(57)【要約】【課題】電気的コンタクタおよびコネクタ、電子デバイスまたはモジュールパッケージアゼンブリ、ソケットアゼンブリおよび／またはプローブカード・アセンブリ・システム用などの改善された相互接続システムおよび方法を提供すること。【解決手段】電気的コンタクタおよびコネクタ、電子デバイスまたはモジュールパッケージアゼンブリ、ソケットアゼンブリおよび／またはプローブカード・アセンブリ・システム用などの改善された相互接続システムおよび方法が記載される。典型的なコネクタは、コンタクト面およびボンディング面を有するコンタクタ基板、およびプローブ面から延在する1つ以上の導電性の微細製作されたスプリングコンタクトを有する第1のコネクタ構造と、少なくとも1つの基板を有し、かつコネクタ面に設置されかつ前記一組のスプリングコンタクトに対応する一組の少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドを有する、第2のコネクタ構造と、少なくとも1つの位置において、少なくとも1つの導電性の微細製作されたスプリングコンタクトが少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドに電気的に接続されるように、少なくとも第1の位置および第2の位置間で、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を移動可能に位置付ける、および調整するための手段と、を有する。【選択図】図8【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクト面およびボンディング面を有する少なくとも1つのコンタクタ基板を有する第1のコネクタ構造であって、前記少なくとも1つのコンタクタ基板が前記コンタクト面に設置されかつそこから延在する少なくとも1つの導電性のモノシリックに形成された微細製作された応力金属スプリングコンタクトのアレイを有する、第1のコネクタ構造；
第1のコネクタ面および前記コネクタ面に対向する第2面を有する基板を有する第2のコネクタ構造であって、前記第1のコネクタ面に設置されかつ少なくとも1つの導電性のスプリングコンタクトの前記アレイに対応する、少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドのアレイ、および前記第1のコネクタ面から前記第2面に延在する少なくとも1つの導電性のパスのアレイを有する、第2のコネクタ構造；および
互いに対して、少なくとも第1の位置と第2の位置との間で、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を、移動可能に位置付けかつ位置合せする、何れかのための手段
を有する装置。
【請求項２】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を移動可能に位置付ける、および位置合せするの、何れかのための前記手段が、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかを軸方向に位置付けるための手段を有する請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を機械的に付けるための手段を、さらに有する請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記付ける手段が、一時的な、取り外し可能な、および恒久的なの何れかである請求項3に記載の装置。
【請求項５】
前記付ける手段が、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造間に、少なくともひとつのラッチ可能なインターフェースを有する請求項3に記載の装置。
【請求項６】
前記ラッチ可能なインターフェースが、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかと関連した少なくとも1つのラッチエレメントを有する請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも1つのラッチエレメントが、溝、リッジ、デテント、スプリング、ファスナ、ホール、キャッチ、およびそれらの任意の組み合わせの何れかを有する請求項6に記載の装置。
【請求項８】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造と関連し、かつ前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかからかつ前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の他方へ延在する移動止めを、さらに有する請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも1つのコンタクタ基板が、前記ボンディング面上の導電性のコンタクトのアレイ、およびそれぞれの導電性のスプリングコンタクトから対応する導電性のコンタクトへ延在する導電性のパスでのアレイを、さらに有する請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
前記第1のコネクタ構造が、
第1の面および前記第1の面に対向する第2の面、および前記第1の面に設置された複数の電気的コンタクトを有するボード基板；および
前記ボード基板および前記スプリングコンタクト基板の前記ボンディング面上に設置された少なくとも1つのコンタクト間の少なくとも1つの電気的接続であって、前記電気的接続が、前記ボード基板の前記第1の面上の前記電気的コンタクトの少なくとも1つおよび前記スプリングコンタクト基板の前記ボンディング面上に設置された少なくとも1つのコンタクト間に設置された、電気的接続をさらに有する請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
前記ボード基板および前記スプリングコンタクト基板の前記ボンディング面上に設置された少なくとも1つのコンタクト間の前記電気的接続が、ハンダボールおよびハンダ接合部接続の何れかを有する請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
前記第1の位置および前記第2の位置の何れかの少なくとも1つにおいて、少なくとも1つの導電性のスプリングコンタクトが、少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドに電気的に接続される請求項1に記載の装置。
【請求項１３】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかと関連した製品であって、前記製品が、複数の動作状態を有する、製品をさらに有し、前記製品の少なくとも1つ動作状態が、互いに対して、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の前記それぞれの位置と少なくとも部分的に関連した、請求項12に記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも前記第1の位置および前記第2の位置において、少なくとも1つの導電性のスプリングコンタクトが、少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドに電気的に接続される請求項1に記載の装置。
【請求項１５】
ファン・アウトが、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかにより；
前記第1のコネクタ構造に対して、前記少なくとも1つのコンタクタ基板が、前記ボンディング面上の導電性のコンタクトのアレイ、およびそれぞれの導電性のスプリングコンタクトから対応する導電性のコンタクトへ延在する導電性のパスのアレイをさらに有し、前記コンタクト面上の少なくとも2つの導電性のスプリングコンタクト間の前記距離が、前記ボンディング面上の前記導電性のコンタクトの任意間の前記距離より小さいように；および
前記第2のコネクタ構造に対して、前記第2のコネクタ構造の前記第1のコネクタ面上の少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドの前記アレイが、複数の導電性のコンタクトパッドを有し、前記第2のコネクタ構造が、前記第2面上に電気的コンタクトのアレイをさらに有し、前記第1のコネクタ面上の少なくとも2つの導電性のコンタクトパッド間の前記距離が、前記第2面上の前記電気的コンタクトの任意の間の前記距離より小さいように、設けられる請求項1に記載の装置。
【請求項１６】
前記第2のコネクタ構造が、前記第1のコネクタ面上の前記導電性のコンタクトパッドの少なくとも1つに設置されたハンダボールを有するアレイを、さらに有する請求項1に記載の装置。
【請求項１７】
前記スプリングコンタクトが、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造が、少なくとも1つの位置において、互いに隣接している時、前記スプリングコンタクが、前記ハンダボールに対して軸方向に位置づけられるように、リーディング先端を定義する請求項16に記載の装置。
【請求項１８】
前記ハンダボールが、凸状のコンタクト面を定義し、かつ前記リーディング先端が、傾斜したリーディング面、水平の中央面および前記ハンダボールの傾斜したトレーリング面の何れかと位置合せされる、請求項17に記載の装置。
【請求項１９】
前記スプリングコンタクトの少なくとも2つが、関連したハンダボールに加えられたそれぞれの横方向の力を相殺するために、設置された、請求項18に記載の装置。
【請求項２０】
少なくとも2つのスプリングコンタクトが各ハンダボールと関連した請求項18に記載の装置。
【請求項２１】
前記スプリングコンタクトの少なくとも2つが、それらのそれぞれのリーディング先端および関連したハンダボール間に加えられたそれぞれの横方向の力を相殺するために、設置された請求項20に記載の装置。
【請求項２２】
前記第2のコネクタ構造が、前記基板の前記裏面に設置された少なくとも1つエレメントをさらに有し、前記エレメントが、第2の基板、コンポーネント、ヒートシンク、およびコネクタの何れかを有する請求項1に記載の装置。
【請求項２３】
少なくとも1つ構造上のエレメントをさらに有し；
前記少なくとも1つのコンタクタ基板の前記ボンディング面が、前記構造上のエレメントをコンタクトし；かつ
前記少なくとも1つのコンタクタ基板の各々がパッケージアゼンブリを有する請求項1に記載の装置。
【請求項２４】
前記構造上のエレメントが、ヒートシンク、キャリア、および表面実装パッケージの何れかを有する請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
前記スプリングコンタクトが、フレキシブルなスプリング、コンプライアントなスプリング、および長くなった弾力のあるプローブエレメントの何れかを有する請求項1に記載の装置。
【請求項２６】
前記コンタクタ基板が、セラミック、多層セラミック、ガラスセラミック、ガラス、石英、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、半導体ウェハ、シリコン、回路基板、1つ以上のフリップチップ半導体デバイス、1つ以上のパッケージされた半導体デバイス、半導体集積回路、およびハイブリッド集積回路の何れかを有する請求項1に記載の装置。
【請求項２７】
前記第2のコネクタ構造の前記基板が、セラミック、多層セラミック、ガラスセラミック、ガラス、石英、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、半導体ウェハ、シリコン、回路基板、1つ以上のフリップチップ半導体デバイス、1つ以上のパッケージされた半導体デバイス、半導体集積回路、およびハイブリッド集積回路の何れかを有する請求項1に記載の装置。
【請求項２８】
導電性のモノシリックに形成された微細製作された応力金属スプリングコンタクトの前記アレイが、
犠牲的な基板および一時的な基板の何れかの上に形成され、その後、除去され、かつ前記コンタクタ基板に付けられる；または
前記コンタクタ基板上の所定の位置に形成される、請求項1に記載の装置。
【請求項２９】
プロセスであって：
コンタクト面およびボンディング面を有する少なくとも1つのコンタクタ基板を有する第1のコネクタ構造を提供するステップであって、前記少なくとも1つのコンタクタ基板が、前記コンタクト面に設置され、かつそこから延在する少なくとも1つ導電性のモノシリックに形成された応力金属スプリングコンタクトのアレイを有する、ステップ；
第1のコネクタ面および前記コネクタ面に対向する第2面を有する基板を有する第2のコネクタ構造を提供するステップであって、前記第1のコネクタ面に設置されかつ少なくとも1つの導電性のスプリングコンタクトの前記アレイに対応する、少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドのアレイ、および前記第1のコネクタ面から前記コネクタ面に対向する前記第2のコネクタ構造の外側面に延在する少なくとも1つの導電性のパスのアレイを有する、ステップ；および
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を、互いに対して、少なくとも第1の位置および第2の位置間で、位置合せ可能に位置付けるステップを有するプロセス。
【請求項３０】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を一緒に機械的に付けるステップを、さらに有する請求項29に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造が、一時的に、取り外し可能におよび恒久的に、の何れかで付けられる請求項29に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記第1のコネクタ構造の前記コンタクト面および前記第2のコネクタ構造の前記第1のコネクタ面が、互いに平らである請求項29に記載のプロセス。
【請求項３３】
導電性のモノシリックに形成された微細製作された応力金属スプリングコンタクトの前記アレイが、
犠牲的な基板および一時的な基板の何れかの上に形成され、その後、除去され、かつ前記コンタクタ基板に付けられる；または
前記コンタクタ基板上の所定の位置に形成される、請求項29に記載のプロセス。
【請求項３４】
装置であって：
コンタクト面およびボンディング面を有する少なくとも1つのコンタクタ基板を有する第1のコネクタ構造であって、前記少なくとも1つのコンタクタ基板が、前記コンタクト面に設置され、かつそこから延在する、少なくとも1つの導電性のモノシリックに形成された微細製作されたスプリングコンタクトのアレイを有する第1のコネクタ構造；
第1のコネクタ面および前記コネクタ面に対向する第2面を有する基板を有する第2のコネクタ構造であって、前記第1のコネクタ面に設置されかつ少なくとも1つの導電性のスプリングコンタクトの前記アレイに対応する、少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドのアレイ、および前記第1のコネクタ面から前記第2面に延在する少なくとも1つの導電性のパスのアレイを有する、第2のコネクタ構造；および
互いに対して、少なくとも第1の位置および第2の位置間で、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を移動可能に位置付ける、および位置合せする何れかの手段を有する装置。
【請求項３５】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を移動可能に位置付ける、および位置合せする、の何れかのための前記手段が、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかを軸方向に位置付けるための手段を有する請求項34に記載の装置。
【請求項３６】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を機械的に付けるための手段をさらに有する請求項34に記載の装置。
【請求項３７】
前記付ける手段が、一時的な、取り外し可能な、および恒久的なの何れかである請求項36に記載の装置。
【請求項３８】
前記付ける手段が、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造間に、少なくともひとつのラッチ可能なインターフェースを有する請求項36に記載の装置。
【請求項３９】
前記ラッチ可能なインターフェースが、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかと関連した少なくとも1つのラッチエレメントを有する請求項38に記載の装置。
【請求項４０】
前記少なくとも1つのラッチエレメントが、溝、リッジ、デテント、スプリング、ファスナ、ホール、キャッチ、およびそれらの任意の組み合わせの何れかを有する請求項39に記載の装置。
【請求項４１】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造と関連し、かつ前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかからかつ前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の他方へ延在する移動止めをさらに有する請求項34に記載の装置。
【請求項４２】
前記少なくとも1つのコンタクタ基板が、前記ボンディング面上の導電性のコンタクトのアレイ、およびそれぞれの導電性のスプリングコンタクトから対応する導電性のコンタクトへ延在する導電性のパスでのアレイを、さらに有する請求項34に記載の装置。
【請求項４３】
前記第1のコネクタ構造が、
第1の面および前記第1の面に対向する第2の面、および前記第1の面に設置された複数の電気的コンタクトを有するボード基板；および
前記ボード基板および前記スプリングコンタクト基板の前記ボンディング面上に設置された少なくとも1つのコンタクト間の少なくとも1つの電気的接続であって、前記電気的接続が、前記ボード基板の前記第1の面上の前記電気的コンタクトの少なくとも1つおよび前記スプリングコンタクト基板の前記ボンディング面上に設置された少なくとも1つのコンタクト間に設置された、電気的接続をさらに有する請求項42に記載の装置。
【請求項４４】
前記ボード基板および前記スプリングコンタクト基板の前記ボンディング面上に設置された少なくとも1つのコンタクト間の前記電気的接続が、ハンダボールおよびハンダ接合部接続の何れかを有する請求項43に記載の装置。
【請求項４５】
前記第1の位置および前記第2の位置の何れかの少なくとも1つにおいて、少なくとも1つの導電性のスプリングコンタクトが、少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドに電気的に接続される請求項34に記載の装置。
【請求項４６】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかと関連した製品であって、前記製品が、複数の動作状態を有する、製品をさらに有し、前記製品の少なくとも1つ動作状態が、互いにに対して、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の前記それぞれの位置と少なくとも部分的に関連した、請求項45に記載の装置。
【請求項４７】
少なくとも前記第1の位置および前記第2の位置において、少なくとも1つの導電性のスプリングコンタクトが、少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドに電気的に接続される請求項34に記載の装置。
【請求項４８】
ファン・アウト前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造の何れかにより、；
前記第1のコネクタ構造に対して、前記少なくとも1つのコンタクタ基板が、前記ボンディング面上の導電性のコンタクトのアレイ、およびそれぞれの導電性のスプリングコンタクトから対応する導電性のコンタクトへ延在する導電性のパスのアレイをさらに有し、前記コンタクト面上の少なくとも2つの導電性のスプリングコンタクト間の前記距離が、前記ボンディング面上の前記導電性のコンタクトの任意間の前記距離より小さいように；および
前記第2のコネクタ構造に対して、前記第2のコネクタ構造の前記第1のコネクタ面上の少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドの前記アレイが、複数の導電性のコンタクトパッドを有し、前記第2のコネクタ構造前記第2面上に電気的コンタクトのアレイをさらに有し、前記第1のコネクタ面上の少なくとも2つの導電性のコンタクトパッド間の前記距離が、前記第2面上の前記電気的コンタクトの任意の間の前記距離より小さいように、設けられる請求項34に記載の装置。
【請求項４９】
前記第2のコネクタ構造が、前記第1のコネクタ面上の前記導電性のコンタクトパッドの少なくとも1つに設置されたハンダボールを有するアレイを、さらに有する請求項34に記載の装置。
【請求項５０】
前記スプリングコンタクトが、前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造が少なくとも1つの位置において互いに隣接している時、前記スプリングコンタクが、前記ハンダボールに対して軸方向に位置づけられるように、リーディング先端を定義する請求項49に記載の装置。
【請求項５１】
前記ハンダボールが、凸状のコンタクト面を定義し、かる前記リーディング先端が、傾斜したリーディング面、水平の中央面および前記ハンダボールの傾斜したトレーリング面の何れかと位置合せされる請求項50に記載の装置。
【請求項５２】
前記スプリングコンタクト少なくとも2つが、関連したハンダボールに加えられたそれぞれの横方向の力を相殺するために、設置された請求項51に記載の装置。
【請求項５３】
少なくとも2つのスプリングコンタクトが、各ハンダボールと関連した請求項51に記載の装置。
【請求項５４】
前記スプリングコンタクト少なくとも2つが、それらのそれぞれのリーディング先端および関連したハンダボール間に加えられたそれぞれの横方向の力を相殺するために、設置された請求項53記載の装置。
【請求項５５】
前記第2のコネクタ構造が、前記基板の前記裏面に設置された少なくとも1つエレメントをさらに有し、前記エレメントが、第2の基板、コンポーネント、ヒートシンク、およびコネクタの何れかを有する請求項34に記載の装置。
【請求項５６】
少なくとも1つ構造上のエレメントをさらに有し；
前記少なくとも1つのコンタクタ基板の前記ボンディング面が、前記構造上のエレメントをコンタクトし；かつ
前記少なくとも1つのコンタクタ基板の各々がパッケージアゼンブリを有する請求項34に記載の装置。
【請求項５７】
前記構造上のエレメントが、ヒートシンク、キャリア、および表面実装パッケージの何れかを有する請求項56に記載の装置。
【請求項５８】
前記スプリングコンタクトが、フレキシブルなスプリング、コンプライアントなスプリング、および長くなった弾力のあるプローブエレメントの何れかを有する請求項34に記載の装置。
【請求項５９】
前記スプリングコンタクトが応力金属スプリングを有する請求項34に記載の装置。
【請求項６０】
前記コンタクタ基板が、セラミック、多層セラミック、ガラスセラミック、ガラス、石英、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、半導体ウェハ、シリコン、回路基板、1つ以上のフリップチップ半導体デバイス、1つ以上のパッケージされた半導体デバイス、半導体集積回路、およびハイブリッド集積回路の何れかを有する請求項34に記載の装置。
【請求項６１】
前記第2のコネクタ構造の前記基板が、セラミック、多層セラミック、ガラスセラミック、ガラス、石英、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、半導体ウェハ、シリコン、回路基板、1つ以上のフリップチップ半導体デバイス、1つ以上のパッケージされた半導体デバイス、半導体集積回路、およびハイブリッド集積回路の何れかを有する請求項34に記載の装置。
【請求項６２】
導電性のモノシリックに形成された微細製作されたスプリングコンタクトの前記アレイが、
犠牲的な基板および一時的な基板の何れかの上に形成され、その後、除去され、かつ前記コンタクタ基板に付けられる；または
前記コンタクタ基板上の所定の位置に形成される請求項34に記載の装置。
【請求項６３】
プロセスであて：
コンタクト面およびボンディング面を有する少なくとも1つのコンタクタ基板を有する第1のコネクタ構造を提供するステップであって、前記少なくとも1つのコンタクタ基板が、前記コンタクト面に設置され、かつそこから延在する、少なくとも1つ導電性のモノシリックに形成されたスプリングコンタクトのアレイを有する、ステップ；
第1のコネクタ面および前記コネクタ面に対向する第2面を有する基板を有する第2のコネクタ構造を提供するステップであって、前記第1のコネクタ面に設置されかつ少なくとも1つの導電性のスプリングコンタクトの前記アレイに対応する、少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドのアレイ、および  前記第1のコネクタ面から前記コネクタ面に対向する前記第2のコネクタ構造の外側面に延在する少なくとも1つの導電性のパスのアレイを有する、ステップ；および
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を、互いに対して、少なくとも第1の位置および第2の位置間で、位置合わせ可能に位置付けるステップを有する、プロセス。
【請求項６４】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造を一緒に機械的に付けるステップを、さらに有する請求項63に記載のプロセス。
【請求項６５】
前記第1のコネクタ構造および前記第2のコネクタ構造が、一時的に、取り外し可能におよび恒久的に、の何れかで付けられる請求項63に記載のプロセス。
【請求項６６】
前記第1のコネクタ構造の前記コンタクト面および前記第2のコネクタ構造の前記第1のコネクタ面が、互いに平らである請求項63に記載のプロセス。
【請求項６７】
前記スプリングコンタクトが応力金属スプリングを有する請求項63に記載のプロセス。
【請求項６８】
導電性のモノシリックに形成された微細製作されたスプリングコンタクトの前記アレイが、
犠牲的な基板および一時的な基板の何れかの上に形成され、その後、除去され、かつ前記コンタクタ基板に付けられる；または
前記コンタクタ基板上の所定の位置に形成される、請求項63に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、高密度の相互接続アゼンブリシステムの分野に関し、特に、より詳細には、半導体デバイスのテスト、およびパッケージングの分野に関する。さらに詳細には、本発明は、性能、信頼性、使い易さを改善し、かつ所有コストを下げる、微細製作されたスプリングコンタクト、およびこれらの改良を取り入れた、高密度の相互接続アゼンブリおよびテストシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路(IC)設計、処理、および実装技術における進歩は、各ダイ上の入出力(I/O)パッド数および密度の増加に至った。しかしながら、ポータブルコンピュータ、携帯電話、PDA等のポータブルな電子システムのサイズは、新しい特徴および機能を追加しているが、小型化し続けている。デジタルカメラおよびカムコーダ、グローバルポジショニングシステム、および取り外し可能なメモリーカードのような新たな特徴および機能性は、現時点で、ポータブルおよび／または高密度の電子システムに、引き続き統合されている。サイズの減少、並びに新しいコンポーネントを加えるための追加のスペースを提供するために、ポータブルな電子システム内のコンポーネントの厚さを減少させることは、望ましい。
【０００３】
ポータブルな電子システムの長さおよび幅が、使い易いキーパッドおよび／または読み易いディスプレイを典型的に含む、快適なユーザ・インタフェースを提供する必要性により限定されるが、いつの時点でも、システムの各クラスに対して受け入れ可能な物理的サイズの範囲が存在する。しかし大部分のポータブル電子機器システムのサイズは、次第に減少する傾向にある。
【０００４】
システムおよびコンポーネントの製造されるサイズが減少し続けるにつれて、エネルギー消費および熱放散の管理は、システムのレベルおよび個々のコンポーネントレベルの両方において、ますます重要になる。より小さなスペースが、電源および熱放散構造に利用可能である。パッケージング、および相互接続のレベルで、このことは、戦略および解決が、適切な熱管理を提供し、かつコンポーネント間のインターフェースで生じる熱膨張係数(TCE)のミスマッチにより発生する応力に対応しなければならないことを意味する。
【０００５】
コンポーネントのサイズおよび厚さの減少は、また、コンポーネント間の信号パス長さの減少により、性能改良とも一致する。各ダイ上の入出力(I/O)パッド数および密度の増加にもかかわらず、電子システムの面積(foot print)および厚さは、これらのシステムに集積される個々のコンポーネントおよび／またはデバイスが、各世代技術とともに減少する傾向があるので、小型化し続ける。歴史的に、電気的相互接続は、金属プレス加工および曲げ加工のような従来の製作技術を使用して、個々のコンポーネント、例えば、コンタクトとして形成された。従来の組み立て方法を使用して、個々のコンタクトは、完成したコンタクタおよび／またはコネクタに組み立てられる。従来の製作および組み立て方法は、コンタクトの数、および密度が増加するにつれて、いっそう、複雑かつ高価になる。
【０００６】
微細製作されたスプリングコンタクトは、従来製作されたスプリングコンタクトと関連した制限の多くを克服することができる。微細製作されたスプリングコンタクトは、当業者に公知の技術をベースにした様々なフォトリソグラフィ、例えば、スプリングコンタクトスケルトンを作成するためにワイヤーボンド、および完全なスプリングコンタクト構造を形成するためにMEMS（マイクロエレクトロメカニカルシステム(Micro-Electro-Mechanical Systems)）または電気めっきプロセスを使用するような、MEMS製作プロセスおよびハイブリッドプロセスを使用して、製作可能である。特許文献１(Khandros等)、特許文献２(Mathieu等)、特許文献３(Eldridge等)、特許文献４(Eldridge等)、特許文献５(Eldridge等)、特許文献６(Khandros等)、特許文献７(Dozier等)、および特許文献８(Khandros等)に開示してあるように、スプリングコンタクトのアレイは、それらを予め製作しかつコンタクタ基板へ（シーケンシャルに、または大量に並列しての何れかで）移すことにより、または続いて起こるバッチモードプロセス、例えば、電気めっきと共にワイヤーボンダーを使用して、スプリングコンタクトアレイの各エレメントを直接コンタクタ基板上に組み立てることにより、コンタクタ基板に実装可能である。
【０００７】
これに代えて、微細製作されたスプリングコンタクトのアレイは、半導体集積回路を製作するため、に一般に使用されるような、厚いまたは薄い膜フォトリソグラフバッチモード処理技術を利用して、コンタクタ基板上に直接製作可能である。特許文献９におけるSmith等、特許文献１０および特許文献１１におけるMok等、および特許文献１２におけるLahari等によるような、モノシリックに微細製作されたフォトリソグラフスプリングコンタクトの多数の実施例は、開示されている。
【０００８】
半導体ウェハプローブカード・アセンブリ・システムは、ウェハ上の半導体デバイスの各々の上の電気的相互接続パッドにコンタクトさせるためのスプリングコンタクトプローブのアレイを提供するために、集積回路(IC)製造およびテストにおいて使用される。プローブカード・アセンブリ・システムの追加の機能は、電気信号経路を、IC上の密接に離隔配置された電気的相互接続パッドから、ICテストシステムにインターフェースするプリント回路基板上に粗く隔離配置された電気的相互接続パッドに変換することである。
【０００９】
半導体ウェハプローブカードは、典型的に、各ダイ上の入出力(I/O)パッドの密度および数の増加、並びにIC製作プロセスにおいて使用されるシリコンウェハの直径の増加に対応する必要がある。ウェハ当りのテストすべきダイが多くなり、かつ各ダイがより高密度でより多くのI/Oパッドを有するようになったため、各ダイをテストするコストは、全体のデバイスコストのますます大きな部分を占めるようになってきている。この傾向は、各ダイに要求されるテスト時間を減少させる、または多数のダイを、同時に、テストすることにより、最小限に抑える、または逆転することにより可能である。多数のダイが同時にテストされる場合、プローブ先端および半導体ウェハ間の平行度およびプローブ先端の同一平面性に対する要求は、プローブ先端の全てが、ウェハレベルテストおよび／またはバーンインの場合、ウェハ上の大きなエリアまたはウェハ全体にわたって、同時に、良好な電気的コンタクトをとる必要があるので、プローブ先端および半導体ウェハ間の平行度とプローブ先端の同一平面性に対する要求は、ますます厳しくなる。
【００１０】
半導体ウェハ上の2つ以上のダイを同時にテストするために、同時の低抵抗電気的コンタクトは、広い温度範囲にわたってテストされ、かつ維持されるべき各ダイに対して、限定的ではないが応力金属スプリング(SMS)プローブ先端などの、位置的に整合したスプリングコンタクトプローブのセットを用いて、確立されなければならない。同時にテストされるべきダイが多いほど、スプリングプローブと半導体ウェハの面との間に要求される平行度の程度は、プローブ先端の「こすれ(scrub)」、従って、電気的コンタクトが、ウェハにわたって一様であることを保証するために、大きくなる。しかしながら、より大きな数のダイが、同時にテストされるので、ICからプローブカード・アゼンブリへICテスターへの同時の相互接続の数は、増加する（ピンの多重化は想定していない）。ICウェハ上のボンディングパッドとコンタクトをとるためのプローブ先端が、信頼できる低抵抗接続を保証するために、接続毎に十分な機械的力を必要とするので、プローブカード・アゼンブリとウェハ間の全体の力は、接続の数に比例して増加する。
【００１１】
特定の要求が各特定のアプリケーションに対して変化するかもしれないが、同様の傾向は、コネクタ、デバイスパッケージング、およびソケッティングアプリケーションにおいて見られる。例えば、ベアダイ上の、例えば、アルミニウム、金、銅、ハンダ等を有するような、ボンディングパッドにコンタクトする、プローブカードに対するプローブこすれダメージ要求は、パッケージされたダイの、例えば、金、銅、ハンダ等を有するような、リード、端子、バンプ等、またはハンダボールとコンタクトする、ソケットに対する、または回路基板上の、例えば、金、銅、ハンダ等を有するようなコンタクトパッドにコンタクトをとる、パッケージされたデバイスまたはコネクタに対する、プローブこすれダメージ要求とは異なる。しかしながら、ダイサイズおよび／または各ダイ上の入出力(I/O)パッドの密度および数の増加、および／またはユースケース温度極値は、上記アプリケーションの全てにおいて、要求される電気的相互接続構造の複雑性およびコストを上げる傾向がある。同一平面性の不十分さに対する補償(compensation)は、また、特に、接続エリアおよびダイサイズが増加するにつれて、および／またはコンポーネント厚さが減少するにつれて、コネクタ、パッケージおよびソケットに対して重要な要求である。
【００１２】
メモリおよびマイクロプロセッサのような、いくつかのタイプのICデバイスにおいて、ダイサイズは、増加し続けているが、一方、ミックスド・シグナルおよびアナログのような他のタイプのデバイスに対して、ダイサイズは、多数の技術的進歩の結果として、減少してきた。しかしながら、多くの場合において、ボンドパッドサイズの減少、および／または(I／O)パッドの密度および／または数の増加は、コネクタ、デバイスパッケージング、およびソケッティングアプリケーションに対してコスト効果があり、かつ高性能の小型化された相互接続が必要となっている。
【００１３】
さらに、例えば、プローブカードまたはシステムテストアプリケーションにおいて、接続が、短時間に、おこなえる一時的な電気的接続を提供するための改良された方法の必要性がある。また、信頼できる接続を長時間維持することは、望ましい、しかし、例えば、これらに限定されるわけではないが、製品開発、現場または貯蔵所の改善、構成の変更、または修理を含む目的の為に、大きなシステム内で、デバイスまたはモジュールのパッケージを取り外し、かつ再び実装することができることが望ましい、パッケージまたはメモリモジュールアプリケーション内のシステムにおいて、接続を非破壊的に切断することは、望ましいかもしれない、取り外し可能な電気的接続における改良の必要性がある。さらに、信頼でき、かつ低コストの恒久的な電気的接続を提供する改良された方法の必要性がある。
【００１４】
様々なコンタクト幾何学的形状および冶金に対して、高接続密度で、大きなまたは小さなエリアにわたって、広い温度範囲にわたって、および／または高周波数で低抵抗電気的接続を維持する、微細製作されたスプリングコンタクトを、コンタクト当り相対的に低コストで提供することは、有利であろう。このような微細製作されたスプリングコンタクトは、主要な技術的進歩を構成するであろう。
【００１５】
様々なコンタクト幾何学的形状および冶金に対して、相対的に小さいコンタクト力で、高接続密度で、大きなエリアにわたって、広い温度範囲にわたって、および／または高周波数で低抵抗電気的接続を維持する、微細製作されたスプリングコンタクトをコンタクト当り相対的に低コストで提供することは、有利であろう。このような微細製作されたスプリングコンタクトは、主要な技術的進歩を構成するであろう。
【００１６】
高接続密度で、大きなエリアにわたって、広い温度範囲にわたって、および／または高周波数で、低抵抗電気的接続を維持する、微細製作されたスプリングコンタクトを組み入れたコンタクタを、コンタクト当り相対的に低コストで提供することは、有利であろう。このようなコンタクタは、主要な技術的進歩を構成するであろう。
【００１７】
全ての熱の管理要求を満たす効率的な手段を提供しながら、集積回路デバイスおよび相互接続の次のレベル間の熱膨張係数(TCE)のミスマッチに対応する、微細製作されたスプリングコンタクトを組み入れたコンタクタを、コンタクト当り相対的に低コストで、提供することは、有利であろう。このようなコンタクタは、さらに主要な技術的進歩を構成するであろう。
【００１８】
これらに限定されるわけではないが、同じまたは多数のまたは変化する厚さを有する1つ以上の電子デバイス、ウェハにわたる多数のデバイス、単一のパッケージまたはモジュールにおける1つ以上のデバイスまたはデバイスのタイプの平面性要求に対応し、高密度ソケットおよびコネクタに対する平面性コンプライアンス要求を満足させ、並びにこれらに限定されるわけではないが、カメラおよびプロジェクタ用のオートフォーカスメカニズムのような調整可能な光学インターフェース、およびこれらに限定されるわけではないが、コンピュータ、ポータブルコンピュータ、パ―ソナル・デジタル・アシスタント(PDA)、医療用のデバイス、カメラ、プリンタ、イメージングデバイス、携帯電話等を含む電子システムにおける他のアプリケーションを含む、電子システムの要求を満たすために適切なスプリング力を提供する機能を実行するために、同時の電気的接続およびZ-コンプライアンスに、十分な機械的コンプライアンスを有する微細製作されたスプリングコンタクトを組み入れたコンタクタを提供することは、さらに有利であろう。このようなコンタクタは、さらなる主要な技術的進歩を構成するであろう。
【００１９】
さらに、一時的な、取り外し可能な、および恒久的なアプリケーションにおいて微細製作されたスプリングコンタクトを組み入れたアゼンブリ構造間でラッチするための手段を提供することは、有利であろう。このようなアゼンブリ構造ラッチング手段は、さらなる技術的進歩を構成するであろう。
【００２０】
【特許文献１】米国特許第6,920,689号明細書
【特許文献２】米国特許第6,827,584号明細書
【特許文献３】米国特許第6,624,648号明細書
【特許文献４】米国特許第 6,336,269号明細書
【特許文献５】米国特許第 5,974,662号明細書
【特許文献６】米国特許第 5,917,707号明細書
【特許文献７】米国特許第 5,772,452号明細書
【特許文献８】米国特許第 5,476,211号明細書
【特許文献９】米国特許第6,184,699号明細書
【特許文献１０】米国特許第6,791,171号明細書
【特許文献１１】米国特許第 6,917,525号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第2003/0214045号明細書
【特許文献１３】米国仮出願番号第60/136,636号、タイトル「高密度プローブカードのためにウェハインタフェース(Wafer Interface for High Density Probe Card)」（出願日1999年5月27日）
【特許文献１４】米国仮出願番号第60/146,241号、タイトル「回路の大規模並列処理テストの方法(Method of Massively Parallel Testing of Circuits)（出願日1999年7月28日）
【特許文献１５】米国仮出願番号第60/573,541号、タイトル「クイックチェンジ・プローブチップ(Quick-Change Probe Chip)」（出願日2004年5月20日）
【特許文献１６】米国仮出願番号第60/592,908号、タイトル「速い製作サイクルのプローブカード・アゼンブリ(Probe Card Assembly with Rapid Fabrication Cycle)」（出願日2004年7月29日）
【特許文献１７】米国仮出願番号第60/651,294号、タイトル「ICパッケージおよび相互接続コンポーネントのためのナノコンタクタ実施例(Nano-Contactor Embodiments for IC Packages and Interconnect Components)（出願日2005年2月08日）
【特許文献１８】米国特許出願シリアル番号第10/870,095号、タイトル「強化された平面性を有する強化されたコンプライアントなプローブカード・システム(Enhanced Compliant Probe Card Systems Having Improved Planarity)」（米国の出願日2004年6月16日）
【特許文献１９】米国特許出願シリアル番号第10/178,103号、タイトル「ウェハレベルスプリングを有するプローブカード・アセンブリおよびパッケージのための構成構造および製造プロセス(Construction Structures and Manufacturing Processes for Probe Card Assemblies and Packages Having Wafer Level Springs)」（米国の出願日2002年6月24日）
【特許文献２０】米国特許出願シリアル番号09/980040号、タイトル「集積回路ウェハプローブカードアゼンブリのための構成構造および製造プロセス(Construction Structures and Manufacturing Processes for Integrated Circuit Wafer Probe Card Assemblies)」（米国の出願日2001年11月27日）
【特許文献２１】PCT特許出願シリアル番号第PCT/US00/21012号（出願日2000年7月27日）
【特許文献２２】PCT特許出願シリアル番号第PCT/US00/14164号、タイトル「集積回路ウェハプローブカードアゼンブリのための構成構造および製造プロセス(Construction Structures and Manufacturing Processes for Integrated Circuit Wafer Probe Card Assemblies)」（米国の出願日2000年5月23日）
【特許文献２３】米国特許出願シリアル番号第10/069,902号、タイトル「集積回路のテストおよびパッケージングのためのシステム(Systems for Testing and Packaging Integrated Circuits)」（出願日2002年6月28日）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
電気的コンタクタおよびコネクタ、電子デバイスまたはモジュールパッケージアゼンブリ、ソケットアゼンブリおよび／またはプローブカード・アセンブリ・システム用などの改善された相互接続システムおよび方法が記載される。典型的な相互接続システムは、コンタクタ面およびボンディング面を有するコンタクタ基板、およびそのコンタクト面から延在する、一組の少なくとも1つの導電性の微細製作されたスプリングコンタクトを有する、第1のコネクタ構造、コネクタ面に設置されかつその一組の少なくとも1つのスプリングコンタクトに対応する一組の少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドを有する第2のコネクタ構造、および少なくとも1つの位置において、導電性の微細製作されたスプリングコンタクトの少なくとも1つが、少なくとも1つの導電性のコンタクトパッドに電気的に接続されるように、第1のコネクタ構造および第2のコネクタ構造を、少なくとも第1の位置および第2の位置間で、移動可能に位置付ける、および調整するための手段を有する。コネクタシステムのいくつかの好適な実施例は、第1のコネクタ構造および第2のコネクタ構造間の、一時的な、取り外し可能な、または恒久的なラッチング手段を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本明細書で開示される構造、プロセスおよびシステムに関する紹介の開示は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２、および特許文献２３に示される。
【００２３】
微細製作されたスプリングコンタクトは、前に記載したように、当業者に公知の様々なプロセスを用いて、製作可能である。典型的なモノリシックの微細製作されたスプリングコンタクトは、バッチモード半導体製造プロセスを使用して、基板上にフォトリソグラフィでパターン化されかつ製作された、応力金属スプリングを有することができる。この結果、スプリングコンタクトは、まとめて製作され、かつ半導体ボンディングパッドの間隔以下の間隔で、または回路基板の間隔以上の間隔で、すなわち、電気的信号スペース変換器として機能するように、製作可能である。
【００２４】
図2に示されるような、モノリシックの微細製作されたスプリングコンタクト40は、単一の、すなわち、一体型構成を有する、またはプレナ半導体プロセス方法を使用して、最初に製作される、一方、非モノリシックのスプリングコンタクトは、典型的に、別々のピース、エレメント、またはコンポーネントから組み立てられる。非モノリシックまたはモノリシックの微細製作されたスプリングコンタクトは、その基板の1つの面上のスプリングコンタクトから、その基板の反対面上のスプリングコンタクトまたは他の形態の電気的接続ポイントへ、その基板の各面上の信号ルーティング層およびその基板を通して製作された1つ以上の導電性のビアを通して伝わる電気的信号のための導電性のパスを提供するために、その基板の各面上に導電性の貫通ビアおよび多数の電気的信号ルーティング層を有する、硬いまたはフレキシブルなコンタクタ基板の1つまたは両面に、製作可能である。
【００２５】
さらに、光信号は、その光信号を伝えることができる、基板を通した十分なサイズの開口部を製作することにより、そのコンタクタ基板を通して、伝えることができる。それらのホールは、これらに限定されるわけではないが、ポリマー、ガラス、空気、真空等を含む、光学的導電材料で、充填されなくても良いし、または充填されても良い。レンズ、回折格子および他の光学エレメントは、カップリング効率を改良するために、または所望された時、周波数弁別を提供するために、統合可能である。
【００２６】
応力金属スプリングを有する典型的なモノリシックの微細製作されたスプリングコンタクトは、基板内に予め製作された1〜10ミル径の導電性のビアを有するセラミックまたはシリコン基板(約10〜40ミル厚)上に、1,000から5,000オングストローム厚のチタン接着／リリース層をスパッター堆積することにより、製作される。従来のフォトリソグラフプロセスで製作された導電性のトレースは、スプリングコンタクトを、導電性ビアおよびそれらが最終的に接続する回路に接続する。応力金属スプリングを製作するために使用される一般的な材料は、MoCrであり、しかしながら、同様の特性を有する他の金属、例えば、エレメントまたは合金は、使用可能である。典型的な応力金属スプリングコンタクトは、約1〜5 GPa/μmの組み込み内部応力勾配を有する1〜5μm厚さの範囲で、MoCr膜を堆積することにより、形成される。典型的なMoCr膜は、各層が約0.2〜1.0μmの厚さである、MoCrの2〜10層を堆積することにより製作される。各層は、最高1.5 GPa圧縮から最高2 GPa引っ張りまでの範囲の内部応力の変化するレベルで、堆積される。
【００２７】
個々の微細製作された応力金属スプリングコンタクト「フィンガー」は、フォトリソグラフィで、パターン化され、かつリリース層を溶かすためにエッチャントを使用して、基板からリリースされる。フィンガーのシート抵抗は、（銅または金のような）導電性金属層を用いる電気めっきにより、減少可能である。スプリングコンタクトにより発生させられる力は、フィンガーのスプリング定数を増加させるようにフィンガー上にニッケルのような材料の層を電着することにより、増加可能である。インターポーザアプリケーション（図3を参照）において、電気的コンタクトの質は、基板からフィンガーをリリースする前に、ロジウム104のような材料を前記先端86上にフォトマスクを通して、電着・堆積することにより、改良可能である。
【００２８】
スプリングコンタクトのリフト高さは、スプリングの厚さおよび長さ、およびスプリング内の応力勾配の大きさの関数である。リフト高さは、二次的に、スプリングの応力異方性および幅、およびアンダーレイする応力金属膜リリース層内の結晶構造および応力の関数である。スプリングのスプリング定数は、スプリングを製作するために使用される材料のヤング率、およびスプリングの長さ、幅、および厚さの関数である。スプリングのスプリング定数は、スプリング40を、これらに限定されるわけではないが、電気めっきされた、またはスパッターされた、またはCVD堆積されたニッケルまたはニッケル合金、金、またはパラジウム-コバルトのようなパラジウム合金（図1参照）を含む、金属のコーティングで、被うことにより増加可能である。
【００２９】
絶縁性および導電性材料の両方のコーティングを堆積する方法は、当業者に公知であり、かつ多数の具体例は、上記の特許出願に記載されている。スプリング定数は、堆積されたコーティング層の厚さ、スプリングの幾何学的特性、および金属の選択およびコーティングの厚さおよび回数を制御することにより、何桁にもわたって、変化させることが可能である。スプリングをより厚くすることは、コンタクト力、およびスプリングおよびそのコンタクトパッド間の物理的および電気的コンタクトの強さの両方を増加する。
【００３０】
上記教示は、典型的なモノリシックの微細製作された応力金属スプリングの製造を記載しているが、当業者は、設計および／または製作プロセスにおいて、本発明を実施するために要求される特性を有するスプリングコンタクトが、多くの可能なバリエーションで設計可能であろうことを理解するであろう。このようなバリエーションは、これらに限定されるわけではないが、例えば、プロセスの選択、プロセス薬品、プロセスステップシーケンス、ベーススプリング金属、リリース層金属、コーティング金属、スプリング幾何学的配置等を含むことが可能である。それらの各々が、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている、特許文献９(Smith等)、特許文献１０(Mok等)、特許文献１１(Mok等)、および特許文献１２(Lahari等)によるよるような、モノリシックの微細製作されたスプリングコンタクトの多数の追加の実施例は、開示されている。
【００３１】
図1は、プローブカード・アゼンブリ42の詳細な線図10である。図1に示されるように、プローブカード・アゼンブリ42は、プローブカードインターフェースアゼンブリ(PCIA)41およびコンタクタアゼンブリ18を有する。このプローブカードインターフェースアゼンブリ(PCIA)41は、そこを通って延在する電気的接続132（図4）を有するマザーボード12、および統合されたコンタクタ実装システム14を有する。電気的トレースパス32は、半導体ウェハ20上の1つ以上のIC26上のパッド28とコンタクトを確立するように、マザーボード12、コンタクタ実装システム14、およびコンタクタアゼンブリ18を通って、スプリングコンタクト、すなわち、スプリングプローブ40に延在する。ファン・アウト34は、プローブカード・アゼンブリ42における（または、本明細書で開示されるシステムの他の実施例における）、小さなピッチのコンポーネントまたはエレメント、例えば、コンタクタ18、および大きなピッチコンポーネントまたはエレメント、例えば、マザーボード12上のテスターコンタクトパッド126(図4)の間で変換を提供するように、電気的トレースパス32に対して、任意のポイントに設けられることが好ましい。例えば、ファン・アウトは、典型的に、マザーボード12、コンタクタ30を経由して、Zブロック16を経由して、マザーボードZブロックを有する上部インターフェース24を経由して、または下部インターフェース22および／または上部インターフェース24の範囲内のどこにでも、設けることが可能である。
【００３２】
図1に示されるように、コンタクタ実装システム14は、典型的に、Zブロック16、Zブロック16およびコンタクタ基板30間の下部インターフェース22、およびZブロック16およびマザーボード12間の上部インターフェース24を有する。いくつかのクイックチェンジプローブカードアゼンブリ42において、下部インターフェース22は、複数のハンダ接合112(図4)を有する。同様に、いくつかのクイックチェンジプローブカードアゼンブリ42において、上部インターフェース24は、インターポーザ122、例えば、122a（図8）または122b（図5）、ハンダ接合および／またはマザーボードZブロックのような構成要素と接続の組み合わせを有する。
【００３３】
図2は、コンプライアントなスプリングプローブ40の平らでない部分が、平坦化されるおよび／またはめっきされることが好ましい、コンタクタアゼンブリ18の詳細な線図60である。図2に示されるように、コンタクタ18は、プローブ面48aおよびプローブ面48aに対向するボンディング面48bを有するコンタクタ基板30、典型的には半導体ウェハ20上の集積回路26のボンディングパッド28（図1)に対応するように配置され、かつ複数のプローブ先端62を定義するようにプローブ面48aから延在する、プローブ面48a上の複数のスプリングプローブ40、ボンディング面48b上に設置され、かつ典型的には、第2の標準構成に配置される、対応する第2の複数のボンディングパッド64、および電気的接続66、例えば、スプリングプローブ40の各々から対応する第2の複数のボンディングパッド64の各々へ延在するビアを有する。
【００３４】
明確さを期すために、コンタクト40が、本明細書において、スプリングコンタクト40として記載されるが、コンタクト40は、代わりとして、コンタクトスプリング、スプリングプローブまたはプローブスプリングとして記載可能である。
【００３５】
スプリングコンタクト40の好適な実施例は、アプリケーションに依存して、非モノリシックの微細製作されたスプリングコンタクト40またはモノリシックの微細製作されたスプリングコンタクト40の何れかを有することができる。非モノリシックの微細製作されたスプリングコンタクトは、1つ以上の機械的(またはマイクロメカニカル)アゼンブリ操作を利用し、一方、モノリシックの微細製作されたスプリングコンタクトは、これらに限定されるわけではないが、一般にMEMSデバイスおよび半導体集積回路を製作するために使用されるような、フォトリソグラフプロセスを含む、バッチモード処理技術を専用的に利用する。
【００３６】
スプリングコンタクト40のいくつかの実施例において、導電性のモノシリックに形成されたコンタクト40は、コンタクタ基板30上の所定の位置に形成される。スプリングコンタクト40の他の実施例において、導電性のモノシリックに形成されたコンタクト40は、犠牲的なまたは一時的な基板63上に形成され、その後、例えば、犠牲的な基板63を、エッチングで除去することにより、または再利用可能または使い捨ての一時的な基板63から取り外すことにより、犠牲的なまたは一時的な基板63から除去され、その後コンタクタ基板30に取り付ける。
【００３７】
非モノリシックのおよびモノリシックの微細製作されたスプリングコンタクトの両方は、これらに限定されるわけではないが、半導体ウェハプローブカード、電気的コンタクタおよびコネクタ、ソケット、およびICデバイスパッケージを含む、幾つかのアプリケーションにおいて、利用可能である。
【００３８】
犠牲的なまたは一時的な基板63は、モノリシックのまたは非モノリシックの処理方法の何れかを使用して、スプリング製作のために使用可能である。スプリングコンタクト40は、製作後、犠牲的なまたは一時的な基板63から、除去可能であり、かつ独立した(free standing)アプリケーションまたは他の構造、例えば、コンタクタ基板30と組み合わせての何れかで使用可能である。
【００３９】
平坦化されるコンタクタアゼンブリの実施例において、最適のプローブ先端平面性の平面72は、製作時に、コンタクタ18に対して決定される。基板30上に設置されたスプリングコンタクト40の平らでない部分は、めっきされ60、次にプローブ40を固定冶具内の平面内に制限などをほどこし、かつアゼンブリを熱処理により、平坦化されることが好ましい。スプリングプローブ40の平らでない部分は、平坦化後、外側めっき層70を形成するために、めっき可能である。
【００４０】
図2に示されるコンタクタアゼンブリ18は、さらに、コンタクタ基板18のプローブ面48a上のプローブ面ファン・アウト34aおよび／またはコンタクタ基板18のボンディング面48b上の裏面ファン・アウト34bのような、ファン・アウト34を有する。
【００４１】
図3は、両面インターポーザ80aのような、インターポーザ構造80の部分断面図78である。同様の構成詳細は、片面インターポーザ80bに対して提供されることが好ましい(図5)。
【００４２】
フォトリソグラフィで形成されたプローブスプリング86のようなインターポーザスプリング86は、一般に、インターポーザグリッドアレイ内に、複数の標準接続を提供するために、配置される。例えば、図4に示される両面インターポーザ80aにおいて、インターポーザスプリング86は、マザーボード12およびZブロック16間の接続を提供する。同様に、図5に示される片面インターポーザ80bにおいて、インターポーザスプリング86は、マザーボード12およびインターポーザ80b間の接続を提供する。
【００４３】
インターポーザビア84は、第1面102aから第2面102bへインターポーザ基板82を通って延在する。インターポーザビア84は、インターポーザ80の製造歩留りを上げるために、および／または特に、電力トレースに対する電気的伝導を促進するために、冗長ビア対の状態で配置されることが好ましい。
【００４４】
対向する面102a、102bは、典型的に、チタンを含むような、リリース層90、および典型的に、応力の異なる固有レベルの複数の導電性層88a〜88nを有する複合層88、92から構成される。例えば、CuWまたは金などが充填される、インターポーザビア84は、中心の基板82、典型的には、セラミックを通って延在し、かつリリース層90間の導電性の接続を提供する。複合層88、92は、典型的には、インターポーザプローブスプリング86が、パターン化され、その後、リリース領域100の範囲内で後でリリースされることになる、MoCr(しかしながら、同様の特性を有する他の金属、例えば、エレメントまたは合金は、使用可能である)を有する。
【００４５】
0.5〜1um厚の金の層などであるシード層94は、複合層88、92を覆って形成されることが好ましい。幾つかの実施例において、ロジウムまたはパラジウム合金などの先端コーティング104は、耐摩耗性および／またはコンタクト信頼性を提供するように、少なくとも、スプリングフィンガー86の先端を覆って、制御可能に形成される。典型的には、銅を含むトレース96は、減少された抵抗を提供するように、図示されるように、構造78を覆ってめっきすることにより選択可能に形成される。同様に、ポリイミドPMID層98は、図示されるように、スプリングフィンガーリフト領域を定義するために、典型的には、構造78を覆って形成される。厚い金の層を有するようなシード層94は、フィンガー86のシート抵抗を減少させるように、持ち上げられたフィンガー86上に残ったままである。
【００４６】
図4は、両面上部インターポーザ80aを有する、ハンダ付けされたコンタクタプローブカード18を有する、プローブカード・アセンブリ・システム42aの詳細な部分線図110である。図5は、片面上部インターポーザ80bを有する、ハンダ付けされたコンタクタプローブカード実施例を有する、プローブカード・アセンブリ・システム42bの詳細な部分線図150である。1つ以上の移動止め152は、図5の上部インターポーザ80bが、プローブカードマザーボード12に当たる場合、プローブ136がダメージを受けることを防ぐために、コンプライアントなインターポーザスプリングプローブ136、例えば、応力金属スプリングプローブ86(図3)を有する、インターフェース上に、好ましくは含まれることが可能である。上部インターポーザ80bは、インターポーザスプリングプローブ136のプローブ力を増加させるために、めっきされることが可能である。
【００４７】
外側アライメントピン130は、典型的に、前記プローブカードインターフェースアゼンブリ41を通るように、プローブカード・アゼンブリ42を通って、トップ・スチフナ38から延在する。外側アライメントピン130は、マザーボード12およびZブロックフランジ144などのプローブカード・アゼンブリ42における、コンポーネント内で定義される、ノッチ、スロット、および／またはホール、またはそれらの任意の組み合わせなどの、機械的位置決め機能134と嵌合する。位置決め機能134の使用は、広い温度範囲にわたってテストすることを可能にするために、プローブカード・アゼンブリ42におけるコンポーネント間の熱膨張の差を、好ましくは許容する。
【００４８】
図6は、ハンダボールリフローコンタクタ構成162の第1の線図160である。図7は、ハンダボールリフローコンタクタ構成162の第2の線図174である。プローブカード・アゼンブリ42内で使用される、幾つかのコンポーネントおよび構造は、さらに、他の高度なアゼンブリおよび構造内で使用可能である。例えば、図6および図7に示されるように、例えば、セラミック、多層セラミック、ガラスセラミック、ガラス、石英、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、半導体ウェハ、シリコン、回路基板、1つ以上のフリップチップ半導体デバイス、1つ以上のパッケージされた半導体デバイス、半導体集積回路、およびハイブリッド集積回路等の何れかを有する、基板168等の、第2の構造166に対してリフローされたハンダボール接続112を有するコンタクタアゼンブリ18は、コンタクタ基板30およびアタッチされた基板168間の高度の平面性を有する、構造162を提供することが好ましく、かつコンタクタ基板30のプローブ面48a上に設置されたスプリングプローブ40と関連した平面性コンプライアンスも有する。
【００４９】
図6に示されたように、ハンダボール164は、プローブスプリング基板30の裏のボンディング面48b上の導電性パッド64上に設置されている。これらの導電性パッドは、セラミック、多層セラミック、ガラスセラミック、ガラス、石英、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、半導体ウェハ、シリコン、回路基板、1つ以上のフリップチップ半導体デバイス、1つ以上のパッケージされた半導体デバイス、半導体集積回路、およびハイブリッド集積回路等の何れかを有するような、基板168等の接合構造166上に設置された、例えば、金またはハンダがコートされた等の導電性のコンタクトパッド170と位置合せさせられて、構成される。
【００５０】
プローブスプリングアゼンブリ18および接合構造166は、次に、例えば、適切な固定冶具178内に、一緒に移動され置かれる172。図7に示されるように、ハンダボール164が、リフローして176、プローブアゼンブリハンダ接合部112を形成するように(図4、図5)、熱が、アゼンブリ162に加えられる。
【００５１】
コンタクタ基板18およびアタッチされた基板168間の平面性が、固定冶具178により高度に制御可能であるので、接合されたハンダ接合部112により確立されたコンタクタアゼンブリ162の平面性は、これらに限定されるわけではないが、以下に記載の様々な高度な相互接続構造を通して有益に使用可能であるアゼンブリを提供する：
・微細なピッチデバイスおよび／または大きなエリア基板をプロービングするための高度なプローブカード・アゼンブリ；
・ウェハレベルパッケージ、フリップチップデバイス、チップ・スケール・パッケージ、アンダーバンプメタル、ハンダ、ハンダボール、ディスプレイ、ディスプレイドライバ、エリアアレイ等をプロービングするためのプローブカード・アゼンブリ；
・例えば、民生用電子製品、携帯電話、PDA、カメラ、プロジェクタ、イメージングデバイス等に対するような、小型化されたまたは高密度のコネクタアゼンブリ；
・ソケットアゼンブリ、例えば、高密度、低い挿入力のハンダボールアレイ、ランドグリッドアレイ(LGA)、等；
・デバイス、部分ウェハ、および／または全ウェハレベルバーンインコンタクタ(シリコン基板は、コンタクタおよびテストを受けるデバイス間でTCE整合を提供するために使用可能である)；
・単一のダイパッケージ、例えば、ウェハレベルパッケージ(WLP)および／または個別化されたダイ；および／または
・マルチダイパッケージ、例えば、一様でないダイ厚さ、および／または3次元パッケージ、例えば、積層されたダイを有する実施例を含む、システムインパッケージ(SiP)。
【００５２】
コンプライアントなスプリングインターフェースを有する、典型的なラッチアゼンブリ構造
図8は、ファン・アウト34を有する、高密度コネクタ182aの第1のアゼンブリ線図である。図9は、ファン・アウト34を有する、高密度コネクタ182aの第2のアゼンブリ線図である。
【００５３】
図8および図9に示されるように、コンタクタアゼンブリ18は、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184間に、高密度接続 214を提供する。図8 および図9に示される典型的なコネクタ構造184は、そこを通って定義される導電性のパス194を有し、典型的に、スプリングプローブアゼンブリ18上のスプリングプローブコンタクト40と対応する第1のセットの導電性パッド190、および第1のセットの導電性パッド190からのコネクタ構造184に対向する第2のセットの導電性パッド196を有する1つ以上の基板186、188を有する。コネクタ構造184のいくつかの実施例において、第2のセットの導電性パッド196は、回路基板またはケーブルコネクタのような外部構造からのコネクタまたはコンタクトに対応する。
【００５４】
いくつかの実施例において高密度コネクタ182aのコネクタ構造184は、多層の薄膜回路および導電性の貫通ビア194を有するコネクタ本体186、188を有する。
【００５５】
また、図8および図9に示されるように、コンタクタアゼンブリ18は、図6および図7に示されるようなコンタクタ構造162内の上部コネクタエレメントを有する。同様に、図8および図9に示される、プローブカード・アゼンブリ18は、34a、34b(図2)のようなファン・アウト34を有することが好ましい。導電性接合112はコンタクタアゼンブリ118および第2の構造166間に設置され、ハンダ接合部112を有することが好ましい。
【００５６】
図8および図9に示される、高密度コネクタ182aは、確立接続214が、スプリングプローブ40および第1のセットの導電性パッド190間に確立される、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184間の接続のための手段214を有する。接続のための手段214は、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184が、お互いに対して移動可能であり208(図8)、かつまた、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184が一緒に制御可能に位置付けられたとき、固定してアタッチする、すなわち、ラッチする手段を提供するように、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184間に、1つ以上のラッチ212を有することが好ましい。いくつかのシステムアプリケーションにおいて、ラッチ212は、アゼンブリのサービスまたは交換のために、ラッチをはずすことを提供できる。他のアプリケーションにおいて、ラッチ212は、これらに限定されるわけではないが、民生用電子製品のような、1回使用のラッチであると考えられても良い。
【００５７】
図8および図9に示されるように、接続手段214は、2次的なコネクタ構造184上に設置された第2のラッチ構造202にはめ合わせて接続可能な、コンタクタ構造62上に設置された第1のラッチエレメント200により形成された1つ以上のラッチ212を好ましくは有することができる。図8および図9に示される接続手段214は、また、コネクタ182の様々な実施例において、コンタクタ構造162に、例えば、直接コンタクタアゼンブリ18に、または代わりとして、直接第2の構造166に(図23、24)、または2次的なコネクタ構造184に(図21、図22)など、様々な位置に付けることが可能な、1つ以上の機械的アライメントガイド198のような、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184間のアライメント198のための手段を、有することが好ましい。
【００５８】
図8および図9に示される高密度コネクタ182aのような、高密度コネクタ182は、また、スプリングプローブ40および／またはスプリングプローブ40および第1のセットの導電性パッド190間の電気的接続214を確立および／または保護するように、1つ以上の移動止め204、206を有することができる。いくつかの実施例において、第1のセットの移動止め204は、アゼンブリ182における振動または移動を抑制するように、すなわち、衝撃を吸収するように、ラッチ接続212を抑制するための手段として作用する。いくつかの実施例において、第2のセットの移動止め206は、アゼンブリ、使用、および／またはサービス中に、スプリングプローブ40へのダメージを防ぐ。
【００５９】
典型的なラッチ構造
様々な接続手段214は、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184間のラッチング212および／またはアライメントに対して高密度コネクタ182の様々な実施例内で、提供可能である。
【００６０】
図10は、アゼンブリラッチ構成212aの第1の典型的な実施例の詳細な線図214である。コンタクタアゼンブリ基板30のような、コンタクタ構造162の一部は、固定して接続可能であり、そうでなければ、統合して、またはラッチエレメント216と関連して、典型的に、例えば、デテントまたはキープを含む、第1のラッチエレメント218aを含む、1つ以上のアライメントガイド198にアタッチ可能である。基板186のような、2次的な構造の一部184は、典型的に、第2のラッチエレメント218b、例えば、キープまたはデテントを含むことが可能である。コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184は、ラッチエレメント218aおよび218b間に接合ラッチ接続212aを確立するために、互いに対して移動可能である208、例えば、Z軸27上を線形に移動可能である(図1)。
【００６１】
図11は、アゼンブリラッチ構成212bの第2の典型的な実施例の詳細な線図220である。コンタクタアゼンブリ基板30のようなコンタクタ構造162の一部は、固定して接続可能であり、そうでなければ、典型的に、デテント226、スプリング222、および実装手段224を有するような、デテント・キープ・アゼンブリを含むことができる、1つ以上のアライメントガイド198にアタッチ可能である。基板186のような、2次的な構造の一部184は、第1のラッチエレメント218aにアタッチするために、典型的に、第2のラッチエレメント218b、例えば、デテント、キープ、ホール、または溝を含むことができる。図11に示されるように、アライメントガイド198は、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184間のラッチング212および／またはアライメントのために、基板186の下部面187aと組み合わせ等により、好ましくは、移動止めとして作用することができる、レッジ・ディテイル(ledge detail)228を含むことができる。
【００６２】
図12は、アゼンブリラッチ構成212cの第3の典型的な実施例の詳細な線図230である。1つ以上のアライメントガイド198は、代わりとして、1つ以上のスプリングラッチ232、ファスナ234、および1つ以上の移動止め204を有する、第1のラッチエレメント218aを含むことができる。基板186の裏面187bのような、2次的な構造の一部184は、第2のラッチエレメント218bとして作用する。2次的な構造184が、コンタクタ構造162に対してより近くに移動する時208、基板が移動止め204に近づくまたは圧縮するので、スプリングラッチ232は、基板186の裏面187bを受け止めかつ固定して保持する。
【００６３】
図13は、アゼンブリラッチ構成212dの第4の典型的な実施例の詳細な線図240である。基板188、186のような2次的な構造184の一部は、固定して接続可能であり、そうでなければ、典型的に、第1のラッチエレメント218a、例えば、デテントを含むことが可能である、または統合してまたはラッチエレメント216と関連して保たれることが可能である(図10)、1つ以上のアライメントガイド198にアタッチ可能である。基板168またはコンタクタ基板30のような、コンタクタ構造162の一部は、典型的に、第2のラッチエレメント218b、例えば、キープまたはデテントを含むことが可能である。コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184は、ラッチエレメント218aおよび218b間の接合ラッチ接続212dを確立するために、互いに対して、移動可能であり208、例えば、Z軸27上を線形に移動可能である(図1)。
【００６４】
スプリングコンタクトインターフェースを有する他の高度なラッチアゼンブリ構造
図14は、2次的なコネクタ構造184が、高密度のソケットを付けられたパッケージ252を有する、高密度コネクタ182bの第1のアゼンブリ線図250である。パッケージ252は、ボールグリッドアレイ(BGA)、ランドグリッドアレイ(LGA)または基板186を有する他のデバイスパッケージであることが可能である。導電性パッド190は、オプションで、面コーティング層(例えば、金、ハンダ、等)を有する。基板186は、セラミック、ガラスセラミック、ガラス、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、シリコン、回路基板、またはフリップチップ半導体デバイスを有することができる。図15は、2次的なコネクタ構造184が高密度のソケットを付けられたパッケージ252を有する、高密度コネクタ182bの第2のアゼンブリ線図264である。ハンダボール255のアレイ254は、オプションで、電気的接続端子191に隣接する下面187aに直接設置される、導電性パッド190の下面に設置される。高密度コネクタ182bは、中間の接続259のような様々な機能を供するために、パッケージ252内で、1つ以上のコンポーネント258、例えば、258a〜258jに関連して、および／または熱伝達を容易にするために、熱ペースト接合257を含むことが好ましい1つ以上のヒートシンク256、例えば、256a〜256kに関連して、使用可能である。
【００６５】
図14および図15に示される高密度コネクタ182bにおいて、コンポーネント258a〜258jは、様々な能動および／または受動エレメントを有することができる。1つ以上のヒートシンク256を含む高密度コネクタ182bの実施例において、ヒートシンクは、コンポーネント258a〜258jの1つ以上およびコンタクタ構造162と関連した熱伝達のために使用可能である。
【００６６】
上述のように、接続手段214は、好ましくは、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184間に確立された1つ以上の、はめ合わせて接続可能なラッチ212を、含むことができる。図14および図15に示される接続手段214は、また、好ましくは、高密度コネクタ182bにおいて、コンタクタ構造162に、例えば、直接コンタクタアゼンブリ18に、または代わりとして、直接第2の構造166に(図23、24)、または2次的なコネクタ構造184等に(図21、図22)、様々な位置に付けることが可能である、1つ以上の機械的、アライメントガイド198のような、コンタクタ構造162および2次的なコネクタ構造184間のアライメントのための手段198も含むことができる。
【００６７】
図16は、典型的な高密度のコネクタ182に対する、中央に置かれた-コンタクトスプリング接続270aの詳細な部分断面図である。図17は、典型的な高密度のコネクタ182に対するリーディングエッジ(leading-edge)コンタクトスプリング接続270bの詳細な部分断面図である。図18は、典型的な高密度のコネクタ182に対するオーバーセンタコンタクト270bスプリング接続の詳細な部分断面図である。
【００６８】
図16に示されるように、コンタクタ基板30からのように、第1のコネクタ構造162から延在するコンプライアントなスプリング40は、基板186のような、第2のコネクタ構造184から延在する、対応して対向する導電性パッド190と電気的接続272をする。図16に示されるように、導電性のハンダボール255は、導電性パッド190上に設置され、かつ相対的に水平の中央272を有する凸面を定義する。図16において、第1のコネクタ構造162および第2のコネクタ構造184は、コンプライアントなスプリング272の先端62が、導電性のハンダボール255の中央272で、調整されるように、連合して位置づけられる274。
【００６９】
図17に示されるように、第1のコネクタ構造162および第2のコネクタ構造184は、先端62が、リーディング、すなわち、表面277上の導電性のハンダボール255に接続するように、コンプライアントなスプリング40の先端62が導電性のハンダボール255の中央272からオフセット276されるように、連合して位置づけられる274。
【００７０】
図18に示されるように、第1のコネクタ構造162および第2のコネクタ構造184は、先端62が、トレーリング、すなわち、裏面279上の導電性のハンダボール255に接続するように、コンプライアントなスプリング40の先端62が、導電性のハンダボール255の中央272からオフセット276されるように、連合して位置づけられる274。
【００７１】
図16、図17および図18に示されるように、高密度の相互コネクタの実施例は、ハンダボール255および／またはコンプライアントなスプリング40へのダメージを防ぐように、好ましくは、第1のコネクタ構造162および第2のコネクタ構造184間の様々な電気的接続を提供することができる。例えば、プローブ先端62が相対的に柔らかいハンダボール255上の中央に置かれる、プローブまたは接続実施例において、第1のコネクタ構造162および第2のコネクタ構造184間に1つ以上の確立された接続は、それによりハンダリフローが第2のコネクタ構造184を提供することが要求可能である、1つ以上のハンダボール255の中央を変形させることができる。図17および図18に示されるように、いくつかの好適な高密度の相互コネクタ182は、繰り返される使用にわたって高品質の接続を提供するように、代わりとして、リーディングエッジコンタクトスプリング接続270bおよび／またはオーバーセンタコンタクトスプリング接続270bを提供することができる。
【００７２】
同様に、いくつかの好適な高密度の相互コネクタ182は、コネクタにわたる接続力のバランスを保つ、すなわち、セルフ・センタリングを促進しかつ第1のコネクタ構造162および第2のコネクタ構造184間の歪んだ接続防ぐために、例えば、隣接するハンダボール255の対向面上に先端62を有する、ハンダボール255のアレイと関連した、スプリング40のアレイの制御されたオフセットを提供する。
【００７３】
他の好適な実施例は、コネクタ182にわたって、スプリングコンタクト先端62によって発生される、ハンダボール255上の横方向の力のバランスをほぼ保つ、スプリングコンタクト40の別の配置を、コンタクタ基板30上に提供する。いくつかの好適な実施例において、1つのスプリングコンタクト40は、各ハンダボール255に対して提供可能である。コネクタ182にわたっる横方向の力は、最小限に抑えられ、かつハンダボール255の対向面、例えば、全ての他のハンダボール255のリーディングおよびトレーリングエッジ上にほぼ等しい数のスプリングコンタクト40を提供することにより、ほぼバランスを保たれることが可能である。例えば、スプリングコンタクト40の少なくともいくつかは、関連したハンダボール255に加えられたそれぞれ横方向の力、および／またはスプリングコンタクト40に加えられた結果として生じる力を相殺するために、設置可能である。
【００７４】
図19は、2次的なコネクタ構造184が高密度のソケットを付けられたパッケージ252を有し、かつコンタクタアゼンブリ18がボールグリッドアレイ254内の各ハンダボール接続255に対応する複数のスプリングコンタクト40を有する、高密度コネクタ182cの第1のアゼンブリ線図280である。パッケージ252は、ボールグリッドアレイ(BGA)、ランドグリッドアレイ(LGA)または基板186を有する他のデバイスパッケージであることが可能である。オプションのハンダボール255が存在しない、例えば、パッケージ252がLGAである場合、スプリングコンタクト40は、導電性パッド190に直接コンタクトする。基板186は、セラミック、ガラスセラミック、ガラス、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、シリコン、回路基板、半導体デバイスパッケージ、またはフリップチップ半導体デバイスを有することができる。図20は、高密度コネクタ182cの第2のアゼンブリ線図310である。高密度コネクタ182cは、高密度コネクタ182bと同様に、構成され、かつ機能することが可能である。複数のスプリングコンタクト40の好ましくは包むこと、例えば、40a〜40dは、増加した電流または電圧要求、および機械的強さ、すなわち、頑丈さと力のバランスが保たれた接続をオプションの導電性パッド190、ハンダボール255、および／またはボールグリッドアレイ254に提供することを要求する、信頼性、冗長性、アプリケーションの何れかに対して使用可能である。
【００７５】
図21は、高密度のスプリングコンタクト格子-ソケットコネクタ182cの第1の実施例316aの部分平面図である。図22は、高密度のスプリングコンタクト格子-ソケットコネクタ182cの第2の実施例316bの部分平面図である。
【００７６】
図21に示されるように、高密度コネクタ182cの第1の実施例316aにおいて、各プローブスプリングセット322aは、そのプローブスプリングセット322aが、第2のコネクタ構造184の下部面187aに設置されたハンダボール255に対応するように、1つ以上の行324および列326アレイに、配列された、複数のスプリングプローブ40、例えば、40a〜40dを有する。スプリングプローブセット322は、これらに限定されるわけではないが、1、2、3および／または4個のスプリング40のような、任意の便利な数のスプリングプローブを有することができる。しかしながら、図21に示されるように、スプリングプローブ40は、また、行324および列326に対して、それぞれ、軸方向にも配列され321、323、このことは、コネクタ182cの密度および／またはコンプライアントなスプリング40の長さを制限する可能性がある。
【００７７】
図22に示されるように、高密度コネクタ182cの第2の実施例316bにおいて、各プローブスプリングセット322bは、また、複数のスプリングコンタクト40、例えば、40a〜40dを有し、ここで、このスプリングコンタクトセット322bが、第2のコネクタ構造184の下部面187aに設置されたハンダボール255または導電性パッド190に対応するように、1つ以上の行324および列326アレイに、配列される。しかしながら、図22に示されるように、スプリングコンタクト40は、また、対角線上に曲げられる、例えば、行324および／または列326に対して、回転させられ327、このことは、コネクタ182cに対する接続密度の増加を提供し、および／またはコンプライアントなスプリングコンタクト40に関して拡張した長さを提供する。
【００７８】
図23は、高密度低プロファイルの基板対基板コネクタ182dの第1のアゼンブリ線図330である。図24は、高密度低プロファイルの基板対基板コネクタ182dの第2のアゼンブリ線図350である。下部基板166および上部基板188は、例えば、上部基板188にまたは通して付けられる、2次的なコネクタ構造184から延在するスタンドオフ332の間、および例えば、コンタクタアゼンブリ18または下部基板構造166の何れかに付られ、コンタクタ構造162から延在するアライメントガイド198の間に、ラッチ可能に接続される212。下部および上部基板166および168は、セラミック、多層セラミック、ガラスセラミック、ガラス、石英、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、半導体ウェハ、シリコン、回路基板、1つ以上のフリップチップIC、1つ以上のパッケージされた半導体デバイス、半導体集積回路、およびハイブリッド集積回路の何れかを含むことができる。図24に示されるように、スタンドオフ332は、ラッチされたアゼンブリ182、例えば、182dに対して移動止めとして機能するように、構成されることが好ましい。
【００７９】
図25は、ファン・アウト34を有する高密度の低プロファイル基板対基板コネクタ182eの第1のアゼンブリ線図360である。図26は、ファン・アウト34を有する高密度の低プロファイル基板対基板コネクタ182eの第2のアゼンブリ線図380である。高密度コネクタ182は、本質的に、ラッチ可能なアゼンブリ内に、ラッチ領域212の一方側または両側162、184に、ファン・アウトを設けることができる、高品質高密度の電気的接続を提供する。上部および下部基板166および168は、セラミック、ガラスセラミック、ガラス、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、シリコン、回路基板、1つ以上のパッケージされたIC、または1つ以上のフリップチップICを有することができる。高密度コネクタ182は、また、本質的に、ラッチング領域212内に、高度の平面性を提供し、さらに、コンプライアントな、すなわち、フレキシブルなスプリングプローブ40の使用を通して、平面性コンプライアンスを提供する。
【００８０】
高度な半導体デバイスパッケージ
デバイスおよびウェハレベルパッケージングと関連した重要な問題は、以下を含むことが多い：
・熱膨張係数(TCE)ミスマッチ：
・同一平面性の不足；
・熱管理；
・高周波性能；および／または
・コスト
高密度コネクタ182の使用は、これらの問題の各々に、本質的に、コスト効果のある解決のための手段を提供する。微細製作されたスプリングコンタクトを有することが好ましい、スプリングプローブ40のX-Yコンプライアンスは、デバイスおよび回路基板間でTCEミスマッチを補償し、一方、スプリングプローブ40のZ-コンプライアンスは、同一平面性の不足を補償する。同様に、Z-コンプライアンスおよびカスタマイズ可能な長さのスプリングは、多数のダイパッケージ、例えば、システムインパッケージ(SiP)に対するような、異なる基板厚さを有するチップに対応する。さらに、多層金属は、制御されたインピーダンスおよびシールドされた信号パスを提供するために、使用可能である。さらに、フォトリソグラフ・セルフ・アゼンブル・スプリング(photolithographic self-assembling spring)を利用する、高密度コネクタ182の好適な実施例は、有利なコスト／性能比を有する。
【００８１】
図27は、チップ・スケール・パッケージを有するコンタクタアゼンブリ用などの、1つ以上のコンタクタアゼンブリ18の無ハンダ実装用の高密度コネクタ182fの第1のアゼンブリ線図400である。図28は、1つ以上のコンタクタアゼンブリ18の無ハンダ実装用の高密度コネクタ182fの第2のアゼンブリ線図420である。下部構造162bは、平らなヒートシンク、キャリア、または表面実装パッケージ基板402などの、構造上のエレメント402上に設置されたコンタクタスケールパッケージ18bを有する。2次的な構造184は、セラミック、多層セラミック、ガラスセラミック、ガラス、石英、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、シリコン、および回路基板の何れかを有する基板188を含む。2次的な構造184は、さらに、下面187a上に導電性パッド190を有する。下部構造162bおよび2次的な構造184を互いに対して位置付ける198ための手段が、提供され、このことにより、それらの位置は、1つ以上の移動ガイド198により調整可能である。2次的な構造184は、さらに、対応するラッチエレメント218a、218bなどにより、下部構造162bにラッチ可能にアタッチ可能である212。
【００８２】
図29は、システムインパッケージ(SIP)実施例に対する、高密度コネクタ182fの第1のアゼンブリ線図430である。図30は、システムインパッケージ(SIP)実施例に対する、高密度コネクタ182fの第2のアゼンブリ線図450である。下部構造162cは、平らなヒートシンク、キャリア、または表面実装パッケージ基板432などの、構造上のエレメント432に設置された、1つ以上のコンタクタスケールパッケージ18、例えば、18a〜18jを有する。導電性のコンタクトパッド190を有する、セラミック、ガラスセラミック、ガラス、ガラスエポキシ、FR-4、ポリイミド、シリコン、回路基板188、1つ以上のパッケージされたIC、または1つ以上のフリップチップIC等を有する、2次的な構造184は、下部構造162cに対して相対的な移動に対応し、これにより、移動208が、1つ以上の移動ガイド198により調整可能である。2次的な構造184は、さらに、対応するラッチエレメント218a、218bなどにより、下部構造162cに対し、ラッチ可能にアタッチ可能である212。
【００８３】
好適な実施例において、コンタクタスケールパッケージ18a〜18jは、同じまたは異なっている基板厚さ75a〜75jを有することができる集積回路パッケージを有する。いくつかの好適な実施例において、集積回路パッケージ18a〜18jは、コンプライアントな電気的接続回路ボード188を提供するために、非モノリシックのまたはモノリシックの微細製作されたスプリングコンタクトを有することができる。いくつかの好適な実施例において、スプリングコンタクト先端62は、集積回路デバイス18の支持された裏面48bからの標準高さに位置づけられる、すなわち、集積回路デバイス基板30の厚さ75の差を補償するために、調整される。他の好適な実施例において、スプリングコンタクト先端62は、集積回路デバイス基板30のコンタクト面48aから固定された高さで、位置づけられることができる、すなわち、スプリングコンタクト40のコンプライアンスは、集積回路デバイス基板30の厚さの差の補償を提供する。
【００８４】
代わりの高度なアゼンブリ構造
図31は、これらに限定されるわけではないが、カメラ、ビデオカメラ、パーソナル・デジタル・アシスタント(PDA)、固体ミュージックプレーヤ、例えば、MP3または高度なiPod用、またはマルチ機能デバイス用などの、典型的な製品462用のZ-コンプライアントなコネクタ構成のアゼンブリ線図460である。
【００８５】
典型的な製品462において、プローブスプリング40を有するMEMSZ-アクチュエータ472は、1つ以上のアクチュエータステータ468上を、滑動可能に移動する463。イメージセンサ、例えば、CCDチップ474は、MEMSZ-アクチュエータ472の対向面に、実装される、例えば、表面実装される。アクチュエータステータ468は、回路基板466に、付けられる。回路基板466は、製品462のケース構造464に付けられる。カメラを有する製品462に対して、レンズ478は、典型的には、捕獲されたイメージ481と関連する光484が、制御可能に捕獲される、すなわち、シャッター483等々により入射可能とされ、イメージセンサ474により感知されるように、設置される。オートフォーカス光源480および光検出器482は、放出された光486が反射されかつ入力として制御490に感知されるように、含まれることも可能である。
【００８６】
図31示される典型的な製品462において、MEMSZ-アクチュエータ472は、第1の位置465aおよび第2の位置465b間かつそれらを含む任意の基準面などの、アクチュエータステータ468上のZ方向27(図1)に、滑動可能に移動する463。ここにおいて、好ましくは、スプリングコンタクト40を有するコンプライアントなコンタクタアレイ470は、コンプライアントな電気的コンタクトを回路基板466に、運動の範囲465a、465b全体にわたって提供することができる。
【００８７】
レンズ478からイメージセンサ474への効果的な焦点面467は、それゆえに、第1の位置465aおよび第2の位置465b間かつそれらを含む任意のポイントで、制御可能に変化する。例えば、カメラ462のオートフォーカス操作中に、オートフォーカス光源480から放出された光486は、サブジェクトSBJから反射され、かつコントローラ490に対して入力として作用する、光検出器482により感知される。オートフォーカス入力に基づいて、コントローラ490は、所望の焦点距離467を提供するために、第1の位置465aおよび第2の位置465b間かつそれらを含む任意のポイントに、MEMSアクチュエータ472を移動させる。イメージ481は、次に、典型的には、シャッター483の制御される開口部などにより、制御可能に捕獲され、かつ次にダウンロードできるメモリ492に格納される、そうでなければ、例えば、取り外し可能なメモリエレメント494などにより、移される。
【００８８】
図32は、高コストプリント配線基板168および低コストプリント配線基板502間に、リリース可能な、または恒久的な接続の何れかを提供するなどのための、第1の典型的なボード対ボード高密度コネクタ182iの詳細な線図500である。図33は、パッケージ基板552および低コストプリント配線基板502間で、リリース可能な接続または恒久的な接続の何れかを提供するなどのための、2次的な典型的なボード対ボード高密度コネクタ182jの詳細な線図550である。
【００８９】
図32および図33に示される典型的な2次的なコネクタアゼンブリ184は、これらに限定されるわけではないが、例えば、回路基板502および下部コネクタ基板504間にリフロー176により提供されるようなハンダボール接続506などの、電気的接続506を有する。下部コネクタ基板504は、さらに、上面上のコンタクトパッド512、下部コネクタ基板504を通して延在する導電性ビア508、およびコンタクタアゼンブリ18から延在する1つ以上の対応するプローブスプリング40との接続用の下部コンタクト190を有する。
【００９０】
図32および図33に示される典型的なラッチ212は、アゼンブリ用の移動止めとして機能できることがさらに好ましい、1つ以上の対応するラッチ516にラッチ可能にはめ合わせる218a、218b（例えば、図10〜図13）、1つ以上のアライメントガイド198を有する。アゼンブリは、さらに、好ましくは、下部コネクタ基板504から延在するような専用の移動止め520を有することができる。
【００９１】
非対称的接続性を有するコンタクタ
コネクタ182いくつかの実施例は、例えば、これらに限定されるわけではないが、代わりの経路、異なる回路および／またはデバイスに対する接続にアクセスする、および／または代わりの接続冗長性を提供するなど、多数のアプリケーションに良く適している非対称的な接続性を提供する。
【００９２】
図34は、非対称的な接続を有するコネクタ182の第1の線図的平面図600aである。図35は、非対称的な接続アレイを有するコネクタ182の第2の線図的平面図600bである。
【００９３】
図34および図35に示されるように、上述のような第1の典型的な構造162は、複数の面602a、602b、602cおよび602dを有する。同様に、上述のような第2の典型的な構造184は、複数の面606a、606b、606cおよび606dを有する。第1の構造162は、さらに、オリエンテーション・ディテイル(orientation detail)604を有することができ、および第2の構造184は、さらに、オリエンテーション・ディテイル608を有することができる。
【００９４】
図34および図35に示される第1の典型的な構造162は、第1の接続パス612の非対称的なアレイ611を有することが可能である、および／または第2の構造184は、第2の接続パス610非対称的なアレイを有することが可能である。
【００９５】
図34に示されるように、第1の典型的な構造162および第2の構造184が、面602aが606aと位置合せされるように向られ、典型的なコネクタ182が第1の位置600aで向きを定められる時、例えば、ディテイル604、608が位置合せされる時、接続214のアレイ614a(図9)は、第2の接続パス610と一致する第1の接続パス612に対して定義される。
【００９６】
図35に示されるように、第1の典型的な構造162および第2の構造184は、例えば、コネクタ162、184を、互いに対して、Z軸27の周りに、すなわち、X軸23およびY軸25aにより定義された平面内で回転させることにより、互いに対して、選択可能に向きを定められることができる。例えば、第1の典型的な構造162および第2の構造184は、面602aが606cと位置合せされるように、向きを定められ、典型的なコネクタ182が、第2の位置600b内で向きを定められる時、接続214の代わりのアレイ614bは、第2の接続パス610と一致する第1の接続パス612に対して定義される。
【００９７】
図34および図35に示される典型的な矩形コネクタ182は、任意の方向に90度回転させるなどのために、1つより多い非対称的な位置を含むことができることが好ましい。例えば、接続214の代わりのアレイ614を提供するために、面602aが第2のコネクタ面606bまたは606dと位置合せされる。
【００９８】
図34および図35に示される典型的なコネクタ182が、例えば、第1のコネクタ構造162および第2のコネクタ構造184間に、4回回転対称(square symmetry)を有する、矩形コネクタ182として示されるが、様々なコンポーネント形状および幾何学的対称は、これらに限定されるわけではないが、矩形ベースの対称、代わりの多角形、および／またはざらざらにされた、すなわち、溝を切られた接合ディテイルを有する円柱さえなど、非対称的な接続214を提供するために、使用可能である。
【００９９】
同様に、コネクタ182のいくつかの実施例は、例えば、これらに限定されるわけではないが、代わりの経路、異なる回路および／またはデバイスに対する接続にアクセスする、および／または代わりの接続冗長性を提供するなど、様々なアプリケーションに対して適応させることがさらに出来る、軸方向の非対称的な接続性を提供する。
【０１００】
例えば、Z軸27に関して軸方向の位置移動208aを有する高密度相互接続アゼンブリ182に対して、軸方向の移動208は、第1のコネクタ構造162および第2のコネクタ構造184間の挿入量を定義することができる。挿入軸に対する軸方向の移動208は、第1のコネクタ構造162および第2のコネクタ構造184間で、例えば、位置が、スプリング40および対向するコンタクト90間の離間の位置、1つ以上のスプリング40に対する第1のコンタクトの位置、コンプライアントな、すなわち、圧縮されたコンタクトの位置、および／または1つ以上の移動止め、ラッチ、および／またはデテントにより決定されるコンタクト制限の位置を定義することができる、少なくとも2つの位置間などで、任意の相対的な移動を定義することができる。
【０１０１】
高密度相互接続アゼンブリ182のいくつかの実施例は、対向するスプリング40の全体のアレイおよび導電性パッド190間に複数の接続を提供するなどのために、相対的に同様の高さ702(図 36)を有するスプリング40、および相対的に同様の高さ704(図 36)を有する、対向するパッド90を提供する。
【０１０２】
同様に、高密度相互接続アゼンブリ182の代わりの実施例は、対向するスプリング40の全体のアレイおよび導電性パッド190の間に、挿入軸、例えば、Z軸27に対する軸方向の位置関係に基づいて、接続の異なっているアレイを提供するなどのために、異なる高さ702を有するスプリング40、および／または異なる高さ704を有する対向する導電性パッド190を提供する。スプリング高さ702は、当業者に公知の複数の方法において、例えば、フォトリソグラフィにより定義されるように、基板上のスプリングの設計長さを変化させることなどにより、変化させることができる。パッド高さ704は、当業者に公知の複数の方法において、例えば、パッド支持基板186、188上にめっきされた金属の厚さを変化させることにより、変化させることができる。
【０１０３】
図36は、第1の位置700aに非対称的な軸接続性を有するコネクタ182の線図的部分切り取り図である。図37は、第2の位置700bに非対称的な軸接続性を有するコネクタ182の線図的部分切り取り図である。図38は、第3の位置700cに非対称的な軸接続性を有するコネクタ182の線図的部分切り取り図である。図39は、第4の位置700dに非対称的な軸接続性を有するコネクタ182の線図的部分切り取り図である。
【０１０４】
図36に示されるように、第1のコネクタ構造162は、典型的に、コンプライアントなスプリング40、例えば、基板30から第2のコネクタ構造184へ離れて延在する40a、40bを有するコンタクタ基板30、を有する。図36に示されるコンプライアントなスプリング40は、基板30に対して、またはそれらが形成される層の1つ、例えば、リリース層90(図3)に対して、形成されるスプリング高さ702を定義する。図36に示されるように、スプリング40aに対するスプリング高さ702aは、スプリング40bに対するスプリング高さ702bより小さい。
【０１０５】
図36に示されるように、第2のコネクタ構造184は、典型的には、基板186、188から第1のコネクタ構造162へ離れて延在する導電性パッド90を有するボード基板186、188を有する。図36に示されるパッド90は、典型的に、基板186、188に対して、パッド高さ704を定義する。図36に示されるように、パッド92aに対するパッド高さ704aは、スプリング92bに対するパッド高さ704bより大きい。
【０１０６】
高さ702および704の差は、本質的に、挿入軸、例えば、Z軸27に対する非対称的なコンタクトのための手段を提供する。図37に示されるように、第1の距離707aがコンタクタ基板30および基板186、188間で、定義される、位置700bにおいて、スプリング40bは、対向する90bに電気的に接続され、一方、スプリング40aは、対応するパッド92a、92bに電気的に接続されない。図38に示されるように、位置700cにおいて、スプリング40bは、部分的に、圧縮され、かつ対向するパッド90bに電気的に接続され、一方、第2のパッド90bは、対向するスプリング40aに電気的に接続され、かつパッド92bは、その対応するパッド40aに電気的に接続されない。図38に示されるように、位置700dにおいて、スプリング40bは、さらに、圧縮され、かつ対向するパッド90bに電気的に接続され、第2のパッド90bは、対向する圧縮されたスプリング40aに電気的に接続され、およびパッド92bは、その対応するパッド40aに電気的に接続される。
【０１０７】
図36〜39に示される非対称的な軸接続性を有するコネクタ182は、それゆえに、位置700に基づいた1つ以上の接続された回路を接続し、および／または挿入移動208に対するリミットを感知等、感知または制御を提供するために、異なる距離707、例えば、707a〜707dにおいて、1つ以上のコンタクタ状態を提供できることが好ましく、かつ様々なアプリケーションに対して使用可能である。
【０１０８】
高密度コネクタ182は、これらに限定されるわけではないが、コンポーネント、デバイス、システム、サブシステム、および／または基板のような、2つのオブジェクト間の同時の電気的コンタクトを提供するために、基板18上に製作された微細製作されたスプリングコンタクト40のアレイを利用する。コネクタ182のいくつかの好適な実施例は、これらに限定されるわけではないが、携帯電話、パ―ソナル・デジタル・アシスタント(PDA)、コンピュータ、ポータブルコンピュータ、医療用のデバイス、カメラ、ビデオカメラ、プリンタ、イメージングデバイス、デジタルメディアプレーヤ、および／または他のポータブルな電子システムのような、X、Y、またはZ方向23、25、27またはそれらの任意の組み合わせにおいて、要求されるスペースを最小限に抑えることが望ましい、スペースが制限されるアプリケーションに対して、利用可能である。
【０１０９】
スプリング40の力に対する変位の特性は、スプリング40の設計により制御され、かつスプリング特性の多数のタイプは、スプリング40がフォトリソグラフチップ処理技術を用いてバッチ処理されるので、単一のデバイス、例えば、18内に提供可能である。力は、めっきされた金属層、例えば、1つ以上の層（68、70（図2）、104（図3））などを追加することにより増加可能であり、またはスプリング40をより長く、より細く、またはより薄くすることにより減少させることが可能である。小さい力のスプリング40は、最小のローディングを外部の作動システムに与えながら、電気的コンタクトを維持することができる。
【０１１０】
高密度コネクタ182のいくつかの実施例は、接続密度を最大にする、またはX、Y、またはZ方向、またはそれらの任意の組み合わせにおいて要求されるスペースを最小限に抑えることが望ましい、かつICボンドパッド間隔を有するコンポーネントを、回路基板間隔を有するコンポーネントに相互接続することが望ましい、アプリケーションにおいて（コンポーネント、デバイス、システム、サブシステム、基板等を含む）2つのオブジェクト間の同時の電気的コンタクトを提供するために、基板上に製作された、微細製作されたスプリングコンタクトのアレイを有する。
【０１１１】
同様に、高密度コネクタ182のいくつかの実施例は、集積回路デバイスおよび共通の支持基板間の電気的コンタクト、および各デバイスが異なる厚さおよび／または熱膨張係数を有することができる共通のヒートシンクとの熱コンタクトを提供するために、多数の集積回路デバイス上に製作された微細製作されたスプリングコンタクトのアレイを有する。
【０１１２】
さらに、高密度コネクタ182のいくつかの実施例は、（コンポーネント、デバイス、システム、サブシステム、および／または基板を含む）2つのオブジェクト間に、小さいエリア、薄いおよび安価な電気的コネクタを提供するために、基板上に、例えば、コンタクタ基板30上に、非常に高密度で製作された、微細製作されたスプリングコンタクト40のアレイを有する。
【０１１３】
さらに、高密度コネクタ182のいくつかの実施例は、スペース変換機能を提供するために、したがって、例えば、これらに限定されるわけではないが、コンポーネント、デバイス、システム、サブシステム、および／または基板のような、広く変化する電気的接続ピッチを有する、2つのオブジェクト間の安価な電気的コネクタを提供するために、フレキシブルな薄い基板、例えば、コンタクタ基板30の一方の面上に、非常に高密度で、かつ基板30の他方の面に低密度で製作された、微細製作されたスプリングコンタクト40のアレイを有する。
【０１１４】
上述のように、高密度コネクタ182のいくつかの実施例は、例えば、これらに限定されるわけではないが、コンポーネント、デバイス、システム、サブシステム、および／または基板のような、2つのオブジェクト間に、オブジェクト間の距離の範囲にわたっておよび／または互いに対するオブジェクトの相対的な運動中に、同時の電気的コンタクトを提供するために、基板30上に製作された、微細製作されたスプリングコンタクト40のアレイを有する。
【０１１５】
本発明のいくつかの実施例において、スプリングコンタクト40の先端62は、ハンダ付けされることが可能であり、そうでなければターゲットにされた電気的コンタクトパッドに付けられることが可能である。プローブ先端62を導電性パッド190に付けることは、先端スライディングをなくし、かつX、Y、およびZ運動を阻止する、しかしながら、適切な力が加えられると、他方に対する一方のオブジェクトの位置または向きは、変更可能であり、かつ加えられた力が除去される場合、オブジェクトは、全ての変位がスプリングの塑性変形を避けるのに十分小さかったと仮定して、それ自身の位置を最初の位置に移す。支持基板に付けられたスプリングコンタクトの先端により、スプリングコンタクトは、外部のアクチュエータに対して押す力と引く力の両方を与えることができる。
【０１１６】
本発明の追加の観点において、1つより多いスプリングコンタクト設計は、スプリングに、異なる機能を実行する、異なる特性を提供するために、用いることが可能である。典型的な実施例において、1つのタイプのスプリングコンタクトは、特定の位置に、電気的コンタクトを提供するために、設計され、かつ位置づけられることが可能である、一方、スプリングの他のタイプは、別々の機能を実行するための機械的力を提供するために、他の位置に、設計され、かつ位置づけられることが可能である。このことは、スプリングの機械的特性が、それらの長さ、幅またはそれらの位置を変更することにより、変更可能であり、しかも、スプリングの全てが、同時に製作され、スプリングの多数のタイプが、同じ製作ステップで提供されることが可能であるので、可能である。
【０１１７】
上記本発明の観点は、本発明の別の実施例を作成するために、個々にまたは組み合わせて、使用可能である。前述の具体例において、用語「基板」は、特定のアプリケーションに最適であるように選択される、薄いまたは厚い、フレキシブルでないまたはフレキシブルな、硬いまたは柔らかい絶縁性材料を意味している。基板は、典型的に、単一のまたは多層セラミック、ガラスセラミック、ガラス、石英、シリコンのような半導体、および／またはポリイミドのようなポリマーまたは回路基板材料、例えば、FR-4から製作される。基板は、また、完成した集積回路またはハイブリッド集積回路であることも可能である。スプリングがモノリシックまたは非モノリシック処理方法を使用して、製作基板上に製作される、基板は、犠牲的なまたは一時的であることも可能である。スプリングは、製作後、製作基板から除去可能であり、かつ独立したアプリケーションまたは他の構造を組み合わせて、使用可能である。
【０１１８】
システムの利点
高密度コネクタ182の使用は、本質的に、コネクタ設計のいくつかのエリアに対して、以下のような改良を提供する：
・熱膨張係数(TCE)ミスマッチ：
・同一平面性の不足；
・熱管理；
・高周波性能；および／または
・コスト
微細製作されたスプリングコンタクト40を有することが好ましい、高密度コネクタ182における、スプリングプローブ40により提供されるX-Yコンプライアンスは、デバイスおよび回路基板間のような、第1のコネクタアゼンブリ162および第2のコネクタアゼンブリ184間のTCEミスマッチを補償し、一方、スプリングプローブ40のZ-コンプライアンスは、同一平面性の不足を補償する。
【０１１９】
同様に、Z-コンプライアンスおよびカスタマイズ可能な長さのスプリング40は、多数のダイパッケージ、例えば、システムインパッケージ(SiP)に対するような、異なるコンタクタスケールパッケージ基板厚さ75で、チップパッケージ18を収容する。さらに、多層金属は、制御されるインピーダンスおよびシールドされた信号パスを提供するために使用可能である。さらに、フォトリソグラフ自己アゼンブル可能なスプリングを利用する、高密度コネクタ182の好適な実施例は、有利なコスト／性能比を有する。
【０１２０】
さらに、第1のコネクタアゼンブリ162および第2のコネクタアゼンブリ184間の1つ以上のラッチ212の使用は、コンプライアントなスプリングプローブ40および対向する導電性パッド190間のような、アゼンブリ162、184間の機械的接続、並びに制御される接続環境の両方を提供する。
【０１２１】
高密度コネクタ182の使用は、例えばラッチ212の接続を外すことにより、コンタクタアゼンブリ18および関連したコネクタアゼンブリ162を容易に変更することを可能にすることにより、多くの高密度アゼンブリに対して所有コストを下げる。高密度コネクタ182は、訓練されたユーザまたは現場のサービスエンジニアが、顧客サイトで、第1のコネクタアゼンブリ、すなわち、コンタクタ162、および／または第2のコネクタアゼンブリ184ａを、すばやく変更することを可能にする。
【０１２２】
同様に、顧客は、第1のコネクタアゼンブリ162および／または第2のコネクタアゼンブリ184の在庫を手元に保管することができ、かつ第1のコネクタアゼンブリ162および／または必要ならば、全体の高密度電子アゼンブリの代わりに、第2のコネクタアゼンブリ184を交換することができる。この能力は、通常の定期的な洗浄、先端磨耗、先端破損、および／または不測の先端汚れなどのコンタクタ問題に関連したダウンタイムを最小にする。
【０１２３】
高密度コネクタ182の製造と関連した設計および製作の開示された方法は、最終組み立てで、平面性調整の必要性を減少させる、または無くす製作の方法を提供する。
【０１２４】
高密度コネクタ182は、プローブカード・アセンブリ・システムの範囲内で、他のコンポーネントの基準面として作用することができる、またはプローブカード・アセンブリ・システムのインターフェースとなる、お互いに十分に平坦かつ平行な機械的面を持つコンポーネントを有する。同様に、高密度コネクタ182および関連するプロセスは、高いまたは低い動作温度の何れかでのテスト中のデバイスに対する低抵抗電気的接続を維持する。
【０１２５】
さらに、高密度コネクタ182は、相対的に平坦かつ平行なコンポーネント面を有し、このことは、高I/O数コネクタと関連する大きな力を、さらに均一に分配し、かつ垂直に伝え、コネクタシステムの範囲内でピークツーピークでの機械的たわみを減少させる。ここで、この力は、様々なスプリングプレロードメカニズム、または接続中のスプリングプローブの圧縮のいずれかにより発生させられる。
【０１２６】
さらに、高密度コネクタ182は、コンポーネントおよびサブアゼンブリを、予め位置を調整し、容易に取り替えることを可能にする、互いに載置することができる、改善された平坦度および平行度を有するコンポーネントを有する。
【０１２７】
同一平面性からのより小さいずれを有する、相対的に平坦かつ平行な面およびプローブ先端アレイは、平面性調整の必要性を減少させる。さらに、相対的に平坦かつ平行な基準面の使用は、使用する場合非常に小さい力のインターポーザの使用、例えば、コンタクト当り、0.05g〜5gが、大きなエリア、例えば、300mmウェハに対して、1,000sqcmにわたって、低抵抗高密度の電気的接続を作ることを可能にする。さらに、平坦かつ平行な基準および支持面と組み合わされた小さい力のインターポーザは、平面性を固定し、達成し、かつ維持するより簡単な方法を可能にする。これに代えて、平坦な面を有する、マザーボード、Zブロック等のような、大きなエリアコンポーネントは、真空駆動システムの使用が、高レベルの面平行度を達成することを可能にする。さらに、ハンダ、金ワイヤーボンドバンプ、めっきしたバンプ、または接着剤などの材料で製作される大きなエリアの堅固な電気的インターフェース接続は、全て、より高い製造歩留りを有し、かつより平坦かつより平行な相互接続支持面を用いて、より良くかつ高い信頼性で機能する。
【０１２８】
同様に、時間は、半導体製造業者および検査者などの高密度コネクタアゼンブリ182のユーザにとって、しばしば、重要なファクタである。例えば、従来のプローブカード・アゼンブリは、典型的には、多層セラミックコンポーネントに対するような長いリードタイムを有する、1つ以上の主要なコンポーネントを有する。従来のアゼンブリ構造および製造方法が、このように長いリードタイムコンポーネントを含むので、1つ以上のアゼンブリに対する生じる製作サイクルは、長い。
【０１２９】
対照的に、プローブカード・アゼンブリの一部を、製作し、組み立て、および／または予め平坦化可能であり、一方、複合体、カスタム、またはセミカスタムコンポーネントなどの長いリードタイムコンポーネントが、容易に実装可能および／または他のコンポーネントおよびアゼンブリから再び実装可能である、高密度コネクタアゼンブリ182は、改善された、すなわち速い、製作サイクルを有する。
【０１３０】
本発明による方法は、フレキシブルなコネクタに圧力を加える、および／またはリニアクチュエータを調整するための要求を減少させる、または無くすことにより、高密度コネクタアゼンブリ製作中の平面性の差を調整する。本教示による方法は、2つ以上のめっきステップを使用してプローブスプリングの同一平面上アレイを作ること、およびサブコンポーネント間の平面の差を補償するために、ハンダ接合部高さの変化をもたらすことにより、プローブチップ・アゼンブリを平坦化することを含む。両方の製造方法は、平坦な基準ツーリング面(flat reference tooling surface)を作り、かつコンポーネントを基準ツーリング面に対して平坦なアゼンブリ状態に保持するために、真空または他の手段を使用する。プローブスプリングの場合、第1の層のめっきが、施され、かつ許容可能なサイクル寿命にわたって信頼できる電気的コンタクトを保証するために、十分なプロービング力を提供するために必要とされる追加のめっきを仕上げる前に、先端が、基準ツールリング面に対して先端を保持しながら、加熱により同一平面上に作られる。プローブスプリングアゼンブリに対するマザーボードの場合、これらのコンポーネントを、WRSに平行な基準ツールリング面に引っ張り平坦な状態とすることが可能であり、かつハンダを、平行度を保持するために、リフローすることが可能である。
【０１３１】
本発明は、また、製造コストおよび製造時間の両方を減少させる標準コンポーネントを利用する。
【０１３２】
改善された同一平面性および平行度を有するスプリングプローブを有する高密度相互接続システム、および製造のための方法が、本明細書において、集積回路テストプローブ、プローブカード、電気的アゼンブリ、工業製品、および／またはパッケージと関連して記載されるが、システムおよび技法は、所望に応じて、様々な電子コンポーネントまたはデバイス内の集積回路および基板間の相互接続、バーンインデバイスおよびMEMSデバイス、またはそれらの任意の組み合わせなど、様々なデバイスで実施可能である。
【０１３３】
同様に、当業者は、様々な別のタイプのプローブ先端を、本明細書に記載される応力金属スプリング(SMS)プローブ先端に置き換えることが可能であろうこと、およびそれゆえに、本発明の方法および装置に関する教示を、本明細書に記載されるSMSプローブ先端の使用を制限するものとして解釈すべきでないこと、を容易に理解するであろう。
【０１３４】
従って、本発明が、特定の好適実施例に関して詳細に記載されたが、本発明が関連している技術分野の通常の当業者は、特許請求の範囲の精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正および強化を実施することができること、を理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】プローブカード・アゼンブリの詳細な線図である。
【図２】コンプライアントな微細製作されたスプリングコンタクトのアレイを有するコンタクタアゼンブリの詳細な線図である。
【図３】インターポーザ構造の詳細な部分断面図である。
【図４】両面上部インターポーザを有する、ハンダ付けされたコンタクタプローブカード実施例である。
【図５】ハンダ付けされた上部インターポーザを有する、ハンダ付けされたコンタクタプローブカード実施例である。
【図６】ハンダボールリフローコンタクタ構成の第1の線図である。
【図７】ハンダボールリフローコンタクタ構成の第2の線図である。
【図８】ファン・アウトを有する高密度コネクタ第1のアゼンブリ線図である。
【図９】ファン・アウトを有する高密度コネクタの第2のアゼンブリ線図である。
【図１０】アゼンブリラッチ構成の第1の典型的な実施例の詳細な線図である。
【図１１】アゼンブリラッチ構成の第2の典型的な実施例の詳細な線図である。
【図１２】アゼンブリラッチ構成の第3の典型的な実施例の詳細な線図である。
【図１３】アゼンブリラッチ構成の第4の典型的な実施例の詳細な線図である。
【図１４】高密度のBGAソケットコネクタ実施例の第1のアゼンブリ線図である。
【図１５】高密度のBGAソケットコネクタ実施例の第2のアゼンブリ線図である。
【図１６】典型的な高密度コネクタ用の中央に置かれた-コンタクト微細製作されたスプリングコンタクト接続の詳細な部分断面図である。
【図１７】典型的な高密度コネクタ用のリーディングエッジ微細製作されたスプリングコンタクト接続の詳細な部分断面図である。
【図１８】典型的な高密度コネクタ用のオーバーセンタ微細製作されたスプリングコンタクト接続の詳細な部分断面図である。
【図１９】BGA格子-ソケットコネクタ実施例の第1のアゼンブリ線図である。
【図２０】高密度のBGA格子-ソケットコネクタ実施例の第2のアゼンブリ線図である。
【図２１】高密度のBGA格子-ソケットコネクタ実施例の第1の実施例の平面図である。
【図２２】高密度のBGA格子-ソケットコネクタ実施例の第2の実施例の平面図である。
【図２３】高密度低プロファイルボード間コンタクタの第1のアゼンブリ線図である。
【図２４】高密度低プロファイルボード間コンタクタの第2のアゼンブリ線図である。
【図２５】ファン・アウトを有する高密度低プロファイルボード間コンタクタの第1のアゼンブリ線図である。
【図２６】ファン・アウトを有する高密度低プロファイルボード間コンタクタの第2のアゼンブリ線図である。
【図２７】無ハンダチップ実装の実施例の第1のアゼンブリ線図である。
【図２８】無ハンダチップ実装の実施例の第2のアゼンブリ線図である。
【図２９】システムインパッケージ(SIP)実施例の第1のアゼンブリ線図である。
【図３０】システムインパッケージ(SIP)実施例の第2のアゼンブリ線図である。
【図３１】典型的な製品用のZ-コンプライアントなコネクタ構成のアゼンブリ線図である。
【図３２】ボード間コネクタ構成の第1の典型的な実施例を示す。
【図３３】ボード間コネクタ構成の第2の典型的な実施例を示す。
【図３４】非対称的な接続を有するコンタクタの第1の線図的平面図である。
【図３５】非対称的な接続アレイを有するコンタクタの第2の線図的平面図である。
【図３６】第1の位置の非対称的な軸接続性を有するコネクタの線図的部分切り取り図である。
【図３７】第2の位置の非対称的な軸接続性を有する線図的部分切り取り図である。
【図３８】第3の位置の非対称的な軸接続性を有する線図的部分切り取り図である。
【図３９】第4の位置の非対称的な軸接続性を有するコネクタの線図的部分切り取り図である。
【符号の説明】
【０１３６】
18      コンタクタアゼンブリ    
30      コンタクタアゼンブリ基板
34      ファン・アウト
40      スプリングプローブコンタクト
162     コンタクタ構造
184     2次的なコネクタ構造
186、188        基板
190     第1のセットの導電性パッド
194     導電性のパス
196     第2のセットの導電性パッド
212     ラッチ
214     高密度接続 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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