(57)【要約】装置と接合用基板との間に電気接点を作る超小型電子スプリングコンタクトと、この超小型電子スプリングコンタクトを作る方法が開示される。スプリングコンタクトは、装置の基板に接着され、装置の端子から離間された可塑性パッドを有する。可塑性パッドは基板に接着された底と、基板から離れる方へ延在し、基板から遠い方のより小さい終端領域へ向かって先細状の側面とを有する。トレースが装置の端子から可塑性パッドを越えてその終端領域へ延在する。可塑性パッドの終端領域の少なくとも一部分はトレースによって覆われ、可塑性パッドを覆うトレースの一部分は可塑性パッドによって支持される。
2006525672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に接着された底、及び、前記基板から離れる方へ延在し、前記基板から遠い方の終端領域へ向かって先細状の側面を有する可塑性パッドと、
装置の端子から前記可塑性パッドの前記側面の一部分を越えて前記終端領域まで延在するトレースと、
を具備し、
前記基板から遠い方の前記終端領域の少なくとも一部分が前記トレースによって覆われ、前記可塑性パッドを覆う前記トレースの一部分が前記可塑性パッドによって支持される、
超小型電子コンタクト。
【請求項２】
前記可塑性パッドが前記端子から離間する、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項３】
前記トレースが、前記トレースの最大幅よりも長いスパンに亘って、前記端子と前記可塑性パッドとの間で前記基板の上に延在し前記基板と接触する、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項４】
前記トレースが前記可塑性パッドと前記端子との間に終端で支持された部分を含み、前記終端によって支持された部分が第１の終端で前記可塑性パッドによって支持され、第２の終端で前記基板によって支持され、前記第１の終端と前記第２の終端との間で前記基板よりも上に吊される、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項５】
前記トレースの前記終端で支持された部分が前記基板に平行な平面内で少なくとも１回の曲がりをさらに含む、請求項４記載の超小型電子コンタクト。
【請求項６】
前記可塑性パッドが本質的に非導電性である、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項７】
前記可塑性パッドがピラミッド型、先を切り取られたピラミッド型、角柱型、先を切り取られた角柱型、錐型、錐台型、及び、半球型から選択された形状である、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項８】
前記トレースがニッケル材料を含有する、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項９】
前記トレースが金で覆われる、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項１０】
前記可塑性パッドが主としてシリコーンゴム、ポリエポキシド、ポリイミド、及び、ポリスチレンから選択された材料により作られる、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項１１】
前記トレースが前記可塑性パッドよりも一般に可塑性が高い、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項１２】
前記トレースが前記可塑性パッドよりも一般に剛性が高い、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項１３】
前記可塑性パッドを覆う前記トレースの一部分が、前記基板から前記トレースの末端までの縦方向距離と少なくとも同じ距離に亘って、前記基板の上で横方向に延在する、請求項１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項１４】
装置基板に接着された底、及び、前記装置基板からある角度で前記装置基板から遠い方の終端領域まで延在する少なくとも一つの側面を含む可塑性パッドを準備するステップと、
前記基板の端子から前記終端領域までトレースをパターニングするステップと、
を含む超小型電子コンタクトを製造する方法。
【請求項１５】
前記準備するステップが、
犠牲基板上に可塑性パッドを形成するステップと、
前記可塑性パッドを前記装置基板へ移すステップと、
をさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記移すステップが前記可塑性パッドを前記装置基板の端子から離間した場所で前記装置基板へ移すステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記トレースをパターニングするステップが、
前記装置基板及び前記可塑性パッドの上に犠牲材料の絶縁保護層を堆積するステップと、
前記端子から前記終端領域まで延在する溝を形成するため前記絶縁保護層をパターニングするステップと、
前記溝に金属性材料をメッキするステップと、
前記装置基板から前記絶縁保護層を除去するステップと、
をさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
前記トレースをパターニングするステップが化学気相成長法、物理気相成長法、及び、スパッタリング法から選択された方法によって金属性材料を堆積するステップをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記可塑性パッドを形成するステップが前記犠牲基板にピットをエッチングするステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記ピットをエッチングするステップがピラミッド型、先を切り取られたピラミッド型、階段状ピラミッド型、円錐型、半球型、角柱型、及び、先を切り取られた角柱型から選択された形状を有するピットをエッチングするステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記可塑性パッドを形成するステップが前記ピットを液体エラストマー材料で満たすステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記ピット内にある間に前記液体エラストマー材料を硬化するステップをさらに含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記硬化するステップの間に前記液体エラストマー材料を前記装置基板と接触させるステップをさらに含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
第１の終端で基板の端子に取り付けられ、第２の終端で取り付けられず、前記端子から前記第２の終端へ延在するトレースであって、前記基板の表面から離された前記第２の終端まで延在し、前記基板の前記表面に平行な平面内で自由に曲がる少なくとも末端部分を有する少なくとも部分的に自立型であるトレースを具備する、弾性超小型電子コンタクト。
【請求項２５】
前記末端部分が前記基板に平行な平面内の前記トレースの弾力性のための少なくとも１回の曲がりを有する、請求項２４記載の超小型電子コンタクト。
【請求項２６】
前記トレースの前記末端部分がジグザグ状、小鈍鋸歯状、ヘアピン状、及び、蛇行状から選択された形状を有する経路を辿るようにパターニングされる、請求項２４記載の超小型電子コンタクト。
【請求項２７】
剛性トレースの前記第２の終端に接続されたコンタクト先端をさらに具備する、請求項２４記載の超小型電子コンタクト。
【請求項２８】
前記コンタクト先端が平坦でありパッド形状である、請求項２７記載の超小型電子コンタクト。
【請求項２９】
前記コンタクト先端の上に接合用材料の塊をさらに含む、請求項２７記載の超小型電子コンタクト。
【請求項３０】
前記接合用材料がはんだペーストである、請求項２９記載の超小型電子コンタクト。
【請求項３１】
前記コンタクト先端の下で前記基板上に配置された可塑性パッドをさらに具備する、請求項２７記載の超小型電子コンタクト。
【請求項３２】
前記可塑性パッドが前記基板に接着された底、及び、前記基板から離れる方へ延在し、前記基板から遠い方の終端領域へ向かって先細状の側面を有し、前記終端領域が前記底よりも実質的に小さい、請求項３１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項３３】
前記可塑性パッドが少なくとも部分的に前記コンタクト先端を支持する、請求項３１記載の超小型電子コンタクト。
【請求項３４】
半導体装置上に犠牲材料の第１の層を堆積するステップと、
前記装置の端子を露出するため前記第１の層をパターニングするステップと、
前記第１の層及び前記端子の上に導電性シード層を堆積するステップと、
前記シード層の直ぐ上に犠牲材料の第２の層を堆積するステップと、
前記端子から当該端子から遠い位置まで広がる経路に沿って前記シード層を露出するため前記第２の層をパターニングするステップと、
前記露出したシード層の前記経路に沿って金属性材料をメッキするステップと、
第１の終端で基板の端子に取り付けられ、第２の終端で取り付けられていない弾性超小型電子コンタクトを露出させるため、前記第１の層、前記第２の層、及び、前記シード層のメッキされていない部分を除去するステップと、
を含む、弾性超小型電子コンタクトを製造する方法。
【請求項３５】
前記パターニングするステップが少なくとも１回の曲がりを有する前記経路を露出するステップをさらに含む、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記パターニングするステップがジグザグ状、小鈍鋸歯状、ヘアピン状、及び、蛇行状から選択された形状を有する前記経路を露出するステップをさらに含む、請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
前記超小型電子コンタクトの末端部分に接合用材料の塊を設置するステップをさらに含む、請求項３４記載の方法。
【請求項３８】
前記最初の堆積するステップの前に、前記基板に可塑性パッドを取り付けるステップをさらに含む、請求項３４記載の方法。
【請求項３９】
前記取り付けるステップが、前記半導体装置に接着させられた底、及び、前記半導体装置から離れる方へ延在し、前記半導体装置から遠い方の終端領域へ向かって先細状の側面を有し、前記終端領域が前記底よりも実質的に小さい前記可塑性パッドを取り付けるステップをさらに含む、請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記パターニングするステップが前記可塑性パッドの先端部分に達する前記経路を露出させるステップをさらに含む、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
表面に複数の端子を有する半導体装置と、
それぞれの弾性超小型電子コンタクトが第１の終端で前記装置の各端子に取り付けられ第２の終端で取り付けられない剛性トレースを具備し、このトレースが、各端子から前記第２の終端へと実質的に前記装置の表面に平行な方向で延在し、前記表面から離間した前記第２の終端へ延在し前記半導体装置の前記表面に平行な平面内で可塑性がある少なくとも末端部分を有する、複数の弾性超小型電子コンタクトと、
を具備する、基板へのフリップチップ実装のため構成された半導体装置。
【請求項４２】
前記複数の端子が前記基板の第１の部分の範囲内で第１のピッチ間隔のため相互に離間され、前記表面が本質的に端子の無い第２の部分を有し、前記第２の部分が前記第１の部分よりも広い、請求項４１記載の半導体装置。
【請求項４３】
前記複数のコンタクトの前記第２の終端が前記表面の前記第２の部分の上で第２のピッチ間隔のため相互に離間して配置され、前記第２のピッチ間隔が前記第１のピッチ間隔よりも長い、請求項４２記載の半導体装置。
【請求項４４】
各超小型電子コンタクトの前記末端部分が前記基板に平行な方向で前記超小型電子コンタクトの弾性のための少なくとも１回の曲がりを有する、請求項４１記載の半導体装置。
【請求項４５】
各超小型電子コンタクトの前記末端部分がジグザグ状、小鈍鋸歯状、ヘアピン状、及び、蛇行状から選択された形状を有する、請求項４１記載の半導体装置。
【請求項４６】
前記半導体装置の前記表面が本質的にエラストマー材料を含まない、請求項４１記載の半導体装置。
【請求項４７】
各超小型電子コンタクトの前記末端部分の遠い方の先端に配置された接合用材料の塊をさらに具備する、請求項４１記載の半導体装置。
【請求項４８】
各超小型電子コンタクトの前記末端部分の遠い方の先端と前記基板との間に可塑性パッドをさらに具備する、請求項４１記載の半導体装置。
【請求項４９】
前記可塑性パッドが、前記半導体装置に接着させられた底、及び、前記半導体装置から離れる方へ延在し、前記半導体装置から遠い方の終端領域へ向かって先細状の側面を有し、前記終端領域が前記底よりも実質的に小さい、請求項４８記載の半導体装置。
【請求項５０】
弾性パッドと、
前記パッドの少なくとも一部分の上に延在するトレースと、
を具備し、
スプリングコンタクトが前記パッド及び前記トレースの弾力性の役割を果たす、コンタクト構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は半導体装置などと共に使用する超小型電子コンタクトに関係する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
小型化と高度化の一途をたどる電子部品への需要によって、より小型、かつ、より複雑な集積回路（ＩＣ）の必要性が切迫している。ＩＣが小型化し続け、リード数が増加すると、次に、永久的な取り付けや半永久的な取り付けと、試験及びバーンインのような簡単に取り外し可能なアプリケーションの両方のパッケージングにおけるより高度な電気接続スキームが必要になる。
【０００３】
たとえば、多くの最新ＩＣパッケージは、数年前まで一般的に使用されていたＩＣパッケージよりもフットプリントが小型化し、リード数が増加し、電気性能及び熱性能が優れている。このような小型ＩＣパッケージの一つはボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージである。ＢＧＡパッケージは、典型的に、一般にはんだボールのアレイ形状である端子がパッケージの底から突出する矩形のパッケージである。これらの端子は、印刷回路基板（ＰＣＢ）又はその他の適当な基板の表面に位置する複数のボンディングパッドに取り付けられるように設計される。アレイ中のはんだボールは、たとえば、ＢＧＡパッケージが取り付けられた部品を超音波槽又は同様の熱エネルギー源に通し、次に、はんだを冷却し硬化させ、かなり永久的な接合を形成するため熱源を取り外すことにより、リフローさせられ、接合用部品上のボンディングパッド（端子）と接合させられる。一旦溶融され、再硬化されると、はんだボール接続部は、仮に再利用するとしても、簡単には再利用できない。したがって、別個の、容易に取り外し可能なコンタクト要素が試験及びバーンイン中に、ＩＣの端子パッド又はＢＧＡパッケージのはんだボールを接触させるために必要とされる。
【０００４】
小型のパッケージング及び接続スキームで使用する簡単に取り外し可能なコンタクト要素の効果はすでに認められている。ＩＣのような基板に直接取り付けるための、簡単に取り外し可能であり、可撓性があり、かつ、弾力性のある超小型電子スプリングコンタクトは、Ｋｈａｎｄｒｏｓ  ｅｔ  ａｌ．の米国特許第５９１７７０７号に記載されている。特に、この第５９１７７０７号特許は、非常に精細なワイヤを基板に接合するワイヤボンディングプロセスと、その後に続く、弾力性のある要素を形成するためのワイヤの電気メッキを使用して作られた超小型電子スプリングコンタクトを開示する。これらの超小型電子コンタクトは、特に、超小型電子コンタクトが精細なタングステンワイヤを置き換えるプローブカードのコンタクト構造として使用するために、最終段階のウェハー処理のようなアプリケーションにおいてかなりの効果があった。これらの同一又は類似のコンタクト要素は、殆どあらゆるタイプの電子装置において一時的な（簡単に取り外し可能な）電気接続とより永久的な電気接続の両方を作るため、一般に半導体装置の間で電気接続を作るためにも使用される。
【０００５】
しかし、現在、ファインピッチスプリングコンタクトを製造するコストは、よりコストに厳しいアプリケーションへのそれらの応用の範囲を制限している。製造コストの大半は製造設備及びプロセス時間に関連する。上記の特許に記載されたコンタクトは、直列プロセス（すなわち、同時に１個ずつ）で製造されるが、並列型の同時に多数個のプロセスに簡単に変更できない。したがって、本明細書でリソグラフィックタイプの超小型電子スプリングコンタクトと呼ばれる新しいタイプのコンタクト構造が多数のスプリング構造を並列に生産するため適しているリソグラフィック製造プロセスを使用して開発され、それによって、一つ一つのコンタクトに関連するコストを著しく削減する。
【０００６】
典型的なリソグラフィックタイプのスプリングコンタクトと、それらを作るプロセスは、同一出願人の、同時係属中の、１９９８年２月２６日に出願されたＰｅｄｅｒｓｅｎ  ａｎｄ  Ｋｈａｎｄｒｏｓによる発明の名称が“ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＩＣＡＬＬＹ  ＤＥＦＩＮＥＤ  ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＣＯＮＴＡＣＴ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ”である米国特許出願第０９／０３２４７３号と、１９９８年２月４日に出願されたＰｅｄｅｒｓｅｎ  ａｎｄ  Ｋｈａｎｄｒｏｓによる発明の名称が“ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＣＯＮＴＡＣＴ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ”である米国特許出願第６０／０７３６７９号と、に記載されている。これらの出願は、一連のリソグラフィックステップを使用し、それによって、種々のリソグラフィック技術を用いてパターニングされた複数のメッキ金属の層でスプリングコンタクトの高さを増加させる、スプリング構造を製造する方法を開示する。超小型電子スプリングコンタクトは、好ましくは、実装用基板の凹凸を補償し、スプリングコンタクトの下にあるキャパシタのような部品を実装する空間を設けるために、十分な高さが与えられる。
【０００７】
単一のリソグラフィックステップにおいて、すなわち、単一の弾性層に適切な高さを実現する方法と、それによって作られた典型的な構造は、同一出願人の、同時継続中の、１９９９年７月３０日に出願されたＥｌｄｒｉｄｇｅ  ａｎｄ  Ｍａｔｈｉｅｕによる発明の名称が“ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴ  ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ”である米国特許出願第０９／３６４７８８号と、２０００年１１月９日に出願されたＥｌｄｒｉｄｇｅ  ａｎｄ  Ｗｅｎｚｅｌによる発明の名称が“ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＳＣＡＬＥ  ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＳＰＲＩＮＧ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＷＩＴＨ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＣＯＮＴＯＵＲＳ”  である米国特許出願第０９／７１０５３９と、に開示されている。上記の出願は単一の金属層から作られたスプリング要素を開示する。この金属層は、マイクロ機械加工又は成形プロセスを使用して形作られたパターン付きの３次元の犠牲材料の層の上にメッキされる。犠牲層は次に取り除かれ、取り除かれた層の輪郭形状を有する独立のスプリングコンタクトが残される。
【０００８】
したがって、多層及び単層のスプリングコンタクトの性能を実質的により低コストで実現又は改良する改良型の超小型電子スプリングコンタクトと、それを製造する方法とが必要である。スプリングコンタクトは、非常に緻密なファインピッチアレイにおいてＩＣ及び同様の装置へ直接的に接続するため役に立ち、比較的に取り外し可能である接続と比較的に永久的な（たとえば、はんだ付けされた）接続の両方を作ることができるであろう。
【０００９】
さらに、望ましくは、超小型電子スプリングコンタクトは、低コスト、取り外し可能性及び弾力性が重要である小型パッケージングスキームにおいて役に立つ。典型的なアプリケーションには、ＢＧＡパッケージよりも小さいパッケージを必要とする携帯型電子部品（携帯電話機、パームコンピュータ、ページャ、ディスクドライブなど）が含まれる。このようなアプリケーションに対し、はんだバンプは、ＩＣ自体の表面に直接的に堆積させられ、印刷回路基板（ＰＣＢ）への取り付けのため使用されることがある。このアプローチは、一般的に、ダイレクトチップアタッチ又はフリップチップと呼ばれる。フリップチップアプローチは様々な不利の影響を受ける。一つの主要な欠点は、ダイの下に高分子アンダーフィルが必要とされることである。アンダーフィルは、樹脂ベースのＰＣＢの典型的に非常に大きい膨張に対するシリコンダイの比較的小さい熱膨張によって生じる熱応力を低減するために必要である。このアンダーフィルの存在はしばしば部品の再加工を不可能にさせる。その結果、ＩＣ又はそのＰＣＢへの接続が不良であるならば、たいていＰＣＢ全体を廃棄しなければならない。
【００１０】
別のタイプのＢＧＡパッケージであるチップスケールのボールグリッドアレイ、すなわち、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）は、このフリップチップの欠点を解決するため開発された。チップスケールパッケージでは、はんだボール端子は、パッケージサイズを縮小するため、典型的に半導体ダイの下に配置され、付加的なパッケージング要素がアンダーフィルの必要性を除去するために存在する。たとえば、一部のＣＳＰにおいて、軟らかい可塑性エラストマー層（すなわち、エラストマーパッド）がダイとはんだボール端子との間に配置される。はんだボール端子は、薄い２層のフレックス回路に実装され、又は、可塑性部材上の端子に実装される。ＩＣは、典型的にワイヤ又はタブリードを使用してフレックス回路又は弾性部材上の端子に接続され、（ボールグリッドアレイを除く）組立体全体が適当な樹脂にカプセル化される。
【００１１】
エラストマー部材は典型的に、約１２５μｍ乃至１７５μｍ（５〜７ｍｉｌ）の厚さのシリコンのような高分子化合物である。エラストマーパッド又はエラストマー層は基本的に、フリップチップで使用されるアンダーフィルの機能を実行し、アンダーフィルを置き換え、すなわち、ダイとＰＣＢとの間の熱的不整合応力を最小限に抑える。その他のＣＳＰ設計では、ＩＣは、２層のフレックス回路の表面に直接的に接着され、ワイヤリードを使用してフレックス回路にチップ側の端子に接続される。はんだボールはフレックス回路の反対側の表面に実装される。この設計はダイをＰＣＢからデカップリングするエラストマー層を欠くので、アンダーフィルの必要性を除去しない。
【００１２】
現在のチップスケールパッケージ設計は多数の欠点がある。エラストマー材料は湿気を吸収する傾向があり、過剰な湿気が吸収されると、リフロー温度におけるこの湿気の急速な放出はエラストマー層における空隙の形成、又は、パッケージの破裂の原因となる。たとえば、湿気はエラストマーの高分子材料から放出され、ダイ取り付け接着剤内に閉じこめられ始める。空隙は次に、この閉じこめられた湿気がボードアセンブリ加熱操作中に膨張するときに形成され、典型的に、破損及びパッケージ故障の原因となる。このような空隙の形成はＰＣＢへのリフローアタッチメント中において特に問題である。
【００１３】
チップスケールパッケージ設計に関する別の問題は、エラストマーパッドを選別し個々のサイトに置くことによって、又は、スクリーン印刷し、続いて流体高分子を硬化させることによって、典型的に行われるエラストマー部材を集積化するプロセスである。いずれの場合も、ＣＳＰアプリケーションのため必要とされる厳しい許容範囲及びパッケージ平坦度を満たすことが困難である。たとえば、典型的なＣＳＰ設計では、パッケージ平坦度（平面性）は、すべてのはんだボールがリフロー後にＰＣＢと接触することを保証するため約２５μｍ（１ｍｉｌ）未満にされるべきである。この平坦度のレベルはエラストマー材料を堆積する従来技術のプロセスを使用して達成することが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、ＣＰＳ及びフリップチップのようなアプリケーションのための改良型の超小型電子コンタクト要素を提供することがさらに望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（発明の要旨）
本発明によるスプリングコンタクトの構造はスプリングコンタクトを製造する典型的な方法を考察することによって理解されるであろう。この方法の最初のステップにおいて、ピラミッド型のピットのような精密に形作られたピットが適当な技術、たとえば、エッチング又はエンボス加工を使用して犠牲基板に形成される。典型的に、電子装置に形成されるべきコンタクト先端の望ましい位置に対応するパターンに配置された同じピットからなる大型アレイが犠牲基板上に同時に形成される。ピットの表面は、必要に応じて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような適当な剥離材料の薄い層で覆われる。ピットは次に適当な流体エラストマー、又は、類似した可塑性材料で満たされる。エラストマー又は可塑性材料は、好ましくは、導電性フィラーのようなフィラー材料を含まない。犠牲基板は、次に、スプリングコンタクトが形成されるべき装置基板と一致させられ、エラストマーが所定の位置で硬化（凝固）され、それによって、エラストマーを装置に接着し、犠牲基板が取り除かれる。代替案では、エラストマー又は可塑性材料は、犠牲基板が装置基板に一致する前に硬化され、可塑性部材が熱の印加のようなある種の他の方法、又は、適当な接着剤によって装置に接着される。さらに別の代替案として、高分子材料のドットが、たとえば、スクリーン印刷によって装置基板に添加され、ピット形状がドットに形を作るためドットに押し付けられる。
【００１６】
上記のステップの結果として、装置基板は、装置基板の使用端子から離して置かれた少なくとも１個の可塑性パッド又は突出部、典型的には、複数の可塑性パッドが設けられる。殆どのアプリケーションでは、パッドは、好ましくは、類似した、又は、ほぼ同一の高さ及び形状であり、かなり広い底と先の尖った上端とを有する。当然ながら、パッドは意図されたアプリケーションの要求に応じてサイズ及び／又は形状が異なる。適当な形状には、ピラミッド、上端が切り取られたピラミッド、階段状のピラミッド、角柱、円錐、直方体、及び、類似した形状が含まれる。パッドは、基本的に立体であり、均質的であるか、又は、空隙、気泡、層などを含む。導電性接触が可塑性部材と装置基板との間に確立されることは必要ではない。これに対して、可塑性部材は、好ましくは、装置基板上の端子との接触を避けるように位置付けられる。さらに、可塑性パッドは、一般に、装置基板上の端子に対してピッチ拡大（ｐｉｔｃｈ−ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）パターンで分布する。
【００１７】
本発明の一実施形態では、可塑性パッドは主として弾性があり、すなわち、可塑性パッドは、印加された負荷が取り除かれた後にその元の位置へ復元するように構成される。代替的な実施形態では、可塑性パッドは主として非弾性であり、すなわち、可塑性パッドは、印加された負荷が取り除かれた後にその元の位置へ復帰しないか、又は、可塑性パッドは、弾性挙動と非弾性挙動のある種の組み合わせを示すように構成される。当業者は、予想負荷条件の下で希望の応答特性を得るため、異なる材料及びパッド幾何形状を選択しうる。
【００１８】
本発明の一実施形態では、突出部を有する装置基板は、スパッタリングのような適当なプロセスによって塗布されたチタン−タングステン層のような薄い金属シード層で覆われる。電気泳動レジスト材料のような犠牲材料の１層以上の均一な絶縁保護層が次に装置基板に塗布される。犠牲層は次に、必要に応じて、装置基板の端子から可塑性パッドのそれぞれの上端まで延在するトレースのパターンでシード層を露出するためパターニングされる。トレースパターンは、得られるコンタクト構造の剛性及び強度を高めるため可塑性パッドの上で幅を広くされる。
【００１９】
金属弾性及び／又は導電性層は、次に、部分的に露出したシード層の上で希望の深さまでメッキされる。ニッケル又はニッケル合金材料が一般的に好まれ、適当な強度と弾性をもつために十分な深さまでメッキされる。一実施形態では、ニッケル材料は十分な深さまでメッキされるので、得られたトレースは可塑性パッドよりも高剛性である。オプション的に、弾性層は、メッキステップ後に、金の薄層のような保護及び導電性層で覆われる。希望の金属層が塗布された後、犠牲材料の層と過剰なシード層は、装置基板上に可塑性突出部及び金属トレースを残すプロセスを使用して除去される。
【００２０】
得られた構造は、その後、さらなる処理を用いることなく使用できる状態であり、装置基板の希望の端子のそれぞれから対応する１個の可塑性パッドの上端まで広がるスプリングコンタクトと一体化した金属トレースを含む。好ましくは、各可塑性パッドの先が尖った上端は、高度に絶縁保護的なメッキプロセスによってかなり鋭く先の尖った上端を各スプリングコンタクトに与えている。各コンタクトは、各可塑性パッドの底から各パッドの上端へ横方向と縦方向の両方へ延び、スプリングコンタクトが撓められたときに、有利なワイピング（ｗｉｐｉｎｇ）作用をコンタクト先端の運動に加える片持ち梁構造を提供する。スプリングコンタクトは使用中に可塑性パッドによって有利に支持される。
【００２１】
可塑性材料の支持は、適切な接触力を与えるためにスプリングコンタクトに必要とされたであろうメッキ層よりもより薄いメッキ層の使用を可能にする。このより薄いメッキ層は、今度は、メッキステップ中にかなりの処理時間を節約する。さらに、上記の方法は、犠牲層の輪郭削り又は成形の必要性と、鋭いコンタクト先端を与えるための別個の形成ステップの必要性と、トレースをリディストリビューション（ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）するための別個のステップの必要性とを回避する。
【００２２】
代替的な一実施形態では、メッキステップと、シード層を塗布し、レジスト層を塗布しパターニングする関連したステップは省かれる。その代わりに、希望のトレース及びコンタクト要素が、スパッタリング又は蒸着のような方法によって装置基板及びエラストマー突出物に直接的にパターニングされる。
【００２３】
別の代替的な実施形態では、トレースは、エラストマーパッド又はアンダーフィルを必要としないフリップチップアプリケーションのため構成される。トレースは、装置基板に平行な方向に弾性をもつように形作られる。便宜上、このようなトレースは、本明細書中、「横型スプリング」と呼ばれるが、「横型」は、装置基板に平行な方向における弾性を記述するという意味を除いて限定的ではないことは明らかであろう。水平弾性は、装置基板とＰＣＢ、又は、ＰＣＢが実装された他の部材との間の熱的不整合を補償し、それによって、アンダーフィルに関する要求及びエラストマー部材に関する要求を除去する。オプション的に、トレースは、上記の参考文献に記載されたスプリングコンタクトと同様に装置基板に垂直な方向で弾性的にされる。
【００２４】
好ましくは、横型スプリングコンタクトは装置基板の犠牲層に形成される。各横型スプリングコンタクトは、装置の端子と、はんだボール又は接着性接続を用いてＰＣＢの対応したパッドに接合するパッドのようなボンディングパッドとの間に広がる。横方向の可撓性は、ジグザグ状、ひだ状、小純鋸歯状（ｃｒｅｎｕｌａｔｅｄ）又は蛇行状のパターンのような適当なやり方でトレースをパターニングすることにより与えられる。犠牲層は次に除去され、各横型スプリングコンタクトは、その対応する端子に取り付けられた場所を除いて、装置基板の上に吊した状態にされる。各トレースは、このようにして、装置基板に平行な方向において可撓性が与えられる。各トレースの自由端が接合用基板に接合されるとき、装置と接合用基板との間の熱的不整合から生じる応力は横型スプリングコンタクトの撓みによって軽減される。オプション的に、可塑性パッドは、付加的な縦方向支持のため、横型スプリングコンタクトのコンタクト先端の下に位置してもよい。
【００２５】
層状超小型電子コンタクトと横型スプリングコンタクトのより完全な理解は、それらのさらなる効果及び目的の実現と共に、以下の好ましい実施形態の詳細な説明の検討によって、当業者に与えられるであろう。最初に簡単に説明される添付図面が参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は、従来技術のスプリングコンタクトの制限を解決する超小型電子スプリングコンタクトを提供する。以下の詳細な説明中、類似した要素数字は一つ以上の図に現れる類似した要素を記述するため使用される。
【００２７】
本発明は、本明細書中で参照された特許出願に記載された多層及び単層のリソグラフィックスプリングコンタクトの利点を、より低くなる可能性のあるコストで、実現し、ある種のパッケージング及び接続アプリケーションのさらなる効果を奏する。本発明のスプリングコンタクトは、接続要素としてのボールグリッドアレイの使用を置き換えるか、又は、増強するフリップチップパッケージ及びＣＳＰのような小型パッケージングアプリケーションに特に適当であると考えられる。
【００２８】
材料の適切な選択によって、スプリングコンタクトは試験アプリケーション及びバーンインアプリケーションにも使用される。したがって、本発明のスプリングコンタクトが初期試験及び／又はバーンインのための個片化されていないウェハーの装置上で直接的に製造され、必要に応じてパッケージングの前又は後のバーンイン試験のため試験後に装置上に残存し、次に、一次接続要素として（すなわち、はんだ又は導電性接着剤の有無とは無関係に）電子部品への最終的な組立体として使用されることは、本発明の意図及び目的の範囲内に収まる。代案として、本発明のスプリングコンタクトは、上記のアプリケーションのうちの選択された一つ、又は、組み合わせのため使用され、ＢＧＡのような他の接続要素を組み込むパッケージ内で二次接続要素（たとえば、フレックス回路へのＩＣ）として使用され、試験プローブのコンタクト要素又はインターポーザ要素として使用され、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）ソケットのようなコネクタ内で使用され、又は、その他の適当な接続アプリケーションのため使用される。
【００２９】
典型的な層状超小型電子スプリングコンタクト１００は図１に示されている。スプリングコンタクト１００は、ピラミッド型可塑性パッド１１０の形の第１の非導電性エラストマー層及び金属トレース１０２の形の第２の導電性弾性層からなる２層の材料の一次層を含む。スプリングコンタクト１００は、導電性層（トレース１０２）の少なくとも一部分が非導電性層（パッド１１０）の上に重なり、これらの２層が一体となってコンタクト１００を画定するので、階層構造として説明される。
【００３０】
可塑性パッド１１０は、本明細書に記載されたパラメータの範囲内の適当な形状であればよい。本発明の一実施形態では、可塑性パッドは成形形状のような精密に形成された形状である。代替的な実施形態では、パッド１１０は、比較的不定形な塊のようなあまり明確ではない形状である。パッドの外形は、パッド表面上に堆積された比較的硬い金属性先端とビームに分けられる。密集したスプリングコンタクトのアレイの全体で高度の均一性を確保するため、各パッドは、パッド間の変動性を最小限に抑える並列処理を使用して形成される。鋳造一般のような並列形成は、必要な時間が個別の塊の形成よりも短いというさらなる利点がある。
【００３１】
特に、パッド１１０はピラミッド型の形状を有するが、たとえば、本明細書中に記載されているパッド形状のようなその他の適当な形状が使用される。より一般的に表現すると、パッド１１０は、パッドが基板１１６に接着される場所である比較的広くかつ平坦な底領域１１２と、基板から離れる方へ延在し、基板から遠い方の比較的小さい終端領域へ向かって先細りになる自由側面１０９とを有する先細状の塊として説明される。終端領域は、上に重なる金属性先端１０４によって図１では視野から隠されている。この先細状の形状は、基板１１６に接着するための面積を最大化すると共に、画定された先端構造を効果的に支持する。本実施形態において、ピラミッド型の形状は、起こり得る気体放出からコンタクト１００を換気し、コンタクトアレイの全体での熱応力緩和のため横方向の可撓性を増加させるように、エラストマー材料からの気体放出の可能性を低下させる。
【００３２】
ピラミッド型の可塑性パッドが特に適しているのは、希望の先細状の特性を備えたピラミッド型の形状が、一般的に入手可能な結晶シリコン材料の特性をを利用することによって、高精度、かつ、非常に小さいスケールで簡単に形成されるからである。よく知られているように、側面がシリコン材料内の結晶面の方位によって画定されるピラミッド型のピットは、適切にパターニングされたフォトレジストの層で覆われたシリコン基板をＫＯＨのような適当なエッチング液で露出することにより簡単に生産される。実質的に同一のピラミッド型のピットからなるアレイは、このようにして、シリコン基板に生産され、ピットを備えた基板は、同一のピラミッド型の可塑性パッドのアレイを形成する鋳型として使用される。角柱型、先を切り取られたピラミッド型又は角柱型、及び、階段状のピラミッド型又は角柱型のような関連した形状は、当業者に明らかであるように、適当なエッチング及びマスキングプロセスを使用して同様に形成される。
【００３３】
可塑性パッド１１０は適当な材料から作られる。たとえば、適当なエラストマー材料は、シリコーンゴム、天然ゴム、ゴム引きのプラスチック、及び、各種のその他の有機高分子材料を含む。当業者は、意図された（温度又は化学的環境のような）動作環境と、スプリングコンタクトの希望の構造特性とを考慮することにより適当な材料を選択する。たとえば、一旦コンタクト幾何形状、希望の圧縮率の範囲、及び、最大接触力が定義されると、適度に軟らかく弾性のある材料が選択される。好ましくは、パッド材料は、特定のフィラー材料を含まない均質なプラスチック材料であり、本質的に非導電性である。均質なプラスチック材料は、約５ｍｉｌ（約１３０μｍ）幅よりも狭い可塑性パッドのような、小さいスケールの精密なパッド形状に非常に簡単に形成される。
【００３４】
可塑性パッド１１０は、電気接続が望まれる端子１１４から離れた場所で基板１１６に接着される。導電性トレース１０２が、次に、電気メッキのようなプロセスによって端子１１４から可塑性パッドの終端領域まで堆積される。トレース１０２は、適当な金属又は金属合金からなり、１層以上の層を含む。たとえば、トレース１０２は、導電性のための比較的薄い金の層で覆われた強度と剛性のための比較的厚いニッケル又はニッケル合金の層からなる。トレース１０２は、好ましくは、パッド１１０の終端領域に堆積されたコンタクト先端部１０４と、パッド１１０の底１１２からコンタクト先端１０４まで広がるパッドに支持された梁部１０６と、梁部１０６を端子１１４へ接続する基板に支持されたリディストリビューショントレース部１０８とを有する一体的な金属の部品である。コンタクト先端１０４は、（図示されるように）比較的先が尖り、接合用端子の酸化物及び汚染層を貫通する。代案として、コンタクト先端１０４は、比較的平坦であり、はんだボールのような外形を支持する。梁部１０６は、図示されるように、底１１２における広い幅から先端１０４における狭いネックまで先細状である。この先細状の設計は、梁長に沿って応力をより一様に分布させる効果がある。代案では、梁１０６は、一定の幅で作られ、逆向きに先細状にされ（上部で幅が広い）、又は、その他の適当な形状を有する。基板１１６は、半導体ダイ若しくはウェハー、ダイ若しくはウェハーのためのコネクタ又はソケット、及び、印刷回路基板を含むが、これらに限定されない適当な電子装置である。
【００３５】
スプリングコンタクト１００は、図２に示されるように、ピッチ拡大アレイ１１８において簡単に使用できる。基板１１６上の端子１１４は第１のピッチＰ１で配列され、コンタクト先端１０４は粗いピッチＰ２で配列され、ここで、Ｐ２はＰ１よりも大きい。図２は、トレース１０２のリディストリビューション部１０８を位置決めする様々な方式をさらに表す。図２の右下に示されるように、遠い方のコンタクト１００’のリディストリビューショントレース１０８は、近い方のコンタクトの可塑性パッド１１０の完全に周囲に経路設定される。代案として、図２の左下に示されるように、遠い方のコンタクト１００’’のトレース１０８は、近い方のコンタクトの可塑性パッド１１０の直ぐ上に、そのパッドの底１１２と隣接して、堆積される。可塑性パッドの開放領域上のトレースの位置決めは、リディストリビューショントレースを位置決めする空間が制限されている非常に高密度のアレイにおいて有利である。このような位置決めはさらにスプリングコンタクトを形成する材料の応力を緩和する。
【００３６】
図３乃至７は、本発明の様々な代替的な実施形態を表す。図３は、複数のスプリングコンタクト１２２を支持する角柱型の可塑性パッド１２４を示す。パッド１１２の終端領域は部分的に露出する。コンタクト１２２のその他の外形はスプリングコンタクト１００について説明した外形と類似する。図４は、半球型のパッド１３２を備えたスプリングコンタクト１３０を示す。コンタクト先端１０４は比較的平坦である。図５は、円錐型の可塑性パッド１３６を備えたスプリングコンタクト１３４を示す。図６は、階段状ピラミッド型の形をした可塑性パッド１４２を有するスプリングコンタクト１４０の側面図である。規則的なパッドと比較すると、階段状ピラミッド型のパッド１４２はアスペクト比が小さく、すなわち、所定のサイズの底に対する高さが低い。小さいアスペクト比は、より大きい接触力が望ましいアプリケーションに、より堅固なコンタクトを提供するため有利である。図７は、先を切り取られたピラミッド型の形をした可塑性パッド１５２を有するスプリングコンタクト１５０の側面図である。先を切り取られたピラミッド型の形状も同様に小さいアスペクト比を与え、平坦なコンタクト先端１０４が望まれるアプリケーションに適している。スプリングコンタクトは、本発明の意図から逸脱することなく、本明細書中に表された形状及び構造とは異なる様々なその他の形状及び構造で設けられる。
【００３７】
可塑性パッドと上に重なる導電性トレースの相対的な構造特性は変化する。本発明の一実施形態では、可塑性パッドは導電性トレースよりも比較的軟らかく可撓性がある。図８は、比較的可撓性のあるパッド１１０及び比較的剛性のある梁１０６を有するスプリングコンタクト１００の撓みモードを表す。本実施形態では、スプリングコンタクト１００の特性は、可塑性パッドによって支持されない場合に撓む状態と同じ状態で接触力の影響下で撓む梁１０６の特性によって支配される。コンタクト先端１０４は、したがって、縦変位「ｄｚ」に対応する横距離「ｄｘ」を動き、それによって、コンタクト先端に有利なワイピング作用を与える。
【００３８】
代替的な実施形態では、導電性トレースは可塑性パッドよりも比較的可撓性にされる。図９は、可塑性パッド１６２よりも比較的可塑性があるパッドに支持された梁１６６を有するスプリングコンタクト１６０の撓みモードを表す。可撓性を高めるため、コンタクト先端１６４、梁１６６及びリディストリビューショントレース１６８は、比較的薄い層として堆積され、このことは梁１０６のような比較的厚い梁を堆積するよりも素早く実現される点で有利である。対称的に支持されることによって、パッド１６２は、明らかな横の撓みを伴うことなく縦距離「ｄｚ」で撓む。梁１６６及びコンタクト先端１６４はパッド１６２の輪郭に倣って曲がる。
【００３９】
図８及び９は、両極端の反対側である撓みモードを表すことが認識されるべきである。図８と９に表されたモードの中間にあるモードで作用するコンタクトを構成することが望ましい。中間モードでは、スプリングコンタクトは両方の撓みモードの特性を示す。たとえば、コンタクト先端は、ある程度の横方向の撓み、すなわち、ワイプが起こると共に、同時に可塑性パッドによって実質的に支持されている。したがって、中間モードでは、両方の撓みモードの利点、すなわち、ワイピング作用と、薄い、素早く形成されるトレースの両方がある程度まで実現される。当業者はあらゆる希望の撓みモードで作用するスプリングコンタクトを作ることができる。一定の幾何形状と材料の選択に対して、梁の厚さは希望の撓みモードが実現されるまで変えられる。コンピュータモデリングは、特定のスプリングコンタクト設計の撓み特性を予測するため設計段階において役立つ。
【００４０】
図１０は、本発明による超小型電子スプリングコンタクトを形成する方法２００の典型的なステップを表す。初期ステップ２０２において、可塑性パッドが犠牲基板に形成される。可塑性パッドのアレイを形成するため、シリコン基板のような犠牲基板内の精密ピットは、形成されるべきスプリングコンタクトアレイ内の希望のコンタクト先端の配置に対応するパターンである。精密ピットは希望の可塑性パッドの形状に対応する形状で形成され、たとえば、ピラミッド型のピットがピラミッド型のパッドなどを形成するため使用される。適当な方法が精密ピットを形成するため使用され、特に、様々なリソグラフィック／エッチング技術が様々な形状のピットを形成するため利用される。ピットが作成された後、犠牲基板は、好ましくは、ＰＴＦＥ材料又はその他のフルオロポリマーのような適当な剥離剤の薄い層で覆われる。可塑性パッドを形成する代替的な方法は、硬化していない、すなわち、軟化したエラストマー材料の塊を基板上に直接的に堆積し、次に、所定の場所でエラストマーを硬化し、すなわち、固めるものである。
【００４１】
犠牲層が準備された後、ピットは、好ましくは液体状態の、選択されたエラストマー材料で埋められる。コンタクトが形成されるべき基板（「装置基板」）が次に犠牲基板に実装され、エラストマー材料が所定の場所で装置基板と共に硬化し、すなわち、固められ、それにより可塑性パッドを基板に接着する。基板とその付着したパッドは、次に、犠牲基板から取り外され、ステップ２０４に示されるように、そのパッドを装置基板へ移動する。犠牲基板は必要に応じて再使用される。
【００４２】
代案として、犠牲基板内のピットが液体エラストマーで満たされた後、エラストマー材料は、使われずに開放されたままの犠牲基板と共に硬化すなわち固められる。犠牲基板は、次に、適当な接着材料で覆われ、それによって、可塑性パッドの露出した底を覆う。好ましくは、接着材料はパターン形成可能であるので、接着材料は、エラストマー材料の上の領域を除いて犠牲基板から除去される。その上、接着材料は、好ましくは、感圧型であり、その結果、接着材料は接合用基板と接触して接着する。可塑性パッドは次に必要に応じて装置基板へ移される。
【００４３】
可塑性パッドが装置基板上の所定の位置にあれば、ステップ２０６において、導電性トレースが装置基板の端子と対応するパッドの上端との間に堆積される。図１１は、導電性トレースを装置基板と可塑性パッドの上に堆積する方法２１０の典型的なステップを表す。ステップ２１２において、シード層が装置基板及びその付着した可塑性パッドの表面全体に堆積される。一つの適当なシード層は、スパッタリングされたチタン−タングステン層であり、適当なシード層は当業者によって選択される。
【００４４】
ステップ２１４において、犠牲層がシード層の上に堆積される。犠牲層は、フォトレジスト材料のようなパターン形成可能な材料であり、好ましくは、装置基板とその突出するエラストマーパッドの上に高度に絶縁保護的な層として塗布される。多種多様な方法がレジスト材料の絶縁保護層を堆積するため使用される。約３５μｍまでの厚さのための一つの適当なコーティング方法は電着（電気泳動レジスト）である。その他の方法には、コーティング材料の層流が装置基板の上を通り過ぎるスプレーコーティング、スピンコーティング、又は、メニスカスコーティングが含まれる。連続して材料の層をコーティングし硬化させることにより、より深さが増す。犠牲層の最小深さは、好ましくは、堆積されるべき希望の金属性トレースの厚さ以上である。
【００４５】
ステップ２１６において、犠牲層は、導電性トレースが堆積されるべき領域内でシード層を露出させるためパターニングされる。一般に、パターニングは技術的に知られている適当なフォトパターニング技術を使用して実現される。ステップ２１８において、導電性トレース材料は、たとえば、電気メッキを用いて、露出したシード層の領域の上に希望の厚さまで堆積される。ニッケル又はニッケル合金の比較的厚い層と、それに続く金、又は、パラジウム、プラチナ、銀、若しくは、それらの合金などのその他の適当なコンタクト金属の比較的薄い層のような異なる材料の連続層は、必要に応じて塗布される。ステップ２２０において、犠牲層は、たとえば、適当な溶媒中で溶解することにより除去される。装置は、それによって、本発明によるスプリングコンタクトのアレイが設けられる。
【００４６】
金属トレースが比較的薄く可撓性であるスプリングコンタクトの場合、金属トレースは電気メッキによって堆積される必要が無く、好ましくは、スパッタリング又は蒸着のような方法によって堆積される。このような場合、装置基板及び可塑性パッドの表面全体は、シード層と同じように、希望の深さまで金属の薄い（１層以上の）層で覆われる。次に、フォトレジスト層が塗布され、金属性トレース層が望まれる装置基板のこれらの領域を保護するためパターン形成される。金属層の残りの保護されていない領域はエッチングステップで除去される。電気メッキステップを取り除くことにより、処理時間は比較的剛性のある金属性コンタクト要素を必要としないアプリケーションについて実質的に短縮される。
【００４７】
比較的薄く可撓性のある金属層を用いる層状スプリングコンタクトの場合、可塑性パッドの表面全体を含む高い割合まで可塑性表面を覆うことが有利である。殆どの可塑性パッド１７１が金属性層１７２によって覆われた典型的なスプリングコンタクト１７０が図１２及び１３に示されている。本明細書中に記載された他のスプリングコンタクトと同様に、金属層１７２は、基板の端子と可塑性パッド１７１の底との間に広がり、基板で支持されたリディストリビューション部と、パッドの底から上方へ延在するパッドで支持された部分１７６と、可塑性パッド１７１の上端のコンタクト先端１７４と、を具備する。典型的なコンタクト１７０では、ピラミッド型のパッド１７１の４面すべてが、ピラミッドの四隅に沿った比較的狭い領域を除いて、金属層１７２で覆われる。可塑性パッドを覆う割合を大きくすることは、コンタクト１７０の抵抗率を下げるために有利であり、パッドを破損から保護するためにも役立つ。可塑性パッドの上の金属層における開口は、金属層の応力緩和のために望ましく、変形時にパッドの拡大（膨張）のための空間を与え、気体放出のため通気する。応力緩和はさらに、たとえば、金のような非常に延性のある材料の金属層１７２を設けることによって、金属層の開口を使用しなくても行われる。
【００４８】
図１４は、スプリングコンタクト１７０と同様に構成されているが、トレース１７８のうちのパッドで支持された部分１７９に横方向の可撓性を与えるために横方向にオフセットした開口１７７が位置付けられたスプリングコンタクト１７５を表す。開口１７７を適切に構成することによって、コンタクト１７５の横方向可撓性が増加する。すなわち、コンタクト１７５は、トレース１７８の引き裂け又はスプリングコンタクトのその他の故障を伴うことなく、そのコンタクト先端の底に対する横方向の撓みをより受け入れやすくなる。横方向の撓み力は、特に、コンタクト１７５がその先端１７４で接合用基板にはんだ付けされるときに、装置基板と接合用基板との間の熱的不整合によって生じる。
【００４９】
図１５Ａは、超小型電子スプリングコンタクト１００のアレイを表面に有する典型的なフリップチップ装置１８０の平面図を表す。同じ装置１８０の拡大図が図１５Ｂに示されている。各コンタクト１００は、上述のように、装置１８０の端子１１４に接続される。装置１８０は、メモリチップ又はマイクロプロセッサのような半導体装置である。スプリングコンタクト１００は、好ましくは半導体ウェハーからの個片化の前に、装置１８０上に直接的に形成される。コンタクト１００は次に試験と組立の両方の目的のため装置に接続するため使用される。フリップチップ実装は非常に小型の設計を表現するが、コンタクト１００は、必要に応じて、ＣＳＰ設計に同じように組み込まれることが認識されるべきである。
【００５０】
図１６は、印刷回路基板のような接合用電気部品１８４と接触した装置１８０の側面図を表す。各コンタクト１００のコンタクト先端は部品１８４の端子１８６と接触する。装置１８０の取り付けを簡単に取り外し可能にすることが望まれるならば、制御された大きさの圧縮力１８２が実装用フレーム又はその他の締結装置を使用して加えられる。圧縮力１８２は、基板１８４に垂直な方向と基板１８４に平行な横方向へコンタクト１００を撓ませる。コンタクト１００の横方向の撓みはコンタクト先端で有利なワイピング作用を生じる。装置１８０は、必要に応じて、圧縮力１８２を緩めることにより取り外される。コンタクト１８０が端子１８６にはんだ付けされていないならば、基板１８４と装置１８０との間の熱的不整合による横方向応力は、コンタクト１００のコンタクト先端と端子１８６との間の滑りによって緩和される。コンタクト１００が所定の位置にはんだ付けされるならば、コンタクトに内在的な横方向の可撓性を与えることが望ましい。
【００５１】
たとえば、図１２乃至１４に表されたタイプのコンタクト１７０は、図１７に表されるように部品１８４にはんだ付けされる装置１９０に設けられる。コンタクト１７０の金属性部分は比較的薄く可撓性があり、本明細書の他のところに記載されるように横方向の可撓性を高めるためパターニングされる。コンタクト１７０の金属性部分は自立型ではなく、各コンタクトの可塑性パッドによって支持される。装置１９０は、はんだペースト材料の塊１９２を使用して端子１８６に取り付けられる。コンタクト１７０に使用される可塑性パッド材料は、取り付け中にさらされるはんだリフロー温度に耐えるように選択される。はんだ付けされた後、コンタクト１７０は、依然として熱応力緩和のための比較的小さい力レベルで横方向へ撓むことができる。同様に、スプリングコンタクトアレイを換気する十分な空間が装置１９０のコンタクト１７０の間に残るので、可塑性パッドのエラストマー又はその他の材料の気体増加によるパッケージングの破損の可能性は低下する。
【００５２】
ある種のフリップチップ及びＣＳＰアプリケーションでは、スプリングコンタクト内の可塑性パッドの必要性を取り除くことが望ましい。可塑性の支持用パッドを必要とすることなくフリップチップの横方向弾性を与える適当な自立型スプリングコンタクト３００、及び、同様のアプリケーションは、図１８に表されている。スプリングコンタクト３００は、本明細書中で横型スプリングコンタクトと呼ばれる、すなわち、スプリングコンタクトがその実装される基板の表面に平行な方向に主として弾性的であるタイプの超小型電子スプリングコンタクトの一実施例である。コンタクト３００は、基板１１６に取り付けられた底３０６と、基板１１６に実質的に平行な平面内で動き、長さ方向に少なくとも１回の曲がりをもつ片持ち梁３０４と、はんだ接着のため構成されたコンタクト先端３０２と、を具備する。コンタクト３００は、電気メッキのような方法によって堆積された比較的厚いニッケル合金トレースのような弾性のある導電性材料の一体的なシートから形成される。コンタクト３００は、金のような導電性金属の外層によって覆われ、又は、その他の好ましい方法で覆われる。
【００５３】
種々の梁形状が横型スプリングコンタクトに適している。図１９及び２０は、適当である典型的な梁形状の平面図である。図１９を参照すると、スプリングコンタクト３０８は蛇行状梁３０４を有する。梁３０４の各曲がりは、底３０６と先端３０２との間の方向線にさらなる弾性を付加する。図２０を参照すると、梁３０４における一連のヘアピン状の曲がりがスプリングコンタクト３１０の底３０６と先端３０２との間に弾性を与えるため使用される。このヘアピン状設計は、底と先端との間のより狭い空間内で横の弾性を高める。多数のその他の形状が同様に梁３０４のため適当であることは明らかである。当業者は、縦（基板に垂直）方向に適当な剛性と自立性があると共に、横方向に十分な可撓性及び弾性がある適当な形状を選択する。
【００５４】
本発明による横型スプリングコンタクトを形成する方法２５０の典型的なステップが図２１に表される。ステップ２５２において、第１の犠牲層が装置基板の上に堆積される。ステップ２５４において、第１の犠牲層は、装置基板の端子を露出させるためパターニングされる。さらなる領域が露出され、その領域にスプリングコンタクトを支持する構造（特に長いスパンを有する構造）が形成される。第１の犠牲層は、フォトリソグラフィーの技術において使用されるフォトレジスト材料のようなパターン形成可能な材料であればよい。第１の犠牲層は、基板表面の上に横型スプリングの希望の高さに等しい均一な厚さの層として堆積されるべきである。第１の犠牲層は、次に、装置の端子及び端子周辺を含む基板表面の領域を露出させるため技術的に知られているようなフォトリソグラフィック技術を使用してパターニングされる。露出した領域は、予想される縦方向及び横方向の負荷に対抗して構成されるべき横型スプリングを支持するために十分な大きさであることが必要である。
【００５５】
装置の端子が露出された後、第１の犠牲層の殆どが基板上に残っている間に、ステップ２５６において、上記のシード層が第１の犠牲層と露出した端子領域との上に堆積される。ステップ２５８において、第２の犠牲層がシード層の上に堆積される。第２の犠牲層は同様に光パターン形成可能な材料からなり、横型スプリング材料の希望の厚さ以上の均一な深さまで堆積されるべきである。ステップ２６０において、第２の犠牲層は形成されるべき横型スプリングの希望の形状にパターニングされる。シード層は各端子領域から第１の横層の上に広がる梁に沿って、パッド形状の先端である先端まで露出される。
【００５６】
導電性材料の層は、次に、ステップ２６２において、たとえば、金属性材料を希望の厚さまで電気メッキすることにより、パターン付きの第２の犠牲層に堆積される。したがって、導電性材料は、希望の形状のスプリングコンタクト構造を設けるため露出したシード領域の上だけに堆積される。導電性材料は、横型スプリングコンタクトの希望の構造的特性及び電気的特性に応じて選択される。たとえば、ニッケル又はニッケル合金材料は、強度及び弾性のための１次構造材料として選択され、金のようなより導電性の高い材料の第２の層が最上層として塗布される。当業者は、その他の適当な材料及び材料の組み合わせが任意の層数で塗布されることを認識するであろう。導電性の（一つ以上の）材料が堆積された後、第１及び第２の犠牲層は、ステップ２６４において、装置基板上の自立横型スプリングコンタクトを露出させるため、たとえば、適当な溶媒中の溶出によって除去される。
【００５７】
横型スプリングコンタクト３００のアレイ３１４が設けられた典型的な半導体装置３１２の平面図が図２２に表されている。装置３１２は、フリップチップ実装アプリケーションにおける使用に適している。各スプリングコンタクト３００は、装置３１２の端子３１６に接着された底領域３０６と、装置基板の上方で実質的に平行に広がり、少なくとも１回の曲がりを有する梁３０４と、終端領域３０２と、を有する。終端領域３０２は、はんだボール、若しくは、はんだペーストの塊、又は、その他の接合材料を収容するためパッド形状でもよい。アレイ３１４の中のスプリングコンタクト３００は、装置３１２の端子３１６のためのピッチ拡大リディストリビューションスキームを提供するため配置される。代替案では、コンタクト３００のコンタクト先端３０２はピッチ保存パターン又はピッチ縮小パターンに配置される。
【００５８】
図２３は、電子部品１８４へのフリップチップ実装構造における装置３１２を表す。はんだボール１９２は、各コンタクト先端３０２を対応する部品１８４の端子１８６に接続するため使用される。梁３０４は一般的に装置３１２及び部品１８４の対向面に平行であり、同時に、装置３１２及び部品１８４の両方から離して保持され、横方向に梁の全長に沿って自由に曲がる。装置３１２と部品１８４との間の熱的不整合によって増強される応力は、それによって、横型スプリングコンタクト３００の撓みによって緩和される。装置を部品から隔離するためにエラストマー材料は不要であり、横型コンタクト３００は装置３１２の完全な支持のため使用される。代替案として、補助浮動支持体（図示せず）が部品１８４の上で装置３１２を支持するため使用され、この場合に、コンタクト３００はより一層可撓性が高められる。
【００５９】
スプリングコンタクトは、パッドによって支持されたスプリングコンタクトの特性と横型スプリングコンタクトの特性を組み合わせるように構成される。図２４は、角柱型の可塑性パッド３２９の上に位置させられた金属性トレース３２２とワイピングタイプのコンタクト先端３２４とを有する、典型的な組み合わせスプリングコンタクト３２０を表す。梁３２６は、横方向の可撓性を高めるためパッド３２９の上でジグザグ状のパターンに成形される。種々のその他の横方向に可撓性のある形状、たとえば、蛇行状が同様に使用される。基板によって支持された端子部３２８は、角柱型のパッド３２９の底からそのまま基板１１６の上に延在する。
【００６０】
代替的な一実施形態では、スプリングコンタクトは、可塑性パッドの底より上から基板の端子まで延在する横方向に可撓性のある部分が設けられる。図２５及び２６は、この一般的なタイプのスプリングコンタクト３３０、３５０を表す。先を切り取られたピラミッド型形状の可塑性パッド１５２を有する端子３３０の側面図は図２５に示されている。金属性トレース３３２は、可塑性パッド１５２の上端にあるコンタクト先端３３４と、コンタクト先端３３４に接続されたパッドで支持された部分３４０と、部分３４０に接続された多数の曲がり３４４を有し、可塑性パッド１５２から延び、基板１１６の上で基板１１６とは無関係に広がる終端で支持された部分３４２と、部分３４２を基板１１６の端子に接続する基板で支持された部分３３８と、を具備する。金属性トレースのコンタクト先端３３４は可塑性パッド１５２によって支持されるので、トレース３３２は、別の方法で実施可能な可撓性よりも可撓性が高められる。より薄くし、より可撓性を高めると、終端によって支持された梁部３４２は、図１８に示された片持ち梁構造のようなスプリングコンタクト３００よりも高い横方向の可撓性を与える。図２５に示されたタイプのスプリングコンタクトは、このように、横方向の熱応力のより大きい緩和を必要とし、可塑性パッドの存在が問題にならないアプリケーションのために特に好ましい。
【００６１】
階段状ピラミッド型の可塑性パッド３５２を利用する同様の組み合わせコンタクト３５０が図２６に示されている。コンタクト先端３３４は、後で部品基板に取り付けるためのはんだボール１９２が設けられる。パッドによって支持されたトレース部３４０は、パッド３５２の輪郭に従って、パッドの底に隣接し、かつ、底より上の点に達する。そこから、２回の曲がり３４４を有する終端で支持された部分３４２が基板１１６上の基板によって支持されたパッド３３８まで延在する。スプリングコンタクト３５０は、その支持用パッド３５２によって縦方向に比較的堅固かつ安定させられると共に、その可塑性のある終端で支持された部分３４２により基板１１６に平行な平面内で高度の可撓性を維持する。
【００６２】
第２のトレース部３５６は同様に図２６に示されている。第２のトレース部３５６は、可塑性パッド３５２の一部の上を通って第２の可塑性パッド及び第２のコンタクトチップまで広がる。第２のパッド及び第２の先端は図２６に示されていないが、パッド３５２及びコンタクト先端３３４と類似するか、又は、それとは異なって構成される。
【００６３】
当業者は、本明細書中に記載された方法２００及び２５０のステップを適当に組み合わせることによって図２５乃至２６に示されたタイプのスプリングコンタクトを構築するであろう。たとえば、終端で支持された部分は、第１のレジスト層をパッド（たとえば、１５２又は３５２）と基板１１６の上に堆積し、次に、パッド及び端子の上の第１のレジスト層の領域を選択的に除去することにより形成される。シード層は次に第１のレジスト層とパッド及び端子の露出した領域の上に堆積される。その後、第２のレジスト層がシード層の上に堆積され、希望のトレースのパターンでシード層を暴露するためパターニングされる。トレースは、次に、露出したシード層にメッキされ、コンタクト３３０、３５０のようなコンタクトを暴露するためレジスト層が除去される。
【００６４】
以上の層状超小型電子コンタクト及び横型スプリングコンタクトの好ましい実施形態の説明によって、システム内である種の効果が実現されたことが当業者には明らかであろう。好ましい実施形態の多種多様の変更、適応、及び、代替的な実施形態が本発明の意図及び精神の範囲内でなされることもまた理解されるべきである。たとえば、可塑性パッド及び横型スプリングコンタクトの特定の形状が例示されているが、上記の発明の概念は、本明細書中に記載された一般的な特性を備えたパッド及び金属性要素のその他の形状及び構造にも同様に適用可能であることが明らかであろう。
【００６５】
別の実施例として、本明細書中に記載されたスプリングコンタクトは、半導体装置だけでなく、プローブカード及びその他の試験装置を（これらに制限されることなく）含む任意の電子部品と共に使用される。さらに別の実施例として、付加的な材料が上記のスプリングコンタクト構造体に堆積され、このような材料がスプリングコンタクト構造体の強度、弾性、導電性などを強化する。さらに別の実施例として、１層以上の材料が、上記のスプリングコンタクト構造体を製作する前又は後に、電子部品上に形成される。たとえば、（絶縁層によって隔離された）１層以上のリディストリビューショントレースが電子部品の上に形成され、引き続きリディストリビューション層上にスプリングコンタクトが形成される。別の実施例として、スプリングコンタクトが最初に形成され、引き続き１層以上のリディストリビューショントレースが形成される。当然ながら、いずれかの図面に関して説明した可塑性層（たとえば、エラストマー層）の全部又は一部は除去される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】ピラミッド型可塑性パッドを備えた本発明による典型的な超小型電子スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図２】ピッチ拡大アレイの一部分を表す図１に示されたタイプの超小型電子スプリングコンタクトのアレイの拡大平面図である。
【図３】共有角柱型可塑性パッドを使用する典型的な超小型電子スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図４】半球型可塑性パッドを使用する典型的な超小型電子スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図５】円錐型可塑性パッドを使用する典型的な超小型電子スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図６】階段状ピラミッド型の可塑性パッドを使用する典型的な超小型電子スプリングコンタクトの拡大側面図である。
【図７】先を切り取られたピラミッド型の可塑性パッドを使用する典型的な超小型電子スプリングコンタクトの拡大側面図である。
【図８】可塑性パッドよりも比較的剛性のある金属トレースを有するスプリングコンタクトの撓み特性を表す、ピラミッド型可塑性パッドを備えた典型的な超小型電子スプリングコンタクトの拡大側面図である。
【図９】可塑性パッドよりも比較的可撓性のある金属トレースを有するスプリングコンタクトの撓み特性を表す、ピラミッド型可塑性パッドを備えた典型的な超小型電子スプリングコンタクトの拡大側面図である。
【図１０】本発明による超小型電子スプリングコンタクトを形成する方法の典型的なステップを表すフローチャートである。
【図１１】端子と可塑性パッドとの間に導電性トレースを堆積する方法の典型的なステップを表すフローチャートである。
【図１２】ピラミッド型可塑性パッドの上に比較的薄く可撓性のある金属トレースが堆積した典型的な超小型電子スプリングコンタクトの拡大平面図である。
【図１３】図１２に示されたスプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図１４】横方向可撓性を高めるため、比較的薄く可撓性のある金属トレースにオフセット開口部を備えたスプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図１５Ａ】本発明による超小型電子スプリングコンタクトのアレイを有する典型的なフリップチップ半導体装置の平面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａに示されたフリップチップ装置の拡大平面図である。
【図１６】本発明による簡単に取り外し可能な超小型電子スプリングコンタクトを備えた典型的なフリップチップ装置の拡大側面図である。
【図１７】本発明によるはんだ付け可能な超小型電子スプリングコンタクトを備えた典型的なフリップチップ装置の拡大側面図である。
【図１８】本発明による横型スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図１９】本発明による蛇行状横型スプリングコンタクトの拡大平面図である。
【図２０】ヘアピン状梁部を有する横型スプリングコンタクトの拡大平面図である。
【図２１】本発明による横型スプリングコンタクトを製造する方法の典型的なステップを表すフローチャートである。
【図２２】横型スプリングコンタクトのアレイを備えた典型的なフリップチップ装置の拡大平面図である。
【図２３】基板の端子と接触した図２２に示されたフリップチップ装置の拡大側面図である。
【図２４】ピラミッド型可塑性パッドと組み合わされた横型スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図２５】先を切り取られたピラミッド型の形をした可塑性パッドと組み合わされた横型スプリングコンタクトの拡大側面図である。
【図２６】階段状ピラミッド型の形をした可塑性パッドと組み合わされた横型スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【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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【国際調査報告】
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