖。
21. —種用于制造彈性微電子觸頭的方法，包括 將第一犧牲材料層沉積到半導(dǎo)體器件上； 對(duì)所述第一層布圖以暴露器件的端子； 將導(dǎo)電的籽晶層沉積在所述第一層和端子之上； 將第二犧牲材料層直接沉積在所述籽晶層上；對(duì)所述第二層布圖以沿所述端子到遠(yuǎn)離端子的一個(gè)位置的路徑暴露籽晶層；沿暴露的籽晶層的路徑鍍覆金屬材料；以及去除所述第一層、第二層以及籽晶層的非鍍覆部分，由此暴露彈性微電 子觸頭，所述彈性微電子觸頭在第一端連于襯底端子，在第二端沒有連接。
22. 如權(quán)利要求21所述方法，其特征在于，所述布圖步驟還包括暴露具 有至少一個(gè)彎折的路徑。
23. 如權(quán)利要求21所述方法，其特征在于，所述布圖步驟還包括暴露具 有Z字形、細(xì)圓齒形、發(fā)夾形和蜿蜒形中選擇的形狀的路徑。
24. 如權(quán)利要求21所述方法，其特征在于，還包括將悍接材料團(tuán)施加于 微電子觸頭的遠(yuǎn)端部分上。
25. 如權(quán)利要求21所述方法，其特征在于，還包括在第一沉積步驟前將 順應(yīng)性墊連接到襯底上。
26. 如權(quán)利要求25所述方法，其特征在于，所述連接步驟還包括連接 順應(yīng)性墊，所述順應(yīng)性墊具有粘附于半導(dǎo)體器件的底部和從半導(dǎo)體器件延伸出 并削錐至遠(yuǎn)離半導(dǎo)體器件的端部區(qū)域的側(cè)表面，其中端部區(qū)域基本上小于底部 區(qū)域。
27. 如權(quán)利要求26所述方法，其特征在于，所述布圖步驟還包括暴露通 向順應(yīng)性墊尖部的路徑。
28. —種配置成倒裝芯片安裝于襯底的半導(dǎo)體器件，包括 半導(dǎo)體器件，在其表面上具有多個(gè)端子；多個(gè)彈性微電子觸頭，每個(gè)觸頭包括剛性跡線，所述剛性跡線在第一端 連于器件的每個(gè)端子而在第二端沒有連接，沿基本平行于器件表面的方向從每 個(gè)端子向第二端延伸，并具有至少一個(gè)遠(yuǎn)端部分，所述遠(yuǎn)端部分向與表面隔開 的第二端延伸并在平行于半導(dǎo)體器件表面的平面內(nèi)順應(yīng)。
29. 如權(quán)利要求28所述半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述多個(gè)端子彼此隔 開以在表面的第一部分中形成第一間距，其中表面具有基本上沒有端子的第二 部分，所述第二部分大于第一部分。
30. 如權(quán)利要求29所述半導(dǎo)體器件，其特征在于，多個(gè)觸頭的第二端被 設(shè)置在表面的第二部分上并彼此隔開以形成第二間距，所述第二間距大于第一 間距。
31. 如權(quán)利要求28所述半導(dǎo)體器件，其特征在于，每個(gè)微電子觸頭的遠(yuǎn) 端部分具有至少一個(gè)彎折以保證平行于襯底的方向上微電子觸頭的彈性。
32. 如權(quán)利要求28所述半導(dǎo)體器件，其特征在于，每個(gè)微電子觸頭的遠(yuǎn) 端部分具有從Z字形、細(xì)圓齒形、發(fā)夾形或蜿蜒形中選擇的形狀。
33. 如權(quán)利要求28所述半導(dǎo)體器件，其特征在于，半導(dǎo)體器件的表面基 本上沒有彈性體材料。
34. 如權(quán)利要求28所述半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括置于每個(gè)微電 子觸頭遠(yuǎn)端部分的遠(yuǎn)端尖部上的焊接材料團(tuán)。
35. 如權(quán)利要求28所述半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括設(shè)置在每個(gè)微 電子觸頭的遠(yuǎn)端部分的遠(yuǎn)端尖部和襯底之間的順應(yīng)性墊。
36. 如權(quán)利要求35所述半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述順應(yīng)性墊具有粘 附于半導(dǎo)體器件的底部和從半導(dǎo)體器件延伸出并削錐至遠(yuǎn)離半導(dǎo)體器件的端 部區(qū)域的側(cè)表面，其中端部區(qū)域基本上小于底部。
37. —種觸頭結(jié)構(gòu)，包括 彈性墊；以及在所述墊至少一部分上延伸的跡線，其中，所述觸頭結(jié)構(gòu)的彈簧常數(shù)是所述墊和所述跡線的彈性的函數(shù)。
全文摘要
這里公開用于在裝置和匹配襯底之間形成電接觸的微電子彈性觸頭及其制造方法。彈性觸頭具有粘附于器件襯底并與器件襯底的接線端隔開的順應(yīng)性墊。順應(yīng)性墊具有粘附于襯底的底部以及從襯底延伸出并在遠(yuǎn)離襯底處削錐至一較小的端部區(qū)域的側(cè)表面。跡線在順應(yīng)性墊上從裝置的接線端向其端部區(qū)域延伸。順應(yīng)性墊端部區(qū)域的至少一部分被跡線所覆蓋，在順應(yīng)性墊上的跡線的一部分被順應(yīng)性墊支承。
文檔編號(hào)H01R43/00GK101256973SQ200810092778
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2004年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者C·A·米勒, I·K·卡漢德洛森, S·W·溫澤爾 申請(qǐng)人:佛姆法克特股份有限公司