(57)【要約】デバイスと接合相手の基板との間に電気的接触を達成するためのマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトおよびその製造方法を開示する。このスプリングコンタクトは、デバイスの基板に接着されかつデバイスの端子から離間したコンプライアントパッドを有する。コンプライアントパッドは、基板に接着された底面、および基板から離れる向きに延設されかつ基板から遠位側の小さい方の端部に向けて先細状をなす側面を有する。デバイスの端子からは、コイルパターンをなすトレースがコンプライアントパッドの上面沿いにその端部まで延設されて、螺旋をなす。コンプライアントパッドの端部の少なくとも一部はトレースによって被覆され、コンプライアントパッドの上にあるトレースの部分はコンプライアントパッドによって支持される。別の実施態様においては、トレースを残してコンプライアントパッドを取り除くことにより、自立螺旋形コンタクトが得られる。
2006523040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス基板の端子と接合相手の電子部品との間に電気的接触をなすためのマイクロエレクトロニクス用コンタクトであって、
該基板に接着された底面、および該基板から離れる向きに延設されかつ該基板から遠位の端部に向け先細状をなす側面を有するコンプライアントパッドと、
該デバイスの該端子から延設され、かつ該コンプライアントパッドの該側面の一部の上に該端部までコイル状に巻着されて螺旋をなすトレースと、
を備えたマイクロエレクトロニクス用コンタクト。
【請求項２】
前記コンプライアントパッドが前記端子から離間した位置にある、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス用コンタクト。
【請求項３】
前記コンプライアントパッドが実質的に非導電性である、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス用コンタクト。
【請求項４】
前記コンプライアントパッドが、角錐形、角錐台形、角柱形、角柱台形、円錐形、円錐台形、および半球形から選択される形状である、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス用コンタクト。
【請求項５】
前記トレースがニッケル材を備える、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス用コンタクト。
【請求項６】
前記コンプライアントパッドが、実質的に、シリコーンゴム、ポリエポキシド、ポリイミド、およびポリスチレンから選択される材料からなる、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス用コンタクト。
【請求項７】
支持基板から延設され先細螺旋形をなすようコイル状に巻回された自立型の弾性部であって、導電材料を先細状犠牲パッド上でパターニングした後該犠牲パッドを除去することにより形成される弾性部と、
該基板および該基板に近位側の該弾性部の端部に固着された導電トレースと、
該基板から遠位側の該弾性部の端部にあるコンタクト先端と、
を備えたマイクロエレクトロニクス用コンタクト構造。
【請求項８】
前記弾性部が、角錐形、角錐台形、角柱形、角柱台形、円錐形、円錐台形、および半球形から選択される形状で先細状をなす、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス用コンタクト。
【請求項９】
前記コンタクト構造を金またはその合金で被覆した、請求項１に記載のマイクロエレクトロニクス用コンタクト。
【請求項１０】
デバイス基板に接着された底面、および該基板から離れる向きに延設されかつ該基板から遠位の端部に向けて先細状をなす側面を有する先細状パッドを設けるステップと、
該基板の端子から該端部まで該先細状パッドの上に螺旋をなすように、コイルパターンに従ってトレースをパターニングするステップと、
を包含するマイクロエレクトロニクス用コンタクトを製造する方法。
【請求項１１】
前記先細状パッドを設けるステップが、さらに、
犠牲基板上に先細状パッドを形成するステップと、
該先細状パッドを前記デバイス基板に移すステップと、
を包含する、請求項１０に記載の方法。 
【請求項１２】
前記先細状パッドを移すステップが、該先細状パッドを該デバイス基板の端子から離間した位置に移すステップをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記トレースをパターニングするステップが、
前記デバイス基板および前記先細状パッド上に犠牲材料のコンフォーマルな層を堆積するステップと、
該コンフォーマルな層を、該端子から該端部までの間にわたるトレンチを形成するようにパターニングするステップと、
該トレンチに金属材料をメッキするステップと、
該コンフォーマルな層を該デバイス基板から除去するステップと、
をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
トレースをパターニングする前記ステップが、さらに、化学気相成長法、物理気相成長法、およびスパッタ法から選択される方法で金属材料を堆積するステップを包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記先細状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包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ピットをエッチングするステップが、角錐形、角錐台形、段付き角錐形、円錐形、半球形、角柱形、および角柱台形から選択される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包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記先細状パッドを形成するステップが、前記ピットに液体エラストマー材を充填するステップをさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
硬化ステップにおいて前記液体エラストマー材を前記デバイス基板に接触させるステップをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記先細状パッドを設けるステップが、エラストマー材を備える前記先細状パッドを設けるステップをさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
トレースをパターニングする前記ステップの後に、前記基板から該トレースを残して前記先細状パッドを除去するステップをさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスなどで使用するマイクロエレクトロニクス用コンタクトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
より小さくより高度な電子部品に対する需要が、より小さくより複雑な集積回路（ＩＣ）を求める勢いを強めることになった。ＩＣがより小さくなり、リードカウントが高くなることは、結果的に、永久取り付けまたは半永久取り付けのための実装技術においても、試験やバーンインのような容易に取り外し可能な形での利用においても、より高度な電気的接続手法が要求されることになる。
【０００３】
例えば、最新の多くのＩＣパッケージは、ほんの数年前によく使用されたＩＣパッケージと比べて、実装面積がより小さく、リードカウントがより高く、電気性能および熱的性能がより優れている。このような稠密型ＩＣパッケージの一例が、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、一般に端子付きの矩形パッケージで、通常はパッケージの底面から突出したハンダボールのアレイの形をなす。これらの端子は、プリント回路基板（ＰＣＢ）または他の適切な基板の表面に配設された複数のボンディングパッドに取り付けられる。アレイをなすハンダボールは、ＢＧＡパッケージを実装した電子部品を超音波室または同様の熱エネルギー源に通すなどの方法によってリフローさせ、接合相手の電子部品上のボンディングパッド（端子）と接合させた後、エネルギー源を取り除いてハンダを冷却硬化さることにより、比較的永久性の接合を形成する。一度溶かして、再度硬化させたハンダボール接続のハンダは、たとえ再利用するにしても、容易には再利用することができない。したがって、試験やバーンイン処理時に、ＩＣの端子パッドまたはＢＧＡパッケージのハンダボールとの電気的接触を達成するために、容易に取り外し可能な個別型のコンタクトエレメントが必要とされている。
【０００４】
容易に取り外し可能なコンタクトエレメントを稠密実装・接続法で使用することの利点は従来から認識されていた。ＩＣのような基板に直接取り付ける形で使用される可撓性および弾力性を有する容易に取り外し可能なマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトが、Ｋｈａｎｄｒｏｓ等の米国特許第５，９１７，７０７号に記載されている。とりわけ、この米国特許第第５，９１７，７０７号には、極細線を基板に接合するステップ、およびその後その極細線を電気メッキして弾性エレメントを形成するステップを含むワイヤボンディングプロセスを用いて製造されるマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトが開示されている。これらのマイクロエレクトロニクス用コンタクトは、バックエンドウェーハ処理のような用途において、また特に、これがタングステン細線に取って代わったプローブカード用のコンタクト構造としての用途で、相当大きな利益をもたらした。ほとんどすべての半導体デバイスにおいてこれらと同じまたは同様のコンタクトエレメントを用いてデバイス間の電気的接続を行うことにより、ほとんどすべての種類の電子デバイスにおける一時的な（容易に取り外し可能な）接続も、より永久性の接続も含めて、電気的接続をなすことが可能である。
【０００５】
しかしながら、現在、ファインピッチ・スプリングコンタクトは、製造コストが高いため、利用可能な範囲が比較的コストに左右されにくい用途に限られている。製造コストの大部分は、製造設備および工程所要時間に関連する。上記特許に記載のコンタクトは、並列型の一時多処理操作型プロセスに簡単には転換することができない逐次処理プロセス(すなわち一時一処理操作型プロセス)で製造される。そこで、複数のスプリング構造を並列に製造するのに好適なリソグラフィ型製造プロセスを用いて、本願でリソグラフィ型マイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトと称する新しい形態のコンタクト構造が開発され、１コンタクト当たりの単価が大きく低減されるに至った。
【０００６】
典型的なリソグラフィ型スプリングコンタクトおよびその製造方法としては、本願と同一所有権者の同時係属米国特許出願第０９／０３２，４７３号（１９９８年２月２６日出願、発明者：ＰｅｄｅｒｓｅｎおよびＫｈａｎｄｒｏｓ、発明の名称：「ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＩＣＡＬＬＹ  ＤＥＦＩＮＥＤ  ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＣＯＮＴＡＣＴ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」、および第６０／０７３，６７９号（１９９８年２月４日出願、発明者：ＰｅｄｅｒｓｅｎおよびＫｈａｎｄｒｏｓ、発明の名称：「ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＣＯＮＴＡＣＴ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」号に開示された技術がある。これらの出願には、一連のリソグラフィステップを使用することにより、種々のリソグラフィ技術を用いてパターン形成することが可能な数層のメッキ加工金属層でスプリングコンタクトの高さを累加するようにしたスプリング構造の製造方法が開示されている。マイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトは、好ましくは、基板表面のでこぼこを補い、かつスプリングコンタクトの下方にコンデンサのような部品を実装するためのスペースを確保するために、十分な高さを持たせる。
【０００７】
１回のリソグラフィステップで、すなわち単一の弾性層で十分な高さを達成する方法、およびこれにより形成される代表的な構造が、本願と同一所有権者の同時係属米国特許出願第０９／３６４，７８８号（１９９９年７月３０日出願、発明者：Ｅｌｄｒｉｄｇｅ  ａｎｄ  Ｍａｔｈｉｅｕ、発明の名称：「ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴ  ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」、および第０９／７１０，５３９号（２０００年１１月９日出願、発明者：Ｅｌｄｒｉｄｇｅ  ａｎｄ  Ｗｅｎｚｅｌ、発明の名称：「ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＳＣＡＬＥ  ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＳＰＲＩＮＧ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ  ＷＩＴＨ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＣＯＮＴＯＵＲＳ」に開示されている。上記出願には、単一の金属層から形成されたスプリングエレメントが開示されている。この金属層は、マイクロマシニングまたは成形プロセスを用いて付形され、パターン形成された犠牲材料の三次元層の表面にメッキされる。その後、犠牲材料層を取り除くと、その取り除かれた層の輪郭形状を持つ自立スプリングコンタクトが残る。
【０００８】
したがって、改善されたマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクト、並びに多層および単層のスプリングコンタクトの性能が相当低コストで達成されあるいは改善されるその製造方法が必要とされている。このスプリングコンタクトは、ＩＣデバイスおよび同様のデバイスに直接接続するのに非常に高密度のファインピッチアレイとして使用できるものでなければならず、また接続するのに相対的に取り外しやすくかつ相対的に永久性の（例えば、ハンダ付けによる）接続を行うこともできるものでなければならない。
【０００９】
さらに、このマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトは、低コスト、取り外し可能であること、および弾力性が重要であるような稠密実装仕様で使用できることが望ましい。このスプリングコンタクトの典型的な用途としては、ＢＧＡパッケージより小さいパッケージが必要な可搬型電子機器（携帯電話、パームコンピュータ、ページャ、ディスクドライブなど）の部品がある。このような用途の場合、ＩＣ自体の表面に直接付着させたソルダバンプを用いて、ＩＣをプリント回路基板（ＰＣＢ）に固着することも行われる。この手法は、一般に、直接チップ固着法またはフリップチップ法と呼ばれる。フリップチップ法には様々な短所がある。一つの大きな短所は、ダイの下にポリマーアンダーフィルを入れる必要があるということである。このアンダーフィルが必要なのは、通常樹脂ベースのＰＣＢは熱膨張が非常に大きいのに対して、シリコンチップは熱膨張が比較的小さいことにより生じる熱応力を小さくするためである。アンダーフィルの存在によって、この電子部品をさらに加工することが不可能になることがしばしばある。それゆえに、ＩＣまたはそのＰＣＢとの接続に欠陥があると、通常はＰＣＢ全体を廃棄しなければならない。
【００１０】
このようなフリップチップの短所を解消するために、ＢＧＡパッケージのもう一つの形態、すなわちチップスケール・ボールグリッドアレイまたはチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）が開発された。チップスケールパッケージでは、パッケージサイズを小さくするためにソルダボール端子は通常半導体チップの下方に配置され、アンダーフィルを使わなくて済むようにするための実装エレメントが追加される。例えば、一部のＣＳＰでは、柔軟なコンプライアントエラストマー層(またはエラストマーパッド)がチップとソルダボール端子との間に配設される。ソルダボール端子は、薄型２層フレックス回路に取り付けられることもあれば、上記コンプライアント部材上の端子に取り付けられることもある。ＩＣは、通常、ワイヤリードまたはタブリードを用いてフレックス回路端子または弾性部材に接続され、アセンブリ全体（ボールグリッドアレイを除く）が適切な樹脂に封入される。
【００１１】
エラストマー部材は、通常、シリコーンのようなポリマーであり、約１２５μｍ〜１７５μｍ（５〜７ミル）の厚さを持つ。エラストマーパッドまたは層は、基本的にはフリップチップで用いられるアンダーフィルに代わってその機能を果たす、すなわちチップとＰＣＢとの間の熱的不整合による応力をできる最小限にする。他のいくつかのＣＳＰ設計においては、ＩＣは、２層フレックス回路の表面に直接接着され、ワイヤリードを用いてフレックス回路のチップ側端子に接続される。ハンダボールは、フレックス回路の反対側の面に取り付けられる。この設計では、チップをＰＣＢと分離するためのエラストマー層がなく、それ故、アンダーフィルの必要をなくすことはできない。
【００１２】
現時のチップスケールパッケージにはいくつかの短所がある。エラストマー材料は水分を吸収する性質があり、水分を過剰に吸収すると、リフロー温度におけるこの水分からの急速な気体放出によって、エラストマー層中にボイドが形成されたり、パッケージの破裂を生じたりすることがある。例えば、水分は、エラストマーのポリマー材料から放出されて、チップ固着用接着剤内部に捕捉されることがある。すると、この捕捉された水分が基板アセンブリの加熱処理時に膨張してボイドが形成され、通常亀裂やパッケージ破損を引き起こす。このようなボイドの形成は、特にリフローによるＰＣＢへの固着に際して障害になり得る。
【００１３】
チップスケールパッケージ設計に伴うもう一つの難題は、エラストマー部材を組み込むためのプロセスであり、これは、通常エラストマーパッドを拾い上げてそれぞれ個々の場所に配置するか、あるいは液状ポリマーをスクリーン印刷した後、硬化させることによって行われる。このどちらの場合も、ＣＳＰ分野で要求される厳格な公差およびパッケージの平坦性を満たすことが困難なことがある。例えば、典型的なＣＳＰ設計においては、パッケージの平坦性（平面性）は、リフロー時にすべてのハンダボールがＰＣＢとの接触を確実に達成できるよう、約２５μｍ（１ミル）以下でなければならない。この水準の平坦性は、エラストマー材料を付着させるための従来技術のプロセスを使用しては達成することが困難でもある。
【００１４】
したがって、ＣＳＰおよびフリップチップのような用途のための改善されたマイクロエレクトロニクス用コンタクトエレメントがさらに要望されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（発明の概要）
本発明のスプリングコンタクトの構造は、それを製造する代表的な方法について考察することにより理解することができる。本発明の方法の最初のステップでは、例えばエッチングまたはエンボス加工のような任意の適切な技法を用いて、角錐（ピラミッド）状ピットのような精密な形状を有するピットを犠牲基板に形成する。通常は、これと同時に、電子デバイスに形成しようとするコンタクト先端の所望の位置に対応するパターンに従って、同一ピットからなる大きなピットアレイを、犠牲基板に形成する。次に、必要ならば、ピットの表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような適切な薄い離型材層を塗布することができる。そして、適切な液状エラストマーまたは同様のコンプライアント材をピットに充填する。別の態様では、ピットに犠牲材料を充填する。次に、スプリングコンタクトを形成しようとするデバイス基板に犠牲基板を合わせて結合し、エラストマーまたは犠牲材料をその位置で硬化（固化）させることによりエラストマーまたは犠牲材料をデバイスに接着してから、犠牲基板を取り除く。別の態様においては、犠牲基板をデバイス基板に接合する前に、コンプライアント材料または犠牲材料を硬化させ、コンプライアント部材または犠牲部材を、熱を加えるなどの何らかの他の方法で、あるいは適切な接着剤を用いることにより、工程中のデバイスに固着することが可能である。
【００１６】
上記ステップの結果、デバイス基板には少なくとも１つのコンプライアントパッド（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  ｐａｄ）または犠牲パッドまたは突起部が実装され、通常は、複数のコンプラアントパッドまたは犠牲パッドがデバイス基板の加工する端子から離れた位置に実装される。多くの用途の場合、パッドは、好ましくは同様のあるいはほぼ同じ高さおよび形状とし、比較的幅広の底面および尖った先端を有する。もちろん、パッドは、所期の用途の必要に従って異なる寸法および／または形状とすることができる。適切な形状としては、角錐形、角錐台形、段付き角錐形、角柱形、円錐形、四角状立体、および同様の形状がある。パッドは、基本的には中実体で、均質な構造であるが、空隙、気泡、層部などが含まれていてもよい。導電コンタクトは必ずしもコンプライアント部材または犠牲部材とデバイス基板との間に配設する必要はない。また、コンプライアントパッドまたは犠牲パッドは、一般に、デバイス基板上の端子を基準とするピッチ拡大パターンに従い配設する。
【００１７】
本発明の一実施例においては、コンプライアントパッドは主として弾性構造、すなわち加えた荷重を取り除くと元の位置に跳ね返るような構造を有する。別のいくつかの実施例においては、コンプライアントパッドは主として非弾性構造、すなわち加えた荷重を取り除いても元の位置に跳ね返らない構造とすることもできる；あるいは、コンプライアントパッドは、弾性挙動と非弾性挙動が何らかの形で組み合わさった挙動を呈するよう構成することが可能である。当業者であれば、予測荷重条件下で所望の応答特性が得られるよう、いろいろ異なる材料とパッドの幾何学的特徴を選択することができよう。もちろん、犠牲突起部を形成する場合、それらの突起部はスプリングコンタクトが出来上がる前に取り除くので、犠牲材料の弾性特性はそれほど重要ではない。
【００１８】
本発明の一実施例においては、デバイス基板は突起部を含めて、スパッタ法のような任意の適切なプロセスによりチタン−タングステン層のような薄い金属シード層を塗工して被覆することができる。次に、電気泳動レジスト材のような犠牲材料よりなる１層以上のコンフォーマルな（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）層をデバイス基板に塗工する。次いで、デバイス基板の端子からコンプライアントパッドまたは犠牲パッドのそれぞれの最上端まで延設されたトレースのパターンに従ってシード層を露出させるよう、犠牲層を所望の通りにパターニングする。このトレースパターンは、結果的に得られるコンタクト構造に螺旋形を付与するためのコンプライアントパッド上でコイル形状をなす。
【００１９】
次に、一部露出したシード層に金属の弾性および／または導電性の層を所望の厚さにメッキする。これには、一般に、ニッケルまたはニッケル合金材が好ましく、適度の強度と弾力性を得るのに十分な厚さにメッキする。一実施例においては、得られるトレースがコンプライアントパッドより大きな剛性を持つよう、ニッケル材を十分な厚さにメッキする。任意態様として、弾性層（ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ  ｌａｙｅｒ）には、メッキステップ後に、薄い金層のような保護導電層を塗工する。所望の金属層を塗工した後、デバイス基板上にコンプライアント突起部およびメタルトレースが残るようなプロセスを用いて、犠牲材料の層および余分のシード層を除去することができる。別の態様では、コンプライアントパッドまたは犠牲パッドも取り除いて、自立型のスプリングコンタクトおよびメタルトレースのみを残す。
【００２０】
結果として得られる構造は、その後さらに処理を行うことなくすぐにも使用できるもので、デバイス基板のそれぞれの端子に一体状のメタルトレースによりに接続された螺旋スプリングコンタクトを備える。本発明の一実施例においては、それぞれ１つのコンプライアントパッド上に螺旋形コンタクトを配設する。別の態様では、螺旋形コンタクト自立型で、パッドには支持されない。好ましくは、各コンプライアントパッドまたは犠牲パッドの尖った最上部によって、高コンフォーマルなメッキプロセスを用いることにより、各スプリングコンタクトにかなり鋭く尖った先端を付与する。各コンタクトは、各コンプライアントパッド底面から各パッドの最上部までの間で水平方向にも垂直方向にも伸びて、スプリングコンタクトが撓むとコンタクト先端の運動に拭い取り作用が付与されるカンチレバー構造をもたらす。
【００２１】
犠牲パッドの代わりにコンプライアントパッドを使用する場合、コンプライアント材料の支持があるため、これがない場合に十分な接触力を得るのに必要になると思われる厚さよりスプリングコンタクトのメッキ層を薄くすることができる。一方、メッキ層を薄くすることによって、メッキステップにおける処理時間を相当節約することができる。また、上記の方法によれば、犠牲層の輪郭形成または成形の必要、尖ったコンタクト先端を得るための別途の形成ステップの必要、リディストリビューショントレースを得るための別途のステップの必要がなくなる。
【００２２】
コンプライアントパッドと共に使用するもう一つの実施例においては、メッキステップおよびこれに関連したシード層を塗工するステップ、およびレジスト層を塗工してパターニングするステップが省かれる。それよりむしろ、スパッタ法や気相成長法のような方法によって、所望のトレースおよびコンタクトエレメントを直接デバイス基板およびエラストマー／コンプライアント突起部上にパターニングする。
【００２３】
当業者は、以下の実施例の詳細な説明を考察することによって、この螺旋状マイクロエレクトロニクス用コンタクトおよび水平スプリングコンタクト、並びにそのさらなる長所および目的の達成についてのより詳細な理解が得られよう。以下の詳細な説明は、添付図面を参照しつつ行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（発明の詳細な説明）
本発明は、従来技術のスプリングコンタクトの種々の制約を解消したマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトを提供するものである。以下の詳細な説明において、図中同じ構成要素は同じ参照符号を用いて説明する。
【００２５】
本発明によれば、本願で参照する特許出願に開示された多層および単層リソグラフィ型スプリングコンタクトの利点をより低コストで達成できる可能性があり、一定の実装および接続の用途技術においてはさらなる利点がもたらされる。本発明のスプリングコンタクトは、接続エレメントとしてのボールグリッドアレイに取って代わるかあるいはその使用を補うという面において、フリップチップパッケージおよびＣＳＰのような稠密実装技術用として特に好適であると考えられる。
【００２６】
材料を正しく選択することによって、本発明のスプリングコンタクトは試験やバーンイン処理の用途にも用いることができる。したがって、本発明のスプリングコンタクトを初期試験および/またはバーンイン処理のために未切り分けウェーハのデバイス上に直接作り込むこと；必要に応じて、実装前または実装後に行う試験またはバーンイン試験後にデバイスに残るようにすること；およびその後電子部品への最終組み付け用の一次接続エレメントとして使用すること（すなわち、ハンダまたは導電性接着剤を使う場合も使わない場合も含めて）、は本発明の範囲および目的に含まれる。別の態様として、本発明のスプリングコンタクトは、上記の用途の中から選択された任意の１つまたは任意の組合せで使用することができ、またＢＧＡのような他のエレメントを組み込んだパッケージ内の二次接続エレメント（例えば、ＩＣからフレックス回路への）として、テストプローブのコンタクトエレメントまたはインターポーザとして、ランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）ソケットのようなコネクタの中で、あるいは任意の他の適切な接続用途のために使用することができる。
【００２７】
図１に代表的な螺旋状マイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクト１００を示す。スプリングコンタクト１００は、次の２つの主材料層を備える：角錐状コンプライアントパッド１１０の形の第１の非導電エラストマー層、およびメタルトレース１０２の形の第２の導電弾性層。スプリングコンタクト１００は、導電層（トレース１０２）が非導電層（パッド１１０）の上に重なり、これら２つの層がコンタクト１００の特徴をなすので、層状構造であるとして説明する。
【００２８】
コンプライアントパッド１１０は、本願に記載する限定条件の範囲内で、任意の適切な形状とすることができる。本発明の一実施例においては、コンプライアントパッドは成形形材のような精密に形成された形状よりなる。他のいくつかの実施例においては、パッド１１０は、比較的無定形のドロップ（ｄｏｌｌｏｐ；半流動塊）のような輪郭があまりはっきりしていない形状のものもある。パッドの形状・構造は、パッド表面に付着させた比較的硬質の金属の先端部およびビームに付与することができる。高密集状のスプリングコンタクトアレイ全体にわたって高い一様性を確保するために、各パッドは、パッド間のばらつきが最小限に抑えられる並行プロセスを用いて形成することが可能である。一括成形のような並行形成によれば、個々にドロップを形成するよりも所要時間が短くなるという別の利点もある。
【００２９】
詳細には、パッド１１０は角錐形であるが、例えば、円錐形、半球形、または円錐台形のような他の適切な形状とすることもできる。より広義に言うと、パッド１１０は、そこでパッドが基板１１６に接着される比較的大きく平たい底面部１１２、および基板から離れる向きに延設され、基板から遠位の比較的小さな端部に向けて先細状をなす自由側面（１０９）を有する錐体と説明することが可能である。この端部は、図１ではその上にかぶさる金属の先端部１０４のために見えない。この先細形状によって、基板１１６との接着面積が最大になる一方、輪郭が明確な先端構造が効率よく支持される。この実施例においては、角錐形状によって、エラストマー材料からのガス放出の可能性が小さくなり、ガス放出が起こってもコンタクト１００が換気され、かつ横方向の柔軟性が増加して、コンタクトアレイ全体にわたる熱応力緩和がもたらされる。
【００３０】
普通に入手可能な結晶シリコン材の性質を利用することにより、所望の先細形状特性を持つ角錐形状を高い精度と非常に小さいスケールで容易に形成することができるので、角錐状コンプライアントパッドは特に好適である。シリコン材の結晶面の配向により形成される側面を持つ角錐状ピットは、適切にパターニングしたフォトレジスト層で覆われたシリコン基板をＫＯＨ（水酸化カリウム）のような適切なエッチング液にさらすことにより容易に作り出すことができるということは周知である。これによって、ほぼ同一の角錐状ピットからなるピットアレイをシリコン基板に作り出すことができ、このようにピットを形成した基板を同一の角錐状コンプライアントパッドからなるパッドアレイを形成するための型として用いることができる。当業者にとっては自明であるように、これと同類の角柱、角錐台または角柱台、および段付き角錐または段付き角柱のような形状も、適切なエッチングおよびマスキングプロセスを用いて同様に形成することが可能である。
【００３１】
コンプライアントパッド１１０は、任意の適切な材料で作ることができる。例えば、適切なエラストマー材料としては、シリコーンゴム、天然ゴム、ゴム引きプラスチック、およびその他多種多様な有機ポリマー材料を使用することができる。当業者であれば、所期の動作環境（温度または化学環境のような）およびスプリングコンタクトの所望の構造特性を考慮して、適切な材料を選択することができよう。例えば、コンタクトの幾何学的特徴、所望の圧縮率範囲、および最大接触力がはっきり決まったならば、それに応じて適度に柔らかく弾力性のある材料を選択することができる。好ましくは、パッドの材料は、如何なる粒状充填材も含まない本来的に非導電性である均質プラスチック材料とする。均質プラスチック材料は、例えば幅約５ミル（約１３０μｍ）以下のコンプライアントパッドの場合のように、小さいスケールの精密なパッド形状により容易に形成することができる。
【００３２】
コンプライアントパッド１１０は、電気的接続をしようとする端子１１４から離間した位置で基板１１６に接着する。次に、導電トレース１０２を電気メッキのようなプロセスによって端子１１４からコンプライアントパッドの端部まで堆積形成する。トレース１０２は、任意の適切な金属または金属合金で形成することができ、１層以上とすることが可能である。例えば、トレース１０２は、比較的厚いニッケルまたはニッケル合金層を備えて強度と合成を得、これに比較的薄い金層を被覆して導電性を高くした構成とすることができる。トレース１０２は、好ましくは、パッド１１０の端部上に堆積されたコンタクト先端部１０４、パッド１１０の底面１１２からコンタクト先端１０４までの間にわたってパッドに支持されたビーム部１０６、および基板に支持されてビーム部１０６を端子１１４に接続するリディストリビューショントレース（ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｔｒａｃｅ）部１０８を有する金属の一体部分とする。コンタクト先端１０４は、接合する端子の酸化膜およびコンタミネーション層に貫入するよう、かなり尖った形状（図示のような）とすることができる。別の態様においては、コンタクト先端１０４は、ハンダボールのようなフィーチャを支持する場合は比較的平たい形状とすることができる。ビーム部１０６は、底面１１２の比較的広幅の部分から先端１０４の比較的狭幅の部分に向けて先細状にすると、応力分布がビームの全長にわたってより均等になるという利点がある。別の態様では、ビーム１０６は一定幅でもよく、あるいは任意の他の形状とすることも可能である。基板１１６は、半導体チップまたはウェーハ、半導体チップまたはウェーハ用のコネクタまたはソケット、およびプリント回路基板などを含む（ただし、これらに限定されない）任意の適切な電子デバイスである。
【００３３】
スプリングコンタクト１００は、図２に示すようなピッチ拡大アレイ１１８として容易に使用することができる。基板１１６上の端子１１４は第１のピッチＰ１で配設され、コンタクト先端１０４はこれより粗いピッチＰ２で配設されている（Ｐ２＞Ｐ１）。
【００３４】
本発明の一実施例においては、螺旋状トレースは、円錐形コンプライアントパッドの上面の周囲にパターニングして先細状螺旋スプリングコンタクトとすることができる。例えば、図３には、基板３０６上に配設した円錐形コンプライアントパッド３０４の上面の周囲にパターニングされたメタルトレース３０２よりなる螺旋形コンタクト３００が示されている。コンタクト３００は、この他に、基板の端子（図示省略）からコンプライアントパッドの底面まで伸びるリディストリビューショントレース３０８を備えることができる。メタルトレース３０２は、コンタクト３００の所望の特性に応じて、コンプライアントパッド３０４に比べてより堅く、あるいはより柔軟にすることが可能である。メタルトレースをより堅くする場合、螺旋形状により、メタルトレース３０２の材料に過大な応力をかけることなくスプリングコンタクト３００の撓み範囲をより大きくすることができる。
【００３５】
いくつかの用途の場合、メタルトレースを形成した後、図４に示すように、基板４１６上にコンタクト４００を残してコンプライアントパッドを取り除く方が好都合なこともある。別の態様では、コンタクト４００を適切な形状を持つノンコンプライアント犠牲材料のパッド上に形成した後、犠牲材料を取り除くようにしてもよい。コンタクト３００と同様、スプリングコンタクト４００は、螺旋軌道沿いに基板４１６から離れる向きに延設されたメタルトレース４１２よりなる。任意態様として、スプリングコンタクトは、リディストリビューショントレースを介して基板４１６の端子（図示省略）に接続することも可能である。また、スプリングコンタクトはつる巻線形状（図示のような）とすることも、任意の他の所望の螺旋形状とすることもできる。例えば、図１に示すような角錐状パッドの上面の周囲にメタルトレースをパターニングすることにより、四角螺旋形コンタクトを形成することも可能である。
【００３６】
図５は、本発明によるマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトを形成する方法５００の代表的なステップを示す。最初のステップ５０２では、犠牲基板上にコンプライアントパッドを形成する。コンプライアントパッドのアレイを形成するには、形成しようとするスプリングコンタクトアレイにおける所望のコンタクト先端配列に対応するパターンに従って、シリコン基板のような犠牲基板に精密ピットを形成する。精密ピットは、例えば角錐状パッドを形成するには角錐状に形成したピットを使用するなど、所望のコンプライアントパッドの形状に対応する形状に形成する。精密ピットを形成するには、任意の適切な方法を使用することができる；特に、種々のリソグラフィ／エッチング技術を用いて様々な形状のピットを形成することができる。ピットを形成したならば、好ましくは犠牲基板にＰＴＦＥ材料または他のフッ素樹脂のような適切な離型剤の薄層を塗布する。コンプライアントパッドを形成する方法の別の態様は、未硬化または軟化エラストマー材のドロップを直接基板に堆積し、次いで、エラストマーをその位置で硬化または固化させるものである。
【００３７】
犠牲基板を作製したならば、ピットに選択されたエラストマー材を好ましくは液体状態で充填する。次に、コンタクトを形成しようとする基板（「デバイス基板」）を犠牲基板に取り付け、デバイス基板をその位置に保ってエラストマー材料を硬化または固化させることにより、コンプライアントパッドを基板に接着する。次に、基板とこれに固着されたパッドを犠牲基板から取り外し、ステップ５０４に示すように、パッドをデバイス基板側に移す。必要ならば、犠牲基板は再利用することができる。
【００３８】
別の態様においては、犠牲基板中のピットに液体エラストマーを充填した後、犠牲基板を何も取り付けない開放状態のままで、エラストマー材を硬化または固化させることができる。その後、犠牲基板に適切な接着材を塗工することにより、コンプライアントパッドの露出底面に塗工する。好ましくは、接着剤は、エラストマー材の上方の部分を除いて犠牲基板から取り除けるようにパターニング可能とする。さらに、接着剤は、接合する基板との接触と同時に接着されるよう、感圧型とすることが望ましい。次に、コンプライアントパッドを所望の通りにデバイス基板に移すことができる。
【００３９】
コンプライアントパッドがデバイス基板に正しく定置されたならば、ステップ５０６で、デバイス基板の端子とそれに対応するパッドの最上端との間に導電トレースを堆積する。図６は、導電トレースをデバイス基板およびコンプライアントパッドに堆積する方法６００の代表的なステップを示す。ステップ６０２の後、シード層をデバイス基板およびこれに固着したコンプライアントパッドの全表面に堆積する。適切なシード層の一例としては、スパッタ・チタン−タングステン層がある；当業者は、他の適切なシード層を選択することが可能である。シード層は、例えば、無電解析出法を含む他の方法で堆積することもできる。
【００４０】
ステップ６０４では、犠牲層をシード層上に堆積する。犠牲層は、フォトレジスト材のようなパターニング可能な材料で、好ましくは、高コンフォーマルな層としてデバイス基板およびその突起状エラストマーパッド上に提供する。フォトレジスト材のコンフォーマルな層を堆積するには、種々の方法を用いること可能である。膜厚約３５μｍまでの適切な塗工方法の一例は電着法（電気泳動レジスト法）である。これ以外の方法としては、例えば、スプレーコーティング、スピンコーティング、あるいはデバイス基板の上にコーティング材の層流を流すメニスカスコーティングがある。コーティング材層を連続して塗工し、硬化させることにより塗膜をより厚くすることが可能である。犠牲層の最小膜厚は、好ましくは、堆積するメタルトレースの所望の厚さ以上とする。
【００４１】
ステップ６０６では、導電トレースを堆積しようとするシード層の部分が露出するように犠牲層をパターニングする。一般に、パターニングは、当技術分野で周知の任意の適切なフォトパターニング技術を用いて行うことができる。ステップ６０８では、電気メッキ法などを用いてシード層の露出部分に導電トレース材を所望の厚さに堆積する。必要ならば、比較的厚いニッケルまたはニッケル合金層の後に比較的薄い金層というように、異なるいくつかの材料層を逐次堆積することも可能である。ステップ６１０では、適切な溶剤に溶解させるなどの方法により、犠牲層を取り除く。これによって、デバイスに本発明によるスプリングコンタクトアレイが設けられる。
【００４２】
メタルトレースが比較的薄く、柔軟なスプリングコンタクトの場合、メタルトレースは必ずしも電気メッキ法で堆積する必要はなく、好ましくは、スパッタ法や気相成長法のような方法で堆積する。このような場合、デバイス基板およびコンプライアントパッドの全表面に、シード層の場合同様、金属薄膜層を所望の厚さに堆積する。次に、フォトレジスト層を金属薄膜層に塗工して、メタルトレースを形成したいデバイス基板の部分を保護するようパターニングし、保護しなかった残りの部分の金属層をエッチングステップで取り除く。比較的堅い金属のコンタクトエレメントを必要としない用途の場合、電気メッキステップを省略することにより処理時間を大きく短縮することができる。
【００４３】
次に、螺旋スプリングコンタクトを形成するための方法５００および６００の一つの適切な修正態様について、図７Ａ〜図７Ｆを参照しつつ説明する。図７Ａは、実質的に一様な厚さの層を用いることができるコンプライアント材料の層７２２で被覆された半導体ウェーハ、セラミックタイル、またはプローブカードのような基板７２０の断面図を示す。層７２２のコンプライアント材料は、硬化したときコンプラアントであるか否かを問わず、本願でコンプライアントパッド形成用として記載したポリマー材料中の１種のような任意の適切な成形可能な材料、あるいはフォトレジスト材のような任意の成形可能な材料とすることができる。
【００４４】
層７２２は、例えば、エンボス工具を層７２２に押し込むなど、一次成形または二次成形を行うことによって１つ以上のパッドまたは突起部７２４を得ることができる。エンボス工具では、残層７２６が残ることがあるが、これは等方性プラズマエッチングのような任意の適切なプロセスを用いて除去することができる。別の態様では、パッド７２４は、上に述べたような液体樹脂を用いて成形するか、あるいは層７２２の材料を適切なパターンに従ってエッチングするかまたは別途除去することによって得ることができる。ここで、パッド７２４は何らかの特定の尺度に基づいて図示したものではないということは理解されよう。大まかに言うと、図７Ａ〜図７Ｆは、基板７２０の典型的な厚さに対して垂直方向に拡大して示してあるが、これはこのように拡大しないと、この構成上の特徴がはっきり見えないことが考えられるためである。
【００４５】
次に、シード層７２８をスパッタ法などによって基板７２０およびパッド７２４上に堆積することができる。その後、フォトレジスト層のような犠牲層７３０をシード層上に堆積すると、図７Ｃに示すような構造が得られる。次に、層７３０をパターニングして、シード層７２８の比較的厚い金属材料層を堆積したい部分を露出させる。層７３０のパターニング後の状態を図７Ｄに示す。次に、電気メッキのようなプロセスを用いて、導電材料７３２を露出したシード層７２８上に堆積することができる。これには、上に述べたニッケルまたはニッケル合金のような任意の適切な導電材料を使用することができる。導電材料７３２をシード層上にメッキした犠牲層７３０を図７Ｅに示す。
【００４６】
次に、当技術分野で周知のように、犠牲層７３０を取り除いて、図７Ｆに示すような１つ以上のスプリングコンタクト７００、７００’を得ることができる。パッド７２４は、例えば、本願で説明したようなコンプライアントパッドである。別の態様では、パッド７２４は、基板７２０から剥ぎ出して形成した図８（側面図）に示すような自立型コンタクト８００、８００’であってもよい。同様のコンタクト４００が図４の斜視図に示されている。
【００４７】
図９は、螺旋形マイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクト８００のアレイをその表面上に有する代表的なフリップチップデバイス９００の拡大平面図を示す。各コンタクト８００はデバイスの端子９１４に接続する。デバイス９００は、例えば、メモリチップまたはマイクロプロセッサのような半導体デバイスである。スプリングコンタクト８００は、好ましくは半導体ウェーハからの切り分けに前に、直接デバイス９００上に形成することができる。次に、試験の場合も組み立て作業の場合も、コンタクト８００を使用してデバイスとの接続を行うことができる。フリップチップへの取り付けは比較的簡単な設計例であるが、必要ならば、コンタクト８００はＣＳＰ設計にも同様に組み込むことができるということは理解されよう。
【００４８】
図１０は、プリント回路基板のような接合相手の電子部品９５０と接触した状態にあるデバイス９００の側面図を示す。各コンタクト８００のコンタクト先端は、部品９５０の端子９５２と接触している。デバイス９００の実装を容易に取り外し可能なように行いたい場合は、取付フレームまたは他の固定具を用いて制御された大きさの圧縮力９１０を加えることが可能である。圧縮力９１０は、コンタクト８００に基板９５０に直角な方向の曲げを生じさせ、同時に基板９５０に平行な横方向の曲げを生じさせる。このコンタクト８００の横方向曲げは、コンタクト先端に有益な拭い取り作用を生じさせる。デバイス９００は、圧縮力９１０を取り去ることにより、必要に応じて取り外すことができる。コンタクト８００が端子９５２にハンダ付けされていない場合、基板９５０とデバイス９００との間の熱的不整合による応力を、コンタクト８００のコンタクト先端と端子９５２との間の滑りによって軽減することができる。
【００４９】
以上、螺旋状マイクロエレクトロニクス用コンタクトをその一実施例について説明したが、当業者にとっては、本発明に内包される構成の一定の長所が達成されているということは明らかであろう。また、本発明の範囲および精神の範囲内において、種々の修正、変更、並びに代替をなし得るということも理解されよう。例えば、コンプライアントパッドおよびスプリングコンタクトの具体的な形状を例示説明したが、本願に記載した発明の構想は、本願中に記載した全般的特性を持つパッドおよび金属エレメントの他の形状および構成についても同等に適用可能であることは自明であろう。
【００５０】
もう一つの例として、本願中に記載のスプリングコンタクトは、半導体デバイスのみならずプローブカードおよびその他の試験装置を含め（ただし、これらに限定されない）、任意の電子部品と共に使用することができる。さらにもう一つの例として、上に説明したスプリングコンタクト構造には、次のような材料を上記材料に加えて堆積することも可能である；スプリングコンタクト構造の強度、弾力性、導電率などを高めるような材料。さらにもう一つの例として、上に説明したスプリングコンタクト構造を形成する前あるいは後に、電子部品上に１つ以上の材料層を形成することも可能である。例えば、電子部品上に１層以上のリディストリビューショントレース層を（互いに絶縁層で分離して）形成した後、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を形成することもできる。もう一つの例として、まずスプリングコンタクトを形成した後に、１層または２層以上のリディストリビューショントレース層を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、角錐状コンプライアントパッドを備えた本発明による代表的なマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す形態のマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトのアレイの拡大平面図で、ピッチ拡大アレイの部分を示す。
【図３】図３は、円錐形コンプライアントパッドによって支持された螺旋スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図４】図４は、コンプライアントパッドを取り除いた螺旋スプリングコンタクトの拡大斜視図である。
【図５】図５は、本発明によるマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトを形成する方法の代表的なステップを示すフローチャートである。
【図６】図６は、端子とコンプライアントパッドとの間に導電トレースを堆積させる方法の代表的なステップを示すフローチャートである。
【図７】図７Ａ〜図７Ｆは、基板と、図３、４に示すような螺旋スプリングコンタクトを形成する方法の例示的なステップにおいて該基板上に層状に重ねられた材料の拡大断面図である。
【図８】図８は、図４に示すものと同様の形態の螺旋スプリングコンタクトを示す拡大側面図である。
【図９】図９は、本発明によるマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトのアレイを有する例示的なフリップチップ半導体デバイスの拡大平面図である。
【図１０】図１０は、本発明による容易に取り外し可能かつハンダ付け可能なマイクロエレクトロニクス用スプリングコンタクトのアレイを有する例示的なフリップチップ半導体デバイスの拡大側面図である。
【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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2006523040.tif 000009
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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