DE69926241T2

DE69926241T2 - Leiterplatten-verbindungsvorrichtung und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69926241T2
Application number: DE69926241T
Authority: DE
Inventors: N. Benjamin ELDRIDGE
Original assignee: FormFactor Inc
Current assignee: FormFactor Inc
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1999-01-04
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2019-01-05
Also published as: US20040127074A1; US20010012704A1; US7618281B2; EP1097617A1; US7169646B2; US20070123082A1; AU2107299A; JP4389209B2; US20060024988A1; JP2004251910A; WO2000003569A1; CN1317224A; EP1583406A3; US6705876B2; TW404033B; US6948941B2; EP1097617B1; JP3949377B2; KR20010074710A; KR100423683B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbindungsanordnungen und Verfahren zur Herstellung und Verwendung von Verbindungen und insbesondere Verbindungsanordnungen zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit Kontaktelementen auf einem integrierten Halbleiterschaltkreis entweder auf eine temporäre oder dauerhafte Weise. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren und Anordnungen zur Herstellung von Verbindungen mit Halbleiterbauelementen, um Prüfungs- und/oder Voralterungsprozeduren an den Halbleiterbauelementen durchzuführen oder um dauerhafte Verbindungen mit den Halbleiterbauelementen herzustellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gibt zahlreiche Verbindungsanordnungen und Verfahren zur Herstellung und Verwendung dieser Anordnungen im Stand der Technik. Es ist beispielsweise gewöhnlich erwünscht, die Vielzahl von Chips auf einem Halbleiterwafer zu prüfen, um festzustellen, welche Chips gut sind, bevor sie verkappt werden und vorzugsweise bevor sie vom Wafer vereinzelt werden. Dazu kann ein Wafertestgerät oder -prüfgerät vorteilhafterweise verwendet werden, um eine Vielzahl von diskreten Druckverbindungen mit einer gleichen Vielzahl von diskreten Kontaktelementen (z.B. Bondkontaktstellen) auf den Chips herzustellen. Auf diese Weise können die Halbleiterchips vor dem Vereinzeln der Chips vom Wafer geprüft werden. Das Prüfen ist dazu ausgelegt, festzustellen, ob die Chips nicht funktionsfähig ("schlecht") sind.
Eine herkömmliche Komponente eines Wafertestgeräts oder -prüfgeräts ist eine Prüfkarte, mit der eine Vielzahl von Sondenelementen verbunden sind. Die Spitzen der Sondenelemente oder Kontaktelemente bewirken die Druckverbindungen mit den jeweiligen Bondkontaktstellen der Halbleiterchips. 1 zeigt eine Verbindungsanordnung 500, die ein Beispiel einer Prüfkarte im Stand der Technik ist. Die Sondenstifte oder Kontaktelemente 524 stellen Verbindungen mit Bondkontaktstellen 526 auf dem Halbleiterwafer 508 her. Die Prüfkartenanordnung umfasst mehrere Komponenten, die zusammengefügt sind, einschlieißlich der Prüfkarte 502, der Zwischenschalteinrichtung 504 und des Raumtransformators 506. Die Prüfkarte 502 ist typischerweise eine Leiterplatte, die Leiterbahnen zu verschiedenen elektrischen Komponenten umfasst, die beim Durchführen der elektrischen Prüfungen des zu prüfenden Halbleiterchips verwendet werden. Die Kontaktelemente 510 auf der Prüfkarte 502 stellen mit den Bondkontaktstellen 526 über eine Reihe von Zwischenschichten einen Kontakt her, welche die Zwischenschalteinrichtung 504 und den Raumtransformator 506 umfassen, wie in 1 gezeigt. Die Zwischenschalteinrichtung 504 sieht eine elastische, federartige Positionierung in der vertikalen oder z-Richtung vor, um einen angemessenen Kontakt für alle Kontaktelemente an den Bondkontaktstellen ungeachtet der Länge der an den Zwischenschichten verwendeten Kontaktelemente bereitzustellen, wie z.B. der Kontaktelemente 524, die Federn ähneln. Der Raumtransformator 506 führt eine Abstandsverringerung durch und ist auch das Substrat, auf dem federnde Kontaktelemente angeordnet sind. Weitere Details hinsichtlich der in 1 gezeigten Prüfkartenanordnung 500 sind in der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr. WO 96/38858 zu finden.
2A zeigt detailierter eine Zwischenschaltanordnung 300 mit einem Substrat 302, auf dem federnde Kontaktelemente angebracht sind, einschließlich der Kontaktelemente 312, 314, 316 und 318. Die Kontaktelemente 312 und 316 sind von einer Seite der Zwischenschalteinrichtung 300 mit der anderen Seite durch eine Durchgangsverbindung 304A elektrisch gekoppelt und die Kontaktelemente 314 und 318 sind durch eine Durchgangsverbindung 306A elektrisch gekoppelt. Beispiele dieser federnden Kontaktelemente umfassen beliebige einer Anzahl von verschiedenen Elementen vom Federtyp, einschließlich derjenigen, die in der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr. WO 96/38858 beschrieben sind. Wenn die Zwischenschalteinrichtung in einer Anordnung wie z.B. der Anordnung 500 von 1 verwendet wird, werden die federnden Kontaktelemente in einen zusammengedrückten Zustand gebogen, in dem ihre vertikalen Höhen verringert sind. Dieser gebogene Zustand führt zu einer Kraft, der die Kontaktelemente in ihre entsprechenden Verbindungspunkte wie z.B. die Bondkontaktstellen 526 treibt. Die 2B und 2C zeigen eine alternative Zwischenschaltstruktur des Standes der Technik. Die Zwischenschalteinrichtung 300A umfasst ein Substrat 302A. Zwei federnde Kontaktelemente 312A und 314A sind an einer Oberfläche des Substrats 302A angebracht. Die federnden Kontaktelemente des unteren Teils des Substrats 302A sind in dieser Figur nicht gezeigt. Die federnden Kontaktelemente auf der oberen Oberfläche des Substrats 302A sind durch eine Kanalstruktur 302B geschützt, die die federnden Kontaktelemente 312A und 314A umgibt. Dies ist aus der Draufsicht auf die Zwischenschalteinrichtung 300 zu sehen, die in 2C gezeigt ist. Der Kanal 302B schützt die federnden Kontaktelemente innerhalb des Kanals, ist jedoch nicht dazu ausgelegt, ein anderes Substrat zu kontaktieren, und der Kanal 302C schützt die federnden Kontaktelemente 314B, ist jedoch nicht dazu ausgelegt, ein anderes Substrat zu kontaktieren.
3A zeigt ein weiteres Beispiel einer Zwischenschalteinrichtung des Standes der Technik. Das Substrat 334 ist über den Verbindungselementen 332 angeordnet, so dass sich die Verbindungselemente 332 durch die Löcher 336 erstrecken. Die Verbindungselemente 322 werden innerhalb des Substrats durch ein geeignetes Material 338 wie z.B. ein Elastomer, das die Löcher 336 füllt und das sich von der oberen und der unteren Oberfläche des Trägersubstrats erstreckt, locker gehalten. 3B stellt eine weitere Zwischenschaltstruktur des Standes der Technik dar, bei der das Verbindungselement innerhalb des Lochs 336 an den mittleren Teilen der Löcher 366 im Substrat 364 angebracht ist (z.B. durch Löten).
4 stellt eine weitere Verbindungsanordnung des Standes der Technik dar. Diese Verbindungsanordnung wird manchmal als Cinchverbinder 400 bezeichnet. Wie in 4 gezeigt, sind zwei Kontaktelemente 406 und 407 auf einem Substrat 401 angeordnet, um einen Kontakt mit zwei anderen Kontaktelementen 408 und 409 herzustellen, die auf einem anderen Substrat 402 angeordnet sind. Die Zwischenschicht 403 umfasst Löcher 404 und 405. Das Loch 404 ist zwischen den Kontaktelementen 407 und 408 angeordnet und das Loch 405 ist zwischen den Kontaktelementen 407 und 409 angeordnet. Jedes Loch umfasst ein elastisches Material, das verwendet wird, um zwischen seinen jeweiligen Kontaktelementen einen Kontakt herzustellen, wie in 4 gezeigt. Wenn die Substrate 401 und 402 zusammengepresst werden, bewegen sich die Kontaktelemente oder Kontaktstellen 406 und 408 zueinander hin ebenso wie die Kontaktelemente 407 und 409. Die Bewegung wird gestoppt, wenn jedes Elements mit der Zwischenschicht 403 in mechanischen Kontakt kommt, und ein elektrischer Kontakt wird durch die jeweilige leitende Feder hergestellt, die zwischen den zwei Kontaktelementen angeordnet ist.
Wie aus der vorangehenden Erörterung zu sehen ist, ermöglicht die Verwendung von federnden Kontaktelementen, um Kontakte mit Bondkontaktstellen oder mit anderen Kontaktelementen herzustellen, eine Toleranz in der vertikalen oder z-Richtung, so dass die meisten, wenn nicht alle Kontaktelemente einen Kontakt herstellen können, selbst wenn ihre Längen geringfügig variieren. Diese Toleranz führt jedoch manchmal zur Zerstörung von federnden Kontaktelementen, wenn sie in der vertikalen Richtung zu sehr zusammengedrückt werden. Obwohl die in den 2B und 2C und in 3A gezeigten Anordnungen gewöhnlich federnde Kontaktelemente schützen, legen sie keine Position fest, in der alle Kontaktelemente einen Kontakt vertikal hergestellt haben sollten, und sind nicht dazu vorgesehen. Der Cinchverbinder von 4 schützt gewöhnlich die federnden Kontaktelemente durch Verhindern, dass die Substrate 401 und 402 zu nahe zusammenkommen. Diese Anordnung ist jedoch aufgrund der Anforderung, dass sie in einer separaten Schicht eine Vielzahl von Löchern aufweist, von denen jedes eine Feder enthält und abstützt, relativ kompliziert.
Aus FR-A-2680284 ist ferner eine Verbindungsanordnung mit einer Anschlagstruktur in Form von Blöcken bekannt.
Folglich ist es erwünscht, eine verbesserte Verbindungsanordnung bereitzustellen, die die Merkmale eines federnden Kontaktelements nutzen kann, ohne dass sie zu viel Toleranz in der z-Richtung hat, was zur Überbiegung oder Zerstörung der federnden Kontaktelemente führen könnte. Dies ist für die Verbindung über große Kontaktbereiche (wie in Halbleiterwafern) besonders wichtig, wo Toleranzprobleme eine kontrollierte Biegung von Verbindungselementen schwierig machen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung, wie in den unabhängigen Ansprüchen 1, 13 und 14 definiert, stellt eine Vielzahl von Verbindungsanordnungen und Verfahren zur Herstellung und Verwendung dieser Anordnungen bereit. In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verbindungsanordnung ein Substrat und ein federndes Kontaktelement, das zumindest einen Teil aufweist, der in der Lage ist, sich in eine erste Position zu bewegen. Das federnde Kontaktelement ist auf dem Substrat angeordnet. Eine Anschlagstruktur, die auch auf dem Substrat angeordnet ist, legt die erste Position fest, in der sich das federnde Kontaktelement mit einem anderen Kontaktelement in mechanischem und elektrischem Kontakt befindet.
Verschiedene andere Anordnungen und Verfahren werden nachstehend in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und ohne Begrenzung in den Figuren der zugehörigen Zeichnungen erläutert, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente angeben.
1 zeigt ein Beispiel einer Prüfkartenanordnung im Stand der Technik.
2A zeigt ein Beispiel einer Zwischenschalteinrichtung, die ein Element einer Prüfkartenanordnung des Standes der Technik ist.
2B zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer Zwischenschalteinrichtung, die in Prüfkartenanordnungen des Standes der Technik verwendet werden kann.
2C zeigt eine Draufsicht auf die in 2B gezeigte Zwischenschalteinrichtung.
3A zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer Zwischenschalteinrichtung des Standes der Technik.
3B zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Zwischenschaltstruktur des Standes der Technik.
4 zeigt ein Beispiel einer Verbindungsanordnung des Standes der Technik.
5A zeigt eine perspektivische Ansicht, in der federnde Kontaktelemente auf einem Substrat zusammen mit Anschlagstrukturen auf dem Substrat angeordnet sind.
5B zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels, bei dem federnde Kontaktelemente mit einer Auffächerung auf einem Substrat mit Anschlagstrukturen angeordnet sind.
6A zeigt ein Beispiel eines Ausführungsbeispiels (bevor ein mechanischer und elektrischer Kontakt hergestellt wird).
6B zeigt die Verbindungsanordnung von 6A, wenn ein mechanischer und elektrischer Kontakt hergestellt wurde.
6C zeigt ein Beispiel eines weiteren Ausführungsbeispiels (bevor ein mechanischer und elektrischer Kontakt hergestellt wird).
6D zeigt die Verbindungsanordnung von 6C, wenn ein elektrischer und mechanischer Kontakt hergestellt wurde.
7 zeigt ein weiteres Beispiel einer Verbindungsanordnung.
8A zeigt ein Beispiel eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Verbindungsanordnung.
8B zeigt ein weiteres Beispiel einer Anschlagstruktur.
9A stellt eine Schicht für einen Chip (einen integrierten Schaltkreis) dar, wobei die Schicht verwendet werden kann, um Anschlagstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen.
9B stellt eine Querschnittsansicht durch die Linie 9b-9b der Schicht von 9A dar.
9C zeigt die Verwendung der Schicht von 9A und 9B auf einem Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9D zeigt ein weiteres Beispiel einer Anschlagstruktur für einen integrierten Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung.
9E stellt ein Beispiel einer Materialplatte zum Ausbilden von mehreren Anschlagstrukturen gleichzeitig dar, wobei jede Anschlagstruktur zur Anschlagstruktur von 9D ähnlich ist.
9F ist eine perspektivische Ansicht von Anschlagstrukturen mit Öffnungen für Kontaktelemente, die von Bondkontaktstellen aufgefächert sind.
10A, 10B und 10C stellen ein Verfahren zum lithographischen Ausbilden eines Kontaktelements und einer entsprechenden Anschlagstruktur gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung dar.
10D stellt in einer Querschnittsansicht die Wechselwirkung zwischen einem lithographisch ausgebildeten Kontaktelement, einem weiteren Kontaktelement und einer Anschlagstruktur gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung dar.
10E ist eine Draufsicht auf einen Chip mit einer Vielzahl von Anschlagstrukturen und zwei Reihen von federnden Kontaktelementen.
10F bis 10M zeigen durch Querschnittsansichten ein Verfahren zum lithographischen Ausbilden eines federnden Kontaktelements und einer Anschlagstruktur auf einem Substrat wie z.B. einem integrierten Schaltkreis.
11 zeigt ein Verfahren zur Verwendung der Verbindungsanordnungen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Balgaufspannvorrichtung.
12A zeigt ein Beispiel für die Verwendung einer Verbindungsanordnung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Vakuumaufspannvorrichtung.
12B zeigt ein Beispiel für die Verwendung einer Verbindungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Blasenaufspannsystem.
13 zeigt ein Beispiel einer Anschlagstruktur mit einem Schaltkreiselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 stellt zwei Anschlagstrukturen, von denen jede mindestens ein Schaltkreiselement umfasst, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbindungsanordnungen und -verfahren und insbesondere Verbindungsanordnungen zum Herstellen einer mechanischen und elektrischen Verbindung mit Kontaktelementen auf einem integrierten Schaltkreis. Die folgende Beschreibung und die folgenden Zeichnungen erläutern die Erfindung und sollen nicht als Begrenzung der Erfindung aufgefasst werden. Zahlreiche spezielle Einzelheiten werden beschrieben, um für ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu sorgen. In bestimmten Fällen werden jedoch gut bekannte oder herkömmliche Einzelheiten nicht beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht im einzelnen unnötig unklar zu machen.
5A zeigt eine perspektivische Ansicht von acht federnden Kontaktelementen 110, von denen jedes auf einem Substrat 102A angeordnet ist. Die in 5A gezeigte Verbindungsanordnung kann durch eine beliebige Anzahl von Verfahren ausgebildet werden; die federnden Kontaktelemente können beispielsweise mechanisch an Kontaktstellen 103 durch einen Drahtbondvorgang befestigt werden. Alternativ können die federnden Kontaktelemente lithographisch ausgebildet werden. Auf dem Substrat 102A sind auch eine Vielzahl von Anschlagstrukturen angeordnet. Die linke Reihe von Anschlagstrukturen 105 ragt um ein vorbestimmtes Ausmaß über die obere Oberfläche des Substrats 102A, welches typischerweise dasselbe Ausmaß ist, um das die rechte Reihe von Anschlagstrukturen 104 über diese obere Oberfläche ragt. Diese Anschlagstrukturen sind dazu ausgelegt, das maximale Ausmaß an Kompression oder Biegung, das bei den federnden Kontaktelementen auftreten kann, festzulegen/zu begrenzen. Jedes federnde Kontaktelement umfasst zumindest einen Teil von diesem, der in der Lage ist, sich in eine erste Position zu bewegen, wenn das federnde Kontaktelement in einer vertikalen Richtung zur oberen Oberfläche des Substrats 102A hin zusammengedrückt wird. Jede Anschlagstruktur ist vertikal derart bemessen, dass sie eine erste Position festlegt, in der die federnden Kontaktelemente mit anderen Kontaktelementen in mechanischem und elektrischem Kontakt stehen. Jede Anschlagstruktur ist in einem Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass ihre vertikale Höhe über dem Substrat geringer ist als die vertikale Höhe des kürzesten federnden Kontaktelements, das statistisch angemessen wahrscheinlich existiert (z.B. ist die Höhe des Anschlags geringer als 99,9% der Höhen von möglichen federnden Kontaktelementen).
5B zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem eine Reihe von Bondkontaktstellen 103 in einer Linie durch Auffächerungsleiterbahnen 103A mit mehreren federnden Kontaktelementen 110A gekoppelt sind. Die Auffächerungsleiterbahnen 103A ermöglichen eine räumliche Verteilung der federnden Kontaktelemente von der Reihe in einer Linie, ohne die Verwendung von federnden Kontaktelementen mit unterschiedlichen Längen zu erfordern (wie im Fall von 5A, wo die federnder Kontaktelemente 110 unterschiedliche Längen aufweisen, um einen Kontakt mit räumlich verteilten Elementen herzustellen). Jede der Bondkontaktstellen 103 ist elektrisch mit einer entsprechenden Auffächerungsleiterbahn 103A gekoppelt, die mit einer entsprechenden Kontaktstelle 103B elektrisch gekoppelt ist, und jedes federnde Kontaktelement 110A ist mit einer entsprechenden Kontaktstelle 103B elektrisch und mechanisch gekoppelt. Mehrere Anschlagstrukturen 105 sind auf der Oberfläche des integrierten Schaltkreises 102B angeordnet.
6A zeigt ein Beispiel einer Verbindungsanordnung 601. Die Verbindungsanordnung 601 umfasst ein Substrat 602 und ein Substrat 603. Das Substrat 603 umfasst zwei Kontaktelemente 604 und 605, die am Substrat 603 angebracht sind und dadurch auf dem Substrat 603 angeordnet sind. Das Substrat 602 umfasst zwei Anschlagstrukturen 606 und 607, die in relativer Nähe zu den federnden Kontaktelementen 608 und 609 angeordnet sein können. Diese federnden Kontaktelemente können die Federverbindungselemente sein, die in der internationalen PCT-Veröffentlichung Nr.
WO 96/38858 beschrieben sind. Jedes federnde Kontaktelement umfasst eine Spitze oder weiteste Ausdehnung, die sich typischerweise über die Oberseite der jeweiligen Anschlagstruktur hinauserstreckt, wie in 6A gezeigt. Die Spitze 608A des federnden Kontaktelements 608 erstreckt sich beispielsweise über die Oberseite der Anschlagstruktur 606 hinaus, so dass die gesamte vertikale Länge des federnden Kontaktelements 608 die gesamte vertikale Länge der Anschlagstruktur 606 übersteigt. Die Höhe der Anschlagstruktur ist vorbestimmt, um eine erste Position festzulegen, in der sich das federnde Kontaktelement mit einem anderen Kontaktelement in mechanischem und elektrischem Kontakt befindet. Ferner legt die Höhe der Anschlagstruktur eine Trennung zwischen einem Substrat 602 und dem anderen Substrat 603 fest, wenn sich das federnde Kontaktelement mit einem anderen Kontaktelement wie z.B. den Kontaktelementen 604 und 605 in mechanischem und elektrischem Kontakt befindet. Dies ist in 6B weiter gezeigt, in der die Substrate 602 und 603 zusammengedrückt wurden, um die Verbindungsanordnung 601A zu erzeugen. Wie aus 6B zu sehen ist, stehen die Anschlagstrukturen 606 und 607 mit dem Substrat 603 in mechanischem Kontakt; insbesondere liegt die obere Oberfläche von jeder Anschlagstruktur mechanisch an der oberen Oberfläche des Substrats 603 an. Dies legt die erste Position der Spitze 608A und der Spitze 609A der federnden Kontaktelemente 608 bzw. 609 fest, wenn sie mit den Kontaktelementen 604 bzw. 605 einen Kontakt herstellen.
Es ist zu erkennen, dass die Verbindungsanordnung 601 in einer Anzahl von verschiedenen Zusammenhängen verwendet werden kann. Das Substrat 602 kann beispielsweise ein Teil einer Prüfkartenanordnung sein, die mit einem Waferprüfgerät oder Wafertestgerät gekoppelt ist, und das Substrat 603 kann ein integrierter Halbleiterschaltkreis oder eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen auf einem Halbleiterwafer sein. Alternativ kann das Substrat 602 ein Teil eines integrierten Halbleiterschaltkreises oder eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen auf einem Halbleiterwafer sein. In diesem Fall sind die federnden Kontaktelemente typischerweise mit Bondkontaktstellen oder anderen Kontaktelementen auf dem integrierten Schaltkreis gekoppelt und die Anschlagstrukturen sind an der oberen Oberfläche des integrierten Schaltkreises befestigt. Das Substrat 603 kann ein Teil einer Prüfkartenstruktur sein, die dazu ausgelegt ist, mit den verschiedenen federnden Kontaktelementen einen elektrischen Kontakt herzustellen, um den integrierten Schaltkreis oder eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen auf einem Halbleiterwafer zu prüfen oder vorzualtern. Alternativ kann das Substrat 603 ein Teil einer Gehäuseanordnung sein, die verwendet wird, um durch die federnden Kontaktelemente wie z.B. die in 6A gezeigten Elemente 608 und 609 einen dauerhaften Kontakt herzustellen.
Die 6C und 6D zeigen ein weiteres Beispiel, das gerade federnde Kontaktelemente 608B und 609B (in Auslegerform) verwendet. Diese geraden federnden Kontaktelemente sind am Substrat 602 befestigt und werden in einen zusammengedrückten Zustand gebogen, wie in 6D gezeigt, wenn das Substrat 602 in Richtung des Substrats 603 gedrückt wird. Die Anschlagstrukturen 606 und 607 legen den Abstand zwischen den zwei Substraten fest und legen das Ausmaß an Zusammendrückung jedes federnden Kontaktelements fest, wenn es mit seiner entsprechenden Kontaktstelle in mechanischen und elektrischen Kontakt gebracht wird.
7 zeigt ein Beispiel einer weiteren Verbindungsanordnung. Die Verbindungsanordnung 621 von 7 umfasst ein Substrat 622 und ein Substrat 623. Zwei federnde Kontaktelemente 628 und 629 sind an einer Oberfläche des Substrats 622 befestigt, um mit den Kontaktelementen 624 bzw. 625 des Substrats 623 einen Kontakt herzustellen. Zwei Anschlagstrukturen 626 und 627 sind auch am Substrat 623 befestigt und sind relativ nahe benachbart zu den entsprechenden Kontaktelementen 624 und 625 angeordnet. Wenn die Substrate 622 und 623 zusammengedrückt werden, biegen sich die federnden Kontaktelemente 628 und 629 in eine Position, die durch die Höhe der Anschlagstrukturen festgelegt ist. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel kann die Höhe der Anschlagstruktur ungefähr 5 bis 40 mils betragen und die Höhe eines federnden Kontaktelements, bevor es zusammengedrückt wird, kann ungefähr 45 mils betragen. Die spezielle Höhe der Anschlagstruktur relativ zur Höhe des federnden Kontaktelements vor dem Zusammendrücken hängt teilweise von der Fähigkeit ab, die Planarität der Spitzen der verschiedenen federnden Kontaktelemente vor dem Zusammendrücken zu steuern. Wenn diese Planarität mit großer Genauigkeit gesteuert werden kann, kann die Höhe der Anschlagstruktur dann nur geringfügig kleiner sein als die Höhe eines federnden Kontaktelements vor dem Zusammendrücken. Andererseits sehen kleinere Anschlagstrukturen eine größere Toleranz für einen Fehler beim Ausbilden einer Matrix von federnden Kontaktelementen mit einer speziellen Höhe vor. Die Höhe einer Anschlagstruktur ist typischerweise geringer als 150 mils und vorzugsweise geringer als 40 mils.
Es ist zu erkennen, dass die vorliegende Erfindung mit einer großen oder kleinen Anzahl von federnden Kontaktelementen und einer Anzahl von Anschlagstrukturen, die auf demselben oder einem anderen Substrat angeordnet sind, verwendet werden kann. Die Erfindung kann bei einem einzelnen (vereinzelten) IC mit einer Anschlagstruktur und einem elastischen Kontaktelement oder mit ICs auf einem Halbleiterwafer verwendet werden, wobei jeder derartige IC mindestens eine Anschlagstruktur und ein federndes Kontaktelement umfasst. Jedes federnde Kontaktelement kann eine entsprechende Anschlagstruktur (z.B. eine säulenartige Anschlagstruktur wie in 5B) aufweisen oder eine Anschlagstruktur kann von mehreren federnden Kontaktelementen gemeinsam genutzt werden (wie in 9D gezeigt). Ferner ist zu erkennen, dass die Kontaktelemente und die federnden Kontaktelemente mit verschiedenen Schaltkreiselementen gekoppelt werden, sei es, dass diese Schaltkreiselemente auf dem zu prüfenden integrierten Schaltkreis oder in einem Prüfkartenschaltkreis oder in einem Schaltkreis, der in einem letztlich zusammengesetzten System verwendet wird, das den verkappten integrierten Schaltkreis umfasst, angeordnet sind.
8A stellt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung dar. Die Verbindungsanordnung 801 umfasst ein Substrat 802, das an zwei Anschlagstrukturen 805 und 806 angebracht ist. Am Substrat 802 sind auch zwei federnde Kontaktelemente 803 und 804 angebracht. Es ist zu erkennen, dass das Substrat 802 ein Teil eines integrierten Schaltkreises sein kann oder ein Teil einer Prüfkartenanordnung oder einer anderen Prüfungs- oder Voralterungsvorrichtung sein kann. Jede Anschlagstruktur, wie in 8A gezeigt, umfasst eine Klebeschicht und eine Abdeckung, die über der Klebeschicht angeordnet ist. Die Anschlagstruktur 806 umfasst eine Klebeschicht 807, die auf der oberen Oberfläche der Anschlagstruktur angeordnet ist, und eine Abdeckung 809 ist über dem Klebstoff 807 angeordnet. Diese Abdeckung kann eine Schicht wie z.B. eine Folie oder ein Kunststoff sein, die/der vom Klebstoff abgezogen oder anderweitig entfernt werden kann. Ebenso umfasst die Anschlagstruktur 805 eine Klebeschicht 808 und eine Deckschicht 810. Die Abdeckungen können abgezogen werden, um den Klebstoff freizulegen, und dann kann der Klebstoff verwendet werden, um die Anschlagstruktur sowie den Rest der Anordnung 801 an einem anderen Objekt wie z.B. einem anderen Substrat zu befestigen. Das Substrat 802 kann beispielsweise an einem integrierten Schaltkreis (nicht dargestellt) befestigt werden, so dass die Bondkontaktstellen des integrierten Schaltkreises mit den federnden Kontaktelementen einen Kontakt herstellen, um mit diesen Elementen einen mechanischen und elektrischen Kontakt herzustellen. Das Substrat 802 kann an der oberen Oberfläche des integrierten Schaltkreises haften, indem die Abdeckungen an den Oberseiten der Anschlagstrukturen entfernt werden und indem das Substrat 802 in Richtung des integrierten Schaltkreises nach unten gedrückt wird, so dass der Klebstoff an den Anschlagstrukturen mit der oberen Oberfläche des integrierten Schaltkreises in Kontakt gebracht wird. Folglich kleben die Klebeschichten an den Oberseiten der Anschlagstrukturen das Substrat 802 an den integrierten Schaltkreis und bewirken, dass die federnden Kontaktelemente in mechanischem und elektrischem Kontakt mit den entsprechenden Bondkontaktstellen oder anderen Kontaktelementen auf dem integrierten Schaltkreis befestigt werden. Auf diese Weise kann ein Gehäuse für den integrierten Schaltkreis zwischen dem Substrat 802 und seinen entsprechenden Strukturen und dem integrierten Schaltkreis ausgebildet werden. Es ist zu erkennen, dass das Substrat 802 in diesem Beispiel Verbindungen von den verschiedenen federnden Kontaktelementen zu anderen Kontaktpunkten hin umfasst, um eine Verbindung mit anderen elektrischen Komponenten außerhalb der gekapselten Anordnung, die durch das Substrat 802 und den integrierten Schaltkreis gebildet ist, welcher am Substrat befestigt ist, zu ermöglichen.
Eine weitere Verwendung der Verbindungsanordnung 801 von 8A kann den Fall beinhalten, bei dem das Substrat 802 selbst ein integrierter Schaltkreis ist und die federnden Kontaktelemente 803 und 804 sowie andere Kontaktelemente, die erforderlich sind, um Verbindungen herzustellen, an den verschiedenen Bondkontaktstellen oder anderen Kontaktelementen am integrierten Schaltkreis befestigt sind. Die Anschlagstrukturen können an der oberen Oberfläche des integrierten Schaltkreises befestigt sein, wie in 8A gezeigt. Nachdem die Abdeckungen über den Klebeschichten entfernt sind, kann der integrierte Schaltkreis gegen ein anderes Verdrahtungssubstrat gedrückt werden, um zwischen der Schaltung im integrierten Schaltkreis im Substrat 802 in diesem Beispiel und verschiedenen äußeren elektrischen Komponenten über das andere Substrat einen elektrischen Kontakt herzustellen. Dieses andere Substrat kann ein Teil einer Prüfkartenanordnung oder einer Voralterungsanordnung sein oder kann ein Teil eines Endgehäuses eines integrierten Schaltkreises sein, das Verbindungen mit der "äußeren" Umgebung umfasst.
8B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Anschlagstruktur 821, bei der Klebeschichten auf die obere und die untere Schicht der Anschlagstruktur 822 aufgebracht sind. Die Klebeschicht 824 ist auf der oberen Oberfläche der Anschlagstruktur 822 ausgebildet und eine Abdeckung 826, die entfernbar ist, ist auf diesem Klebstoff angeordnet. Eine weitere Klebeschicht 823 ist auf der unteren Oberfläche der Anschlagstruktur 822 ausgebildet und ist mit einer Abdeckung 825 bedeckt. Diese Anschlagstruktur kann in einer Platte oder einem Film ausgebildet werden und auf ein Substrat aufgebracht werden, um eine Vielzahl von Anschlagstrukturen auf einem Substrat auszubilden. Dies wird in Verbindung mit den 9A, 9B und 9C weiter beschrieben.
Eine Schicht 903, die in 9A gezeigt ist, weist zwei Reihen von Öffnungen in einer Platte oder einem Film auf; diese Öffnungen sind so ausgelegt, dass sie zumindest ein federndes Kontaktelement umgeben, wie in 9C gezeigt. 9A zeigt vier Öffnungen 905, 907, 909 und 911, die in der Platte oder dem Film ausgebildet sind. Die Schicht 903 ist bei dem in 9A gezeigten Ausführungsbeispiel ein Teil einer Platte, die so ausgelegt ist, dass sie auf einen Halbleiterwafer 902 mit integrierten Schaltkreisen passt. Die Schicht 903 kann aus einem beliebigen einer Anzahl von möglichen Materialien ausgebildet werden, einschließlich beispielsweise eines Polyimidmaterials. Die Öffnungen können in die Schicht 903 geätzt oder gestanzt oder geschnitten werden. Diese Öffnungen werden in der Schicht ausgebildet, um Öffnungen für Kontaktelemente auf den integrierten Schaltkreisen des Halbleiterwafers zu erzeugen (oder für Kontaktelemente auf einer anderen Art von Substrat). Es ist zu erkennen, dass bei einem alternativen Ausführungsbeispiel die Schicht 903 so ausgelegt sein kann, dass sie auf nur einen einzelnen integrierten Schaltkreis aufgebracht wird und diesen bedeckt und daher nicht so aufgebracht wird, dass sie mehrere ICs auf einem Wafer bedeckt. Die in 9A gezeigte Linie 9b-9b zeigt eine Querschnittsansicht der Schicht 903, wobei die Querschnittsansicht in 9B gezeigt ist.
Die Schicht 903 wird auf ein Substrat 915 aufgebracht, wie in 9C gezeigt. Die Öffnungen 905 und 907 sind für Kontaktelemente wie z.B. die Kontaktelemente 912 und 911. 9C zeigt eine Hybridstruktur, bei der einige Kontaktelemente wie z.B. das Kontaktelement 912 kein federndes Kontaktelement umfassen und andere Kontaktelemente wie z.B. das Kontaktelement 911 ein federndes Kontaktelement umfassen. Es ist zu erkennen, dass solche Hybridstrukturen typischerweise nicht bevorzugt sind, obwohl sie immer noch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Das Substrat 915 kann ein Halbleiterwafer sein, der eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen umfasst oder ein einzelner integrierter Schaltkreis sein oder eine Kontakt- oder Verbindungsstruktur einer Prüfkartenanordnung oder eine Voralterungsprüfanordnung sein. Die Schicht 903 kann auf das Substrat 915 unter Verwendung eines Klebstoffs zwischen den anliegenden Flächen der Schicht 903 und des Substrats 915 aufgebracht werden. In diesem Fall kann die Schicht 903 eine Materialplatte sein, die ausgebildet und dann auf das Substrat 915 mit einem Klebstoff zwischen den zwei aneinanderliegenden Oberflächen aufgebracht wird. Alternativ kann die Schicht 903 photolithographisch auf dem Substrat 915 ausgebildet werden; in diesem Fall kann die Schicht 903 aus einem negativen Photoresist ausgebildet werden, der strukturiert und bis zur Festigkeit gehärtet wird, um die Anschlagstruktur auszubilden. Die Schicht 903 kann auch einen Klebstoff auf ihrer oberen Oberfläche umfassen, auf dieselbe Weise wie die Anschlagstrukturen der 8A und 8B solche Klebstoffe umfassen. Es ist zu erkennen, dass die Schicht 903, wie auf dem Substrat 915 ausgebildet, Anschlagstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung bereitstellt, wie z.B. die Anschlagstruktur 916, die das Kontaktelement 912 umgibt.
Es ist auch selbstverständlich, dass die Schicht 903 verwendet werden kann, um den IC hermetisch abzudichten, der mit der Schicht 903 bedeckt ist, so dass der IC vor Umgebungsbedingungen (z.B. Feuchtigkeit) geschützt ist. Wenn die Unterseite der Schicht 903 beispielsweise durch Kleben an dem IC befestigt wird oder photolithographisch auf dem IC ausgebildet wird, kann die Oberseite der Schicht 903 durch Kleben an einem Substrat wie z.B. einer Abdeckung, die eine hermetische Abdichtung für den IC bildet, angebracht (oder anderweitig befestigt) werden.
9D ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer Anschlagstruktur zeigt, die mehrere federnde Kontaktelemente umgibt. Insbesondere stellt 9D einen IC 921 mit einer Umfangsanschlagstruktur 922 dar, die mehrere federnde Kontaktelemente 923 umgibt. Diese Umfangsanschlagstruktur 922 kann aus einer Platte ausgebildet werden, die an der oberen Oberfläche des IC 921 befestigt wird, oder sie kann an der Stelle (z.B. photolithographisch) auf dem IC 921 ausgebildet werden. Die obere Oberfläche der Anschlagstruktur 922 kann mit einem Klebstoff beschichtet werden, der verwendet wird, um die Anschlagstruktur 922 an einer Abdeckung oder einem anderen Gehäuse zu befestigen.
9E zeigt ein Beispiel einer Platte 931, die mehrere Umfangsanschlagstrukturen 932, 933, 934 und 935 enthält, die durch einen Steg 936 aus Verbindungsmaterial zusammengehalten werden. Die Platte kann aus einem Polyimidmaterial oder aus Epoxidmaterial oder anderen Materialien ausgebildet werden. Die Platte 931 kann über einen Wafer mit ICs aufgebracht werden, um gleichzeitig eine Umfangsanschlagstruktur an jeden von mehreren ICs auf dem Wafer anzuordnen. Die Platte 931 kann am Wafer durch einen Klebstoff befestigt werden. Es ist selbstverständlich, dass die Platte 931 eine Anschlagstruktur für jeden IC auf einem Wafer enthalten kann. Nachdem die Platte 931 auf den Wafer aufgebracht ist, wird der Steg 936 typischerweise im normalen Vereinzelungsprozess geschnitten, bei dem jeder IC vom Wafer geschnitten wird. Nach der Vereinzelung umfasst jeder IC eine Umfangsanschlagstruktur, wie in 9D gezeigt.
9F zeigt in einer perspektivische Ansicht ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel wird eine Platte 953 auf die obere Oberfläche eines Substrats 952 aufgebracht, das ein IC sein kann (oder ein Raumtransformator oder eine andere Struktur). Die Platte 953 umfasst Öffnungen wie z.B. Öffnungen 956 und 963, die in die Platte 953 geschnitten oder anderweitig in dieser ausgebildet werden können. Die Öffnungen sind auf Auffächerungskontaktstellen ausgerichtet; die Öffnung 956 in der Platte 953 ist beispielsweise über zumindest einem Teil der Auffächerungskontaktstelle 956A ausgerichtet, um die Öffnung über zumindest einem Teil der Auffächerungskontaktstelle 956A vorzusehen. Ebenso ist die Öffnung 963 über zumindest einem Teil der Auffächerungskontaktstelle 963A ausgerichtet, um eine Öffnung über dieser Auffächerungskontaktstelle vorzusehen. Ein federndes Kontaktelement wie z.B. das Element 957 oder 964 ist mit seiner entsprechenden Auffächerungskontaktstelle mechanisch und elektrisch gekoppelt, welche mit einer Auffächerungsleiterbahn wie z.B. der Leiterbahn 955 oder der Leiterbahn 962 elektrisch gekoppelt ist. Jede Auffächerungsleiterbahn koppelt ihre entsprechende Kontaktstelle wie z.B. die Kontaktstelle 954 oder die Kontaktstelle 961 elektrisch mit der entsprechenden Auffächerungskontaktstelle. Daher sehen die federnden Kontaktelemente verteilte, entfernte elektrische Kontakte für die Reihe von Kontaktstellen in einer Linie wie z.B. die Kontaktstellen 954 und 961 vor. Jede Öffnung um ein federndes Kontaktelement sieht eine Anschlagstruktur vor, die das federnde Kontaktelement umgibt. Es ist zu erkennen, dass bei einem alternativen Ausführungsbeispiel von 9F die Platte 953 gegen eine Schicht ausgetauscht werden kann, die an der Stelle auf der oberen Oberfläche des Substrats 952 ausgebildet wird (z.B. eine strukturierte Schicht, die aus einem Photoresist- oder Isolationsmaterial (wie z.B. Siliziumdioxid) ausgebildet wird).
Die 10A, 10B und 10C stellen ein Verfahren zum lithographischen Erzeugen sowohl eines federnden Kontaktelements als auch einer entsprechenden Anschlagstruktur dar. Der in 10A gezeigte Prozess nimmt an, dass ein Substrat 1001 ein Halbleiterwafer ist, der ein Kontaktelement 1002 (z.B. eine Bondkontaktstelle) umfasst, das auf diesem angeordnet ist, obwohl der Prozess bei anderen Substraten mit Kontaktelementen verwendet werden kann. 10A und 10B zeigen Querschnittsansichten durch das Kontaktelement 1002 und es ist zu erkennen, dass dieses Kontaktelement einen elektrischen Kontakt mit anderen Schaltkreiselementen herstellt, die in dem integrierten Schaltkreis, der im Substrat 1001 ausgebildet ist, nicht gezeigt sind. Eine Metallisierungsschicht oder -oberfläche 1000 wird auf die obere Oberfläche des Substrats 1001 aufgebracht; diese Metallisierungsoberfläche 1000 kann durch Sputtern eines leitenden Metalls auf das Substrat 1001 aufgebracht werden. Diese Metallisierungsoberfläche 1000 wird als Elektrode in einem anschließenden Elektroplattierungsprozess verwendet. Eine Resistschicht 1003 wird auf der Metallisierungsoberfläche 1000 derart ausgebildet und strukturiert, dass eine Öffnung in der Resistschicht über dem Kontaktelement 1002 vorliegt. Eine erste Metallschicht 1004 wird dann über dem Kontaktelement 1002 (und der Metallisierungsoberfläche 1000) in der Öffnung des Resists 1003 und auch über einem Teil des Resists 1003 abgeschieden und strukturiert, wie in 10A gezeigt. Dann wird ein Elektroplattierungsvorgang verwendet, um eine metallisierte Metallschicht 1005 über der Metallschicht 1004 auszubilden. Der Resist 1003 und die Metallisierungsoberfläche 1000 werden dann abgelöst, wobei ein federndes Kontaktelement belassen wird, und eine Anschlagstruktur 1003A wird nahe dem federnden Kontaktelement ausgebildet. Eine Maske kann verwendet werden, um eine Struktur für die Anschlagstrukturen im Resist 1003A zu erzeugen, und dann wird der Resist 1003A geätzt, wobei die Anschlagstruktur 1003A, die in 10B gezeigt ist, belassen wird. 10C zeigt eine Draufsicht auf das federnde Kontaktelement und seine entsprechende Anschlagstruktur von 10B.
Das federnde Kontaktelement von 10B ist typischerweise an seiner weitesten Ausdehnung, die von seiner am Rest der Metallisierungsoberfläche 1000 befestigten Basis entfernt ist, zusammendrückbar und federnd. Somit geschieht die Biegung (zu einer geringeren Höhe) des federnden Kontaktelements normalerweise nicht an dem Teil des Elements, der vertikal von seiner Basis ansteigt. Folglich sollte eine Anschlagstruktur für ein solches federndes Kontaktelement eine Höhe aufweisen, die höher ist als alle möglichen federnden Kontaktelemente (wobei der Bereich von Höhen solcher Elemente aufgrund der Toleranz der Ausbildung solcher Elemente berücksichtigt wird). Verschiedene Verfahren zum lithographischen Ausbilden von federnden Kontaktelementen sind in mehreren Anmeldungen des vorliegenden Anmelders beschrieben, einschließlich der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Seriennr. 09/032 473, eingereicht am 26. Februar 1998, und PCT-Patentveröffentlichung Nr.
WO 97/43654, veröffentlicht am 20. November 1997. Diese verschiedenen Verfahren können bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um lithographisch ausgebildete federnde Kontaktelemente ohne Anschlagstrukturen zu erzeugen.
10C zeigt ein Beispiel einer Verbindung zwischen einem lithographisch ausgebildeten federnden Kontaktelement und einem Kontaktelement 1023 auf einem anderen Substrat 1021. Die Anschlagstruktur 1003A ist bemessen (in der Höhe über dem federnden Kontaktelement), um die Trennung zwischen dem Substrat 1001 und dem Substrat 1021 festzulegen, wenn die zwei Strukturen zusammengedrückt werden, und diese Trennung legt das Ausmaß an Biegung des federnden Kontaktelements fest, was durch eine gestrichelte Darstellung 1025 der weitesten Ausdehnung des federnden Kontaktelements dargestellt ist. Es wird veranlasst, dass sich das federnde Kontaktelement zu diesem Punkt durch das Kontaktelement 1023 biegt, das mit dem federnden Kontaktelement in mechanischen und elektrischen Kontakt gebracht wird, wenn die Substrate 1001 und 1021 bis zu dem Punkt zusammengedrückt werden, der durch die Höhe der Anschlagstruktur 1003A festgelegt ist.
10E zeigt ein Beispiel der Erfindung, bei dem zwei Arten von Anschlagstrukturen auf einem Substrat 1031 verwendet werden. Eine Reihe von säulenartigen Anschlagstrukturen 1034 und eine Reihe von säulenartigen Anschlagstrukturen 1035 und eine säulenartige Anschlagstruktur werden auf dem Substrat 1031 ausgebildet oder werden an diesem befestigt. Mehrere umfangsartige Anschlagstrukturen 1037, 1038, 1039, 1040 und 1041 werden auf dem Substrat 1031 ausgebildet oder an diesem befestigt. Typischerweise weisen alle diese Anschlagstrukturen dieselbe Höhe über der oberen Oberfläche des Substrats 1031 auf. Zwei Reihen von federnden Kontaktelementen 1032 und 1033 sind auf dem Substrat 1031 angeordnet.
Ein weiteres Verfahren zum lithographischen Ausbilden von federnden Kontaktelementen ist in 10F bis 10M gezeigt. Gemäß diesem Verfahren werden die federnden Kontaktelemente an einer Auffächerungskontaktstelle oder einer Auffächerungsleiterbahn ausgebildet und können folglich eine Anordnung erzeugen, die zu der in 5B gezeigten Anordnung ähnlich ist. Dieses Verfahren stellt eine elektrische Verbindung zwischen einem Kontaktelement 1046 und einem federnden Kontaktelement her, das ein anderes Kontaktelement auf einem anderen Substrat elektrisch kontaktieren kann. Es ist zu erkennen, dass das Kontaktelement 1046 einen elektrischen Kontakt mit anderen Schaltkreiselementen, die nicht dargestellt sind, herstellt und dass das Substrat 1045 ein Teil eines IC oder ein Teil einer Prüfungs- oder Verbindungsanordnung (z.B. einer Zwischenschalteinrichtung, eines Raumtransformators oder einer Prüfkarte) sein kann. Wie in 10G gezeigt, wird eine Metallisierungsschicht 1047 (z.B. ein unstrukturiertes Metall) (beispielsweise durch Sputtern des unstrukturierten Metalls) auf der oberen Oberfläche des Substrats 1045 ausgebildet, wodurch diese obere Oberfläche bedeckt wird und mit dem Kontaktelement 1046 ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Eine Photoresistschicht wird abgeschieden und strukturiert, so dass Öffnungen in der Photoresistschicht 1048 über einem Teil der Metallisierungsschicht 1047 belassen werden, und eine weitere Metallschicht 1049 wird durch Metallisieren des Metalls auf die Metallisierungsschicht 1047 ausgebildet. 10H zeigt die resultierende Struktur. Eine weitere Photoresistschicht wird abgeschieden und strukturiert, um eine entwickelte Photoresistschicht 1050 zu erzeugen, die eine Öffnung über der Metallschicht 1049 aufweist, wie in 10I gezeigt. Dann wird eine Sputtermaske 1052 verwendet, um die Metallschicht 1051 selektiv auf einen Teil der entwickelten Photoresistschicht 1050 und auf einen freigelegten Teil der Metallschicht 1049 zu sputtern. Die resultierende Struktur (und die entsprechende Sputtermaske) sind in 10J gezeigt. Eine weitere Metallschicht 1053 wird auf die Metallschicht 1051 aufgalvanisiert, was zu der in 10K gezeigten Struktur führt. Dann werden die Photoresistschichten abgelöst und Teile der Metallisierungsschicht 1047, die nicht durch die Schicht 1049 geschützt sind, werden selektiv geätzt, um alle derartigen Teile der Metallisierungsschicht 1047 zu entfernen, was zu der in 10L gezeigten Struktur führt. Eine Anschlagstruktur 1055 und eine Spitze 1054 können dann jeweils auf das Substrat 1045 und das federnde Kontaktelement aufgebracht werden, wie in 10M gezeigt.
11 zeigt ein Verfahren für die Verwendung einer Verbindungsanordnung der vorliegenden Erfindung. Diese Verbindung 1101 umfasst eine Aufspannstruktur 1117, die über einem Halbleiterwafer 1111 angeordnet ist, wobei der Wafer durch eine Balgstruktur 1103 abgestützt ist. Die Balgstruktur 1103 umfasst einen aufweitbaren Balg 1105 und Ansaug- und Absaugöffnungen 1107A und 1107B. Bei der Verwendung dieser Balgstruktur wird ein Fluid wie z.B. Wasser 1106 in die und aus der Balgstruktur 1103 geleitet. Eine dünne Stahlmembran 1109 ist an den Balg 1105 geschweißt oder anderweitig an diesem befestigt. Die dünne Membran kann verwendet werden, um einen gleichmäßigen Druck gegen die Rückseite des Wafers 1111 auszuüben, um die obere Oberfläche des Wafers gegen die Anschlagstrukturen 1121 und 1123 zu drücken, wodurch die elektrischen Verbindungen zwischen den Federn (oder anderen federnden Kontaktelementen) auf dem Wafer und den Kontaktelementen auf dem Substrat 1117 verbessert werden. Dieser gleichmäßige Druck beseitigt typischerweise Schwankungen der Ebenheit zwischen den aufeinandertreffenden Oberflächen wie z.B. der oberen Oberfläche des Wafers 1111 und der Oberfläche, die die Anschlagstrukturen 1121 abstützt, und den Kontaktelementen 1125 und 1127. Diese dünne Stahlmembran 1109 ermöglicht auch die Übertragung von Wärme zum oder vom Halbleiterwafer 1111, der auf der Membran 1109 angeordnet ist. Das Fluid wie z.B. Wasser 1106 kann in die Balgstruktur unter Druck eingeleitet werden, um die Membran 1109 mit der Rückseite des Wafers 1111 in direkten Kontakt zu drücken.
Dieses Fluid kann erhitzt oder gekühlt werden, um die Temperatur des Wafers zu steuern oder zu beeinflussen. In einem Voralterungstest kann das Fluid beispielsweise erhitzt werden, um die Temperatur des Wafers zu erhöhen, und dann über mehrere Zyklen gekühlt werden. Die Aufspannvorrichtung 1117 umfasst Anschlagstrukturen 1121 und 1123, die proximal zu den Kontaktelementen 1125 bzw. 1127 benachbart sind. Es kann erwünscht sein, eine Wärmeübertragungsschicht zwischen der Membran 1109 und der Rückseite des Wafers 1111 anzuordnen, um den Wärmeübertragungswirkungsgrad zwischen dem Fluid und dem Wafer 1111 zu verbessern. Die Kontaktelemente 1125 und 1127 sind dazu ausgelegt, mit den federnden Kontaktelementen 1115 und 1113 auf dem Wafer 1111 einen Kontakt herzustellen. Es ist zu erkennen, dass typischerweise viel mehr federnde Kontaktelemente und viel mehr Kontaktelemente als die in 11 gezeigten vorhanden sind. Die Aufspannvorrichtung 1117 umfasst eine Verdrahtung oder andere Verbindung, um die federnden Kontaktelemente 1115 und 1113 durch die Kontaktelemente 1125 und 1127 mit einem Prüfgerät zu verbinden, was die Übertragung von Leistung, Signalen und dergleichen zwischen dem Prüfgerät und dem Halbleiterwafer ermöglicht. Die Aufspannvorrichtung 1117 kann durch eine Stütze 1118 an der Stelle gehalten werden, um zu ermöglichen, dass der Wafer 1111 durch die Aufweitung des Balgs 1105 gegen die Aufspannvorrichtung 1117 gedrückt wird; alternativ kann die Aufspannvorrichtung 1117 durch eine Muschelschalenstütze gedrückt und gehalten werden, die die Oberseite der Aufspannvorrichtung 1117 mit einer Unterlageplatte berührt und bedeckt und auch die Seiten und die Unterseite des Balgs 1105 umgeben kann.
12A zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1201. In diesem Fall stützt eine Aufspannvorrichtung 1203 einen Wafer mit Halbleiterbauelementen 1204 ab. Der Wafer umfasst eine Vielzahl von Kontaktelementen wie z.B. das Kontaktelement 1210A, die dazu ausgelegt und angeordnet sind, einen Kontakt relativ zu den federnden Kontaktelementen auf dem Verdrahtungssubstrat 1206 herzustellen. Die federnden Kontaktelemente 1207, 1209 und 1210 sind ein weiteres Beispiel eines federnden Elements; in diesem Fall weisen sie eine im Allgemeinen gerade Auslegerstruktur auf. Die Anschlagstrukturen 1214, 1216 und 1218 sind am Verdrahtungssubstrat 1206 befestigt und sind dazu ausgelegt, die z-Trennung zwischen dem Verdrahtungssubstrat 1206 und dem Wafer 1204 festzulegen. Ein Vakuumkanal 1212 im Verdrahtungssubstrat 1206 ermöglicht, dass ein Vakuum zwischen dem Raum zwischen dem Verdrahtungssubstrat 1206 und der Aufspannvorrichtung 1203 erzeugt werden kann. Die O-Ring-Dichtung 1205 stellt sicher, dass ein Vakuum zwischen dem Verdrahtungssubstrat 1206 und der Aufspannvorrichtung 1203 erzeugt wird. Wenn das Vakuum erzeugt wird, wird das Verdrahtungssubstrat 1206 in Richtung des Wafers 1204 nach unten gedrückt, um zu bewirken, dass zwischen den verschiedenen federnden Kontaktelementen und ihren entsprechenden Kontaktelementen auf dem Wafer 1204 ein Kontakt hergestellt wird.
12B zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1251. In diesem Fall drückt eine Druckblase 1255 das Verdrahtungssubstrat 1254 mit dem Wafer 1253 in Kontakt. Eine Klemme 1255A wird verwendet, um die Blase in das Substrat 1254 zu drücken. Der Wafer 1253 sitzt auf einer Aufspannvorrichtung 1252 und umfasst eine Vielzahl von Kontaktelementen wie z.B. das Kontaktelement 1257A, das in 12B gezeigt ist. Wenn die Blase 1255 das Verdrahtungssubstrat 1254 mit dem Wafer 1253 in Kontakt drückt, werden die Anschlagstrukturen 1258, 1259 und 1260 mit der oberen Oberfläche des Wafers 1253 in Kontakt gebracht. Dieser Kontakt legt eine Trennung zwischen dem Verdrahtungssubstrat 1254 und dem Halbleiterwafer 1253 fest. Wenn dieser Kontakt stattfindet, werden die federnden Kontaktelemente 1257 mit ihren entsprechenden Kontaktelementen auf dem Wafer 1253 in mechanischen und elektrischen Kontakt gebracht.
13 zeigt ein Beispiel einer Verbindungsanordnung 1301, die eine Anschlagstruktur 1310 umfasst, die ein Schaltkreiselement, in diesem Fall einen Kondensator, aufnimmt, der mit einer Schaltung im integrierten Schaltkreis des Substrats 1302 gekoppelt ist. Die Anschlagstruktur 1310 ist dazu ausgelegt, die minimale vertikale Trennung zwischen dem Substrat 1302 und dem Substrat 1303 festzulegen, wenn die federnden Kontaktelemente 1304 und 1305 mit ihren entsprechenden Kontaktelementen 1306 und 1307 im Substrat 1302 in mechanischen und elektrischen Kontakt gebracht werden. Die Kontaktelemente 1307 und 1306 sind in einem Isolationsmaterial 1308 enthalten, das ein herkömmliches dielektrisches Material sein kann, das bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet wird. Es ist zu erkennen, dass die Verbindung mit verschiedenen anderen Schaltkreiselementen innerhalb des integrierten Schaltkreises im Substrat 1302 in 13 nicht gezeigt ist, welche eine Querschnittsansicht durch die Anschlagstruktur 1310 und das Substrat 1302 ist. Die Anschlagstruktur 1310 ist eine mehrlagige Struktur mit mehreren dielektrischen Schichten und mehreren leitenden Schichten, die Metallschichten sein können. In dem in 13 gezeigten Beispiel sind die Metall- (oder anderen leitenden) Schichten 1314 und 1318 durch eine Isolationsschicht 1316 getrennt, um einen Kondensator zu bilden. Die Metallschichten 1314 und 1318 sowie die Isolationsschichten 1316 und 1322 sind innerhalb einer Isolationsschicht 1312 eingekapselt. Die Anschlagstruktur 1310 selbst kann einer Säule oder einem Zylinder oder anderen Formen (z.B. rechteckig, willkürliches Muster, Zick-Zack von verbundenem Rechteck usw.) ähneln, welche vollständig mit der Einkapselungsisolationsschicht 1312 bedeckt ist. Diese Isolationsschicht kann ein Polyimidmaterial oder Siliziumdioxid oder ein anderer Isolator sein. Die Metallschicht 1318 ist in einem Ausführungsbeispiel durch eine Lötkugel 1321 mit einer Stütze oder einem anderen Kontaktelement 1320 im Substrat 1302 elektrisch gekoppelt. Die Metallschicht 1314 ist durch eine Stützenstruktur 1314A, die sich in das Substrat 1302 erstreckt, gekoppelt. Auf diese Weise ist der Kondensator in der Anschlagstruktur 1310 mit einem Schaltkreiselement im Substrat 1302 elektrisch gekoppelt. Es ist zu erkennen, dass es eine Anzahl von gut bekannten Verfahren gibt, die bei der Herstellung der Anschlagstruktur 1310 verwendet werden können, um ein elektrisches Element wie z.B. den Kondensator aufzunehmen. In einem Beispiel können die Stützenstrukturen 1314A und 1320 im Substrat 1302 ausgebildet werden. Dann kann eine dielektrische Schicht 1322 ausgebildet und strukturiert werden, um eine Öffnung für die Lötkugeln wie z.B. die Lötkugel 1321 zuzulassen. Alternativ kann eine Metallschicht 1318 auf die gesamte Oberfläche gesputtert werden, die die Öffnung in der Isolationsschicht 1322 füllt. Dann wird die Metallschicht 1318 in der in 13 gezeigten Form strukturiert und eine weitere Isolationsschicht wird über der Metallschicht 1318 abgeschieden. Diese Isolationsschicht wird dann strukturiert, um eine Isolationsschicht 1316 zu erzeugen, und dann wird eine weitere Metallschicht auf der Oberfläche abgeschieden und strukturiert, um die Metallschicht 1314 zu erzeugen. Schließlich wird eine Isolationsschicht oder andere Passivierungsschicht aufgebracht und strukturiert, um die Isolationsschicht 1312 zu erzeugen, um die Ausbildung der Anschlagstruktur 1310 zu vollenden.
14 zeigt ein weiteres Beispiel einer Verbindungsanordnung. Diese Verbindungsanordnung 1401 umfasst zwei Anschlagstrukturen 1404 und 1405, von denen jede Schaltkreiselemente enthält, die mit elektrischen Schaltkreiselementen im Substrat 1402 gekoppelt sind. Das Substrat 1402 umfasst auch eine Stütze oder ein anderes Kontaktelement 1403A, das mechanisch und elektrisch mit einem federnden Kontaktelement 1403 gekoppelt ist.
Die Anschlagstruktur 1404 umfasst eine Erdungsabschirmung 1411, die mit einem Erdungsbus oder einem anderen Schaltkreis im Substrat 1402 gekoppelt ist. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff Schaltkreiselement eine Erdungsabschirmung oder -ebene. Folglich kann eine Anschlagstruktur eine erfindungsgemäße Erdungsabschirmung umfassen, wie in 14 gezeigt. Die Anschlagstruktur 1414 umfasst auch einen Kondensator mit leitenden Platten 1413 und 1415, die mit mindestens einem Schaltkreiselement im Substrat 1402 elektrisch gekoppelt sind.
Die Anschlagstruktur 1405 umfasst auch eine Erdungsabschirmung 1421, die mit einer Erdungsschaltung im Substrat 1402 elektrisch gekoppelt ist. Die Anschlagstruktur 1405 umfasst auch einen Kondensator, der aus den leitenden Platten 1427 und 1429 gebildet ist, die mit mindestens einem Schaltkreiselement im Substrat 1402 elektrisch gekoppelt sind. Außerdem umfasst die Anschlagstruktur 1405 leitende Elemente 1423 und 1425, die Bezugsspannungen wie z.B. V_SS und V_dd vorsehen, die durch die Anschlagstruktur zu elektrischen Komponenten in der Anschlagstruktur oder zu elektrischen Komponenten außerhalb der Anschlagstruktur geleitet werden können.
Weitere Aspekte hinsichtlich der Anordnungen von 13 und 14 sind in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Seriennr._____, eingereicht am gleichen Tag wie diese Anmeldung von Igor Y. Khandros, David V. Pedersen, Benjamin N. Eldridge, Richard S. Roy und Gaetan Mathieu, zu finden.
Es ist zu erkennen, dass die vorangehende Beschreibung erläuternde Beispiele für die vorliegende Erfindung bereitstellt und keine erschöpfende Liste der verschiedenen Materialien oder Verfahren, die bei der Erzeugung der Verbindungsanordnungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, bereitstellen soll. Obwohl beispielsweise Polyimidmaterialien verwendet werden können, um die Anschlagstrukturen der vorliegenden Erfindung auszubilden, ist zu erkennen, dass andere Materialien verwendet werden können, einschließlich Photoresist, die in der Lage sind, hohe Seitenverhältnisse zu erzeugen, und die gehärtet und als mechanisches Element an der Stelle belassen werden können, wie z.B. der Photoresist SU8. Alternativ können auch eine füll-gehärtete Epoxidplatte oder polymerische Materialien oder bestimmte Metalle als Materialien zum Erzeugen der Anschlagstrukturen verwendet werden. Die Anschlagstruktur kann tatsächlich aus einem beliebigen Material ausgebildet werden, das bei den gewünschten Temperaturen, denen die Struktur ausgesetzt wird, einschließlich Prüfungs- und/oder Voralterungsumgebungen und der erwarteten Verwendungsumgebung, stabil ist. Es wird erwartet, dass die erfindungsgemäßen Anschlagstrukturen eine minimale Höhe von etwa 80 Mikrometern aufweisen, obwohl Anschlagstrukturen mit geringerer Höhe innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen.
In der vorangehenden Patentbeschreibung wurde die vorliegende Erfindung in Bezug auf spezielle beispielhafte Ausführungsbeispiele derselben beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an dieser vorgenommen werden können, ohne dabei vom breiteren Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Die Patentbeschreibung und die Zeichnungen sollen folglich in einer vielmehr erläuternden als einschränkenden Hinsicht betrachtet werden.

Claims

Verbindungsanordnung mit: einem ersten Substrat (902, 915, 921, 952); einer Vielzahl von ersten Kontaktelementen (911, 923, 957, 964), die auf dem ersten Substrat (902, 915, 921, 952) angeordnet sind; und einer Anschlagstruktur (916, 922, 932, 933, 934, 935), die auf dem ersten Substrat angeordnet ist, wobei die Anschlagstruktur (916, 922, 932, 933, 934, 935) eine Materialplatte (903, 931, 953) mit zumindest einer Öffnung (905, 907, 909, 911, 956, 963) aufweist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei: die ersten Kontaktelemente (911, 923, 957, 964) federnd sind und jedes zumindest einen Teil aufweist, der sich zu einer ersten Position bewegen kann, während eine Kraft auf das federnde Kontaktelement ausgeübt wird, und die Anschlagstruktur (916, 922, 932, 933, 934, 935) die erste Stelle festlegt.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, die ferner eine Vielzahl von auf einem zweiten Substrat angeordneten zweiten Kontaktelementen aufweist, und wobei die Anschlagstruktur (916, 922, 932, 933, 934, 935) eine Trennung zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat festlegt, während die ersten federnden Kontaktelemente (911, 923, 957, 964) in mechanischem und elektrischem Kontakt mit dem zweiten Kontaktelement stehen.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die ersten federnden Kontaktelemente Federstrukturen aufweisen.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, wobei das erste Substrat und das zweite Substrat durch ein Vakuum, das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat erzeugt wird, aufeinander zu gedrückt werden.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, wobei das erste Substrat und das zweite Substrat entweder durch eine unter Druck stehende Blase (1255) oder einen Balg (1105) aufeinander zu gedrückt werden, und wobei eine Flüssigkeit in der Blase oder in dem Balg die Temperatur von zumindest einem bestehend aus erstem Substrat und zweitem Substrat steuern kann.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Verbindungsanordnung Teil einer Prüfkartenanordnung (500) ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Verbindungsanordnung Teil einer Anordnung zum Prüfen auf Wafer-Ebene ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Anschlagstruktur lithographisch ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Anschlagstruktur aus a) einem photoresistiven Material; b) einem Epoxidmaterial; c) einem Metall, das mit einem elektrophoretischen Epoxid beschichtet ist oder d) einem polymerischen Material ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, die ferner eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und wobei jedes der ersten federnden Kontaktelemente in einer entsprechenden der Öffnungen angeordnet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, wobei das Plattenmaterial eine Klebeschicht aufweist.
Verfahren zur Bereitstellung einer Anschlagsstruktur für Kontaktelemente auf einem ersten Substrat (902, 952, 623), wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Vielzahl von Öffnungen (905, 907, 956, 963) in einer Platte (903, 953); Anbringen der Platte (903, 953) an ein erstes Substrat (902, 952, 623); und Ausbilden einer Vielzahl von Kontaktelementen (911, 957, 964, 624, 625) auf dem ersten Substrat (902, 952, 623) an Stellen, die der Vielzahl der Öffnungen (905, 907, 952, 623) entsprechen, wobei zumindest ein Bereich der Platte (903, 953), der um zumindest eine der Öffnungen angeordnet ist, die Anschlagstruktur ist.
Verfahren zum Vorsehen einer Anschlagstruktur für Kontaktelemente auf einem ersten Substrat (902, 952, 623), wobei das Verfahren umfasst: Anbringen einer Platte (903, 953) an einem ersten Substrat (902, 952, 623); Ausbilden einer Vielzahl von Öffnungen (905, 907, 956, 963) in der Platte (903, 953); und Ausbilden einer Vielzahl von Kontaktelementen (911, 957, 964, 624, 625) auf dem ersten Substrat (902, 952, 623) an Stellen, die der Vielzahl der Öffnungen (905, 907, 956, 963) entsprechen, wobei zumindest ein Bereich der Platte (903, 953), der um zumindest eine der Öffnungen angeordnet ist, die Anschlagstruktur ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Anschlagstruktur eine erste Position eines ersten federnden Kontaktelements (629) auf einem zweiten Substrat (622) festlegt, an der das erste federnde Kontaktelement (629) in mechanischem und elektrischem Kontakt mit einem der zweiten Kontaktelemente (624, 625) in der zumindest einen der Öffnungen (956, 963) steht.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei jedes der Kontaktelemente ein erstes federndes Kontaktelement (905, 907, 957, 964) aufweist, das auf dem ersten Substrat (902, 952) angeordnet ist und das sich zu einer ersten Stelle bewegen kann, und wobei die Anschlagstruktur die erste Position festlegt, an der das erste federnde Kontaktelement (911, 952) in mechanischem und elektrischem Kontakt mit einem zweiten Kontaktelement (605) auf einem zweiten Substrat (603) steht.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das erste Substrat (902, 952, 623) ein Wafer aus integrierten Halbleiterschaltkreisen ist und die Platte (903, 953) auf den Wafer passt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Platte (903, 953) ein Polyimidmaterial aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, ferner aufweisend: Anbringen einer Klebschicht an der Platte (903, 953).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von Öffnungen (903, 953) vor dem Anbringen der Platte (903, 953) am ersten Substrat (902, 952, 623) ausgebildet wird, und wobei die Vielzahl von Kontaktelementen (911, 957, 964, 924, 625) ausgebildet wird, bevor die Platte an dem ersten Substrat angebracht wird.