(57)【要約】本発明は、超小型電子ばね接触子アレイの製造方法に関し、この方法は、犠牲基板上に複数のばね接触子を形成し、その後犠牲基板からばね接触子を解放することを含む。各ばね接触子は、基部端部を有する細長いビームを備えている。アレイの製造方法は、ばね接触子が犠牲基板から完全に解放された後、各接触子が基部基板からそのビームの遠位端部に延伸するように、基部基板にその基部端部においてばね接触子を取り付けることを含む。基部端部は、先端位置の所定のアレイと位置合わせされている。本発明の一実施形態において、ばね接触子は、犠牲基板上の犠牲層にばね接触子の外側輪郭をパターン形成することによって形成される。犠牲層のパターン形成された凹所の壁部は、ばね接触子の側面輪郭を画定し、導電性材料がばね接触子の細長いビームを形成するように凹所内に付着される。
2005534013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型電子ばね接触子の製造方法であって、
犠牲基板上に複数のばね接触子を形成するステップであって、該複数のばね接触子のそれぞれを、当該犠牲基板上の犠牲層に前記ばね接触子の外側輪郭をパターン形成し、前記犠牲層にパターン付けられた外側輪郭上に導電性材料の層を選択的に付着し、前記犠牲基板から前記犠牲層を取り除くことによって形成するステップと、
前記犠牲基板から前記複数のばね接触子を完全に解放し、それによって複数の自由なばね接触子をもたらすステップと、
前記複数の自由なばね接触子のそれぞれを基部基板に基部端部において取り付けるステップであって、各ばね接触子が該基部基板から遠位端部に延伸し、それによって複数の遠位端部を当該基部基板上にもたらすステップと
からなる方法。
【請求項２】
前記形成するステップがさらに、ばね接触子の外側輪郭をパターン形成するステップを含み、それによって前記犠牲層のパターン付けされた凹所の側壁が前記ばね接触子の側面輪郭を画定する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の遠位端部を所定のアレイの先端位置と位置合わせするステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記形成するステップがさらにばね接触子の外側輪郭をパターン形成するステップを含み、それによって前記複数のばね接触子のそれぞれが細長いビームを含み、前記取り付けるステップがさらに、該細長いビームが前記基部基板から前記遠位端部に延伸するように、複数の接触子のそれぞれを連結するステップを含み、それによって複数の遠位端部が前記基部基板上にもたらされる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の延伸するビームの他のものと実質上平行となるように、前記複数の延伸するビームのそれぞれを整列させるステップをさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の延伸するビームのそれぞれを整列させ、前記複数の延伸するビームの他のものと前記基部基板との間に実質上介在させるステップをさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記形成するステップがさらに、各細長いビームの端部に接触先端を形成し、それによって複数の接触先端を形成するステップを含み、前記取り付けるステップがさらに、前記複数の自由なばね接触子を前記複数の遠位端部のそれぞれにおいて前記複数の接触先端の１つと連結するステップを含む請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記接触先端を形成するステップがさらに、前記犠牲基板上に突出部を形成するステップを含み、該突出部が、前記導電性材料の層が付着された後、前記接触先端の下に位置する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記接触先端を形成するステップがさらに、前記犠牲層にパターン付けされた外側輪郭上に先端の材料の層を選択的に付着するステップを含み、該先端の材料が前記導電性材料とは異なる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記形成するステップがさらに、前記犠牲層にパターン付けされた外側輪郭上に第２の材料の層を選択的に付着するステップを含み、該第２の材料が前記導電性材料とは異なる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記形成するステップがさらに、前記ばね接触子の外側輪郭をパターン形成する前に、前記犠牲層を付着するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記形成するステップがさらに、前記犠牲層を付着する前に、前記犠牲層上に金属製の解放層を付着するステップを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記形成するステップがさらに、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金から金属製の解放層を選択するステップを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記形成するステップがさらに、メッキ工程を利用して、導電性材料の層を付着するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記形成するステップがさらに、ニッケル又はニッケル合金から選択された導電性材料の層を付着するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記形成するステップがさらに、導電性材料の層を重ね、一様な厚みを得るステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
絶縁材料からなる基板より前記基部基板を準備するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記準備するステップがさらに、アルミナ又は窒化珪素から前記基部基板を選択するステップを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記準備するステップがさらに、前記基部基板に複数のスルーホールを形成するステップを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記取り付けるステップがさらに、前記複数の自由なばね接触子のそれぞれの自由な端部を前記複数のスルーホールのそれぞれの異なる１つに挿入するステップからなる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記挿入するステップがさらに、ロボット利用のピックアンドプレイス法、遠隔操作ピックアンドプレイス法、流体アシスト大量挿入法、磁気アシスト大量挿入法、振動アシスト大量挿入法から選択された方法を利用して、自由な端部を挿入するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記形成するステップがさらに、前記複数のスルーホールの１つの内側に嵌め合うように構成されている基部端部を含むように、前記複数のばね接触子のそれぞれを形成するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記形成するステップがさらに、前記複数のスルーホールの１つの内側に固定されるように構成されている基部端部を含むように、前記複数のばね接触子のそれぞれを形成するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記準備するステップがさらに、前記複数のスルーホールのそれぞれの周囲にハンダ材料をパターン形成するステップを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記取り付けるステップがさらに、前記複数のスルーホールのそれぞれの異なる１つに、前記複数の自由なばね接触子のそれぞれの自由な端部を挿入するステップを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記取り付けるステップがさらに、ハンダ材料をリフローし、前記複数の自由なばね接触子のそれぞれの自由な端部を前記基部基板に連結するステップを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記位置合わせするステップがさらに、所定のアレイの先端位置に対応する複数の位置合わせ造作を有する位置合わせ基板を用意するステップ及び、前記遠位端部の上に該位置合わせ造作を配置することによって前記複数の遠位端部を位置合わせするステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記用意するステップがさらに、シリコン材料からなるウエハから前記位置合わせ基板を用意するステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記用意するステップがさらに、前記位置合わせ基板の表面の窪みとして前記位置合わせ造作をエッチングするステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記位置合わせするステップがさらに、前記複数の自由なばね接触子が前記位置合わせ基板に対して保持されている際に、硬質材料で前記複数の自由なばね接触子を覆うステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記基部基板から離れて配向されている前記複数の遠位端部によって、前記基部基板を電子部品の端子に連結するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記取り付けるステップがさらに、電子部品から前記基部基板を選択するステップを含み、前記複数の自由なばね接触子のそれぞれが前記電子部品の端子に連結されている請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
それぞれが基部から直角に延伸する細長いビームからなる複数の超小型電子ばね接触子を形成する方法であって、
犠牲基板上に犠牲層を付着するステップと、
前記犠牲基板上の犠牲層に複数のばね接触子の外側輪郭をパターン形成するステップと、前記犠牲層のパターン付けされた凹所の側壁が前記複数のばね接触子の１つの側面輪郭を画定し、
前記犠牲層のパターン付けされた外側輪郭上に導電性材料の層を選択的に付着し、前記犠牲基板にそれらの細長いビームの長さに沿って付着した前記複数のばね接触子を形成するステップと、
前記犠牲基板から前記犠牲層を取り除くステップと
からなる方法。
【請求項３４】
前記犠牲基板から前記複数のばね接触子を完全に解放するステップをさらに含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記パターン形成するステップがさらに、前記複数のばね接触子の各細長いビームの端部において、接触先端の外側輪郭をパターン形成するステップを含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記犠牲層を付着する前に、前記犠牲基板上に金属製の解放層を付着するステップをさらに含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記金属製の解放層を付着するステップがさらに、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金から前記金属製の解放層を選択するステップを含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記選択的に付着するステップがさらに、メッキ工程を利用して導電性材料の層を選択的に付着するステップを含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記選択的に付着するステップがさらに、ニッケル又はニッケル合金から選択される導電性材料の層を選択的に付着するステップを含む請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
導電性材料の層を重ね、前記複数のばね接触子の一様な厚みを得るステップをさらに含む請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験又は組立を目的として（単一化された又は単一化されていない）半導体装置に接続するための接触子アレイのような超小型電子ばね接触子アレイを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以前より、半導体装置のC4又は平坦なパッド端子に接続するのに利用されるような超小型電子ばね接触子アレイが様々な異なる方法で製造されてきている。いくつかの古い技術には、プローブカードのような基部上のタングステンワイヤのような細く硬い構成要素からなるアセンブリが含まれている。一般的に、タングステンワイヤ及び同様の構成要素を利用する技術は、アレイ全体にわたって厳密な接触子先端の位置合わせを達成し維持することに関する実際上の困難さのために、比較的少数の接触子を有する接触子アレイに制限されている。
【０００３】
より硬い材料の層で被覆されている比較的軟らかく細いワイヤを利用する基板上に複合ばね接触子を形成するステップを含むより最近の方法は、より古いタングステンワイヤ技術よりも高密度な接触子の製造を可能とする。複合接触子は、接触器基部又はタイルに直接形成され、又は犠牲基板上に形成されて、後に接触器基部に移動される。移動される複合接触子の場合、自由な接触子が、「ピックアンドプレイス」技術（すなわち別個に処理することによって）を利用して、又は接触器基板に一団として移動することによって、接触器基部又はタイルに組み込まれる。一団として移動する技術では、第１に複合ばね接触子は犠牲基板上で先端を下にして形成される。その後犠牲基板に依然付着した状態で、接触子は先ず接触器基板にその基部において取り付けられ、さらに犠牲基板が取り除かれる。
【０００４】
複合接触子はいくつかの制限を受ける。複合接触子の形状はワイヤ成形工程によっていくらか制限される。また一般に、各複合接触子の軟らかいワイヤの芯部は、補強材で被覆される前に、別個に成形される必要がある。これは、アレイの製造工程を、特にこのような接触子を何千も含むアレイの製造工程の速度を鈍化させる。
【０００５】
さらに他の方法では、超小型電子ばね接触子が、半導体装置を製造する技術と同様であるリソグラフ技術を利用して接触器基部上に形成される。接触器基部は、１つ又はそれ以上の犠牲層により被覆され、犠牲層は、所望の各接触子の接触器基部から犠牲層を介して延伸する輪郭付けられた表面を画定するようにパターン付けされる。その後好適なばね接触子材料が各輪郭付けられた表面に付着され、さらに犠牲層が取り除かれ、自立式ばね接触子があらわにされる。リソグラフ技術は、ばね接触子に対して利用される形状をより多様化し、またばね接触子を別個に処理する必要性を排除するという利点を有する。一方、比較的複雑なリソグラフ工程が、特定の形状のばね接触子を製造するのに必要とされ、重なる接触子のような接触器上のばね接触子の特定の構成を達成するのに必要とされている。
【０００６】
いくつかの従来技術の方法では、上述の複合接触子とリソグラフ技術が組み合わされ、複合部分とリソグラフにより形成された部分とを含むばね接触子が形成される。組み合わされた方法では、複合法及びリソグラフ法の特定の利点が組み合わされるが、一方で双方の欠点の影響を依然受ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって従来技術による方法を克服する超小型電子ばね接触子アレイの製造方法の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、従来技術の方法の制限を克服する超小型電子ばね接触子アレイの製造方法を提供する。本発明の方法によれば、所望の形状のばね接触子が、所望のばねの輪郭にしたがって基板上の犠牲層をパターン形成することによって平坦な犠牲基板上に形成される。全てのばね接触子（又は複数の接触子）が単一のパターン付けステップを利用して形成される。代替的には、所望であれば、複数のパターン付けステップが利用される。好適なばね材料がパターン付けされた層内に付着され、その後犠牲基板及び犠牲層が取り除かれ、自由な（取り付けられていない）ばね接触子があらわになる。自由なばね接触子は、ピックアンドプレイス法を利用して、又は大量取り付け方法により接触器又はタイルの基部に取り付けられる。いくつかの実施形態では、ばね接触子が半導体装置に直接取り付けられる。随意的に、ばね接触子には別個の接触先端構造又は付加的な被覆が設けられる。
【０００９】
当業者は、好適な実施例を示す以下の詳細な説明を考察することによって、付加的な利点及びその目的とともに、超小型電子ばね接触子アレイの製造方法をより完全に理解することができる。先ず簡潔に説明する添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、従来技術の方法の制限を克服する超小型電子ばね接触子アレイの製造方法を提供する。以下の詳細な説明において、同様の参照番号を、１つ又はそれ以上の図において示す同様の構成要素を表すのに利用する。
【００１１】
本発明の方法を利用して製造されたばね接触子アレイは、例えば５ミル（約130μm）よりも小さなピッチ（平均アレイ間隔）で配列されている端子を有する装置のような非常にコンパクトな半導体装置に接触するのに特に適している。また本発明は、細長いビーム、例えば３又はそれ以上の、より典型的には10又はそれ以上のアスペクト比（幅に対する長さの比）を有するビームを備えるワイピング様式のばね接触子を製造するのに適している。本方法は、非常に正確な寸法及び性能特性を有する真っ直ぐな又は輪郭付けられたビームを製造するのに利用される。本方法はそれらの形式のばね接触子を形成するのに特に適しているが、一方でまた、約５ミル（約130μm）よりも大きなピッチを有するようなアレイにおいて、他のばね接触子を形成するのにも利用される。
【００１２】
図１は、本発明の方法100の例示的な高水準のステップを示す。ステップ102において、複数の自由なばね接触子が形成される。種々の方法が複数の自由なばね接触子を形成するのに利用され、その例示的な方法は明細書において後に記載される。ばね接触子が、微細な大きさ（例えば５ミル（約130μm）よりも小さな）の造作をより効率的に製造するために、リソグラフ工程を利用して犠牲基板上に形成されることが好ましい。リソグラフ工程で形成された後、ばね接触子は、それが形成された基板から解放され、したがって「自由なばね接触子」となる。言い換えれば、アレイ中にリソグラフにより形成された接触子を組み込む従来技術の方法と異なり、ばね接触子は、方法100の部分の間、如何なる支持基板にも結合されることは全くない。
【００１３】
ステップ104において、自由なばね接触子が基部に組み込まれる。種々の方法がばね接触子を基部基板に組み込むのに利用され、その例示的な方法は、明細書において後に、より詳細に記載される。本発明の一実施形態では、基部基板は絶縁材料からなるタイルである。基部基板には、複数のばね接触子の基部端部を受容する複数のスルーホールが設けられている。基部端部は、基部基板を介して突出し、又は基部基板を半ば貫通し、したがって基部基板の底部表面から、基部基板の反対側上部表面より突出する複数のばね接触子への電気的な接続がもたらされることが好ましい。加えてばね接触子の基部端部は、基部基板の底部表面に複数の端子をもたらすように構成されている。
【００１４】
代替的には、基部基板はばね接触子の基部端部に接合する複数のパッドを有する。基部基板の上部表面の複数のパッドは、基板を貫通するバイアなどによって、基部基板の底部表面（又は他の表面）の対応する端子に電気的に接続されている。他の代替的な実施形態では、基部基板は、それ自体、電子回路、装置などを含むパッケージのような電子部品である。この実施形態では、本方法は基部基板/電子部品への組立によって、ステップ104の後、実質上完了する。
【００１５】
一方、多くの用途に対して、電子部品から分離される基部基板に関する利点がある。このような用途に関して、ステップ106において、所望であれば、電子部品への基部基板の取り付けが実施される。基部基板の端子は、ハンダ付けのような方法によって、電子部品の端子へと接続される。所望であれば、それぞれがばね接触子の組み立てられたアレイを有する複数の基部基板が、電子部品の表面上を覆う。表面を覆うことによって、ばね接触子からなる非常に多くのアレイを組み立てるコスト及び/又は修理するコストが低減される。
【００１６】
図２Ａ〜５は、ばね接触子を製造するための例示的な方法（方法100のステップ102）に関する。図２Ａ及び２Ｂは、作用表面204を有する本質的に受動材料の厚板である犠牲基板202を示し、作用表面は、その上に形成されるばね接触子の大きさと比較して実質上平坦かつ滑らかである。種々の受動材料が基板202に対して使用される。半導体装置を製造するのに利用される様式のシリコンは、好適な受動材料の一例である。方法100において使用される材料と互換性があり、安定している他の如何なる材料をも選択することができる。
【００１７】
基板202は、スパッタリングのような方法により、作用表面204上に薄い解放層206を付着することによって準備される。解放層206は、連続付着によって形成されるアルミニウム/銅の二重層とすることができ、又は他の好適な材料とすることができる。また層202は、解放層として機能することに加えて、後続の電気メッキステップに対してシード層として機能する。基板202とシード層204との厚みの関係は寸法通りに示されていないことが理解されなければならない。当業者は、選択された付着材料に対して並びに、解放層及び/又はシード層として利用することを意図することに対して適するような層204の好適な厚みを選択することができる。
【００１８】
基板202が好適に準備された後、基板上に犠牲層208が付着され、所望のばね接触子の外側輪郭を画定するようにパターン付けされる。図３Ａ及び３Ｂは、パターン付けされた例示的な犠牲層208を有する基板を示す。犠牲層206に対して、種々の好適な材料及び付着方法が利用される。層208は好適なホトレジスト材料からなり、従来技術で公知であるようなホトレジスト技術を利用してパターン形成される。基板202と犠牲層208との厚みの関係は寸法通りに示されていないことが理解されなければならない。当業者であれば、約0.2〜100ミル（約５〜2500μm）の範囲内、より典型的には約２〜20ミル（約50〜500μm）の範囲内であるような、層208に対する好適な厚みを選択することができる。層208は、層208にパターン付けられた輪郭によって画定されるばね接触子の所望の厚みよりもわずかに厚く、例えば５％厚いことが好ましい。層208は、所望であれば、積層された多数の層からなる。
【００１９】
本発明の一実施形態において、所望のばね接触子の外側輪郭212は、図３Ａ及び３Ｂに示すように、犠牲層208にパターン付けられた凹所210の側壁を利用して、各所望のばね接触子の側面輪郭を画定することによってパターン付けられる。凹所210は、解放層206にまで延伸し、解放層206を露出する。側壁は、示すように、作用表面204に対して実質上垂直であるか、又は何らかの所望の角度で傾斜している。外側輪郭212が典型的なばね接触子の寸法に対して非常に拡大されて示されており、一般に、示されている３つよりも多い数の外側輪郭が単一の基板上に画定されることは明らかである。これは、より多くのばね接触子を、例えば数万であるような数のばね接触子を単一の基板上に形成するのにさらに効果的であることはもちろんである。凹所210は、種々の公知のホトリソグラフ法の何れかを利用して容易に形成される。
【００２０】
各所望のばね接触子の平面輪郭が犠牲層の凹所の側壁を利用して画定される方法のような従来技術のパターン形成方法も、本発明の方法によるばね接触子を形成するのに利用される。そのような従来技術のパターン形成方法の例示は、1997年2月18日出願の米国特許出願第08/802,054号であって、米国特許公開第2002/0019152 A1号として公開されている特許出願により提供される。この特許出願は、参照することによって、その内容を全て本願に取り入れることとする。
【００２１】
「側面輪郭」と「平面輪郭」の間の区別は、図３Ａ及び３Ｂのみを調査することから容易に明らかにならないが、以下の開示によって明らかにする。要するに、側面輪郭は、ばね接触子が取り付けられ、自立する表面に対して垂直な視平面を介して突出するばね接触子の形状に関連する。平面輪郭は、ばね接触子が取り付けられ、自立する平面上の、かつその平面と平行な視平面を介して突出するようなばね接触子の形状に関連する。平面輪郭のパターン形成方法を利用して形成されるばね接触子は、ばね接触子が使用の間に取り付けられる表面に直接形成されるが、一方側面輪郭のパターン形成方法を利用して形成されるばね接触子は、ばね接触子が形成される犠牲基板から取り外され、新たに方向付けされ、接触器基板に再び取り付けられなければならない。側面輪郭のパターン形成方法は、比較的複雑なばね接触子をわずか１つのホトリソグラフパターン形成ステップを利用してパターン付けることができる点で有利である。
【００２２】
図３Ａ及び３Ｂに示す側面輪郭パターンを再度参照するが、所望の凹所210が層208に生成された後、弾性のある導電性の材料からなる層が、外側輪郭212上に選択的に付着される。例えば電気メッキにより付着された材料が、凹所210によって露出されるシード/解放層206の上に選択的に付着される。何らかの好適な弾性を有し、導電性を有する材料が付着される。弾性的な導電性材料として好適な材料には、ニッケル及びニッケル合金が含まれる。所望の深さに材料が付着された後、弾性のある導電性の材料の正確に一様な厚みが達成されるように、層208の上側表面216及び付着された弾性のある導電性の材料が粗研磨又は研磨される。
【００２３】
さらに犠牲層208は、何らかの好適な剥離剤を使用して、基板202から取り外される。図４Ａ及び４Ｂに、細長いビーム218の長さに沿って犠牲基板202に密着している複数のばね接触子218を示す。さらに解放層206は、解放層を選択的にエッチングする腐食液のような好適な剥離剤を使用して、基板202から剥離され、ばね接触子218は基板202から完全に解放される。
【００２４】
ばね接触子220は基板202に密着している間、同じ方向に接触子220をわずかに磁化することが有利である。わずかな磁化は、ばね接触子を基板202から解放した後、ばね接触子を後に新たに方向付けるのに有効である。磁化が所望される実施形態として、ばね接触子220に関する好適な弾性のある導電性の材料には、ニッケル又は、鉄又は、コバルト、レニウム、ニッケル、鉄もしくは他の適切な材料を含むニッケル及び鉄の合金が含まれる。
【００２５】
図５Ａは、接触子220を含む複数の自由なばね接触子226の平面図を示す。さらに各接触子220は、細長いビーム218、基部端部224、この基部端部224から遠位の、細長いビーム218の端部にある接触先端222を含む。代替的には、接触先端222は省略され、細長いビームの遠位端部が、方法100の組立ステップ104の後、別個に形成された接触先端（図示せず）を受容するように形作られる。このような場合、別個に形成された接触先端の取り付けは、米国特許第5,974,662号に開示されているのと本質的に同様のステップを利用して達成される。この特許は、参照することにより、その内容の全てが本発明に取り入れられる。より詳細には、これらのステップは、米国特許第5,974,662号の図８Ａ〜８Ｅに関連して開示され、本発明のばね接触子220は図８Ｃ〜８Ｅに示されている構成要素832を置換する。
【００２６】
ばね接触子220は、そこに示されている形状とは異なる非常に多くの選択可能な形状に形成されることが明らかである。例えば図５Ｂに示すばね接触子の形状に形成することができる。ばね接触子230には、基部基板236の先細りの凹所238に適応するように設計されている先細りの基部端部234が設けられている。凹所238のような先細りの造作は、当業界で公知であるようなエッチング技術を利用して、シリコンのような結晶基板に微視的な大きさで容易に形成される。先細りの基部及び凹所の適合は、基部236に接触子230を配向させ、取り付けるのを補助する。
【００２７】
代替的な２つのアームを有する接触子240を図５Ｃに示す。接触子240は、基部端部244の真ん中にある中心241に関して放射対称である。アーム242、246は、基部端部244から外側に延伸する。放射対称であることによって、アーム242、246のどちらも、結果生じるばね接触子のアレイの配列に影響を与えることなく、組込の間、基部基板のスルーホールに挿入することができる。いずれにしても、基部端部244を基部基板（例えば図５Ｂに示す凹所238と同様の凹所）の適合する凹所に固定する際に、アーム242、246は、基部基板の取り付け表面に対して互いに同様に配向される。アーム242、246の望まれない一方のアームは切り取られ、又は代替的に、ばね接触子240は２つの端部を有する接触子として使用される。半径方向の配向において逸れに対する放射対称の接触子の相対的な感受性は、基部基板にばね接触子を組み込むのに利用される流体アシスト組立、振動アシスト組立、磁気アシスト組立のような大量組み立て技術が有効である。アームが３つであるような２つよりも多くのアームを有する放射対称の接触子にも、同様の理由から有効である。
【００２８】
図６Ａ及び６Ｂは、方法100の組立ステップ104の間、自由な接触子226に組み込む例示的な基部基板250を示す。基板250が非常に拡大された大きさで示され、９つの取り付け位置を有する基板250を示すが、より多くの数の取り付け位置を含むことが一般に望ましいことは明らかである。
【００２９】
基部基板250は、何らかの好適な絶縁材料から形成されている。アルミニウム、窒化珪素、同様の材料が特に適している。またシリコン又はポリマー材料から基部基板250を製造することができる。アルミニウム又は窒化珪素のような材料が使用されるのであれば、スルーホール252は、ばね接触子220の基部端部224の形状に適合するように、深堀り反応性イオンエッチング、又は他の好適な工程を利用して製造される。
【００３０】
ハンダ材料254のような好適な接合材料が、各スルーホール252に隣接して付着される。例えば金-錫ハンダのようなハンダ材料が、ホトリソグラフパターン形成及びメッキ技法を利用して各ホール252の近傍に正確なパターンで付着される。したがって基板252が準備された後、所望のばね接触子220が、図７Ａに示すようにホール252内に挿入される。
【００３１】
組み立て工程の間、ホール252にばね接触子220を配置し、保持するのを支援するために、基部端部224は、図７Ｂに示すように、配置及び保持造作を有して構成されている。例えば基部端部224には、ホール252内への接触子220の過度の挿入を防止するための肩部257、上述したような、ばね接触子220の挿入を助けるための１つ又はそれ以上の先細りの表面258が設けられ、基部224の圧縮をもたらし、ハンダ254が機能する前に、ホール252にばね接触子220を保持するのに役立つ少なくとも１つの溝部260が設けられている。またスナップ式の造作（図示せず）を設けることもできる。
【００３２】
上述の例示的な実施形態はスルーホール252内にペグ式の基部224を挿入することによるばね接触子220の取り付けを示すが、他の幾何学的形状もまた利用可能である。例えば基板250には、自由なばね接触子（図示せず）の基部のホール又は凹所に適応するように構成されている複数の取り付けペグ又は突出部を設けることができる。代替的に、自由なばね接触子が基部基板の比較的平坦な端子又はパッドに取り付けられ、あるいは前述の取り付け幾何学形状の何れかの組合せが利用される。有利に取り付けるためのスルーホールを利用することによって、付加的な製造工程を必要とすることなく、基板の上部表面から突出するばね接触子と基板の底部表面の端子との間に直接的な電気的接続がもたらされる。
【００３３】
種々の方法が、基部基板内に又は上に自由なばね接触子を挿入するのに利用できる。ピックアンドプレイス法は、ロボットを利用して又は操作者によって個々のばね接触子の操作を伴う。非常に小さな固定されていない自由なばね接触子を操作するために、操作者は、縮小された空間動作を入力して、顕微鏡下で部品の正確な操作を可能とする遠隔操作システムを使用する。大量組立技法は、それらを基部基板に向かって引っ張る力と結合されている刺激されたばね接触子の一群の不規則な動きを利用して、ばね接触子の挿入を達成する。本発明のばね接触子形成方法を使用することによって、ばね接触子の形状はピックアンドプレイス又は大量組立技法に対して容易に最適化される。放射対称の接触子240（図５Ｃ）は、大量組立に対して最適化されているばね接触子の一例である。大量組立及びピックアンドプレイス技法を組み合わせることができ、例えば大量組立が大多数の接触子を挿入するのに利用され、続いてピックアンドプレイス操作によって残るいくらかのばね接触子が挿入される。
【００３４】
種々の方法が大量組立に利用される。流体式の大量組立においては、自由なばね接触子が流体容器内で浮遊し、浮遊した接触子を含む容器からの流体が容器から基部基板のホールを介して引き出され、又は基部基板のホールの方へ向けられる。振動アシスト大量組立法は重力及び機械的な振動の組み合わせを利用して、取り付けホール内にばねを挿入する。例えば自由な接触子は、振動する基部基板に配置され、又は基部基板上に落下される。磁気アシスト法は、ばね接触子が重力又は他の推進力によって基部基板に向かって引っ張られる際に、磁界を利用して個々のばね接触子を配向する。また種々の位置合わせ固定具が、大量組立技法と組み合わされて利用される。例えばばね接触子は先ず全体として特別な固定具（図示せず）内に挿入され、さらに固定具を利用して基部基板にばね接触子を組み込む。
【００３５】
有効なばね接触子アレイを組み立てるために、ばね接触子の遠位端部は、所望の先端位置の予め決められたアレイに対して制御可能な誤差範囲に配置されなければならない。本発明の一実施形態において、接触子220がホール252内に先ず挿入された場合、接着材料254が機能する前、基部基板と個々のばね接触子の間に自由な移動量が十分にある。したがって図７Ａに示すように、ピット260のような、複数の正確に配置されている位置合わせ造作を有する先端位置合わせ固定具256を利用することが望ましい。先端位置合わせ固定具256は、シリコンウエハ又はシリコンの厚板からなり、ピット260は、パターン付けされているホトレジストの層を介してシリコンを等法的にエッチングすることによって形成される。示すようにピットの側壁を先細りとすることによって、接触先端の位置合わせが補助される。先端位置合わせ固定具256が適所に配置された後、ばね接触子220は、ハンダ254を機能させることによって、又は薄層又は硬質材料（ニッケル層のような）を接触子アレイ上にメッキ又は別の被覆によって、固定具256が取り除かれる前に、適所に固定される。
【００３６】
アレイにばね接触子の遠位端部を位置合わせするのに他の方法を利用することができる。本発明の一実施形態では、固定具256のような別個の先端位置合わせ固定具を使用する必要はない。代わりに位置合わせの十分な程度が、ばね接触子基部端部の公差を制御し、及び基部基板の取り付けホールを適合させることによってもたらされる。例えば接触子230（図５）に示すような正確に形作られた先細りの基部234は、正確な先細り取り付けホール238と結合される場合に、許容される程度の位置合わせをもたらす。代替的な実施形態では、接合材料に対する必要性及び位置合わせに対する必要性はどちらも、取り付けホール又は基部基板の他の取り付け造作と、ばね接触子の基部端部との間の、摩擦ばめ、スナップばめ、プレスばめのようなきつい嵌め合いを確実とすることによって排除される。きつく嵌め合う構成要素を容易に組み立てるために、組立の前に、接触子の基部端部224に対して取り付けホール252が拡大するように基部基板が暖められ、及び/又はばね接触子が冷却される。さらに他の代替的な組立方法を図９Ａ〜９Ｄに関して以下に開示する。
【００３７】
図７Ｃは、基部基板250への取り付け後の超小型電子ばね接触子のアレイ270を示す。ハンダ254は機能し、各接触子220を適所に固定している。さらにアレイ270は、例えば図８に示すような半導体プローブカード又はテストプローブに対する介在体のような電子部品272に取り付けられる。代替的に部品272は半導体装置又はコネクタである。半導体装置に直接取り付けられると、接触子アレイ270はフリップチップアセンブリのような用途に対して便利なパッケージを提供する。基部端部224は、部品272の端子274に配置され、ハンダ276のような好適な接合材料を利用して適所に接合される。ハンダ276が、接触子220を基部基板250に取り付けるために使用されるハンダ254よりも低い機能温度を有することが好ましい。例えばハンダ材料254が金-錫ハンダであるとすると、ハンダ276は鉛-錫ハンダである。別個の基部基板上のばね接触子の複数のアレイは、所望であれば、単一の電子部品上を覆うように配置される。好適な過度圧縮ストッパ（図示せず）が、基部基板上及び/又は電子部品上に配置され、ばね接触子220の意図しない過度の圧縮が防止される。
【００３８】
図９Ａ〜９Ｄは、アレイ内の接触子を位置決めするために、接触子の遠位端部322の形状を利用する代替的な組立方法の例示的なステップの間の、ばね接触子320を示す。図９Ａに示すように、基部端部324を有する自由な遠位端部322が位置合わせ基板356のホール内に挿入されている。上述したように、位置合わせ基板は、エッチングにより所望のアレイパターンに形成されているホール354を有する半導体ウエハ又は同様の材料からなる。何らかの好適な接着材料（図示せず）が使用されて、ホール354内に自由なばね接触子が仮に保持される。
【００３９】
前述したように、何らかの好適なピックアンドプレイス技法又は大量挿入技法が利用されて、ホール356内に遠位端部322が挿入される。本方法の一実施形態では、ホールはいくらか大きな寸法で形成され、すなわち対応する遠位端部322よりも大きく形成され、それによって、図９Ａ及び９Ｂに示すように、位置合わせ基板356内への接触子の挿入が容易になる。したがって接触子320は部分的に自由に移動し、基部端部324は結局位置合わせされない。接触子320が適する位置合わせ状態に保持されることを確実にするために、１つ又はそれ以上の仮の保持板330、331（例えば薄い金属又は絶縁体の板）が、ばね接触子の基部端部を保持するのに利用される。図９Ｂは、それぞれ、保持板330、331の大きな寸法のホール332、333内に挿入されている基部端部324を示す。保持板330、331は、大きな寸法のホールの対向端部がばね接触子の基部324の対向側を捕捉する位置に移動され、したがってそれらは位置合わせされる。これに先立ち、大きな寸法のホール331、332は、お互いに位置合わせされ、基部端部324の挿入が容易になる
代替的な実施形態では、遠位端部の幾何学形状と密に適合するホール355を有する位置合わせ基板357内に遠位端部322が挿入される。したがって接触子320は、図９Ｃに示すようなホール355及び端部322の一様な幾何学形状によって実質的に位置合わせされる。ホール355の代わりに、当業者は、所望のアレイパターンで位置合わせする際に、複数の自由なばね接触子を保持するための他の造作を考案することができる。例えばばね320が、位置合わせ基板から突出するポスト（図示せず）のアレイを利用して、所望の位置合わせ位置に保持される。加えて、位置合わせ基板上でのばね接触子の配置及び位置合わせを支援するために、ばね接触子には、例えば肩部326である位置合わせ造作が設けられている。このような造作は、位置合わせ基板の造作と相互に作用するように、所望のように形作られる。例えば図９Ｃに示すように、肩部326は、ホール355への遠位端部の過度の挿入を防ぐのに役立ち、接触子320が、実質上同じ角度で、基板357から延伸することを確実とする。
【００４０】
ばね接触子324が、所望のように配置され、位置合わせされた後、さらに鋳造工程が利用されて、基部端部324の周囲に基部基板340が鋳造される。基部基板340はタイルの形をしている。基部基板（タイル）内に挿入されているばね接触子320のアレイ350を図９Ｄに示す。基板340に対する好適な鋳造材料は、エポキシ、ポリイミド、有機樹脂、厚膜セラミック、低温焼成セラミック、強度向上充填剤を含む有機樹脂（例えばシリコン、カーボン、アルミナ）、他の何らかの好適な材料を含む。鋳造に対する選択として、基部端部324は、基部基板340のホール内に挿入され、図７Ａ及び７Ｂに関連して先に述べたような、何らかの好適な方法を利用して、基部基板に結合される。基部端部324が基板340によって保持された後、位置合わせ基板356、357及び/又は仮の保持板330、331は取り除かれ、示すようにアレイ350が残る。
【００４１】
本発明によってもたらされる利点の１つは、ばね接触子の重なる位置を含むばね接触子アレイを製造することが比較的容易であるということである。図１０は、先に記載したような基板250及び部品272へ組み込まれるのと同様の、基部基板250及び電子部品472とともに組み立てられている例示的なばね接触子アレイ400を示す。接触子アレイ400は、それぞれが基部基板450からその遠位端部の接触先端に延伸する細長いビームを有するばね接触子420、421、422を含む。接触子420、421、422は、接触子421のビーム485の部分が接触子420と基板450の間に介在するように構成されている。同様に、接触子422の部分は、接触子421と基板450の間に介在している。この重なるパターンは全アレイにわたって繰り返されている。
【００４２】
重なるパターンによって、基板表面を横切る比較的長いビームのさしわたしを有する接触子を、そのビームの平均さしわたしよりも短いピッチ間隔で隔置することが可能となる。「さしわたし」は本発明において、接触先端とその固定されている基部との間の水平方向の距離（例えば図１０において、基板450の上部表面に沿って測定されるような）として画定される。長いビームのさしわたしは、高い弾力性及び、その接触先端における比較的大きな拭い動作量をもたらし有利である。本発明の方法は、さしわたしの長いビーム及びビームのさしわたしよりも短いピッチ間隔を有するばね接触子アレイを製造することに関する従来技術の方法の制限を克服する。
【００４３】
本発明の自由なばね接触子は有益であり、本発明のばね接触子は、ばね接触子の他の部分の材料とは異なる好適な電気接触材料により覆われている先端領域を有する。これは別個の先端構造をばね接触子に組み込むことによって達成されるが、別個の先端構造の組立は、付加的な操作及び/又は工程ステップを伴う。したがって本発明は、自由なばね接触子の先端領域（又は他の何らかの所望の部分）を、その製造の間、別の材料によって覆うことができる方法を提供する。したがって先端領域は、自由なばね接触子の残部に沿って仕上げられ、付加的な組立は回避される。この方法は、図１１Ａ〜１１Ｆに関して以下に記載する。
【００４４】
図１１Ａ及び１１Ｂはそれぞれ、一体型の先端領域の形成方法で利用するために準備される犠牲基板502の平面図及び断面図を示す。基板502は好適な材料からなり、例えばシリコンである。基板502の露出表面505には、ばね接触子の接触先端を形成するのに望ましい場所に、突出部501が設けられている。当業者は、超小型電子ばね接触先端を形成するのに適した寸法及び大きさで、突出部501をもたらす適切な方法を理解するであろう。例えば非常に小さな大きさの構造は、好適なレジスト材料で基板502の選択された領域をマスクし、基板をエッチングすることによってもたらされる。したがって表面505は、レジストの真下を除いてエッチングされ、突出部501が形成される。また図１１Ａ及び１１Ｂは単一の突出部501を示すが、多くの用途で、非常に多数のばね接触子を形成するのに利用される非常に多数の突出部が望まれていることは明らかである。
【００４５】
突出部501のような突出部は種々の形状で設けられる。ピラミッド形状を示しているが、他の形状も適している。突出部501は、接触子の先端領域が形成される場所に、少なくとも１つの表面503を含まなければならない。表面505は、表面503に隣接してばね接触子を形成するように、例えばその領域において平坦であるように構成されている。表面503は表面505に対して鋭角の角度をもって傾斜するように表されているが、代替的には、表面505に対して垂直に、又は鈍角の角度をもって傾斜する。表面503を表面505に対して鋭角の角度をもって傾斜させることによって、基板502の表面上に付着された材料を取り除くことが容易になる。単一の表面503の代わりに、突出部501の多面領域が先端構造に利用される。
【００４６】
好適な突出部が基板502上にもたらされた後、基板の表面505を、当業界で公知であるように、犠牲層508で覆う。付着された犠牲層508を有する例示的な基板502を図１１Ｃ及び１１Ｄに示す。層508を付着する前に、前述したように、例えば薄いアルミニウム層（図示せず）である好適な解放/シード層で基板を覆う。さらに犠牲層508は、当業界で公知であるように、パターン付けされ、突出部501の表面503上に位置する先端領域を有するばね接触子の形状に開口部510が形成される。上述したように、開口部510はばね接触子の側面輪郭を画定する。本発明の一実施形態では、開口部510は表面505上の導電性シード層（図示せず）をあらわにする。
【００４７】
さらに先端層の好適な材料512を、電気メッキ又はスパッタリングのような何らかの好適な方法により、開口部510の底部において、基板502上に付着する。何らかの好適な先端の材料を使用することができ、例えばパラジウム、金、ロジウム、ニッケル、コバルト、これらの材料の少なくとも１つを含む合金とすることができる。層512が付着された後の基板502の様子を図１１Ｅに示す。
【００４８】
さらにばね接触子の第２の層の材料518が先端の材料の層512の上に付着される。再度電気メッキ又は他の好適な方法が利用される。層514に対するばね接触子の材料は、層512に対して選択される先端の材料よりも硬く、強く及び/又は低コストである。材料は、完成したばね接触子に所望の構造特性が与えられるように選択されなければならない。上述のように、例えばニッケル、鉄、コバルト又はこれらの材料の合金が好適である。先端の材料の層512上に付着されているばね材料の層514の様子を図１１Ｆに示す。
【００４９】
開口部510の構造に依存して、表面503上の部分516において、概して平坦な上部表面518を超えて層514が突出する。先端の材料の層512を露出するために、何らかのこのような突出部分516を取り除くことが好ましい。そうであれば、機械的及び/又は電気機械的研磨のような方法によって、基板502及びそこに取り付けられた層は、上部表面518と同じ高さ、又は上部表面518よりも低くい高さに合わされる。加えて又は代替的に、他の上部の材料の層のような第３の層（図示せず）が層514の上に付着される。
【００５０】
所望のように層512、514が設けられた後、犠牲層508を当業界で公知のように取り除く。さらに層512、514は犠牲基板502から一体の部品として取り外され、先に記載した自由なばね接触子と同様の自由なばね接触子520がもたらされる。接触子520は、図１２に示すように、一体化された材料層512及び514からなる。特徴的に、自由なばね接触子520の先端領域522は、層512によって少なくとも部分的に覆われ、これは接触子520の電気的な性能を高める。
【００５１】
接触子520は単一の鋭利な先端524を有するように表されているが、他の接触先端構造もまた利用される。例えば図１３に示すような、丸められた先端を利用することができる。さらなる例として、図１４に示すような、多数の鋭利な先端540を利用することができる。別個の先端の材料とともに、又は別個の先端の材料無しに、先端524を含むこれらの及び他の先端構造を自由なばね接触子として利用することができる。
【００５２】
したがって、超小型電子ばね接触子アレイの製造方法の好適な実施形態を開示したが、システム内のある種の利点が達成されることが当業者には明らかであろう。また本発明の範囲及び精神の範囲内で、本発明の種々の改変、適応、代替的な実施形態を行い得ることは明らかである。例えば特定の形状の接触子を製造するのに適用されるような方法を説明したが、本発明の思想が種々の他の形状の接触子を製造し、また組み立てることに等しく適用可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による方法の例示的なステップを示す流れ図である。
【図２Ａ】本発明で使用される好適な犠牲基板を示す平面図である。
【図２Ｂ】本発明で使用される好適な犠牲基板を示す断面図である。
【図３Ａ】犠牲材料のパターン付けされた層によって覆われている犠牲基板を示す平面図である。
【図３Ｂ】犠牲材料のパターン付けされた層によって覆われている犠牲基板を示す断面図である。
【図４Ａ】犠牲層が取り除かれた後の、犠牲基板に取り付けられている例示的なばね接触子を示す平面図である。
【図４Ｂ】犠牲層が取り除かれた後の、犠牲基板に取り付けられている例示的なばね接触子を示す断面図である。
【図５Ａ】犠牲基板から解放された後の例示的なばね接触子を示す平面図である。
【図５Ｂ】本発明の代替的な実施形態による基部基板の先細りとなった凹所に関する自由なばね接触子の斜視図である。
【図５Ｃ】本発明の代替的な実施形態の、基部基板に対する組立に先立つ２つのアームを有する自由なばね接触子の平面図である。
【図６Ａ】ばね接触子に取り付けるための絶縁材料の例示的な基部を示す平面図である。
【図６Ｂ】ばね接触子に取り付けるための絶縁材料の例示的な基部を示す断面図である。
【図７Ａ】結合工程の例示的なステップの間の、ばね接触子が挿入されている例示的な基部を示す横断面図である。
【図７Ｂ】結合工程の例示的なステップの間の、ばね接触子が挿入されている例示的な基部を示す横断面図である。
【図７Ｃ】結合工程の例示的なステップの間の、ばね接触子が挿入されている例示的な基部を示す横断面図である。
【図８】電子部品の端子に結合されているばね接触子の結合されたアレイ及び基部を示す横断面図である。
【図９Ａ】代替的な結合方法の例示的なステップの間の、ばね接触子が挿入されている例示的な位置合わせ基板を示す横断面図である。
【図９Ｂ】代替的な結合方法の例示的なステップの間の、ばね接触子が挿入されている例示的な位置合わせ基板を示す横断面図である。
【図９Ｃ】代替的な結合方法の例示的なステップの間の、ばね接触子が挿入されている例示的な位置合わせ基板を示す横断面図である。
【図９Ｄ】代替的な結合方法の例示的なステップの間の、ばね接触子が挿入されている例示的な基部基板を示す横断面図である。
【図１０】重なるビーム位置を有するように組み立てられている例示的なばね接触子を示す横断面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施形態によるばね接触子の先端を形成するための突起部が設けられている犠牲基板を示す平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示す犠牲基板の断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａに示す犠牲基板の平面図であり、パターン付けされた犠牲層により部分的に覆われている。
【図１１Ｄ】本発明による方法の間の連続する時間において、図１１Ｃに示す犠牲基板及び犠牲層の断面を示す図である。
【図１１Ｅ】本発明による方法の間の連続する時間において、図１１Ｃに示す犠牲基板及び犠牲層の断面を示す図である。
【図１１Ｆ】本発明による方法の間の連続する時間において、図１１Ｃに示す犠牲基板及び犠牲層の断面を示す図である。
【図１２】本発明の二重層ばね接触子の先端領域を示す斜視図である。
【図１３】本発明のばね接触子とともに使用するための丸みを帯びた端部を有する接触先端の平面図である。
【図１４】本発明のばね接触子とともに使用するための複数の端部を有する接触先端の平面図である。
【図１】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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