DE10023379A1 - Membranmeßfühleraufbau - Google Patents
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Abstract
Ein Substrat, welches bevorzugterweise aus einem duktilen Material hergestellt ist, und ein Werkzeug, welches die gewünschte Form für eine herzustellende Vorrichtung zum Kontaktieren von Kontaktflächen auf einer zu testenden Vorrichtung hat, wird mit dem Substrat in Kontakt gebracht. Das Werkzeug ist bevorzugterweise aus einem Material hergestellt, welches härter ist als das Substrat, so daß eine Vertiefung darin leicht angebracht werden kann. Eine dielektrische (isolierende) Schicht, welche bevorzugterweise mit einem Muster versehen ist, wird durch das Substrat gestützt. Ein leitendes Material wird in die Vertiefungen gebracht und dann bevorzugterweise poliert, um überstehendes Material von der Oberfläche der elektrischen Schicht zu entfernen und eine flache Gesamtoberfläche zu bilden. Eine Leiterbahn wird ausgebildet auf der dielektrischen Schicht und dem leitenden Material. Eine Polyimidschicht wird dann bevorzugterweise über der gesamten Oberfläche in strukturierter Weise aufgebracht. Das Substrat wird dann durch jeden beliebigen geeigneten Prozeß entfernt.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Aufbauten von Meßfühlern der Art,
wie sie üblicherweise zum Testen von integrierten Schaltungen (IC = integra
ted circuit) verwendet werden, und insbesondere bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf einen Membranmeßfühleraufbau mit Kontakten, welche in einer
lokal kontrollierten Weise über entsprechende Eingabe-/Ausgabeleiter der zu
testenden Vorrichtungen hinwegbürsten, um die sich normalerweise auf diesen
Leitern befindlichen Oberflächenoxidationen zuverlässig wegwischen, wodurch
eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Meßfühleraufbau und der je
weils zu testenden Vorrichtung erzielt wird.
Bei der Herstellung elektronischer Geräte verläuft die Entwicklung hin zu be
ständig kleineren Geometrien, insbesondere in der integrierten Schaltungs
technologie, bei der eine große Anzahl von diskreten Schaltelementen auf ei
nem einzelnen Substrat oder "Wafer" hergestellt werden. Nach der Herstellung
wird der Wafer in eine Vielzahl von rechteckförmigen Chips oder "Würfel" un
terteilt, wobei ein jeder Würfel eine rechteckförmige oder andersweitig regel
mäßige Anordnung von metallisierten Kontaktflächen aufweist, über welche
Eingabe-/Ausgabeverbindungen hergestellt werden können. Obwohl ein jeder
Würfel schließlich separat verpackt wird, wird aus Gründen der Arbeitserspar
nis das Testen der auf einem jeden Würfel geformten Schaltung bevorzugter
weise dann durchgeführt, wenn die Würfel noch miteinander auf dem Wafer
verbunden sind. Eine typische Vorgehensweise besteht darin, den Wafer auf ei
ner flachen Bühne oder einer "Einspannvorrichtung" aufzusetzen, und den Wa
fer in X-, Y- und Z- Richtung relativ zum Kopf des Meßfühleraufbaus zu bewe
gen, so daß die Kontakte auf dem Meßfühleraufbau sich von Würfel zu Würfel
bewegen, um nacheinander mit einem jeden einzelnen Würfel in Kontakt zu
treten. Entsprechende Signal, Spannungsversorgungs- und Erdungsleitungen
laufen von Testinstrumenten zum Meßfühleraufbau hin, so daß nacheinander
eine jede Schaltung mit den Testinstrumenten verbunden werden kann.
Ein herkömmlicher Typ eines Meßfühleraufbaus, welcher zum Testen inte
grierter Schaltungen verwendet wird, stellt Kontakte bereit, die als nadelförmi
gen Spitzen ausgeführt sind. Diese Spitzen sind um eine in einer Meßfühler
karte gebildete mittige Öffnung so angebracht, daß sie radial nach innen und
nach unten durch die Öffnung hindurch zusammenlaufen. Wenn der Wafer
über den Punkt angehoben wird, an dem die Kontaktflächen auf dem Wafer
erstmals mit diesen Spitzen in Kontakt treten, so werden die Spitzen nach
oben gebogen, um über die jeweiligen Kontaktflächen hinweg zu gleiten, wobei
Oxidlagen auf den Kontaktflächen entfernt werden.
Das Problem mit dieser Art von Meßfühleraufbau besteht darin, daß die nadel
förmigen Spitzen aufgrund ihrer geringen Abmessungen eine hohe Induktivität
aufweisen, so daß bei mittels dieser Spitzen durchgeführten Hochfrequenzmes
sungen große elektrische Verluste auftreten. Weiterhin können diese Spitzen
beim Hinwegwischen über die entsprechenden Kontakte wie ein Hobel wirken,
was zu einer übermäßigen Abnutzung der Kontaktflächen führt. Dieses Pro
blem kann so weit eskalieren, daß die Meßfühlerspitzen während des Ge
brauchs ihre Form verlieren, oder wegen anderer Gründe nicht mehr in einer
gemeinsamen Ebene enden, was dazu führt, daß weiter nach vorne überstehen
de Spitzen zu stark auf die ihnen zugeordneten Kontaktflächen drücken. Wei
terhin ist es auch unpraktisch, diese Spitzen enger als in einem Abstand von
100 µm von der jeweiligen Mitte zur nächsten Mitte anzuordnen oder in einem
mehrreihigen Gittermuster, um an die Kontaktflächenanordnung modernerer
Würfel mit höhere Packungsdichte angepaßt zu sein. Weiterhin weist diese Art
von Meßfühleraufbau eine "Bürstlänge" der Nadelspitzen von 25 µm oder mehr
auf, was die Schwierigkeit vergrößert, in der zulässigen Meßfühlerfläche zu
bleiben.
Um die Induktivitätsverluste zu reduzieren, das Abwetzen der Kontaktflächen
zu vermindern, und Vorrichtungen mit kleineren Geometrien bearbeiten zu
können, ist eine zweite Art von Meßfühleraufbau entwickelt worden, welche ei
ne flexible Membranstruktur zum Stützen der Meßfühlerkontakte aufweist.
Bei diesem Aufbau werden Leitungen von wohl definierter Geometrie in einer
oder mehreren Lagen von flexiblen Isolationsfilmen wie z. B. Polyimid oder
"MYLAR™" gebildet. Falls separate Lagen verwendet werden, so werden diese
Lagen miteinander verbunden, um z. B. eine mehrschichtige Übertragungslei
tungsstruktur bereitzustellen. Im mittigen Bereich dieser flexiblen Struktur
oder Membran wird eine jede Leitung durch einen entsprechenden Meßfühler
kontakt abgeschlossen, welcher an einer außengelegenen Seite der Membrane
ausgebildet wird und sich hiervon wegerstreckt. Diese Meßfühlerkontakte sind
in einer vorbestimmten Anordnung angebracht, welche der Anordnung der
Kontaktflächen der zu testenden Vorrichtung entspricht, und sind typischer
weise als sich erhebende Höcker ausgebildet, um die flachen Oberflächen abzu
tasten, welche üblicherweise durch die Kontaktflächen festgelegt werden. Die
Innenseite der Membran wird von einer Auflagestruktur (Stützstruktur) getra
gen. Diese Struktur kann z. B. die Form einer abgeschnittenen Pyramide auf
weisen. In diesem Fall wird die Innenseite des mittigen Bereichs der Membran
vom abgeschnittenen Ende der Auflagestruktur getragen, während die Restbe
reiche der Membran vom Mittelbereich weggezogen sind, und zwar in einem
Winkel relativ hierzu, so daß eventuell aufrechtstehende Elemente freibleiben
können, welche die Kontaktflächen auf einer Vorrichtung umgeben.
Bei diesem soeben beschriebenen Membranmeßfühleraufbau wird eine über
mäßige Leitungsinduktivität durch sorgfältige Auswahl der Geometrie der Lei
tungen verhindert, und es wird bevorzugterweise ein photolithographisches
Verfahren verwendet, um eine genaue Kontrolle der Größe, des Abstands und
der Anordnung der Meßfühlerkontakte zu ermöglichen, um dadurch Anordnun
gen mit höherer Dichte aufzunehmen. Obwohl jedoch verschiedene Formen die
ses Meßfühleraufbaus vorgeschlagen worden sind, sind Schwierigkeiten bei
dieser Art von Meßfühleraufbau aufgetreten, und zwar bezüglich der Fragen
der Verminderung des Abtrags der Kontaktflächen und beim Erzielen eines zu
verlässigen Abtrags der Oxidschicht von einer jeden Kontaktfläche, um einen
ausreichenden elektrischen Kontakt zwischen dem Meßfühler und dem zu te
stenden Gerät bereitzustellen.
Eine herkömmliche Form eines Membranmeßfühleraufbau ist z. B. im europäi
schen Patent 259 163 A2 von Rath veranschaulicht. Bei dieser Vorrichtung ist
der mittige Bereich der blattförmigen Membran direkt auf eine starre Auflage
aufgelegt. Diese starre Auflage ist wiederum mittels eines elastischen Ele
ments, welches einen Elastomer- oder Gummiblock umfaßt, mit dem Hauptkör
per der Vorrichtung verbunden, so daß die Membran kippen kann, um einer
Verkippung der Vorrichtung angepaßt zu werden. Das US-Patent 4,918,383
von Huff zeigt eine hierzu sehr ähnliche Vorrichtung, wobei radial sich er
streckende Blattfedern eine Bewegung der starren Auflage um eine vertikale
Achse ermöglichen, während sie am Kippen gehindert wird, so daß kein Ver
rutschen und keine Fehlausrichtung der Kontakthöcker auf den Kontaktflä
chen stattfindet, und wobei weiterhin die gesamte Membran leicht in der hori
zontalen Ebene verschoben wird, wodurch es ermöglicht wird, daß die Kontakte
über entsprechende Kontaktflächen "hinwegbürsten", um Oberflächenoxidatio
nen von diesen Kontaktflächen zu entfernen.
Bei beiden der genannten Vorrichtungen kommt es aufgrund von Fertigungsto
leranzen jedoch dazu, daß bestimmte Kontakthöcker dazu neigen, in einer zu
rückgezogenen Position relativ gegenüber ihren Nachbarelementen zu liegen
und diese zurückgezogenen Höcker haben keine ausreichende Gelegenheit, mit
ihren Kontakflächen zum Kontaktschluß zu kommen, da sie aufgrund der Ein
wirkung ihrer Nachbarn auf der steifen Auflage von ihren Kontaktflächen weg
gezogen werden. Weiterhin gilt, daß selbst wenn eine "Bürstbewegung" gemäß
der von Huff gezeigten Art auftritt, die Kontakte dazu neigen, aufgrund von
Reibung an der zu testenden Vorrichtung haften, während sie die Bürstbewe
gung durchführen, d. h. es gibt die Tendenz, daß die Kontaktflächen der zu te
stenden Vorrichtung sich gemeinsam mit den Kontakten bewegen und dadurch
den Effekt der Bewegung der Kontakte teilweise kompensieren. Ob überhaupt
ein Bürstvorgang stattfindet, hängt davon ab, inwieweit sich die Kontaktfläche
bewegen können, was wiederum davon abhängt, bis zu welchem Grad ein seit
liches Spiel als Ergebnis der normalen Fertigungstoleranz zwischen den jewei
ligen Trageoberflächen des Meßfühlers und der Einspannvorrichtung existiert.
Somit garantiert diese Art eines Membranmeßfühleraufbaus keine zuverlässi
ge elektrische Verbindung zwischen einem jeden Kontakt und einer Kontakt
fläche.
Eine zweite bekannte Form eines Membranmeßfühleraufbaus ist beispielhaft
durch die Vorrichtung verkörpert, welche in der europäischen Patentveröffent
lichung Nr. 304 868 A2 von Barsotti gezeigt ist. Diese Vorrichtung stellt eine
flexible Unterlage für den mittigen oder kontakttragenden Bereich der flexi
blen Membran bereit. In der Veröffentlichung von Barsotti ist die Membran di
rekt durch ein Elastomerelement unterstützt und dieses Element wiederum ist
durch eine steife Auflage unterstützt, so daß geringfügige Höhenunterschiede
zwischen den Kontakten oder Kontaktflächen ausgeglichen werden können. Es
ist auch möglich, Vorrichtungen mit Luftüberdruck, Luftunterdruck, Flüssig
keit oder einem nicht unterstützten Elastomer zu verwenden, um eine flexible
Unterstützung für die Membrane bereitzustellen, wie z. B. im US-Patent 4,649,339
von Gangroth, im US-Patent Nr. 4,636,772 von Ardezzone, im US-Patent
Nr. 3,596,228 von Reed, Jr. et. al., sowie im US-Patent Nr. 5,134,365 von
Okubo et. al. gezeigt. Diese alternativen Vorrichtungen stellen jedoch keinen
ausreichenden Druck zwischen den Meßfühlerkontakten und den Kontaktflä
chen auf der zu testenden Vorrichtung bereit, um zuverlässig die auf den Kon
taktoberflächen gebildeten Oxidlagen zu durchdringen.
Bei dieser zweiten Art von Membranmeßfühleraufbauten, können, wie von
Okubo aufgezeigt, die Kontakte auf eine Bewegung längs der Z-Achse be
schränkt sein, um ein Wegrutschen sowie daraus resultierende Fehlausrich
tungen zwischen den Kontakten und den Kontaktflächen während der Berüh
rung zu vermeiden. Dementsprechend ist in der von Barsotti offenbarten Pa
tentschrift die steife Auflage, welche unterhalb des Elastomerelements liegt, in
ihrer Stellung fixiert, obwohl es möglich ist, die Auflage für eine Bewegung
längs der Z-Achse in der Art aufzuhängen, wie sie im US-Patent 4,980,637
von Huff gezeigt ist. Bei dieser Art von Aufbau kommt es jedoch leicht zu einer
Beschädigung der Kontaktflächen, da ein bestimmtes Maß an Verkippung zwi
schen den Kontakten und der Vorrichtung typischerweise vorliegt, und die
Kontakte, welche am nächsten an der Vorrichtung angewinkelt sind, üblicher
weise viel höhere Anpressdrücke entwickeln als die, welche von ihr weggewin
kelt angebracht sind. Das gleiche Problem taucht auch bei einer dazu ähnli
chen Vorrichtung auf, die im europäischen Patent Nr. 230 348 A2 von Garret
son gezeigt ist, obwohl in der Vorrichtung nach Garretson die Charakteristik
des Elastomerelements so ist, daß es die Kontakte in seitliche Bewegung
drängt, wenn diese Kontakte in Anpressverbindung mit Ihren Kontaktflächen
gebracht werden. Noch eine weitere ähnliche Vorrichtung ist im US-Patent 4,975,638
von Evans gezeigt, welche eine kippbar gelagerte Auflage zum Unter
stützen des Elastomerelements verwendet, um eine Verkippung zwischen den
Kontakten und der Vorrichtung zu ermöglichen. Jedoch zeigt die Vorrichtung
nach Evans ein Problem bezüglich der Haftreibung, wie es bereits oben be
schrieben worden ist, und zwar insofern, als die Kontaktflächen der Einzelein
heit dazu neigen, an den Kontakten zu haften, während sich die Auflage dreht,
und die Kontakte zwingt, sich seitlich zu verschieben.
Nochmals weitere Formen von bekannten Membranmeßfühleraufbauten sind
z. B. im US-Patent Nr. 5,395,253 von Crumly gezeigt, im US-Patent 5,059,898
von Barsotti et. al. und im US-Patent 4,975,638 von Evans et. al. In dem
Crumly-Patent ist der Mittelbereich einer dehnbaren Membran unter Verwen
dung einer Feder elastisch in einen voll ausgestreckten Zustand vorgespannt.
Wenn die Kontakte mit den entsprechenden Kontaktflächen in Kontakt treten,
wird der ausgestreckte Mittelbereich gegen die Feder in eine teilweise ent
spannte Stellung gedrückt, so daß die Kontakte in radiale Bürstrichtungen hin
zur Mitte der Membran gezogen werden. In Barsottis Patent wird eine jede
Reihe von Kontakten durch das Ende eines zugehörigen L-förmigen Arms un
terstützt, so daß wenn die Kontakte in einer Reihe mit ihren entsprechende
Kontaktflächen in Berührung kommen, die entsprechenden Arme sich nach
oben biegen und sie die Reihe von Kontakten dazu bringen, über die entspre
chenden Kontaktflächen gleichzeitig seitlich hinwegzubürsten. Wenn ein Ver
kippen zwischen den Kontakten und der zu testenden Vorrichtung zum Zeit
punkt des Kontaktschlusses vorliegt, tritt jedoch dann sowohl in den Patenten
von Crumly als auch von Barsotti der Effekt ein, daß die Kontakte, welche am
nächsten an der zu testenden Vorrichtung angewinkelt sind, weiter darüber
hinweg bürsten als jene, welche hiervon weiter beabstandet angewinkelt sind.
Weiterhin werden aufgrund der einwirkenden Bürstwirkung der benachbarten
Kontakte die kürzeren Kontakte gezwungen, sich in ihre jeweilige Bürstrich
tungen zu bewegen, bevor sie die Möglichkeit hatten, mit den entsprechenden
Kontaktflächen in Berührung zu treten. Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung
gemäß Crumly liegt insbesondere darin, daß die Kontakte, welche näher an der
Mitte der Membran angebracht sind, weniger bürsten als jene, welche näher
am Rand liegen, so daß die Wirksamkeit des Bürstvorgangs von der Lage der
Kontakte abhängig ist.
Im US-Patent 5,355,079 von Evans et. al. besteht ein jeder Kontakt aus dem
Finger einer metallischen Feder und ein jeder Finger ist so aufgesetzt, daß er
sich in einer hebelartigen Weise von einer darunterliegenden Membran weg er
streckt, und zwar in einem vorbestimmten Winkel relativ zur Membran. Eine
ähnliche Anordnung ist im US-Patent 5,521,518 von Higgins gezeigt. Es ist je
doch schwierig, diese Finger zu Beginn so auszurichten, daß sie alle in einer ge
meinsamen Ebene enden, insbesondere falls eine Anordnung hoher Dichte be
nötigt wird.
Weiterhin werden diese Finger während des Gebrauchs leicht aus ihrer Lage
herausgebogen und können nicht auf einfache Weise in ihre ursprüngliche Aus
gangsposition zurückgebogen werden. Dies führt dazu, daß einige der Finger
dazu neigen, einen Kontaktschluß herbeizuführen, bevor andere der Finger
auftreffen, und Bürstdrücke und Abstände für verschiedene Finger können so
mit zueinander variieren. Weiterhin ist, zumindest bei Evans, kein ausreichen
der Mechanismus vorgesehen, um zumindest eine geringe Verkippung zwi
schen den Fingern und Kontaktflächen zu tolerieren. Obwohl Evans vorschlägt,
die Oberfläche eines jeden Fingers aufzurauhen, um die Qualität der elektri
schen Verbindung zu verbessern, kann dieses Aufrauhen einen unerwünschten
Materialabtrag und eine Beschädigung der Kontaktoberflächen verursachen.
Zudem besteht ein weiterer Nachteil der sowohl bei Evans und Higgins gezeig
ten Kontaktfinger darin, daß diese Finger nach einer relativ kleinen Anzahl
von Berührungen oder Arbeitsvorgängen aufgrund des wiederholten Biegens
und Spannens einer Ermüdung und einem Versagen unterliegen.
Fig. 1 zeigt einen von Cascade Microtech, Inc. aus Beaverton, Oregon, ent
wickelten Meßfühlerkopf 40 zum Aufsetzen eines Membranmeßfühleraufbaus
42. Um das elektrische Verhalten eines bestimmten Würfelbereichs 44 zu mes
sen, welcher auf dem Siliziumwafer 46 angebracht ist, werden die digitalen
Hochgeschwindigkeitsleitungen 48 und/oder die abgeschirmten Übertragungs
leitungen 50 des Meßfühlers mittels einer geeigneten Verkabelung mit Einga
be-/Ausgabeanschlüssen von Meßgeräten verbunden, und die Einspannvorrich
tung 51, welche den Wafer trägt, wird in jeweils senkrecht zueinander verlau
fenden Richtungen X, Y und Z bewegt, um die Kontaktfläche des Würfelbe
reichs in Anpressverbindung mit den Kontakten zu bringen, welche im unteren
Bereich der Membranmeßfühleraufbaus enthalten sind.
Der Meßfühler 40 umfaßt eine Meßfühlerkarte 52, auf welcher die
Daten-/Signalleitungen 48 und 50 angeordnet sind. Aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich,
daß der Membranmeßfühleraufbau 42 ein Auflageelement 54 umfaßt, welches
aus inkompressiblem Material besteht, wie z. B. einem harten Polymer. Dieses
Element ist mittels vier Imbusschrauben 56 und entsprechenden Muttern 58
lösbar mit der oberen Seite der Meßfühlerkarte verbunden (eine jede Schraube
verläuft durch einen zugeordneten Befestigungsarm 60 des Auflageelements
und ein separates Auflageelement 62 verteilt den Anpreßdruck der Schrauben
gleichmäßig über die gesamte Rückseite des Auflageelements). Aufgrund dieser
lösbaren Verbindung können unterschiedliche Meßfühleraufbauten mit unter
schiedlichen Kontaktanordnungen schnell gegeneinander ausgetauscht wer
den, wie dies zum Abtasten unterschiedlicher Vorrichtungen notwendig ist.
Fig. 3 und 4 zeigen, daß das Auflageelement 54 einen rückwärtigen Basisab
schnitt 64 umfaßt, mit dem die Verbindungsarme 60 einstückig verbunden
sind. Ebenfalls auf dem Auflageelement 54 ist eine vordere Ablage (Tauchkern)
66 enthalten, welche sich vom flachen Basisbereich nach außen weg erstreckt.
Diese vordere Ablage hat abgewinkelte Seiten 68, welche zu einer flachen Auf
lageoberfläche 70 hin zulaufen, um der vorderen Auflage die Form einer abge
schnittenen Pyramide zu geben.
Fig. 2 zeigt weiterhin, daß ein flexibler Membranaufbau 72 mit der Auflage
verbunden wird, nachdem er mittels auf dem Basisabschnitt vorhandenen Aus
richtnadeln 74 ausgerichtet worden ist. Dieser flexible Membranaufbau besteht
aus einer oder mehrerer Lagen aus Isolationsfolienmaterial, wie z. B. Kap
ton™, welches von E. I. Du Pont de Nemours käuflich erhältlich ist, oder ande
ren Polyimidfilmen, und flexible leitende Schichten oder Streifen liegen vor,
welche zwischen diesen Lagen angebracht sind, um die Daten-/Signalleitungen
76 zu bilden.
Wenn, wie in Fig. 3 gezeigt, das Auflageelement 54 auf die obere Seite der Meß
fühlerkarte 52 aufgesetzt wird, erstreckt sich die vordere Auflage 66 durch eine
mittige Öffnung 78 in der Meßfühlerkarte hindurch, um die Kontakte bereitzu
stellen, welche auf einem mittigen Bereich 80 der flexiblen Membrananord
nung an passender Stelle angebracht sind, um mit den Kontaktflächen der zu
testenden Vorrichtung eine Anpressverbindung bereitzustellen. Fig. 2 zeigt,
daß der Membranaufbau sich radial erstreckende Armabschnitte 82 aufweist,
welche voneinander durch sich nach innen gebogene Kanten 84 getrennt sind,
die dem Aufbau die Form eines "Eisernen Kreuzes" geben. Dabei erstrecken
sich diese Abschnitte in geneigter Weise längs der abgewinkelten Seiten 68,
wodurch die Kontaktfläche umgebende aufstehende Komponenten freigelassen
werden. Eine Reihe von Kontaktflächen 86 schließt die Daten-/Signalleitungen
76 ab, so daß dann, wenn das Auflageelement aufgesetzt wird, diese Kontakt
flächen mit auf der oberen Seite der Meßfühlerkarte angebrachten korrespon
dierenden Abschlußkontaktflächen elektrisch so zusammenwirken, daß die Da
ten-/Signalleitungen 48 auf der Meßfühlerkarte mit den Kontakten im mitti
gen Bereich elektrisch verbunden werden.
Ein Merkmal des Membranmeßfühleraufbaus 42 ist seine Fähigkeit zum Te
sten einer Anordnung von Kontaktflächen mit gewisser Dichte über eine große
Anzahl von Kontaktierungszyklen hinweg auf eine Weise, welche trotz der
Oxidbildungen auf den Kontaktflächen für eine zuverlässige elektrische Ver
bindung zwischen den Kontakten und den Kontaktflächen während eines jeden
Arbeitszyklusses sorgt. Diese Fähigkeit beruht auf dem Aufbau des Auflageele
ments 54, dem flexiblen Membranaufbau 72, und der Art und Weise ihres Zu
sammenwirkens. Insbesondere ist der Membranaufbau so konstruiert und mit
dem Auflageelement verbunden, daß die Kontakte auf dem Membranaufbau
bevorzugterweise in einer lokal kontrollierten Weise in seitlicher Richtung
über die Kontaktfläche wischen oder schrubben, wenn sie in Anpressverbin
dung mit diesen Kontaktflächen gebracht werden. Der bevorzugte Mechanis
mus zum Erzeugen dieser Bürstwirkung wird nun in Verbindung mit dem Auf
bau und der Wirkungsweise eines bevorzugten Membranaufbaus 72a beschrie
ben, wie er am besten aus Fig. 6 und 7a bis 7b ersichtlich ist.
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht des mittigen Bereichs 80a des bevorzugten
Membranaufbaus 72a. Bei dieser Ausführungsfarm sind die Kontakte 88 in ei
nem quadratisch angeordneten Muster angeordnet, welches zur Verbindung
mit einer quadratischen Anordnung von Kontaktflächen geeignet ist. Fig. 7a
zeigt einen Schnitt längs den Linien 7a-7a in Fig. 6 und veranschaulicht, daß
jeder Kontakt einen relativ dicken steifen Arm 90 umfaßt an dessen Ende ein
steifer Kontakthöcker 92 ausgebildet ist. Der Kontakthöcker weist einen Kon
taktierungsbereich 93 auf, welcher bei der veranschaulichten Ausführungsform
aus einer Noppe aus einer Rhodium-Nickellegierung besteht, welche auf dem
Kontakthöcker aufgeschweißt ist. Durch Galvanisierung ist ein jeder Arm be
vorzugterweise so ausgebildet, daß er mit dem Ende eines flexiblen leitenden
Abschnitts 76a in überlappender Weise verbunden ist, um eine Verbindung
hiermit einzugehen. Dieser leitende Abschnitt stellt zusammen mit einer in ei
ner hinteren Ebene liegenden leitenden Schicht 94 auf effektive Weise eine Da
ten-/Signalleitung mit geregelter Impedanz zum Kontakt bereit, da seine Ab
messungen bevorzugterweise durch genaue Anwendung eines photolithogra
phischen Verfahrens festgelegt sind. Die in einer hinteren Ebene liegende
Schicht umfaßt bevorzugterweise darin angebrachte Öffnungen, um z. B. ein
Entweichen von Gas während der Herstellung zu ermöglichen.
Der Membranaufbau ist durch eine dazwischenliegende Elastomerschicht 98
mit der flachen Auflageoberfläche 70 verbunden, wobei diese Schicht sich ge
nauso weit erstreckt wie die Auflageoberfläche und durch eine Silikongummi
verbindung wie z. B. ELMER'S STICK-ALL™ gebildet werden kann, welches
von der Borden Company hergestellt wird, oder Sylgard 182 der Dow Corning
Corporation. Diese Verbindung kann üblicherweise in pastenförmiger Konsi
stenz verarbeitet werden, und härtet anschließend aus. Wie zuvor erwähnt, ist
die flache Auflageoberfläche aus inkompressiblen Material gebildet und be
steht bevorzugterweise aus einem harten Dielektrikum wie z. B. Polysulfon
oder Glas.
Wenn bei dem oben beschriebenen Aufbau, wie in Fig. 7b gezeigt, einer der
Kontakte 88 mit einer zugeordneten Kontaktfläche 100 in Anpressverbindung
gebracht wird, so sorgt die resultierende außermittige Kraft auf den steifen
Arm 90 und den Höcker 92 dafür, daß der Arm sich gegen die elastische Rück
stellkraft dreht oder verkippt, welche von der Elastomerkontaktfläche 98 auf
gebracht wird. Diese Kippbewegung ist in dem Sinne lokalisiert, daß ein vorde
rer Bereich 102 des Arms eine größere Strecke hin zur flachen Auflageoberflä
che 70 zurücklegt als ein rückwärtiger Bereich 104 desselben Arms. Der Effekt
wirkt so, daß der Kontakt in einer seitlichen Schrubbewegung über die Kon
taktfläche hinwegbewegt wird, wie in Fig. 7b durch gestrichelte Linien sowie
durchgezogene Linien gezeigt, welche jeweils Anfangs- und Endstellungen des
Kontakts auf der Kontaktfläche zeigen. Auf diese Weise wird der isolierende
Oxidschichtaufbau auf einem jeder Kontaktfläche entfernt, um sicherzustellen,
daß zuverlässige elektrische Verbindungen zwischen dem Kontakt und der
Kontaktfläche auftreten.
Fig. 8 zeigt in einer Darstellung mit gestrichelten Linien die relativen Stellun
gen des Kontakts 88 und der Kontaktfläche 100 zum Zeitpunkt des ersten Zu
sammentreffens (Kontaktschluß) und, in einer Darstellung mit durchgezogenen
Linien, dieselben Elemente nach Überquerung der Kontaktfläche um eine St
recke 106 in vertikaler Richtung direkt auf die flachen Auflageoberfläche 70
hin. Wie gezeigt, hängt der Abstand 108 der seitlichen Schrubbewegung di
rekt von der vertikalen Ablenkung des Kontakts 88 ab, oder, was gleichbedeu
tend ist, von der über der Kontaktfläche 100 zurückgelegten Strecke 106. Da
die zurückgelegte Strecke für einen jeden Kontakt im mittigen Bereich 80a im
wesentlichen dieselbe sein wird (mit Unterschieden, welche lediglich auf ge
ringfügigen Differenzen in der Kontakthöhe beruhen), wird somit das Maß der
seitlichen Bürstbewegung eines jeden Kontakts im mittigen Bereich im wesent
lichen gleich sein und wird insbesondere nicht durch die relative Stellung eines
einzelnen Kontakts im mittigen Bereich beeinflußt.
Da die Elastomerschicht 98 durch die inkompressible Auflageoberfläche 70 ge
stützt wird, übt die Elastomerschicht eine Rückstellkraft auf jeden verkippten
Arm 90 aus und somit kann jeder Kontakt 88 während des Bürstvorgangs ei
nen Druck zwischen Kontakt und Kontaktfläche ausüben. Zur selben Zeit
gleicht die elastomere Schicht kleinere Unterschiede in der Höhe zwischen den
jeweiligen Kontakten aus. Fig. 9a zeigt, wie ein relativ kurzer Kontakt 88a zwi
schen einem sich unmittelbar gegenüberliegenden Paar von relativ dazu länge
ren Kontakten 88b angebracht ist. Wenn diese längeren Kontakte mit ihren je
weils zugeordneten Kontaktflächen in Kontakt gebracht werden, erlaubt eine
Verformung der elastomeren Schicht, wie in Fig. 9b gezeigt, daß der kürzere
Kontakt nach nur einem relativ geringen Betrag an zusätzlich zurückgelegter
Entfernung über den Kontaktflächen mit seiner Kontaktfläche in Kraftschluß
gebracht wird.
Es sei bei diesem Beispiel angemerkt, daß die Kippbewegung eines jeden Kon
takts lokal geregelt ist, und daß die längeren Kontakte insbesondere in der La
ge sind, unabhängig von den kürzeren Kontakten zu verkippen, so daß der kür
zere Kontakt nicht seitlich verschoben wird, bevor er nicht tatsächlich mit sei
ner Kontaktfläche in Berührung gekommen ist.
Mit Bezugnahme auf Fig. 10 und 11 ist anzumerken, daß das Galvanisierungs
verfahren zum Aufbauen der Armstruktur, wie schematisch in Fig. 8 gezeigt
ist, das inkompressible Material 68 umfaßt, welches die Auflagefläche 70 und
das daran angebrachte Substratmaterial definiert, wie z. B. die Elastomer
schicht 98. Unter Verwendung einer Aufbautechnik für flexible Schaltungsträ
ger wird dann die flexible Leiterbahn 76a auf einem später zu entfernenden
(überschüssigen) Substratbereich ausgeformt. Dann wird eine Polyimidlage 77
ausgeformt, um die gesamte Oberfläche später zu entfernenden Substratbe
reichs und der Bahnen 76a zu bedecken, mit Ausnahme des gewünschten Orts
der Arme 90 auf einem Bereich der Leiterbahnen 76a. Die Arme 90 werden
dann innerhalb der Öffnungen in der Polyimidlage 77 galvanisiert. Dann wird
eine Schicht aus Photoresist 79 sowohl auf der Oberfläche des Polyimids 77 als
auch auf den Armen 90 ausgeformt, um Öffnungen für die gewünschten Orte
der Kontakthöcker 92 zu lassen. Die Kontakthöcker 92 werden dann innerhalb
der Öffnungen der Photoresistlage 79 galvanisiert. Die Photoresistlage 79 wird
entfernt und eine dickere Photoresistlage 81 wird ausgeformt, um die freilie
genden Oberflächen mit Ausnahme der gewünschten Stellen für die Kontaktie
rungsbereiche 93 zu bedecken. Die Kontaktierungsbereiche 93 werden dann in
nerhalb der Öffnungen in der Photoresistlage 81 galvanisiert. Die Photoresist
lage 81 wird dann entfernt. Die überschüssige Substratlage wird entfernt und
die verbleibenden Lagen werden mit der Elastomerlage 98 verbunden. Die so
entstehenden Arme 90, Kontakthöcker 92 und Kontaktierungsbereiche 93 stel
len, wie genauer in Fig. 12 veranschaulicht, die unabhängigen Kipp- und
Schrubbfunktionen der Vorrichtung bereit.
Jedoch führt die zuvor erläuterte Aufbautechnik unglücklicherweise zu einem
Aufbau mit vielen unerwünschte Eigenschaften.
Erstens führen die verschiedenen Arme 90, die Kontakthöcker 92 und die Kon
taktierungsbereiche 93 (die jeweils als "Vorrichtung" aufgefaßt werden kön
nen), welche in der Nähe voneinander liegen, zu unterschiedlichen lokalisier
ten Stromdichten innerhalb des Galvanisierungsbades, was wiederum zu Un
terschieden in den Höhen von vielen der Arme 90, Kontakthöcker 92 und Kon
taktierungsbereiche 93 führt. Weiterhin führen unterschiedliche Dichten der
Ionen innerhalb des Galvanisierungsbades und "zufällige" Schwankungen im
Galvanisierungsbad zu Unterschieden in den Höhen von vielen der Arme 90,
Kontakthöcker 92 und Kontaktierungsbereichen 93. Die unterschiedlichen Hö
hen von vielen der Arme 90, Kontakthöcker 92 und Kontaktierungsbereichen
93 schlagen sich in dreifacher Weise in der Gesamthöhe von vielen der Vorrich
tungen nieder. Dementsprechend werden viele der Vorrichtungen Höhen auf
weisen, welche sich deutlich von den Höhen anderer Vorrichtungen unterschei
den. Verwendet man Membranmeßfühler mit unterschiedlicher Höhe der Vor
richtungen, so erfordert dies einen größeren Druck, um sicher zu stellen, daß
all die Kontaktierungsbereiche 93 in ausreichendem Kontakt mit der zu testen
den Vorrichtung stehen als dies der Fall sein würde, falls alle Vorrichtungen
dieselbe Höhe aufwiesen. Für Meßfühler mit hoher Dichte, wie z. B. 2000 oder
mehr Vorrichtungen auf einer kleinen Fläche, ist der Gesamteffekt des zusätz
lichen Druckes, welcher für jede Vorrichtung benötigt wird, so, daß er die Ge
samtkraft, welche für den Meßfühlerkopf und die Meßfühlerstation zulässig ist,
überschreitet. Der überschüssige Druck kann auch zu einem Verbiegen oder
Brechen der Meßfühlerstation, des Meßfühlerkopfs und/oder des Membran
meßfühleraufbaus führen. Zusätzlich können die Vorrichtungen mit der größ
ten Höhe die Kontaktflächen auf der zu testenden Vorrichtung zerstören, und
zwar wegen des erhöhten Drucks, welcher notwendig ist, um einen passenden
Kontakt der Vorrichtungen mit der geringsten Höhe bereitzustellen.
Zweitens ist die Fähigkeit, die Abstände (Schrittweite) zwischen den Vorrich
tungen zu verringern, aufgrund des "Pilzwucherungs"-Effekts des Galvanisie
rungsverfahrens an den Kanten des Polyimids 77 und der Photoresistlage 79
und 81 beschränkt. Der "Pilzwucherungs"-Effekt ist schwer zu kontrollieren
und führt zu einer variablen Breite der Arme 90, der Kontakthöcker 92 und der
Kontaktierungsbereiche 93. Falls die Höhe der Arme 90, der Kontakthöcker 92
oder der Kontaktierungsbereiche 93 vergrößert wird, so vergrößert sich auch
der "Pilzwucherungs"-Effekt, wodurch sich die Breite des jeweiligen Bereichs
vergrößert. Die vergrößerte Breite eines Teils führt im allgemeinen zu einer
breiteren Gesamteinheit, was wiederum den Mindestabstand zwischen Kon
taktflächen 93 vergrößert. Wird alternativ hierzu die Höhe der Arme 90, der
Kontakthöcker 92 oder der Kontaktierungsbereiche 93 verringert, so verringert
sich im allgemeinen die Breite des "Pilzwucherungs"-Effekts, was wiederum
den Mindestabstand zwischen Kontaktierungsbereichen 93 verringert. Falls je
doch die Höhe der Kontaktierungsbereiche 93 relativ zu dem jeweiligen Arm 90
ausreichend reduziert wird, dann kann während des Gebrauchs das rückwärti
ge Ende des Arms 90 ausreichend verkippt werden, und die zu testenden Vor
richtung an einer passenden Stelle kontaktieren, d. h. außerhalb der Kontakt
fläche.
Drittens ist es schwierig, eine zweite Metallage direkt auf eine ersten Metall
lage aufzugalvanisieren, wie z. B. Kontaktierungsbereiche 93 auf die Kon
takthöcker 92, insbesondere wenn Nickel verwendet wird. Um eine Verbindung
zwischen den Kontakthöckern 92 und den Kontaktierungsbereichen 93 bereit
zu stellen, wird eine Zwischenkeimlage, wie z. B. aus Kupfer oder Gold, ver
wendet, um eine verbesserte Verbindung bereit zu stellen. Unglücklicherweise
verringert die Zwischenkeimlage die Querbelastbarkeit der Vorrichtung auf
grund der geringeren Scherbelastbarkeit der Zwischenlage.
Viertens besteht bei Anbringen einer Photoresistlage über einer nicht gleichför
migen Oberfläche die Gefahr, daß diese nicht vollständig deckend aufgetragen
wird, was zu einer nicht gleichmäßigen Dicke des Photoresistmaterials als sol
chem führt. In Fig. 13 sieht man die Photoresistlage 79 (und 81) über den erho
benen Bereichen der Arme 90 die Tendenz aufweisen, dicker zu sein als die
Photoresistlage 79 (und 81) über den unteren Bereichen des Polyimids 77. Zu
sätzlich neigt die Dicke des Photoresists 79 (und 81) dazu, abhängig von der
Dichte der Arme 90 zu variieren. Dementsprechend sind die Bereiche des Mem
branmeßfühlers, welche eine dichtere Anordnung der Vorrichtungen aufweisen
mit einer Photoresistlage 79 (und 81) versehen, welche im Durchschnitt dicker
sein wird als Bereiche des Membranmeßfühlers, welche eine geringere
Packungsdichte der Vorrichtungen aufweisen. Während des Vorgangs des Be
lichtens und Ätzens der Photoresistlage 79 (und 81) hängt die Dauer des Pro
zesses von der Dicke des Photoresists 79 (und 81) ab. Mit veränderlicher Photo
resistdicke ist es schwierig, den Photoresist angemessen zu bearbeiten, um
gleichförmige Öffnungen bereitzustellen. Weiterhin werden die dünneren Re
gionen der Photoresistlage 79 (oder 81) dazu neigen, überbelichtet zu werden,
was sich in unterschiedlich großen Öffnungen niederschlägt. Weiterhin gilt,
daß je größer die Dicke der Photoresistlage 79 (oder 81) ist, desto größer auch
die Schwankung in ihrer Dicke sind. Dementsprechend zieht die Verwendung
von Photoresist viele Probleme bei der Verarbeitung nach sich.
Fünftens sind getrennte Ausrichtungsprozesse notwendig, um die Arme 90 auf
die Leiterbahnen 76a auszurichten, die Kontakthöcker 92 auf die Arme 90 und
die Kontaktierungsbereiche 93 auf die Kontakthöcker 92. Ein jedes Ausrich
tungsverfahren weist inhärente Schwankungen auf, welche beim Festlegen der
Größe jedes Teils berücksichtigt werden müssen. Die minimale Größe der Kon
taktierungsbereiche 93 ist überwiegend festgelegt durch die Anforderungen an
die Querfestigkeit und die maximal zulässige Stromdichte darin. Die minimale
Größe der Kontaktierungsbereiche 93, welche für die Toleranzen in der Aus
richtung verantwortlich sind, legt wiederum die Minimalgröße der Kon
takthöcker 92 fest, so daß die Kontaktierungsbereiche 93 sicher auf den Kon
takthöckern 92 aufgebaut werden. Die Minimalgröße der Kontakthöcker 92 in
Anbetracht der Kontaktierungsbereiche 93 und der Toleranzen bei der Ausrich
tung, legt die Minimalgröße der Arme 90 fest, so daß die Kontakthöcker 92 mit
Sicherheit auf den Armen 90 aufgebaut werden. Dementsprechend legt die
Summe der Toleranzen der Kontakthöcker 92 und der Kontaktierungsbereiche
93 zusammen mit einer Minimalgröße der Kontaktierungsbereiche 93 die mini
male Größe einer Vorrichtung fest, und definiert somit die minimale Schritt
weite zwischen Kontaktflächen.
Was erwünscht ist, ist deshalb eine Technik zum Aufbau von Membranmeßfüh
lern und eine Struktur derselben, welche zu einer einheitlicheren Größe der
Vorrichtungen führen, sowie einem verringerten Abstand zwischen den Vor
richtungen, einer maximierten Querfestigkeit, erwünschten Geometrien und
einer passenden Ausrichtung.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des Standes der Technik
durch Bereitstellen eines Substrats, welches bevorzugterweise aus einem duk
tilen Material aufgebaut ist. Ein Werkzeug mit erwünschter Form der
herzustellenden Vorrichtung zum Kontaktieren der Kontaktflächen auf einer
zu testenden Vorrichtung wird mit dem Substrat in Kontakt gebracht. Das
Werkzeug besteht bevorzugterweise aus einem Material, welches härter ist als
das Substrat, so daß eine Vertiefung problemlos darin hergestellt werden kann.
Eine dielektrische (Isolations)-Schicht, welche bevorzugterweise mit einem Mu
ster versehen ist, wird vom Substrat gestützt. Ein leitendes Material wird in
die Vertiefungen eingebracht und dann bevorzugterweise planiert, um über
schüssiges Material von der Oberfläche der dielektrischen Schicht zu entfernen
und eine überall flache Oberfläche bereit zu stellen. Eine Leiterbahn wird auf
der elektrischen Schicht und dem leitenden Material geformt. Eine Polyimid
schicht wird dann bevorzugterweise über der gesamten Oberfläche ausgeformt.
Das Substrat wird dann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren entfernt.
Die vorgenannten weiteren Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung erge
ben sich in genauerer Weise nach Betrachten der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung der Erfindung zusammen mit den beigefügten Figuren.
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, welche einen Membranmeßfühlerauf
bau zeigt, der an einem Meßfühlerkopf angeschraubt ist, und einen
Wafer, der auf einer Einspannvorrichtung in passender Positionie
rung angebracht ist, um mittels dieses Aufbaus getestet zu werden;
Fig. 2 eine Draufsicht von unten, welche verschiedene Teile des in Fig. 1 ge
zeigten Meßfühleraufbaus zeigt, und zwar unter anderem ein Aufla
geelement und einen flexiblen Membranaufbau sowie eine Teilan
sicht einer Meßfühlerkarte mit Daten-/Signalleitungen, welche mit
entsprechenden Leitungen auf dem Membranaufbau verbunden sind;
Fig. 3 eine Draufsicht von der Seite auf den Membranmeßfühleraufbau in
Fig. 1, wobei ein Teil des Membranaufbaus weggeschnitten worden
ist, um verdeckte Bereiche des Auflageelements darzustellen;
Fig. 4 eine Draufsicht von oben auf ein beispielhaftes Auflageelement;
Fig. 5a und 5b schematische Seitenansichten, welche verdeutlichen, wie das
beispielhafte Auflageelement und der Membranaufbau in der Lage
sind, zu kippen, um sich der Orientierung der zu testenden Vorrich
tung anzupassen;
Fig. 6 eine vergrößerte Draufsicht von oben auf den mittigen Bereich des
beispielhaften Membranaufbaus aus Fig. 2;
Fig. 7a und 7b Schnitte längs den Linien 7a-7a und Fig. 6, welche zunächst einen
beispielhaften Kontakt vor dem Erreichen des Kontaktpunkts zeigen,
und dann denselben Kontakt, nachdem der Kontaktpunkt erreicht
worden ist, und eine Bürstbewegung über die jeweilige Kontaktfläche
stattgefunden hat;
Fig. 8 eine schematische Seitenansicht, welche mit gestrichelten Linien den
Zeitpunkt des ersten Kontaktschlusses bei dem in Fig. 7a und 7b bei
spielhaft gezeigten Kontakt veranschaulicht, und mittels durchgezo
gener Linien denselben Kontakt, nachdem die Kontaktfläche ein wei
teres Stück vertikal darüber hinwegbewegt worden ist;
Fig. 9a und 9b zeigen die Verformung der Elastomerschicht um die Kontakte mit ih
rer Kontaktfläche in Kontakt zu bringen;
Fig. 10 ist ein Längsschnitt der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 11 ist ein Querschnitt der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 12 ist eine genauere bildliche Darstellung der in Fig. 10 und 11 gezeig
ten Vorrichtung;
Fig. 13 ist eine detaillierte Ansicht der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung, wo
bei die ungleichmäßigen Lagen gezeigt sind, welche während der Be
arbeitung auftreten;
Fig. 14 ist eine bildliche Darstellung eines Substrats;
Fig. 15 ist eine bildliche Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
eines Werkzeugs und insbesondere eines Werkzeugs zum erfindungs
gemäßen Herstellen von Vertiefungen;
Fig. 16 ist eine bildliche Darstellung, welche veranschaulicht, wie das in Fig.
15 gezeigte Werkzeug mit dem Substrat von Fig. 14 in Kontakt tritt;
Fig. 17 ist eine bildliche Darstellung des in Fig. 14 gezeigten Substrats,
nachdem das in Fig. 15 gezeigte Werkzeug hiermit in Kontakt ge
kommen ist;
Fig. 18 ist ein Querschnitt des in Fig. 14 gezeigten Substrats mit einer dar
auf angebrachten Polyimidschicht;
Fig. 19 ist eine bildliche Darstellung des in Fig. 16 gezeigten Werkzeugs zu
sammen mit einem Anschlag für die z-Achse;
Fig. 20 ist ein Querschnitt des in Fig. 14 gezeigten Substrats mit einer Lei
terbahn, leitendem Material in der Vertiefung und einer zusätzlichen
Polyimidlage darauf;
Fig. 21 ist eine bildliche Darstellung der in Fig. 20 gezeigten Vorrichtung in
invertierter Darstellung, wobei das Substrat entfernt worden ist;
Fig. 22 ist eine Teilschnittdarstellung des in Fig. 21 gezeigten Kontaktie
rungsbereichs;
Fig. 23 ist eine schematische Ansicht, welche eine Anordnung der erfin
dungsgemäßen Vorrichtungen zeigt;
Fig. 24 ist eine schematische Darstellung, welche den Kontakt zwischen ei
nem herkömmlichen Kontaktierungsbereich und der Oxidschicht ei
nes Lothöckers zeigt;
Fig. 25 ist eine Draufsicht auf eine weitere Vorrichtung mit einem länglichen
Meßfühlerbereich;
Fig. 26 ist eine Seitenansicht der in Fig. 25 gezeigten Vorrichtung mit einem
länglichen Meßfühlerabschnitt;
Fig. 27 ist eine bildliche Darstellung eines Lothöckers mit einer Markierung
darin, welche von der in Fig. 25 und 26 gezeigten Vorrichtung
stammt.
Fig. 28 ist eine bildliche Darstellung einer anderen alternativen Meßfühler
vorrichtung;
Fig. 29 ist eine bildliche Darstellung einer weiteren Meßfühlervorrichtung,
welche für Lothöcker geeignet ist;
Fig. 30 ist die Seitenansicht einer echten Kelvin-Verbindung, welche die Vor
richtungen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
Fig. 31 ist eine Seitenansicht des Substrats mit einer dünnen Leiterbahn un
ter der Vorrichtung, und einer Polyimidschicht;
Fig. 32 ist ein Querschnitt des Substrats mit einer dünnen Leiterbahn in der
Nähe des Endes der Vorrichtung und einer Polyimidschicht;
Fig. 33 ist ein Querschnitt des Substrats mit einer dünnen Leiterbahn mit
einer kontinuierlichen Verringerung der Dicke und einer Polyimid
schicht;
Fig. 34 ist ein Querschnitt des Substrats mit einer dünnen Leiterbahn mit
einer allmählichen Verringerung der Dicke und einer Polyimid
schicht;
Fig. 35 ist eine Draufsicht auf eine Vorrichtung und eine breite Leiterbahn;
Fig. 36 ist ein Querschnitt einer Leiterbahn;
Fig. 37 ist eine bildliche Darstellung des Werkzeugs mit einem dünneren Be
reich;
Fig. 38 ist ein Querschnitt des Substrats mit einer zusätzlichen Schicht dar
auf;
Fig. 39 ist eine bildliche Darstellung der Vorrichtungen mit angespitzten
Armbereichen;
Fig. 40 zeigt verschiedene beispielhafte Armprofile;
Fig. 41 zeigt verschiedene beispielhafte Armprofile;
Fig. 42 zeigt verschiedene Armkrümmungsprofile;
Fig. 43 zeigt ein Werkzeug zum Anbringen von Vertiefungen mit Vier-Achs
symmetrie;
Fig. 44 ist ein Querschnitt des Substrats mit einer Leiterbahn, leitendem
Material in der Vertiefung und einer Polyimidschicht;
Fig. 45 ist eine bildliche Darstellung der in Fig. 44 gezeigten Vorrichtung, in
invertierter Darstellung, wobei das Substrat entfernt worden ist;
Fig. 46 zeigt eine nicht gleichförmige Vertiefung, welche durch ein fortwäh
rendes Abtragen von Material erzielt worden ist;
Fig. 47 zeigt ein Werkzeug zum Anbringen von Vertiefungen mit Zwei-Achs-
Symmetrie;
Fig. 48 zeigt ein Werkzeug zum Anbringen von Vertiefungen mit Ein-Achs-
Symmetrie.
Die vorliegend angewandte Aufbautechnik für Membranmeßfühler beinhaltet
als Ausgangspunkt ein flaches steifes Substrat, um weitere darauf aufzubrin
gende Schichten zu stützen. Um die Schrittweite zu verringern und Vorrich
tungen mit einer erhöhten Gleichmäßigkeit bereit zu stellen, sind immer noch
komplexere und teurere Bearbeitungsverfahren notwendig. Im direkten Ge
gensatz zu den herkömmlichen Techniken zum Aufbau von Schichten von un
ten nach oben auf einem Auflagesubstrat (Stützsubstrat) sind die Erfinder der
vorliegenden Erfindung zu der Einsicht gelangt, daß durch Verwendung eines
passenden Werkzeugs ein Substrat zielgerichtet so bearbeitet werden kann,
daß die gewünschten Arme, Kontakthöcker und Kontaktierungsbereiche herge
stellt werden können. Die verbleibenden Schichten werden dann von oben nach
unten auf dem Arm hergestellt. Das Substrat selbst wird danach entfernt.
Wie aus Fig. 14 ersichtlich, wird ein Substrat 200 bevorzugterweise aus einem
duktilen Material hergestellt, wie Aluminium, Kupfer, Blei, Indium, Messing,
Gold, Silber, Platin oder Tantal, mit einer Dicke von bevorzugterweise zwi
schen 0,0254 cm (10 mills) und 0,3175 cm (1/8 inch). Die obere Oberfläche 202
des Substrats 200 ist bevorzugterweise plan und poliert, um optische Klarheit
aufzuweisen, um die Sichtmöglichkeit zu verbessern, wie nachfolgend erläutert
wird.
Fig. 15 zeigt ein Werkzeug und insbesondere ein Werkzeug 210 zum Anbringen
von Vertiefungen, welches mit einem Kopf 212 versehen ist, der die gewünsch
te Form der herzustellenden Vorrichtung zum Kontaktieren der Kontaktflä
chen auf der zu testenden Vorrichtung aufweist. Das Werkzeug 210 zum An
bringen von Vertiefungen umfaßt einen Fortsatz 214, um mit einer Maschine
zum Anbringen von Vertiefungen (nicht gezeigt) verbunden zu werden. Das
Werkzeug 210 wird von der Maschine zum Anbringen von Vertiefungen aufge
nommen, wobei der Kopf 212 so ausgerichtet ist, daß er mit der oberen Oberflä
che 202 des Substrats 200 in Kontakt kommt. Das Werkzeug 210 ist bevorzug
terweise aus einem Material hergestellt, welches härter ist als das Substrat
200, so daß eine Vertiefung darin in einfacher Weise angebracht werden kann.
Ein passendes Material für das Werkzeug 210 ist zum Beispiel Werkzeugstahl,
Karbid, Chrom und Diamant. Die bevorzugte Maschine zum Anbringen von
Vertiefungen ist eine Meßfühlerstation, welche eine genaue X-, Y- und Z-Steue
rung umfaßt. Es versteht sich von selbst, daß jede andere geeignete Maschine
zum Anbringen von Vertiefungen ebenfalls verwendet werden kann. Fig. 16
zeigt, daß das Werkzeug 210 an die Oberfläche 202 des Substrats 200 ange
preßt wird, was zu einer Vertiefung 216 führt, welche der Form des Werkzeugs
210 nach seinem Zurückziehen vom Substrat 200 entspricht, wie in Fig. 17 ge
zeigt. Das Werkzeug 210 wird verwendet, um eine Vielzahl von Vertiefungen
216 im Substrat 200 herzustellen, welche dem gewünschten Muster entspre
chen, so wie das in Fig. 6 gezeigte Muster. Umgekehrt kann das Werkzeug 210
festgehalten werden und das Substrat 200 kann in Z-Richtung bewegt werden,
bis die obere Oberfläche 202 des Substrats an das Werkzeug 210 angepreßt
wird, was in derselben Vertiefung 216 resultiert, welche der Form des Werk
zeugs 210 beim Zurückziehen vom Substrat 200 entspricht, wie in Fig. 17 ge
zeigt.
Fig. 18 zeigt, wie eine Polyimidschicht 220 um die Vertiefung 216 herum aus
geformt wird. Es versteht sich von selbst, daß jede andere passende Isolations
schicht oder dielektrische Schicht verwendet werden kann. Bei dem Verfahren
des Ausformens der Polyimidlage 220 ist es etwas schwierig, das Polyimid wäh
rend des Vorgangs des Belichtens und Ätzens der Polyimidschicht aus den Ver
tiefungen 216 zu entfernen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Vertie
fungen 216 relativ tief sind mit steil geneigten Seiten. Alternativ hierzu kann
die Polyimidschicht 220 auf der oberen Oberfläche 202 des Substrats 200 aus
geformt werden, wobei Öffnungen dort angebracht sind, wo die Vertiefungen
216 erwünscht sind. Danach wird das Werkzeug 210 verwendet, um durch die
Öffnungen hindurch, welche in der Polyimidschicht 220 bereitgestellt sind,
Vertiefungen 216 im Substrat 200 herzustellen. Dieses alternative Verfahren
erübrigt das schwierig durchzuführende Verfahren des ausreichenden Entfer
nens der Polyimidlage 220 aus den Vertiefungen 216.
Es ist teuer, Belichtungsmasken für die Polyimidschicht 220 herzustellen, wel
che Toleranzen haben, die ausreichen, um die Öffnungen in den Vertiefungen
216 genau auszurichten. Das Werkzeug 210 in Verbindung mit der Maschine
zur Herstellung von Vertiefungen kann auf die tatsächliche Position eine der
Öffnungen ausgerichtet werden, welche sich durch das Belichten und Ätzen der
Polyimidschicht 220 mit einer relativ billigen und etwas ungenauen Maske er
gibt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung kamen zur Einsicht, daß lokali
sierte Bereiche der Maske und somit die daraus resultierenden Öffnungen für
die Zwecke des Anbringens der Vertiefungen ausreichend gut ausgerichtet
sind. Ebenso können Bereiche der Maske, welche voneinander beabstandet
sind, nicht genügend gut ausgerichtet sein für die Zwecke des Anbringens von
Vertiefungen. Dementsprechend führt das automatische Anbringen von Vertie
fungen mittels einer genauen Maschine zum Anbringen von Vertiefungen auf
dem Substrat 220, um so ein einzuhaltendes Muster mit vielen weit voneinan
der beabstandeten Vertiefungen 216 anzubringen, dazu, daß das Werkzeug
zum Anbringen von Vertiefungen nicht ausreichend ausgerichtet ist mit den
Öffnungen von Bereichen, welche einen großen Abstand zum ursprünglichen
Ausrichtungspunkt aufweisen. Um die Genauigkeit des Ausrichtungsprozesses
zu verbessern, gelangten die Erfinder der vorliegenden Erfindung zur Einsicht,
daß die Maschine zum Anbringen von Vertiefungen wieder ausgerichtet wer
den kann mit den tatsächlichen Öffnungen in der Polyimidlage 220 an ver
schiedenen voneinander beabstandeten Orten, so daß ein jeder lokalisierter Be
reich relativ genau ausgerichtet ist, während die gesamte Ausrichtung etwas
verschoben sein kann. Auf diese Weise kann eine relativ preiswerte Maske ver
wendet werden.
Bevorzugterweise umfaßt die Maschine zum Anbringen von Vertiefungen eine
genaue Z-Achsenbewegung, so daß die Tiefe einer jeden Vertiefung identisch ist
oder im wesentlichen identisch ist. Ist eine ausreichend genaue Z-Achsenbe
wegung nicht möglich, so kann, wie in Fig. 19 gezeigt, ein alternatives Werk
zeug 240 zum Anbringen von Vertiefungen mit einem eingebauten Z-Achsen
anschlag 242 verwendet werden. Der Z-Achsenanschlag 242 ist ein Vorsprung,
welcher sich vom Kopf 244 nach außen erhebt und mit der oberen Oberfläche
des Polyimids 220 oder der Oberfläche 202 des Substrats 200 in Kontakt tritt.
Der Z-Achsenanschlag 242 wird relativ zum Kopf 244 ausgerichtet, so daß die
passende Tiefe erzielt wird, wobei berücksichtigt wird, ob oder ob nicht die Po
lyimidschicht 220 ausgeformt wird, bevor das Werkzeug 240 zum Anbringen
von Vertiefungen verwendet wird.
Fig. 20 zeigt ein leitendes Material 250, welches auf das Polyimid 220
galvanisiert wurde und ein Substrat 200, wodurch die Vertiefungen 216 mit
dem leitenden Material 250, wie z. B. Nickel und Rhodium, aufgefüllt werden.
Es versteht sich, daß jede andere geeignete Technik verwendet werden kann,
um leitendes Material in die Vertiefungen 216 einzubringen. Das leitende Ma
terial 250 wird dann bevorzugterweise poliert, um überschüssiges Material von
der Oberfläche der Polyimidschicht 220 zu entfernen und eine flache Gesamt
oberfläche bereitzustellen. Der bevorzugte Polierverfahren ist ein chemisch-me
chanisches Planierverfahren. Eine Leiterbahn 252 wird auf der Polyimid
schicht 220 und dem leitenden Material 250 ausgeformt. Die Leiterbahn 252 ist
bevorzugterweise ein guter Leiter, wie Kupfer, Aluminium oder Gold. Eine
Polyimidschicht 254 wird dann auf der gesamten Oberfläche ausgeformt. Wei
tere Lagen aus Metall und Dielektrikum können ausgeformt werden. Der Sub
strat 200 wird dann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren entfernt, wie
zum Beispiel Ätzen mit Salzsäure (HCl 15%) oder Schwefelsäure (H2SO4).
Salzsäure und Schwefelsäure reagieren nicht mit der Polyimidschicht 220 oder
mit dem leitenden Material 250, wie z. B. Nickel oder Rhodium. Es versteht
sich, daß die Polyimidschicht 254 alternativ jede beliebige geeignete Isolations
schicht oder dielektrische Schicht sein kann.
In Fig. 21 wird der Kontaktfläche 260 der resultierenden Vorrichtung bevor
zugterweise so ausgewählt, daß er einen niedrigen Kontaktwiderstand auf
weist, so daß eine gute elektrische Verbindung mit der zu testenden Vorrich
tung hergestellt werden kann. Während Nickel einen relativ niedrigen Kon
taktwiderstand aufweist, hat Rhodium einen noch geringeren Widerstand und
ist widerstandsfähiger gegenüber Abnutzung als dies bei Nickel der Fall ist.
Dementsprechend sind die Vertiefungen 216 bevorzugterweise mit einer Lage
aus Rhodium beschichtet. Verwendet man normale Bearbeitungstechniken, so
ist die Dicke des Rhodiums auf ungefähr 5 µm beschränkt. Die resultierende
Vorrichtung umfaßt eine äußere Lage aus Rhodium und insbesondere den Kon
taktierungsbereich 260, welcher dann mit dem verbleibenden Material aufzu
füllen ist, wie z. B. Nickel oder mit einer nicht leitenden Füllung. Das leitende
Material muß nicht die gesamte Vertiefung ausfüllen.
Das zuvor erläuterte Verfahren des Aufbaus von oben nach unten stellt eine
Vielzahl von Vorteilen gegenüber der herkömmlichen, von unten nach oben
verlaufenden Bearbeitungstechnik zum Aufbau von Schichten auf einem Stütz
substrat bereit. Diese Vorteile ermöglichen es auch, Vorrichtungen mit verbes
serten Eigenschaften aufzubauen.
Zuerst gibt es keine Beschränkungen bezüglich der Höhe der resultierenden
Vorrichtungen, welche in der Vergangenheit durch das Bearbeiten mit Photore
sist auferlegt worden sind. Die Möglichkeit, Vorrichtungen mit jeder passenden
Höhe aufzubauen, beseitigt auch die Beschränkungen, welche bei den Versu
chen aufgetreten sind, die hohen schmalen Öffnungen im Photoresist zu galva
nisieren, was schwierig ist.
Zweitens ist die Erhebung der Kontaktierungsbereiche 260 der Vorrichtungen
extrem gleichförmig, da sie nur durch das Werkzeugbearbeitungsverfahren
festgelegt werden, welches seiner Natur nach nicht mechanisch ist. Verschiede
ne lokalisierte Stromdichten des Galvanisierungsbads, verschiedene Dichten
der Ionen innerhalb des Galvanisierungsbads und "zufällige" Schwankungen
im Galvanisierungsbad werden daran gehindert, die Gesamtform und Höhe der
resultierenden Vorrichtungen zu beeinträchtigen. Mit einer wesentlichen
gleichförmigen Erhebung der Vorrichtungen wird weniger Kraft benötigt, um
die Vorrichtungen in ausreichendem Kontakt mit der zu testenden Vorrichtung
zu bringen, was dann wiederum die Wahrscheinlichkeit des Biegens und Bre
chens der Meßfühlerstation, des Meßfühlerkopfs und/oder des Membranmeß
fühleraufbaus verringert. Weiterhin führt die im wesentlichen gleiche Erhe
bung der Vorrichtungen zu einer Verringerung der Wahrscheinlichkeit der Be
schädigung der Kontaktflächen auf der zu testenden Vorrichtung bei übermä
ßigem Druck.
Drittens sind die Kontaktierungsbereiche der Vorrichtung stärker, da die Vor
richtung aus einem einzelnen homogenen Material aufgebaut ist während ei
nes Abscheideprozesses, so daß keine Zwischenschichten erforderlich sind, wie
dies früher bei Mehrfachbearbeitungsschritten erforderlich war. Dies erlaubt
es, die Größe der Kontaktierungsbereiche bis zur Grenze der maximalen
Stromdichte zu beschränken, welche während des Testens zulässig ist, und
nicht auf die minimale Scherbelastbarkeit der Zwischenschicht.
Viertens sind die Formen der sich so ergebenden Vorrichtungen anpaßbar, um
in effektiver Weise verschiedene Materialien zu testen. Die Form der Vorrich
tung kann steile Seitenwandwinkel aufweisen, wie z. B. 85°, während sie
gleichzeitig mechanische Festigkeit, Stabilität und Integrität aufweisen. Die
steilen Seitenwände erlauben es, tiefere Vorrichtungen herzustellen, welche ei
ne größere Dichte der Vorrichtungen erlauben, bis hin zu fortlaufend dichteren
Packungen der Kontaktflächen auf der zu testenden Vorrichtung. Weiterhin ist
der Winkel der Seitenwände nicht abhängig (d. h. unabhängig) vom Kristallge
füge des Substrats.
Fünftens ist die Form der Kontaktierungsbereiche genau bekannt und ist von
Vorrichtung zu Vorrichtung gleichmäßig, was einen gleichmäßigen Kontakt
mit den Kontaktflächen der zu testenden Vorrichtung ermöglicht.
Sechstens ist die Ausrichtung der verschiedenen Bereiche der resultierenden
Vorrichtung exakt gleichmäßig von Vorrichtung zu Vorrichtung, da jede Vor
richtung unter Verwendung eines Verfahrens hergestellt worden ist, welches
dasselbe Werkzeug verwendet. Mit einer exakten Ausrichtung der tieferen Be
reiche einer jeden Vorrichtung (Arm und Kontakthöcker) im Verhältnis zum
Kontaktierungsbereich gibt es keine Notwendigkeit, zusätzlich Spielraum be
reit zu stellen, um die Schwankungen im Verfahren abzufangen, welche Photo
resist- sowie Galvanisierungsverfahren eigen sind. Weiterhin wird auch der
"Pilzwucherungs"-Effekt beim Galvanisieren unterbunden, welcher ebenfalls
die erforderliche Größe der Vorrichtung verringert. Die Verringerung der
Schwankungen der Ausrichtung und praktische Eliminierung von Unterschie
den in den Vorrichtungen 300 erlaubt es, eine wesentlich verringerte Schritt
weite einzuhalten, welche an Kontaktflächen auf der zu testenden Vorrichtung
angepaßt ist, die eine vergrößerte Packungsdichte aufweisen.
Siebtens kann die Form der resultierenden Vorrichtungen genau angepaßt
werden, um eine optimale mechanische Belastbarkeit zu ermöglichen. Um, wie
im Beschreibungseinleitungsteil erläutert, die Abbürstfunktion bereit zu stel
len, sollte die Vorrichtung einen Aufbau von Arm und Höcker aufweisen, wel
cher bei Berührung verkippt. Die Vorrichtung 300 kann eine geneigte Oberflä
che 304 zwischen ihrem rückwärtigen Teil 302 und dem Kontaktierungsbereich
216 umfassen. Die geneigte Oberfläche 304 sorgt für eine ausreichende Festig
keit entlang Längsabschnitten der Vorrichtung 300, was es erlaubt, das rück
wärtige Teil 302 dünner auszuführen als den vorderen Teil 306. Die Drehmo
mentkräfte, welche auf die Vorrichtung 300 während des Kippprozesses der
Vorrichtung 300 einwirken, neigen dazu, sich entlang der Länge der Vorrich
tung 300 zu verringern, welches ein entsprechend dünneres Material aufweist,
welches durch die geneigte Oberfläche 304 festgelegt ist. Mit einem dünneren
rückwärtigen Teil 302 und Material in der Nähe des rückwärtigen Teils 302
weist das rückwärtigen Teil 302 der Vorrichtung 300 eine geringere Neigung
dazu auf, auf die zu testende Vorrichtung aufzudrücken, falls ein übermäßiges
Kippen auftritt. Die verbesserte Gestalt der Vorrichtung 300 verringert auch
die Menge des benötigten Metallmaterials.
Achtens werden "Aufsicht"-Kameras verwendet, um ein Bild des unteren Be
reichs des Membranmeßfühlers zu bekommen und die genaue Positionierung
der Vorrichtungen 300 relativ zu den Kontaktflächen auf der zu testenden Vor
richtung zu ermitteln. Die Verwendung von "Aufsicht"-Kameras erlaubt ein au
tomatisches Ausrichten der Membranvorrichtungen relativ zu den Kontaktflä
chen, so daß ein automatisches Testen durchgeführt werden kann. Um ein Bild
der Vorrichtungen 300 auf dem Membranmeßfühler zu erzielen, verwenden die
"Aufsicht"-Kameras normalerweise Licht, um die Vorrichtungen 300 zu be
leuchten. Unglücklicherweise führen die herkömmlichen Planarbearbeitungs
verfahren in einer Richtung senkrecht zur "Aufsicht"-Kamera zu relativ fla
chen Oberflächen der Arme, Kontakthöcker und Kontaktierungsbereiche, von
denen jedes Element Licht zurück zur "Aufsicht"-Kamera reflektiert. Das zur
"Aufsicht"-Kamera von allen Oberflächen zurück reflektierte Licht führt häufig
zu einiger Verwirrung bezüglich des genauen Orts der Kontaktierungsbereiche
260. Die geneigte Oberfläche 304 der Vorrichtungen 300 tendiert dazu, einfal
lendes Licht von weiter unten angebrachten "Aufsicht"-Kameras weg zu reflek
tieren, während die Kontaktierungsbereiche 306 dazu neigen, einfallendes
Licht zu den weiter unten angebrachten "Aufsicht"-Kameras zurück zu reflek
tieren. Licht, welches hauptsächlich von den Kontaktierungsbereichen 306 zu
der "Aufsicht"-Kameras zurückkehrt, führt zu weniger Konfusionsgefahr be
züglich der exakten Positionierung der Kontaktierungsbereiche.
Neuntens führt das anfängliche Polieren der Oberfläche 202 des Substrats 200
zu einer passenden glatten unteren Oberfläche der Polyimidschicht 220, welche
darauf ausgeformt ist. Nach dem Wegätzen des Substrats 200 oder einer an
dern Art des Entfernens ist die untere Oberfläche der Polyimidschicht 220 glatt
und die resultierende Polyimidschicht 220 ist im allgemeinen optisch klar.
Dementsprechend sind die Zwischenräume zwischen den Leiterbahnen und
den metallisierten Vorrichtungen 300 optisch relativ durchlässig, so daß Bedie
nungspersonal, welches die Vorrichtung positioniert, leicht zwischen den Lei
terbahnen und Vorrichtungen durch die Vorrichtung hindurchblicken kann.
Dies hilft dem Bedienungspersonal beim manuellen Positionieren des Mem
branmeßfühlers auf den Vorrichtungen, welche sonst verdeckt wären. Zusätz
lich erlaubt die pyramidenförmige Gestalt der Vorrichtungen 300 es dem Be
dienungspersonal, die genaue Position der Kontaktierungsbereiche relativ zu
den Kontaktflächen auf der zu testenden Vorrichtung genauer zu bestimmen,
welche zuvor durch die (relativ zu den Kontaktierungsbereichen) breiten Arm
strukturen verdeckt worden sind.
Zehntens werden, wie in Fig. 22 zu sehen, die Kontaktierungsbereiche 260 der
Vorrichtung bevorzugterweise mit einer äußeren Oberfläche aus Rhodium 340
hergestellt, welches effektiv bis zu einer Dicke von nur ungefähr 5 µm aufgalva
nisiert werden kann. Das Galvanisierungsverfahren des Rhodiums ist nicht
vollständig winkeltreu, so daß die resultierende Schicht in einer Richtung
senkrecht zu den äußeren Seiten 352 und 354 ungefähr 5 µm dick ist. Die Brei
te der Oberseite 350 der Kontaktfläche und der Winkel der Seiten 352 und 354
des Werkzeugs 210 werden so ausgewählt, daß das Rhodium 340 auf beiden
Seiten 352 und 354 aufgalvanisiert wird und bevorzugterweise zusammentref
fen, wobei sie eine V-Form einnehmen. Der Rest der Vorrichtung besteht bevor
zugterweise aus Nickel. Während die Dicke des Rhodiums 340 nur 5 µm in
senkrechter Richtung beträgt, ist die Dicke des Rhodiums 430 senkrecht zur
Spitze 350 der Vorrichtung größer als 5 µm. Dementsprechend hält der Kon
taktierungsbereich, der während des Gebrauchs in einer im wesentlichen senk
rechten Richtung von der Spitze 350 abgetragen wird, länger, als wenn der Be
reich der Spitze nur bis zu einer Dicke von 5 µm mit Rhodium galvanisiert wor
den wäre.
Elftens ist die Oberflächenstruktur des Kontaktierungsb 26556 00070 552 001000280000000200012000285912644500040 0002010023379 00004 26437ereichs 260 so wähl
bar, daß der erwünschte Abbürsteffekt auf den Kontaktflächen der zu testen
den Vorrichtung erzielt werden kann. Insbesondere kann das Werkzeug ein
aufgerauhtes Oberflächenmuster auf dem korrespondierenden Kontaktierungs
bereich erhalten, um eine gleichmäßige Oberflächenstruktur für alle Vorrich
tungen bereitzustellen.
Dreizehntens ist die erfindungsgemäße Technik zum Strukturaufbau relativ
schnell, um die Vorrichtungen aufzubauen, da eine reduzierte Anzahl von Be
arbeitungsschritten vorliegt, was auch zu erheblichen Kosteneinsparungen
führt.
Die vorstehend erläuterte Herstellungstechnik stellt auch verschiedene Vortei
le bereit in Bezug auf die Gestalt der Vorrichtungen, die anderenfalls nur
schwerlich, wenn nicht überhaupt nicht erreicht werden könnten.
Erstens kann das Werkzeug jede gewünschte Form bereit stellen, vlie z. B. ei
nen einfachen Höcker, falls keine Bürstwirkung erwünscht ist.
Zweitens stellen die geneigten Stützseiten der zu testenden Vorrichtung hin zu
den Kontaktierungsbereichen 260 eine verbesserte mechanische Festigkeit für
den Kontaktierungsbereich 260 dar, im Gegensatz zu dem Fall, wo nur ein Be
reich des Metalls durch einen größeren Kontakthöcker gestützt wird. Mit einer
solchen Stützung der geneigten Seiten kann der Kontaktierungsbereich kleiner
sein, ohne daß das Risiko bestünde, daß er von der Vorrichtung abgelöst würde.
Der kleinere Kontaktierungsbereich sorgt für einen verbesserten Kontakt mit
der Kontaktfläche der zu testenden Vorrichtung, wenn die Vorrichtung kippt,
um den Oxidaufbau auf der Oberfläche der Kontaktfläche zu durchdringen. Zu
sätzlich kann der rückwärtige Teil 302 der Vorrichtung wesentlich dünner sein
als der Rest der Vorrichtung, was die Wahrscheinlichkeit vergrößert, daß der
rückwärtige Teil 302 in die Kontaktfläche der zu testenden Vorrichtung wäh
rend des Testens eindringt, wenn die Vorrichtung verkippt wird.
Drittens ist der Druck, welcher durch die Kontaktierungsbereiche der Vorrich
tungen bei einem durch den Meßfühlerkopf vorgegebenen Druck ausgeübt
wird, veränderbar, und zwar durch Ändern des Zentrums der Drehbewegung
der Vorrichtung. Der Drehpunkt der Vorrichtung kann durch Auswahl der
Länge der Vorrichtung und der Position/Höhe des Kontaktierungsbereichs rela
tiv hierzu ausgewählt werden. Dementsprechend können die Drücke wie er
wünscht ausgewählt werden, um zu den Eigenschaften der verschiedenen Kon
taktflächen zu passen.
Viertens ist in Fig. 23 gezeigt, daß eine dreieckförmige Gestalt des Abdrucks
der Vorrichtung eine große Querstabilität der Vorrichtungen erlaubt, während
die Schrittweite zwischen den Vorrichtungen verringert werden kann. Die Kon
taktierungsbereiche 403 der Vorrichtung sind bevorzugterweise in einer linea
ren Anordnung für viele Kontaktflächen der zu testenden Vorrichtungen aus
gerichtet. Die dreieckigen Bereiche der Vorrichtung sind in abwechselnd gegen
über liegenden Richtungen ausgerichtet.
Fünftens erlaubt es die Fähigkeit des Herstellens von Kontaktierungsberei
chen, welche sich oberhalb der unteren Oberfläche der Vorrichtungen erheben,
während gleichzeitig eine Gleichförmigkeit in der Höhe der Vorrichtungen und
ihrer strukturellen Festigkeit beibehalten wird, daß die Vorrichtung eine
Bürstwirkung zeigt, während die untere Oberfläche der Vorrichtung nur eine
geringe Bewegung benötigt. Die geringe Bewegung der unteren Oberfläche der
Vorrichtung, um während des Testens einen guten elektrischen Kontakt herzu
stellen, verringert die Spannung auf die Schichten unterhalb der unteren Ober
fläche der Vorrichtung. Dementsprechend wird die Wahrscheinlichkeit des Rei
ßens der Polyimidschichten und der Leiterbahnen verringert.
Beim Testen einer Oxidschicht auf Lothöckern oder Lotkugeln auf Wafern, wel
che mit einer "flip-chip"-Packungstechnologie zu verwenden sind, so wie z. B.
Lothöckern auf gedruckten Leiterplatten, ist die Oxidschicht, welche darauf
ausgebildet ist, nur schwer effektiv zu durchdringen. Tritt ein herkömmlicher
Kontaktierungsbereich eines Membranmeßfühlers mit einem Lothöcker in
Kontakt, so besteht, wie in Fig. 24 gezeigt, die Neigung, daß das Oxid 285 in
den Lothöcker 287 zusammen mit dem Kontaktierungsbereich 289 eingepreßt
wird, was zu einer schlechten Zwischenverbindung führt. Wenn herkömmliche
Nadelmeßfühler auf Lothöckern verwendet werden, so neigen die Nadeln dazu,
auf den Lothöckern abzurutschen oder sich innerhalb der Lothöcker zu verbie
gen, so daß sich Abrieb auf den Nadeln sammeln und der Abrieb auf die Ober
fläche der zu testenden Vorrichtung gelangen kann. Dabei ist ein Reinigen der
Nadeln der Meßfühler zeitaufwendig und mühsam. Weiterhin lassen Nadel
meßfühler keine gleichförmigen Meßfühlerabdrücke auf den Lothöckern zu
rück. Wenn Lothöcker, welche auf Flip-Chips verwendet werden, getestet wer
den, so neigen die Fühlermarkierungen, welche im oberen Bereich der Lötstel
len zurückgelassen worden sind, dazu, Flußmittel einzuschließen, was bei Er
hitzung zum Explodieren neigt, welches die Verbindung verschlechtert oder
zerstört. Fig. 25 und 26 zeigen einen verbesserten Aufbau der Vorrichtung,
welcher passend ist zum Testen von Lothöckern. Der obere Bereich der Vor
richtung umfaßt ein Paar von steil geneigten Seiten 291 und 293, welche zum
Beispiel 15° von der Senkrechten abweichen, mit bevorzugterweise polierten
Seiten. Die geneigten Seiten 291 und 293 bilden bevorzugterweise eine scharfe
Kante 295 an ihrer Oberseite. Der Winkel der Seiten 291 und 293 in Bezug auf
den Reibungskoeffizienten zwischen den Seiten und dem Oxid auf den Lot
höckern wird ausgewählt, so daß die mit Oxid bedeckte Oberfläche dazu neigt,
hauptsächlich längs der Oberflächen der Seiten 291 und 293 entlang zu gleiten
oder andererseits weg zu scheren und nicht im wesentlichen auf den Seiten ge
tragen zu werden, während die Vorrichtung in einen Lothöcker eindringt. Fig. 27
zeigt, daß der im wesentlichen scharfe Grat nach einem Kontakt auch eine
Marke (Vertiefung) zurückläßt, welche sich über den gesamten Lothöcker hin
weg erstreckt. Anschließendes Erhitzen der Lothöcker und das Flußmittel sor
gen dafür, daß das Flußmittel von den Seiten des Lothöckers austritt, wodurch
die Möglichkeit einer Explosion vermieden wird. Zusätzlich ist die resultieren
de Markierung, welche auf dem Lothöcker zurückgelassen wird, gleichförmig in
seiner Art und erlaubt es den Herstellern der Lothöcker, diese resultierenden
Markierungen unter ästhetischen Gesichtspunkten zu akzeptieren. Weiterhin
wird eine geringere Kraft benötigt, um auf die Vorrichtung einzuwirken, da sie
dazu neigt, durch den Lothöckern hindurch zu schneiden anstelle nur einen
Anpreßdruck auf den Lothöcker auszuüben. Die flache Oberfläche 405 verhin
dert ein zu tiefes Eindringen in die Lotkugel (Höcker).
Fig. 28 zeigt, daß ein Waffelmuster verwendet werden kann, um eine größere
Kontaktfläche zum Testen von Lothöckern bereit zu stellen.
Fig. 29 zeigt, daß eine alternative Vorrichtung ein Paar von Vorsprüngen 311
und 313 umfaßt, welche bevorzugterweise an den Enden eines Bogens 315 an
gebracht sind. Der Abstand zwischen den Vorsprüngen 311 und 313 ist
bevorzugterweise geringer als der Durchmesser des Lothöckers 317, welcher zu
testen ist. Mit solch einer Anordnung der Vorsprünge 311 und 313 werden die
se auf die Seiten des Lothöckers 317 auftreffen, wodurch keine Markierung auf
dem oberen Bereich des Lothöckers 217 zurück bleibt. Mit Markierungen auf
den Seiten des Lothöckers 317 ist die Wahrscheinlichkeit, daß das verwendete
Flußmittel anschließend innerhalb der Markierung eingeschlossen wird und
explodiert, geringer. Zusätzlich gilt, daß, falls die Ausrichtung der Vorrichtun
gen nicht mit den Lothöckern 317 zentriert ist, eine hohe Wahrscheinlichkeit
dafür besteht, daß einer der Vorsprünge 311 und 313 immer noch den
Lothöcker 317 trifft.
Frühere Techniken zum Aufbau der Vorrichtungen führten zu Vorrichtungen,
welche Kontaktierungsbereiche umfaßten, welche ziemlich groß waren und bei
denen es schwierig war, ihre Ausrichtung sicher zu stellen. Fig. 30 zeigt, daß
mit der verbesserten Herstellungstechnik die Erfinder der vorliegenden Erfin
dung zur Schlußfolgerung gelangten, daß Membranmeßfühler verwendet wer
den können, um eine "echte" Kelvin-Verbindung zu einer Kontaktfläche auf der
zu testenden Vorrichtung herzustellen. Ein Paar von Vorrichtungen 351 und
353 ist mit ihren Kontaktflächen 355 und 357 ausgerichtet, welche aneinander
grenzen. Mit dieser Anordnung kann eine der Vorrichtungen der "Kraft"-Teil
sein, während die andere Vorrichtung der "Erfassungs"-Teil der Kelvin-Anord
nung ist. Beide Kontaktierungsbereiche 355 und 357 kontaktieren dieselbe
Kontaktfläche auf der zu testenden Vorrichtung. Eine detailliertere Analyse
der Kelvin-Verbindungen wird beschrieben in Fink, D. G., ed., Electronics Engi
neers Handbook, ist ed., McGraw-Hill Book Co., 1975, Sec. 17-61, pp. 17-25,
17-26, "The Kelvin Double Bridge", and U. S. Patent mit der Anmeldungs-No.
Serial No. 08/864,287, welche beide hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen
sind.
Es sei angemerkt, daß abhängig von der verwendeten Technik, der gewünsch
ten Verwendung und der erzielten Struktur, keiner oder aber auch bis zu allen
der zuvorgenannten und im folgenden beschriebenen Vorteile realisiert werden
können in Vorrichtungen, welche gemäß der vorliegenden Erfindung herge
stellt worden sind.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben beobachtet, daß nach umfang
reichem Gebrauch, wie z. B. 100 000 Prüfzyklen, die Leiterbahnen 292 dazu
neigen, zu zerreißen oder auf andere Weise zu ermüden, was zum Versagen ei
ner oder mehrerer Vorrichtungen führt. Da das resultierende Muster der Kon
takte 88 auf dem Membranaufbau 72a dem Muster der Kontaktfläche auf einer
bestimmten Würfelfläche 44 auf dem Siliziumwafer 46 entspricht (siehe Fig. 1),
ist das Versagen einer Vorrichtung ausreichend, um dazu zu führen, daß der
gesamte Membranmeßfühleraufbau 42 nicht mehr benutzbar ist.
Mit Berücksichtigung dieser Beschränkung der Prüfzykluszahl ist eine poten
tielle Technik, welche von den Erfindern der vorliegenden Erfindung vorge
schlagen wird, um die Anzahl der Zyklen zu erhöhen, die Maßnahme, daß die
Leiterbahn 252 dünner hergestellt werden. Dünnere Leiterbahnen 252 neigen
dazu, widerstandsfähiger zu sein gegenüber einem Reißen oder anderen Ermü
dungsvorgängen. Jedoch haben dünnere Leiterbahnen 252 einen vergrößerten
Widerstand. Ein vergrößerter Widerstand verschlechtert die Leistungsfähig
keit des Membranmeßfühleraufbaus 42 durch Abschwächen der Signale, einer
Vergrößerung des Wärmeaufbaus, Verschieben der Gleichstrompegel und Re
duzieren der Genauigkeit, mit welcher die Signalpegel bekannt sind.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung, welche sich Sorgen gemacht haben
wegen der zuvor genannten Beschränkungen, haben festgestellt, daß durch
Herstellen dünnerer Leiterbahnen 252 in der Nähe der Vorrichtung 300 eine
Verbesserung erzielt werden kann. Wie in Fig. 31 gezeigt, können die Leiter
bahnen 252 unterhalb der gesamten Vorrichtung 300 dünner sein, oder, wie in
Fig. 32 gezeigt, dünner sein in einem Bereich, welcher an das Ende der Vor
richtung 300 angrenzt. Fig. 33 zeigt, daß das Verdünnen eines Bereichs der
Leiterbahn 252 auf jeder Art von Änderung beruhen kann, wie z. B. durch eine
Abstufung oder allmählichen Übergang, wie dies erwünscht ist. Fig. 34 zeigt,
daß eine weitere alternative Struktur einen mehrfach bestückten Aufbau zeigt,
um eine Durchbiegung längs einer größeren Länge zu verteilen, so daß die Lei
terbahn mit geringerer Wahrscheinlichkeit reißt oder auf andere Weise ermü
det.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dann die Dreidimensionalität
der Vorrichtung 330 betrachtet und festgestellt, daß die Seiten der Vorrichtung
verwendet werden können, um die Länge der Kante 300, welche mit der Leiter
bahn 252 in Kontakt steht weiter zu erhöhen. Fig. 35 zeigt, daß die Leiterbahn
252 sich sowohl unter der Vorrichtung 300 erstreckt als auch eine vergrößerte
Breite hat, so daß ein Bereich ihrer Seiten 402 und 404 zusätzlich zu ihrem En
de 406 zum Biegen der Leiterbahn 252 beiträgt, wodurch der Bereich, über den
ein Biegen stattfindet, vergrößert wird. Dies resultiert auch in einer Verringe
rung des Reißens und Ermüdens der Leiterbahn 252. Während der Gesamtwi
derstand reduziert wird, kann die in Fig. 35 gezeigte Struktur unglücklicher
weise die Schrittweite zwischen verschiedenen Vorrichtungen 300 begrenzen.
Im Gegensatz zur Änderung der Dicke oder Breite der Leiter 252 besteht eine
alternative Technik zum Verringern der Wahrscheinlichkeit des Reißens der
Leiterbahn 252 darin, daß die Leiterbahn selbst so aufgebaut wird, daß sie wi
derstandsfähiger gegenüber einem Reißen wird. Um eine Gefahr des Reißens
der Leiterbahn 252 zu verringern, kann diese mit Änderungen in der Kon
struktur innerhalb der Dicke der Leiterbahn 252 hergestellt werden. Fig. 36
zeigt, daß durch Laminieren oder auf andere Weise erzieltes Verbinden ver
schiedener Leiterschichten die Änderungen im Gefüge der Leiterschichten zu
einer Leiterbahn 252 führen, welche resistenter gegenüber Ermüdungen ist.
Der bevorzugte Satz von Leiterschichten besteht aus Kupfer, Nickel und Kup
fer.
Im Gegensatz zum Ändern der Dicke, der Breite oder des Aufbaus der Leiter
bahn 252 besteht eine alternative Technik darin, ein Biegung im Endbereich
der Vorrichtung 300 selbst bereit zu stellen. Fig. 37 zeigt, daß das Ende der
Vorrichtung 300 einen dünneren Bereich 420 umfassen kann mit einer deutlich
erhöhten Verbiegung gegenüber dem Rest der Vorrichtung 300. Die Verbiegung
des dünneren Bereichs 420 entspricht bevorzugterweise der Verbiegung der
darunter liegenden Leiterbahn 252, so daß sich die Leiterbahn 252 längs eines
bedeutsamen Längsabschnitts des dünneren Bereichs 420 deutlich verbiegt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben weiterhin festgestellt, daß die
Steuerung der Verbiegung der Leiterbahn 252 weiter modifiziert werden kann
durch Hinzufügen einer Zusatzschicht 424 im Membranaufbau 72a, wie dies in
Fig. 38 beispielhaft veranschaulicht ist. Die Zusatzschicht 424 ist an der gegen
über liegenden Seite der flexiblen Polyimidschicht 254 angebracht. Die Zusatz
schicht 424 ist typischerweise steifer als die Polyimidschicht 254 und bevorzug
terweise deutlich steifer. Die Zusatzschicht 424 ist bevorzugterweise so ange
bracht, daß ihre Enden den Endbereich 426 der Vorrichtung 300 überlappen.
Die Zusatzschicht 424 zusammen mit der Vorrichtung 300 und der Polyimid
schicht 254 verteilt den Radius der Krümmung der Leiterbahn 254 und unter
stützt die Verhinderung eines punktuellen Verbiegens der Leiterbahn 254. Die
Zusatzschicht 242 kann an anderen Positionen angebracht sein und jede pas
sende Länge, wie gewünscht, aufweisen.
Es versteht sich, daß auch andere Techniken als die hier beschriebenen ver
wendet werden können, und zwar individuell oder in Kombination mit ande
ren, wie erwünscht.
Die herkömmliche Lehrmeinung liegt nahe, daß die im wesentlichen rechteck
förmige Form der Vorrichtung 300 eine längs gestreckte Endkante bereitstellt,
über welcher Druck verteilt wird, um ein Bündeln des Druckes an einem ein
zelnen Punkt zu vermeiden. Von dieser Druckverteilung wird erwartet, daß sie
die Wahrscheinlichkeit verringert, daß nach wiederholtem Gebrauch der Vor
richtung in der Leiterbahn Risse auftreten. Im Gegensatz zu dieser Lehrmei
nung, daß die längliche Endkante den Druck verteilt und dadurch die Wahr
scheinlichkeit des Zerreißens verringert, haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung festgestellt, daß durch Einbeziehen einer länglichen, im allgemeinen
spitz zulaufenden Armstruktur die Wahrscheinlichkeit der Rißbildung nicht
vergrößert wird. In der Tat verringert sich die Wahrscheinlichkeit der Rißbil
dung, wodurch die Anzahl der Zyklen, während welcher die Vorrichtung bis zu
einem Versagen verwendet werden kann, erhöht wird. Fig. 39 zeigt, daß die
Vorrichtung 500 bevorzugterweise einen aufstehenden Bereich 502 und einen
längsgestreckten Armbereich 504 umfaßt, welcher sich im allgemeinen in sei
ner Breite verringert. Der aufstehende Bereich 502 ist bevorzugterweise pyra
midenförmig und der Armbereich 504 ist im wesentlichen flach und spitz zu
laufend. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung kamen zur Schlußfolgerung,
daß ein Verringern der Breite des Armbereichs 504 einen Aufbau bereitstellt,
welcher geeignet ist, um ausreichend über seine genannte Länge hinweg sich
zu biegen, ohne im wesentlichen den Krümmungsradius über den in Fig. 21 ge
zeigten hinaus zu vergrößern. Auf diese Weise neigt die Leiterbahn 252 dazu,
einen stetigen Krümmungsradius aufzuweisen. Mehrere beispielhafte unter
schiedliche Armbereiche sind in Fig. 40 gezeigt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben beobachtet, daß nach dem eine
Vorrichtung 300 (500) versagt, andere an die versagende Vorrichtung 300 an
grenzende Vorrichtungen ebenfalls zum Versagen neigen. Die Erfinder der vor
liegenden Erfindung gehen davon aus, daß nach einem teilweisen Riß oder an
derem Defekt, welcher sich in der Leiterbahn 252 gebildet hat, die Kraft, wel
che auf die Leiterbahn 252 durch die entsprechende Vorrichtung einwirkt,
dann in den verbleibenden Bereich der Leiterbahn 252 konzentriert wird, was
in einer größeren Kraft per Einheitsfläche resultiert. Die vergrößerte Kraft
führt dann dazu, daß die Leiterbahn 252 bricht. Zusätzlich kann die vergrößer
te Kraft von einer vollständig oder teilweise zerstörten Leiterbahn auch zu ei
ner Beschädigung daneben liegendender Leiterbahnen führen. Um diesen
Schneeballeffekt fortschreitender Beschädigungen zu überwinden, sind die Er
finder der vorliegenden Erfindung zur Einsicht gelangt, daß der Krümmungs
radius von verschiedenen Armbereichen 504 der Vorrichtungen 300 (500) un
terschiedlich sein soll. Zusätzlich neigen die unterschiedlichen Krümmungspro
file dazu, Drücke auf die Leiterbahn 252 auszuüben, welche ihrer Natur nicht
in einer Ebene liegen. Dadurch werden die Drücke um unterschiedliche seitli
che Entfernungen von den aufstehenden Bereichen 502 verschoben. Fig. 41
zeigt, daß unterschiedliche Vorrichtungen 300 (500) bevorzugterweise unter
schiedliche Profile für die Armbereich 504 aufweisen. Fig. 42 zeigt, daß das
Krümmungsprofil eines einzelnen Armbereichs mit unterschiedlichen Längen
dargestellt wird durch Kurven 430 und 432. Der Gesamtkrümmungsradius der
Leiterbahnen ist entsprechend durch die Kurve 434 gezeigt, welche eine glatte
Gesamtkurve darstellt.
Die Fig. 6, 15 und 17 zeigen, daß das Werkzeug 240 zum Anbringen von Vertie
fungen ordentlich in X- und Y-Richtung orientiert sein muß, um Vertiefungen
216 am richtigen Ort herzustellen, was wiederum eine exakte Bewegung des
Werkzeugs 240 zum Anbringen von Vertiefungen erfordert. Wenn das asymme
trische Werkzeug zum Anbringen von Vertiefungen 240 gedreht wird, um die
Vertiefungen 216 zu erzeugen, welche unterschiedliche Orientierungen aufwei
sen, so muß der aufstehende Bereich 502 mit der richtigen Position wieder aus
gerichtet werden. Zusätzlich ist es schwierig, den zentralen Drehpunkt des
Werkzeugs 240 zum Anbringen von Vertiefungen festzulegen. Weiterhin ist es
zeitaufwendig, das Werkzeug 240 zum Anbringen von Vertiefungen für ver
schiedene Ausrichtungen erneut zu orientieren. Um diese Beschränkung zu
überwinden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung den Schluß
gezogen, daß eine dazu radikal verschiedene Struktur für eine Vorrichtung ver
wendet werden kann. Fig. 43 zeigt, daß er erhobene Bereich des Werkzeugs 508
zum Anbringen von Vertiefungen bevorzugterweise vier Symmetrieachsen auf
weist. Ein symmetrisches Werkzeug 508 zum Anbringen von Vertiefungen be
seitigt die Notwendigkeit des Drehens und Wiederausrichtens des Werkzeugs
508 zum Anbringen von Vertiefungen, um das gewünschte Muster zu erzeugen.
Zusätzlich ist es einfacher, einen symmetrischen erhobenen Bereich des Werk
zeugs 508 an den Vertiefungen herzustellen. Die Erfinder der vorliegenden Er
findung haben weiterhin realisiert, daß die Polyimidschicht 220 mit den ge
wünschten Mustern für die Armbereiche 504 ausgeführt werden können. Es ist
relativ naheliegend, die Polyimidschicht 220 mit dem gewünschten Muster für
den Armbereich 508 der Vorrichtung zu versehen, innerhalb dessen der erha
bene Bereich des Werkzeugs 508 zum Anbringen von Vertiefungen ausgerich
tet ist, um die gewünschte Vertiefung herzustellen.
Fig. 44 zeigt, daß der resultierende Aufbau das Substrat 530 umfaßt, eine Poly
imidschicht 534 (mit einem Muster versehen), das leitende Material 532 mit ei
ner symmetrischen Vertiefung 533 im Substrat 530, die Leiterbahn 536 und ei
ne Polyimidschicht 538. Dieser Aufbau entspricht dem in Fig. 20 gezeigten.
Nachdem das Substrat 530 entfernt worden ist, befindet sich der Armbereich
im wesentlichen in derselben Ebene wie die Polyimidschicht 534, wie in Fig. 45
gezeigt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben beobachtet, daß wenn das
Werkzeug zum Anbringen von Vertiefungen verwendet wird, um nacheinander
eine Serie von Vertiefungen herzustellen, wie Fig. 46 gezeigt, daß dann die re
sultierenden Vertiefungen nicht gleichförmig sind. Nach Begutachtung dieses
Resultats kamen die Erfinder der vorliegenden Erfindung zur Schlußfolgerung,
daß mit einer zunehmend kleineren Schrittweite das Werkzeug zum Anbringen
von Vertiefungen beim Eindringen das Substrat in daneben liegende Vertiefun
gen verdrängt, welche bereits errichtet worden sind. Die so erzeugten Vertie
fungen sind nicht gleichförmig ihrer Natur nach und es ist schwierig, sie mit
Metall zu galvanisieren, falls der Boden ungewöhnlich dünn ist. Die resultie
renden nicht gleichförmigen Vorrichtungen neigen dazu, ungleichmäßig zu
messen, sich unter Druck zu verbiegen und vorzeitig abzubrechen, falls sie
dünn sind. Um die Gleichmäßigkeit zu erhöhen, kamen die Erfinder der vorlie
genden Erfindung zur Schlußfolgerung, daß der erhabene Bereich 502 eine ho
he und schmale pyramidenförmige Gestalt aufweisen sollte. Solch eine Gestalt.
für einen erhabenen Bereich erlaubt es, schrittweise eine Vertiefung zu erzeu
gen, während zuvor erzeugte Öffnungen im wesentlichen unbeeinflußt bleiben.
Eine andere Technik, die angewandt werden kann, um die Gleichförmigkeit der
Vertiefungen zu erhöhen, besteht darin, die Vertiefungen durch eine Mehrzahl
anwachsend tieferer Eindringungen des Werkzeugs zum Anbringen von Vertie
fungen im Substrat herzustellen. Mit anderen Worten heißt das, daß der erste
Einschlag des Werkzeugs zum Anbringen von Vertiefungen in das Substrat von
begrenzter Tiefe sein sollte, während darauffolgende Einschläge eine vergrö
ßerte Tiefe haben sollten, bis die gewünschte Tiefe erreicht ist.
Obwohl ein Werkzeug zur Anbringung von Vertiefungen mit vier Symmetrie
achsen viele Vorteile aufweist, hat es eine etwas beschränkte Fähigkeit zum
Anbringen von Schrittweiten. Um die Schrittweite der Vorrichtung (Dichte) zu
vergrößern, kann ein Werkzeug zum Anbringen von Vertiefungen mit einer
Zweiachs-Symmetrie verwendet werden, wie in Fig. 47 gezeigt. Die schmale
Breite und die wesentlich größere Länge des Werkzeugs 600 zum Anbringen
von Vertiefungen erlaubt es, daß jegliche Luft, welche in der an der Oberfläche
ausgeformten Vertiefung enthalten ist, und Blasen, welche während des Galva
nisierens entstanden sind, leicht entkommen können. Weiterhin erlaubt es die
beschränkte Breite, daß eine kleine Schrittweite erzielt wird. Die Seiten des
Werkzeugs zum Anbringen von Vertiefungen können parallel sein oder leicht
geneigt, je nach Wunsch.
Während die in Fig. 47 angezeigte Vorrichtung Vorteile aufweist, kann es
schwierig sein, die Kontaktierungsbereiche 602 genau auszurichten, da sie von
der Vorrichtung selber teilweise verdeckt sein können. Um eine Vorrichtung
bereitzustellen, welche leichter auszurichten ist, können die Kontaktierungsbe
reiche an einem der außen gelegenen Enden eingebracht sein, wie die Fig. 48
zeigt.
Claims (139)
1. Verfahren zum Herstellen eines Membranmeßfühlers, welches umfaßt:
- a) Bereitstellen eines Substrats,
- b) Herstellen einer Vertiefung im Substrat,
- c) Einbringen von leitendem Material in die Vertiefung;
- d) Anschließen einer Leiterbahn an das leitende Material; und
- e) Entfernen des Substrats vom leitenden Material.
2. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vertiefung unter Verwendung ei
nes Werkzeugs hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, welches weiterhin den Schritt des Anpres
sens des Werkzeugs an das Substrat umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, welches weiterhin den Schritt des Herstel
lens einer zweiten Vertiefung mittels des Werkzeugs umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, welches weiterhin den Schritt umfaßt, daß
das Werkzeug seitlich relativ zu dem Substrat verschoben wird, um die
zweite Vertiefung herzustellen.
6. Verfahren nach Anspruch 2, welches einen Schritt des Bildens eines ver
tikalen Anschlags auf dem Werkzeug umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Werkzeug einen Formbereich
aufweist, welcher zur Herstellung der ersten Vertiefung verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Formbereich geneigte Seitenwän
de aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Membran vor der Leiterbahn an
gebracht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Formbereich eine geneigte Ober
fläche zwischen einem vorderen und einem rückwärtigen Ende aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Formbereich einen vorderen und
ein rückwärtigen Teil aufweist und wobei der rückwärtige Teil dünner
ist als der vordere Teil.
12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus duktilem Material
besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Werkzeug aus einem Material
besteht, welches härter ist als das Substrat.
14. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt des Herstel
lens einer zweiten Vertiefung umfaßt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Vertiefung im wesentli
chen ähnlich ist zur zweiten Vertiefung.
16. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin einen Schritt des Ausfor
mens einer Isolationsschicht auf dem Substrat umfaßt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Isolationsschicht auf dem Sub
strat vor der Herstellung der ersten Vertiefung ausgeformt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Isolationsschicht eine Öffnung
festlegt und die Vertiefung an einer Stelle hergestellt wird, welche zur
Öffnung ausgerichtet ist.
19. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das leitende Material Nickel
und/oder Rhodium enthält.
20. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt des Bildens
einer externen Schicht aus Rhodium auf dem leitenden Material umfaßt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die äußere Schicht aus Rhodium ei
ne V-förmige Form aufweist.
22. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Anbringens von lei
tendem Material in der Vertiefung ein Galvanisieren des leitenden
Materials auf dem Substrat umfaßt.
23. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das leitende Material gleichmäßig
abgeschieden wird.
24. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt des Planie
rens des leitenden Materials umfaßt, nachdem das leitende Material in
die Vertiefung eingebracht worden ist.
25. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt des Ausfor
mens der Vertiefung umfaßt, so daß das leitende Material eine im we
sentlichen flache Oberfläche relativ zu einer Stützfläche der Membran
auflage aufweist.
26. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt umfaßt, daß
die Vertiefung so hergestellt wird, daß das leitende Material im wesent
lichen pyramidenförmig ist.
27. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt des Polierens
des Substrats vor Herstellen der Vertiefung umfaßt.
28. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt des Formens
einer angerauhten Oberfläche auf dem leitenden Material umfaßt.
29. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Kristallgefüge auf
weist und die Vertiefung mindestens eine im wesentlichen flache Ober
fläche aufweist, die relativ zum Kristallgefüge geneigt ist, wobei die
Oberfläche und das Kristallgefüge einen spitzen Winkel einschließen.
30. Meßfühleraufbau (42) zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, wel
che umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift,
- c) eine Vielzahl länglicher Leiter, welche von der Membran gestützt sind;
- d) eine Vielzahl länglicher Kontakte, welche von der Membran gestützt sind; wobei jeder Kontakt elektrisch mit zumindest einem zugeordneten Leiter verbunden ist, wobei ein jeder Kontakt sich abhängig von einem Anpressen der elektrischen Vorrichtung verkippt, und ein jeder der Kon takte zumindest eine flache Oberfläche aufweist, die relativ zur Mem bran geneigt ist, wodurch ein spitzer Winkel relativ dazu festgelegt wird.
31. Meßfühleraufbau nach Anspruch 30, wobei der Kontakt ein vorderes En
de und einen Kontaktierungsbereich aufweist und die geneigte Oberflä
che zwischen dem rückwärtigen Ende und dem Kontaktierungsbereich
liegt.
32. Meßfühleraufbau nach Anspruch 30, wobei die geneigte Oberfläche eine
Seite des Kontakts ist.
33. Meßfühleraufbau nach Anspruch 30, wobei der Kontakt einstückig inte
griert ausgeführt ist.
34. Meßfühleraufbau nach Anspruch 30, wobei der Kontakt im wesentlichen
pyramidenförmig ausgeführt ist.
35. Meßfühleraufbau nach Anspruch 30, wobei der Kontakt ein Profil fest
legt, welches ein breites und ein schmales Ende aufweist.
36. Meßfühleraufbau nach Anspruch 30, wobei ein jeder der Kontakte einen
entsprechenden Kontaktierungsbereich aufweist und die Kontaktie
rungsbereiche in linearer Anordnung ausgerichtet sind.
37. Meßfühleraufbau nach Anspruch 35, wobei ein jeder der Kontakte einen
zugeordneten Kontaktierungsbereich aufweist, wobei die Kontaktie
rungsbereiche in linearer Anordnung ausgerichtet sind und die Kontak
te so angeordnet sind, daß ein breites Ende eines der Kontakte neben ei
nem schmalen Ende eines anderen Kontakts liegt.
38. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) einen länglichen Leiter, welcher von der Membran gestützt ist;
- d) einen länglichen Kontakt, welcher von der Membran gestützt ist und elektrisch mit dem Leiter verbunden ist, wobei der Kontakt sich abhän gig von einem Anpressen der elektrischen Vorrichtung verkippt, wobei der Kontakt einen länglichen Bereich und einen Kontaktierungsbereich in übereinanderliegender Anordnung relativ zum länglichen Bereich aufweist und der Kontaktierungsbereich und der längliche Bereich ein stückig integriert miteinander ausgeführt sind.
39. Meßfiihleraufbau nach Anspruch 38, wobei der längliche Bereich ein
rückwärtiges Ende aufweist und eine geneigte Oberfläche sich längs
dem länglichen Bereich und von dem rückwärtigen Ende weg erstreckt.
40. Meßfühleraufbau nach Anspruch 38, wobei der längliche Bereich eine
relativ zur Membran geneigte Seite aufweist, wodurch ein spitzer Win
kel dazwischen festgelegt wird.
41. Meßfühleraufbau nach Anspruch 38, wobei der Kontakt im wesentlichen
pyramidenförmig ist.
42. Meßfühleraufbau nach Anspruch 38, wobei der Kontakt ein Profil mit ei
nem breiten Ende und einem schmalen Ende aufweist.
43. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) einen länglichen Leiter, welcher von der Membran gestützt ist;
- d) einen Kontakt, welcher von der Membran gestützt ist und elektrisch verbunden ist mit dem Leiter, wobei der Kontakt einen sich nach unten erstreckenden länglichen Grat aufweist mit einem Paar von Seiten, wel che einen spitzen Winkel zwischen sich festlegen, wobei der Grat zum Schneiden durch eine Oxidschicht auf der elektrischen Vorrichtung ge eignet ist.
44. Meßfühleraufbau nach Anspruch 43, wobei das Paar von Seiten zusam
mentrifft, um den Grat zu bilden.
45. Meßfühleraufbau nach Anspruch 43, wobei der Grat sich im wesentli
chen über den Kontakt hinweg erstreckt.
46. Meßfühleraufbau nach Anspruch 43, wobei der Kontakt weiterhin eine
flache Oberfläche umfaßt, welche den Grat stützt.
47. Meßfühleraufbau nach Anspruch 43, welcher weiter eine Vielzahl von
sich nach unten erstreckenden länglichen Graten umfaßt.
48. Meßfühleraufbau nach Anspruch 47, wobei die Vielzahl von Graten ein
Waffelmuster bilden.
49. Meßfühleraufbau nach Anspruch 43, wobei der Kontakt einen Bogen
festlegt und der Grat an einem Ende des Bogens ausgebildet ist.
50. Meßfühleraufbau nach Anspruch 49, wobei der Kontakt einen weiteren
länglichen Grat am anderen Ende des Bogens aufweist.
51. Verfahren zum Testen einer elektrischen Vorrichtung mit einer elektri
schen Kontaktfläche mit einer Oxidoberfläche, welches die folgenden
Schritte umfaßt:
- a) Herstellen eines Kontakts mit einem länglichen Grat mit einem Paar ge neigter Oberflächen, welche einen spitzen Winkel zwischen sich festle gen;
- b) elektrisches Kontaktieren des Kontakts mit einer zu testenden Vorrich tung;
- c) Andrücken des Grats auf der elektrischen Kontaktfläche;
- d) Wegkratzen der Oxidoberfläche durch den Grat;
- e) Eindringenlassen des Grats in die elektrische Kontaktfläche;
- f) Testen der elektrischen Vorrichtung unter Verwendung einer Testvor richtung.
52. Verfahren nach Anspruch 51, wobei das Paar der geneigten Seiten sich
trifft.
53. Verfahren nach Anspruch 51, welches weiterhin den Schritt des Bereit
stellens einer Anschlagfläche auf dem Kontakt umfaßt.
54. Verfahren nach Anspruch 51, welches zusätzlich den Schritt des Bereit
stellens eines weiteren länglichen Grats auf dem Kontakt umfaßt.
55. Verfahren nach Anspruch 54, wobei die Grate parallel sind.
56. Verfahren nach Anspruch 54, wobei die Grate senkrecht sind.
57. Verfahren nach Anspruch 51, welches weiter den Schritt des Bildens ei
nes Bogens mit diesem Kontakt umfaßt.
58. Das Verfahren nach Anspruch 57, wobei der Grat an einem Ende des
Bogens angebracht ist.
59. Das Verfahren nach Anspruch 51, wobei die elektrische Kontaktfläche
ein Lothöcker ist.
60. Verfahren zum Testen einer elektrischen Vorrichtung mit einer Kon
taktfläche, welches die folgenden Schritte umfaßt:
- a) Bilden eines Paares von Kontakten auf einer Membran;
- b) ein elektrisches Inkontaktbringen des Paares von Kontakten mit Test vorrichtung;
- c) Anpressen der beiden Kontakte auf die Kontaktfläche;
- d) Testen der elektrischen Vorrichtung an der Kontaktfläche unter Ver wendung der Testvorrichtung.
61. Verfahren nach Anspruch 60, welches weiterhin den Schritt umfaßt des
Bereitstellens eines Paares von Leitern, welche von der Membran ge
stützt sind, Verbinden eines jeden Leiters mit der Testvorrichtung und
Verbinden eines der Kontakte mit einem der Leiter und Verbinden des
anderen Kontakts mit dem anderen Leiter.
62. Verfahren nach Anspruch 60, welches weiterhin den Schritt umfaßt des
Kippens eines jeden Paares von Kontakten, wenn ein jedes solches Paar
von Kontakten durch Anpressen in elektrischen Kontakt mit der Kon
taktfläche gebracht wird.
63. Verfahren nach Anspruch 60, welches weiterhin den Schritt umfaßt des
Entfernens einer Oxidoberfläche von der Kontaktfläche mittels der Kon
takte.
64. Verfahren zum Herstellen eines Meßfühlers, welches umfaßt:
- a) Bereitstellen eines Substrats;
- b) Auftragen eines strukturierten Musters auf das Substrat, wobei das strukturierte Muster eine Vielzahl von Öffnungen darin festlegt;
- c) Ausrichten eines Werkzeugs relativ zu zumindest einer der Öffnungen und Herstellen eines ersten Satzes von Vertiefungen in den Öffnungen basierend auf dem Muster von zumindest einem Teil der Öffnungen;
- d) erneutes Ausrichten des Werkzeugs relativ zu zumindest einer der Öff nungen und Herstellen eines zweiten Satzes von Vertiefungen innerhalb der Öffnungen auf Grundlage des Musters von zumindest einem Teil dieser Öffnungen; und
- e) Einbringen von leitfähigem Material in eine Vielzahl der Vertiefungen und anschließendes Entfernen des Substrats vom leitenden Material.
65. Verfahren nach Anspruch 64, welches weiterhin umfaßt das Verbinden
einer Leiterbahn mit dem leitenden Material.
66. Verfahren nach Anspruch 65, welches weiterhin umfaßt das Anbringen
einer Membran, um das leitende Material zu stützen.
67. Verfahren nach Anspruch 66, wobei die Membran nach Verbinden der
Leiterbahn mit dem leitenden Material angebracht wird.
68. Verfahren nach Anspruch 64, wobei die Vertiefungen durch Eindrücken
eines Werkzeugs in das Substrat gebildet werden.
69. Verfahren nach Anspruch 68, welches den Schritt umfaßt des seitlichen
Verschiebens des Werkzeugs relativ zum Substrat, um die Vertiefungen
herzustellen.
70. Verfahren zum Herstellen eines Meßfühlers, welches umfaßt:
- a) Bereitstellen eines Substrats;
- b) Aufbringen einer Schicht auf dem Substrat und anschließendes Ausbil den eines Musters in der Schicht, um eine Vielzahl von Öffnungen darin festzulegen;
- c) Herstellen eines Satzes von Vertiefungen in den Öffnungen, nachdem die Schicht mit einem Muster versehen worden ist;
- d) Einbringen von leitendem Material in die Vertiefungen;
- e) Entfernen des Substrats vom leitenden Material.
71. Verfahren nach Anspruch 70, welches weiterhin umfaßt das Verbinden
einer Leiterbahn mit dem leitenden Material.
72. Verfahren nach Anspruch 71, welches weiterhin das Anbringen einer
Membran zum Stützen des leitenden Materials umfaßt.
73. Verfahren nach Anspruch 72, wobei die Membran angebracht wird,
nachdem die Leiterbahn mit dem leitenden Material verbunden worden
ist.
74. Verfahren nach Anspruch 70, wobei die Vertiefungen durch Einpressen
eines Werkzeugs in das Substrat gebildet werden.
75. Verfahren nach Anspruch 74, welches den Schritt des seitlichen Ver
schiebens des Werkzeugs relativ zum Substrat umfaßt, um die Vertie
fungen herzustellen.
76. Verfahren zum Herstellen eines Meßfühlers, welches umfaßt:
- a) Bereitstellen eines Substrats;
- b) Herstellen eines Satzes von Vertiefungen in dem Substrat durch Ein pressen eines Werkzeugs an das Substrat, wobei die Tiefe der Vertie fung zumindest zum Teil durch einen Abschnitt des Werkzeugs geregelt wird, welcher sich hiervon nach außen erstreckt und beim Anpressen mit dem Substrat in Kontakt tritt, wodurch die weitere Relativbewe gung des Substrats relativ zum Werkzeug unterbunden wird;
- c) Anbringen des leitenden Materials in den Vertiefungen; und
- d) Entfernen des Substrats vom leitenden Material.
77. Verfahren nach Anspruch 76, welches weiterhin das Verbinden einer
Leiterbahn mit dem leitenden Material umfaßt.
78. Verfahren nach Anspruch 77, welches weiterhin das Anbringen einer
Membran zum Stützen des leitenden Materials umfaßt.
79. Verfahren nach Anspruch 78, wobei die Membran angebracht wird,
nachdem die Leiterbahn mit dem leitenden Material verbunden worden
ist.
80. Verfahren nach Anspruch 78, welches den Schritt umfaßt des seitlichen
Verschiebens des Werkzeugs relativ zum Substrat, um die Vertiefungen
herzustellen.
81. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) eine Vielzahl von länglichen Leitern, welche von der Membran getragen werden;
- d) eine Vielzahl von Kontakten, welche von der Membran getragen werden, wobei ein jeder der Kontakte elektrisch mit zumindest einem der zuge ordneten Leiter verbunden ist; und
- e) eine Vielzahl von Kontakten, welche weiterhin bestehen aus:
- a) einem ersten Material mit einem ersten Kontaktwiderstand, welcher an dem Kontaktierungsbereich des Kontakts angebracht ist;
- b) einem zweiten Material mit einem zweiten Kontaktwiderstand, wo bei der erste Kontaktwiderstand geringer ist als der zweite Kontaktwi derstand.
82. Meßfühleraufbau nach Anspruch 81, wobei das erste Material leitendes
Rhodium ist.
83. Meßfühleraufbau nach Anspruch 82, wobei das zweite Material leiten
des Nickel ist.
84. Meßfühleraufbau nach Anspruch 81, wobei ein jeder der Kontakte ver
kippt wird in Abhängigkeit vvn einem Anpressen an die elektrische Vor
richtung.
85. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) eine Vielzahl von länglichen Leitern, welche von der Membran gestützt sind;
- d) eine Vielzahl von Kontakten, welche von der Membran gestützt sind, wobei ein jeder der Kontakte elektrisch verbunden ist mit zumindest ei nem zugeordneten Leiter; und
- e) eine Vielzahl von Kontakten, welche weiterhin bestehen aus:
- a) einem ersten Material, welches an den Kontaktfläche der Kontakte angebracht ist, wobei die Tiefe des ersten Materials in einer Richtung senkrecht zur Membran größer ist als die Tiefe des ersten Materials in Richtung senkrecht zur Seite des ersten Materials;
- b) einem zweiten Material, welches das erste Material trägt, wobei sich das erste Material vom zweiten Material unterscheidet.
86. Meßfühleraufbau nach Anspruch 85, wobei das erste Material leitendes
Rhodium ist.
87. Meßfühleraufbau nach Anspruch 86, wobei das zweite Material leiten
des Nickel ist.
88. Meßfühleraufbau nach Anspruch 85, wobei ein jeder der Kontakte in Ab
hängigkeit vom Anpressen an die elektrische Vorrichtung verkippt wird.
89. Verfahren zum Herstellen eines Meßfühlers, welches umfaßt;
- a) Bereitstellen eines Substrats;
- b) Herstellen eines Satzes von Vertiefungen in dem Substrat mit zumin dest einer Seitenwand, welche unabhängig ist von der Kristallstruktur des Substrats;
- c) Einbringen von leitendem Material in die Vertiefungen;
- d) Entfernen des Substrats vom leitenden Material.
90. Verfahren nach Anspruch 89, welches weiter das Verbinden einer Lei
terbahn mit dem leitenden Material umfaßt.
91. Verfahren nach Anspruch 90, welches weiterhin die Verwendung einer
Membran zum Stützen des leitenden Materials umfaßt.
92. Verfahren nach Anspruch 91, wobei die Membran nach Verbinden der
Leiterbahn mit dem leitenden Material angebracht wird.
93. Verfahren nach Anspruch 89, welches den Schritt des seitlichen Ver
schiebens eines Werkzeugs relativ zum Substrat umfaßt, um die Vertie
fungen herzustellen.
94. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) eine Vielzahl von länglichen Leitern, welche von der Membran gestützt sind;
- d) eine Vielzahl von länglichen Kontakten, welche von der Membran ge stützt sind, wobei ein jeder der länglichen Kontakte elektrisch verbun den ist mit zumindest einem zugeordneten Leiter, wobei einer jeder der länglichen Kontakte in Abhängigkeit vom Anpressen an die elektrische Vorrichtung verkippt wird; und
- e) wobei die länglichen Kontakte weiterhin charakterisiert sind durch:
- a) einen Kontaktierungsbereich, welcher so angeordnet ist, daß er in An preßverbindung mit der elektrischen Vorrichtung tritt;
- b) einen Hauptteil eines Körpers, welcher sich vom Kontaktierungsbe reich weg erstreckt und sich mit zunehmender Entfernung vom Kontak tierungsbereich fortlaufend in der Dicke verringert.
95. Meßfühleraufbau nach Anspruch 94, wobei der Hauptteil sich in linea
rer Weise zunehmend verkleinert.
96. Meßfühleraufbau nach Anspruch 94, wobei der Kontaktierungsbereich
und der Körper homogen zueinander sind.
97. Meßfühleraufbau nach Anspruch 96, wobei der Kontaktierungsbereich
und der Körper homogen zueinander sind.
98. Meßfühleraufbau nach Anspruch 94, wobei der längliche Kontakt im we
sentlichen pyramidenförmig ist.
99. Meßfühleraufbau nach Anspruch 94, wobei der Kontaktierungsbereich
im wesentlichen parallel ist relativ zur Membran und der Hauptteil re
lativ zur Membran geneigt ist.
100. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage umgreift;
- c) eine Vielzahl von länglichen Leitern, welche von der Membran getragen werden;
- d) eine Vielzahl von Kontakten, welche von der Membran getragen werden, wobei ein jeder der Kontakte mit zumindestens einem zugeordneten Lei ter elektrisch verbunden ist; und
- e) wobei die Kontakte weiterhin gekennzeichnet sind durch einen Kontak tierungsbereich, welcher so positioniert ist, daß er mit der elektrischen Vorrichtung dort in Anpreßkontakt kommt, wo der Kontaktierungsbe reich eines jeden der Kontakte eine im wesentlichen identische nicht glatte Oberflächenstruktur aufweist.
101. Meßfühleraufbau nach Anspruch 100, wobei die ein jeder der länglichen
Kontakte in Abhängigkeit vom Anpressen an die elektrische Vorrich
tung verkippt wird.
102. Meßfühleraufbau nach Anspruch 100, wobei der Kontaktierungsbereich
im wesentlichen parallel ist zur Membran.
103. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) eine Vielzahl von länglichen Leitern, welche von der Membran getragen werden;
- d) eine Vielzahl von länglichen Kontakten, welche von der Membran getra gen werden, wobei ein jeder der länglichen Kontakte mit zumindest ei nem zugeordneten Leiter elektrisch verbunden ist; und
- e) wobei die länglichen Kontakte weiterhin gekennzeichnet sind durch eine erste Breite in der Nähe eines Kontaktierungsbereichs hin zur elektri schen Vorrichtung, wobei diese erste Breite geringer ist als eine zweite Breite in der Nähe des mit Bezug auf den Kontaktierungsbereich gegen überliegenden Endes des länglichen Kontakts.
104. Meßfühleraufbau nach Anspruch 103, wobei ein jeder der länglichen
Kontakte in Abhängigkeit von einem Anpressen an die elektrische Vor
richtung verkippt wird.
105. Meßfühleraufbau nach Anspruch 103, wobei ein jeder der Kontaktie
rungsbereiche in einer linearen Anordnung ausgerichtet ist und die
Kontakte so angeordnet sind, daß das gegenüberliegende Ende eines der
Kontakte an das nicht gegenüberliegende Ende eines anderen Kontakts
angrenzt.
106. Meßfühleraufbau nach Anspruch 105, wobei ein jeder der Kontaktie
rungsbereiche im wesentlichen längs einer Achse ausgerichtet ist, und
das gegenüberliegende Ende eines der Kontakte in übergreifender Weise
ausgerichtet ist zum mit Bezug auf die Richtung senkrecht zur Achse
gegenüberliegenden Ende eines angrenzenden Kontakts.
107. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) einen länglichen Leiter, welcher von der Membran gestützt wird;
- d) einen Kontakt, welcher von der Membran gestützt wird, wobei der Kon takt elektrisch verbunden ist mit den Leitern; und
- e) wobei der Leiter eine nicht gleichförmige Dicke längs der Länge der Lei ter aufweist.
108. Meßfühleraufbau nach Anspruch 107, wobei der Kontakt in Abhängig
keit von einem Anpressen an die elektrische Vorrichtung verkippt wird.
109. Meßfühleraufbau nach Anspruch 107, wobei der längliche Leiter eine er
ste Dicke unterhalb des Kontakts aufweist und eine zweite Dicke, wel
che von dem Kontakt beabstandet angebracht ist, wobei die erste Dicke
kleiner ist als die zweite Dicke.
110. Meßfühleraufbau nach Anspruch 107, wobei der längliche Leiter eine er
ste Dicke aufweist in einem Bereich unter dem Kontakt und der längli
che Leiter eine zweite Dicke aufweist in einem zweiten Bereich, welcher
vom Kontakt beabstandet angebracht ist, wobei der längliche Leiter eine
dritte Dicke in einem dritten Bereich zwischen dem ersten Bereich und
dem zweiten Bereich aufweist, wobei die dritte Dicke weniger ist als zu
mindest die erste Dicke oder die zweite Dicke.
111. Meßfühleraufbau nach Anspruch 110, wobei der dritte Bereich direkt
unterhalb zumindest eines Teils des Kontaktierungsbereichs eines Kon
takts ist.
112. Meßfühleraufbau nach Anspruch 110, wobei der dritte Bereich direkt
unter zumindest einem Teil des Kontakts gegenüberliegend einem Kon
taktierungsbereich des Kontakts ist.
113. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welcher
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) einen länglichen Leiter, welcher durch die Membran gestützt ist;
- d) einen Kontakt, welcher durch die Membran gestützt ist, wobei der Kon takt elektrisch mit der Leitung verbunden ist, wobei der Kontakt eine Umfassungskurve um den Kontakt definiert; und
- e) wobei der Leiter in elektrischem Kontakt steht längs zumindest zweier Seiten der Umfassungskurve.
114. Meßfühleraufbau nach Anspruch 113, wobei der Kontakt in Abhängig
keit von einem Anpressen an die elektrische Vorrichtung verkippt wird.
115. Meßfühleraufbau nach Anspruch 113, wobei die Umfassungskurve zu
mindest vier Seiten umfaßt.
116. Meßfühleraufbau nach Anspruch 115, wobei der Leiter im elektrischen
Kontakt steht längs zumindest dreier angrenzender Seiten der Umfas
sungskurve.
117. Meßfühleraufbau nach Anspruch 116, wobei der Leiter im fortgesetzten
elektrischen Kontakt längs zumindest dreier angrenzender Seiten der
Umfassungskurve steht.
118. Meßfühleraufbau nach Anspruch 117, wobei die Umfassungskurve vier
im wesentlichen gerade Seiten umfaßt.
119. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) einen länglichen Leiter, welcher von der Membran gestützt ist;
- d) einen Kontakt, welcher von der Membran gestützt ist, wobei der Kon takt elektrisch mit dem Leiter verbunden ist, und
- e) wobei der Leiter so aufgebaut ist, daß er Veränderungen in der Korn struktur innerhalb der Dicke des Leiters aufweist.
120. Meßfühleraufbau nach Anspruch 119, wobei der Kontakt in Abhängig
keit von einem Anpressen an die elektrische Vorrichtung verkippt wird.
121. Meßfühleraufbau nach Anspruch 119, wobei die Änderungen in der
Kornstruktur in einem Bereich in der Nähe des Kontakts vorliegen.
122. Meßfühleraufbau nach Anspruch 121, wobei der Leiter eine Schicht aus
Nickel zwischen Kupferschichten umfaßt.
123. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welcher
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) einen länglichen Leiter, welcher von der Membran gestützt wird;
- d) einen Kontakt, welcher von der Membran gestützt wird, wobei der Kon takt elektrisch mit einem der Leiter verbunden ist und
- e) wobei der Kontakt einen Kontaktierungsbereich und einen Endbereich gegenüberliegend vom Kontaktierungsbereich umfaßt, wobei der Endbe reich im wesentlichen flexibler ist als der Rest des Kontakts.
124. Meßfühleraufbau nach Anspruch 123, wobei der Kontakt in Abhängig
keit von einem Anpressen an die elektrische Vorrichtung verkippt wird.
125. Meßfühleraufbau nach Anspruch 123, wobei die Verbiegung eines End
bereichs im wesentlichen der Verbiegung des darunter liegenden längli
chen Leiters entspricht.
126. Meßfühleraufbau nach Anspruch 123, wobei der Endbereich einen kon
kaven Querschnitt aufweist.
127. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welcher
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) einen länglichen Leiter, welcher von der Membran gestützt wird;
- d) einen Kontakt, welcher von der Membran gestützt wird, wobei der Kon takt elektrisch mit den Leitern verbunden ist;
- e) eine Zusatzschicht, welche von der Membran in einen Bereich in der Nä he des Kontakts gestützt wird, wobei die Zusatzschicht steifer ist als die Membran.
128. Meßfühleraufbau nach Anspruch 127, wobei der Kontakt in Abhängig
keit von einem Anpressen an die elektrische Vorrichtung verkippt wird.
129. Meßfühleraufbau nach Anspruch 128, wobei die Zusatzschicht zumin
dest teilweise direkt unterhalb eines Endbereichs des Kontakts liegt.
130. Meßfühleraufbau nach Anspruch 129, wobei die Zusatzschicht den
Krümmungsradius des länglichen Leiters in einem Bereich in der Nähe
der Zusatzschicht vergrößert, wenn der der Kontakt um mehr als den
Krümmungsradius des länglichen Leiters in dem Bereich in der Nähe
verkippt wird, der auftreten würde, wenn der Kontakt gekippt würde,
falls die Zusatzschicht nicht eingeschlossen wäre.
131. Meßfühleraufbau zum Testen einer elektrischen Vorrichtung, welche
umfaßt:
- a) eine Auflage;
- b) eine Membran, welche die Auflage übergreift;
- c) einen länglichen Leiter, welcher von der Membran gestützt ist;
- d) einen Kontakt, welcher von der Membran gestützt ist, wobei der Kon takt elektrisch mit den Leitern verbunden ist; und
- e) wobei der Kontakt einen Kontaktierungsbereich und einen länglichen Körper umfaßt, wobei der längliche Körper ein Paar von Seiten umfaßt, welche einen spitzen Winkel dazwischen festlegen.
132. Meßfühleraufbau nach Anspruch 131, wobei der Kontakt in Abhängig
keit von einem Anpressen an die elektrische Vorrichtung verkippt wird.
133. Meßfühleraufbau nach Anspruch 131, wobei das Paar von Seiten zusam
menstößt, um eine einzelne Linie zu definieren.
134. Meßfühleraufbau nach Anspruch 132, wobei das Paar von Seiten zusam
menstößt, um eine einzelne Linie zu definieren.
135. Meßfühleraufbau nach Anspruch 131, wobei die Vorrichtung eine Viel
zahl von Kontakten umfaßt, wobei die Kontaktierungsbereiche von zu
mindest drei Kontakten linear angeordnet sind und die entsprechenden
länglichen Körper zumindest zwei verschiedenen Längen aufweisen.
136. Verfahren zum Herstellen eines Meßfühlers, welches umfaßt:
- 1. Bereitstellen eines Substrats;
- 2. Herstellen einer Vertiefung im Substrat durch mehrere Vorgänge des Anpressens eines Werkzeugs an das Substrat;
- 3. Einbringen von leitendem Material in die Vertiefung; und
- 4. Entfernen des Substrats vom leitenden Material.
137. Verfahren nach Anspruch 136, welches weiterhin das Verbinden einer
Leiterbahn mit dem leitenden Material umfaßt.
138. Verfahren nach Anspruch 137, welches weiterhin das Anbringen einer
Membran umfaßt, um das leitende Material zu stützen.
139. Verfahren nach Anspruch 138, wobei die Membran angebracht wird,
nachdem die Leiterbahn mit dem leitenden Material verbunden worden
ist.
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