專利名稱：微電子組件的復(fù)合中間連接元件及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)制造電子組件之間、特別是微電子組件之間的中間連接元件，具體地說(shuō)，是展現(xiàn)彈性的互連元件及其制造方法。
相關(guān)申請(qǐng)案的前后參照本申請(qǐng)案為1995年5月26日提出申請(qǐng)的共用、共同尚待核定的美國(guó)專利第08/452,255號(hào)申請(qǐng)案(“母案”，狀態(tài)待核定)的部分連續(xù)案，而尚待核定之申請(qǐng)案則為1994年11月15日提出申請(qǐng)的共有、共同尚待核定的美國(guó)專利第08/152,812號(hào)申請(qǐng)案的部分連續(xù)案(狀態(tài)待核定)，此一申請(qǐng)案是1993年11月16日提出申請(qǐng)的共有、共同尚待核定的美國(guó)專利第08/152，812號(hào)申請(qǐng)案的部分連續(xù)案(狀態(tài)待核定/已核準(zhǔn))。
本發(fā)明的技術(shù)背景電子組件，特別是諸如半導(dǎo)體元件(晶片)的微電子組件，通常具有多個(gè)端子(亦指接合墊、電極、或傳導(dǎo)區(qū))。為將此等元件鎖組裝成一有用的系統(tǒng)(或子系統(tǒng))，若干的個(gè)別元件必須彼此電氣互連，一般通過(guò)一印刷電路(或接線)板(PCB、PWB)的中間物。
半導(dǎo)體元件一般配置于一具有多個(gè)以接腳、墊、引線、焊球、及類似物形式的外部接點(diǎn)的半導(dǎo)體包裝內(nèi)部。許多形式的半導(dǎo)體包裝為已知，且連接包裝內(nèi)部半導(dǎo)體元件的技術(shù)包括接線、帶式自動(dòng)鍵合(TAB)及其類似者。在某些例子中，半導(dǎo)體元件提供有提升突塊觸點(diǎn)，且藉浮片晶片技術(shù)連接至另一電子組件上。
一般而言，電子組件間的互連可分類成“相對(duì)永久”及“容易拆卸”之兩個(gè)概括的種類。
一個(gè)“相對(duì)永久”連接的例子為軟焊接。一旦兩個(gè)組件彼此焊接時(shí)，必須用去焊接的程序來(lái)分開(kāi)該等元件。線接合則是另一個(gè)“相對(duì)永久”連接的例子。
一個(gè)“容易拆卸”連接的例子為一電子組件的剛性接腳由另一電子組件的彈性插槽元件所收納。此插槽元件在諸接腳上使用一充分的接觸力(壓力)以確保該處可靠的電氣連接。此處欲造成與一電子組件壓力接觸的互連元件是指“彈簧”或“彈簧元件”。
彈簧元件是眾所周知的、且以多樣的形狀及大小呈現(xiàn)。在現(xiàn)今微電子環(huán)境中，十分需要包括彈簧的所有的互連元件變得越來(lái)越小，以便大多數(shù)此等互連元件能配置于一小的區(qū)域，以達(dá)到對(duì)電子組件的高密度互連。
制造彈簧元件的現(xiàn)有技術(shù)一般涉及沖鍛(沖孔)或蝕刻諸如磷青銅或鈹銅合工或鋼或鎳-鐵-鈷(如kovar)合金的的彈簧材料，以形成個(gè)別的彈簧元件、形成彈簧元件使具有一彈簧形狀(如弧形的等)、以一良好接觸材質(zhì)(例如，諸如金的貴金屬，其接觸同類材質(zhì)時(shí)可展現(xiàn)低接觸電阻)電鍍彈簧元件、以及將多個(gè)此種形狀、電鍍的彈簧元件造模成一線性的、一周邊或一陣列模圖。當(dāng)將金電鍍上前述的諸材質(zhì)時(shí)，有時(shí)一薄(例如，30-50微英寸)的鎳阻隔劑層乃是恰當(dāng)?shù)摹?br> 種種問(wèn)題與限制和這種制造彈簧元件的技術(shù)一致。
例如，當(dāng)應(yīng)用要求多個(gè)彈簧(中間互連元件)以一微細(xì)的間距(例如，10mil)間隔配置時(shí)，此等程序即受到限制。如此微細(xì)的間距勢(shì)必要每個(gè)彈簧的大小(例如以橫截面而言)實(shí)質(zhì)上較小(例如3mil)于間距。沖鍛區(qū)必須調(diào)節(jié)，且將會(huì)限制有多少的材料留下以形成彈簧。最好，即使其可以相當(dāng)筆直地沖鍛與1mil一樣小的彈簧，此等小的尺寸將強(qiáng)制能被彈簧盡量使用的接觸力的限度。此對(duì)于彈簧制造區(qū)陣列特別嚴(yán)厲。
一般而言，需要一特定最小接觸力導(dǎo)致對(duì)電子組件(例如對(duì)于電子組件上的端子)可靠的壓力接觸。舉例而言，一約為15克(每接觸包括，如2克一樣小或更小，及如150克或更多)的接觸(負(fù)載)力可確保一可靠的電氣連接被施于一電子組件的端子上，該端子可能會(huì)受其表面上薄膜的污染或其表面上產(chǎn)生腐蝕或氧化。每個(gè)彈簧所需的最小接觸力要求增加彈簧材料的屈服強(qiáng)度或彈簧元件的尺寸。對(duì)一般的設(shè)計(jì)而言，一材料的屈服強(qiáng)度越高，越難加以利用(例如沖壓、彎曲等)。且欲使彈簧更小的要求必需排除使其在橫截面較大。
另一附隨的現(xiàn)有技術(shù)的中間連接元件的限制在于，當(dāng)運(yùn)用硬材料(如可被用來(lái)制造彈簧)時(shí)，則必須要有相當(dāng)“敵對(duì)的”(如，高溫)程序，諸如硬焊，來(lái)安裝中間連接元件于一電子組件的端子上。例如，已知將剛性接腳硬焊至相當(dāng)“經(jīng)久耐用”的半導(dǎo)體包裝上。此種“敵對(duì)的”程序在就確實(shí)相當(dāng)“脆弱的”、諸如半導(dǎo)體元件的電子組件而言，大致是不需要的(且往往是不可行的)。相對(duì)地，線接合為一相當(dāng)“友好的”程序的例子，其比硬焊更不可能損害脆弱的電子組件。軟焊則為另一個(gè)相當(dāng)“友好的”程序的例子。
伴隨安裝彈簧于電子組件上的問(wèn)題主要是機(jī)械性能。倘若彈簧安裝于一基材的一端上(其目的在于此一設(shè)計(jì)被認(rèn)為是一固定的物體)，且必須對(duì)施于其自由端上的力產(chǎn)生反應(yīng)，該“弱連接”(最弱點(diǎn)，于使用中)將往往會(huì)是彈簧(例如，彈簧接合的底座)接至基材上(例如，一電子組件的端子)的點(diǎn)。這可作為至少一部分需要運(yùn)用“敵對(duì)的”程序(如硬焊)以安裝彈簧于基材上的理由。
另一中間連接元件的難解問(wèn)題(包括彈簧接觸)在于，往往電子組件的端子并非完全共面的。缺乏某些合并機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)此等“公差”(總非平面性)的中間連接元件將被硬壓，以制造與電子組件的諸端子一致的接觸壓力接觸。
下列美國(guó)專利為關(guān)切者引用第5,386,344、5,336,380、5,317,479、5,086,337、5,067,007、4,989,069、4,893,172、4,793,814、4,777,564、4,764,848、4,667,219、4,642,889、4,330,165、4,295,700、4,067,104、3,795,037、3,616,532、及3,509,270。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供制造電子組件、尤其是微電子組件之間的中間連接元件的技術(shù)。
本發(fā)明的另一目的在于提供適于制造對(duì)電子組件的壓力接觸的中間連接元件。
本發(fā)明的另一目的在于提供一具有受控阻抗的安全固定中間連接元件的技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，公開(kāi)的是制造中間連接元件，特別是彈簧元件的技術(shù)，及安裝中間連接元件至電子組件的技術(shù)。所公開(kāi)的技術(shù)克服了制造相當(dāng)小尺寸彈簧元件時(shí)的問(wèn)題，但又能運(yùn)用充分大小的接觸力以確保可靠的中間連接。所公開(kāi)的技術(shù)也克服了安裝彈簧于諸如半導(dǎo)體元件之類的電子組件上時(shí)的問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明，一復(fù)合中間連接元件的制造是藉安裝一細(xì)長(zhǎng)元件(“芯子”)至一電子組件上、將該芯子定形為彈簧形狀、及外覆該芯子以強(qiáng)化最終復(fù)合中間連接元件和/或安全地將該最終復(fù)合中間元件固定至電子組件上實(shí)現(xiàn)的。
這里所用的名詞“彈簧形狀”實(shí)際上是指任何形狀的細(xì)長(zhǎng)元件，其會(huì)展現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)元件的一端(頂)在施于該端上的力的作用下作彈性的(恢復(fù)的)移動(dòng)。它包括在形狀上具有一個(gè)或更多個(gè)彎曲以及實(shí)質(zhì)上是筆直的細(xì)長(zhǎng)元件。
或者是，芯子在安裝于一電子組件之前即被定形。
或者是，芯子被安裝在一非電子組件的待去除基材上，或是待去除基材的一部分，待去除基材在定形后、且在外覆之前或之后被移除。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，具有不同粗表面加工處理的頂端可以配置于中間連接元件的接觸端上。(亦可參見(jiàn)母案圖11A-11F。)在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該芯子是一具有相當(dāng)?shù)颓?qiáng)度的“軟”材料，且外覆以一具有一相當(dāng)高屈服強(qiáng)度的“硬”材料。例如，一諸如金線的軟材料被附著(如，通過(guò)線接合)在一半導(dǎo)體元件的接合墊上，且被外覆(如通過(guò)電化電鍍)以一諸如鎳及其合金的硬材料。
這里描述了相對(duì)外覆該芯子，單層及多層外覆層，具有微突出物(見(jiàn)母案圖5C及5D)的“粗”外覆層，及自該芯子整個(gè)長(zhǎng)度或僅是部分長(zhǎng)度延伸的外覆層。在后一種情況中，該芯子的頂端可適當(dāng)?shù)乇┞?，以供與一電子組件(也可見(jiàn)母案的圖5)接觸。
一般而言，在此處整篇所述的內(nèi)容中，名詞“電鍍”是作為許多外覆該芯子的技術(shù)中的一個(gè)示范性技術(shù)。能外覆該芯子的任何合適的技術(shù)均屬本發(fā)明的范疇之內(nèi)，它包括但非限定于自水溶液析出的材料的沉積，電解液電鍍，無(wú)電鍍敷，化學(xué)蒸汽沉積法(CVD)，物理蒸汽沉積法(PVD)，造成液體、固體或汽體分解的過(guò)程，及所有眾所周知的沉積材料的技術(shù)。
一般而言，以一諸如鎳的金屬材料外覆該芯子，電化步驟較為合宜，尤其是無(wú)電鍍敷。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，芯子是一“硬”材料制的細(xì)長(zhǎng)元件，它原就適于作為彈簧元件，并被安裝在電子組件一端子的一端。該芯子及至少該端子的鄰接區(qū)外覆以一會(huì)強(qiáng)化固定該芯子至該端子的材料。以此方式，該芯子毋需在外覆步驟之前即安裝好，且可使用很少會(huì)損害電子組件的諸步驟，來(lái)將該芯子“定位(tack)”在適當(dāng)位置以供后續(xù)的外覆動(dòng)作。此等“友好的”步驟包括軟焊、粘合、及將硬芯子的一端貫穿至端子的一軟部分內(nèi)。
其中，還公開(kāi)了該芯子是一線的實(shí)施例。該芯子為一平坦分接頭的實(shí)施例亦被公開(kāi)。
還公開(kāi)了作芯子及外覆層用的代表性的材料。
在下文中主要描述了以一相當(dāng)軟(低屈服強(qiáng)度)的大致非常小尺寸(例如，2.0mil或更小)的芯子為開(kāi)始的技術(shù)。容易貼附在半導(dǎo)體元件上的軟材料，諸如金，一般缺乏作為彈簧的充分的彈性能。(此種軟金屬材料主要呈現(xiàn)出塑性，而非彈性形變)。而其它可以容易貼附于半導(dǎo)體元件且具有合適彈性能的軟材料往往是非導(dǎo)電性的。如在最具彈性的材料中的情形那樣。在任一情形中，所需的結(jié)構(gòu)及電氣的特性能可通過(guò)施加于芯子外的外覆層而賦予最后形成的復(fù)合中間連接元件。最后形成的復(fù)合中間連接元件可被做得非常小，卻能展現(xiàn)合適的接觸力。此外，數(shù)個(gè)這種復(fù)合中間連接元件能被配置于一微細(xì)的(例如，10mil)間隙中，即使其具有一遠(yuǎn)大于該間隙的長(zhǎng)度(如，10mil)。
復(fù)合中間連接元件能以一超小型比例制造，例如供連接器及插槽之用的“微彈簧”，具有25微米(μm)或更小等級(jí)的橫截面尺寸。此一制造具有以微米而非密耳(mil)測(cè)量的尺寸的可靠中間連接，充分地解決現(xiàn)存中間連接技術(shù)及未來(lái)區(qū)域陣列技術(shù)的發(fā)展需求。
本發(fā)明的復(fù)合中間連接元件展現(xiàn)優(yōu)越的電氣特性，包括導(dǎo)電性、軟焊能力及低接觸阻力。在許多情況中，中間連接元件相對(duì)所施加的接觸力的偏向會(huì)導(dǎo)致一“摩擦(wiping)”接觸，其有助于確保形成一可靠的接觸。
本發(fā)明的額外優(yōu)點(diǎn)在于以本發(fā)明的中間連接元件形成的連接可容易地被卸除。為形成電子組件一端子的中間連接，軟焊是可選擇的，但一般而言，在系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)較不合宜。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，描述了制造具有受控阻抗的中間連接元件的技術(shù)。這種技術(shù)一般包括用一介電材料(絕緣材料)涂覆(例如，電泳)一傳導(dǎo)芯子或整個(gè)復(fù)合中間連接元件，以及用一傳導(dǎo)材料外層外覆該介電材料。通過(guò)將外層傳導(dǎo)材料接地，最終中間連接元件能有效地被屏蔽，且其阻抗能容易地被控制。(也可參見(jiàn)母案的圖10K)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，中間連接元件可以預(yù)制成一單一單元，作為后來(lái)附接至電子組件之用。這里描述了完成此一目的的不同的技術(shù)。雖非特別涵括在此文件中，但欲制造可以將多個(gè)單獨(dú)中間連接元件安裝至一基材、或者將多個(gè)單獨(dú)中間連接元件懸置于一彈簧體內(nèi)或一支撐基材上的機(jī)器可視為是相當(dāng)簡(jiǎn)單明了的。
應(yīng)可容易地了解到，本發(fā)明的復(fù)合中間連接元件大大有別于用涂層來(lái)強(qiáng)化導(dǎo)電特性或強(qiáng)化對(duì)腐蝕的阻力的現(xiàn)有技術(shù)。
本發(fā)明的外覆層特別趨向于在實(shí)質(zhì)上強(qiáng)化固定中間連接元件至電子組件的端子上和/或賦予所需彈性特性至最終復(fù)合中間連接元件。應(yīng)力(接觸力)作用在中間連接元件的特別趨向于吸收應(yīng)力的部分上。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，此處所述的程序完全適于“預(yù)制”的中間連接元件，特別是彈性中間連接元件，諸如在一待去除構(gòu)件上，接著將諸中間連接元件安裝在一電子組件上。相對(duì)于直接將中間連接元件制造在電子組件上，本發(fā)明減少了處理電子組件的周期時(shí)間。此外，可能會(huì)與中間連接元件的制造相關(guān)的屈服問(wèn)題可因此而與電子組件無(wú)關(guān)。舉例而言，對(duì)于一種在其它方面完全優(yōu)良、相當(dāng)昂貴的集成電路裝置來(lái)說(shuō)，因被制造安裝于該處的中間連接元件的錯(cuò)誤所破壞是非常不值得的。安裝預(yù)制中間連接元件在電子組件上是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，這可由下述內(nèi)容獲得證明。
亦應(yīng)該知道的是，本發(fā)明提供了絕對(duì)新穎的制造彈簧技術(shù)。一般而言，最終彈簧的操作結(jié)構(gòu)是一電鍍、而非彎曲及定形的產(chǎn)物。由此提供了使用廣泛材料來(lái)構(gòu)造彈簧形狀，及多種將芯子的“臨時(shí)支架(falsework)”貼附至電子組件上的“友好的”程序的機(jī)會(huì)。外覆層可作為芯子的“臨時(shí)支架”外的“加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(superstructure)”，這兩個(gè)名詞皆源自土木工程領(lǐng)域。
本發(fā)明的其它目的，特征及優(yōu)點(diǎn)將因以下說(shuō)明而變得明顯。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明現(xiàn)將針對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)介紹，諸范例將以


。雖然本發(fā)明將就此等較佳實(shí)施例作說(shuō)明，但應(yīng)了解到，這并不意味著將本發(fā)明的精神及范疇局限于此等特定的實(shí)施例中。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的、一實(shí)施例，包括一中間連接元件一端的縱向部分的橫截面圖；圖1B是根據(jù)本發(fā)明的、另一實(shí)施例，包括一中間連接元件一端的縱向部分的橫截面圖；圖1C是根據(jù)本發(fā)明的、另一實(shí)施例，包括一中間連接元件一端的縱向部分的橫截面圖；圖1D是根據(jù)本發(fā)明的、另一實(shí)施例，包括一中間連接元件一端的縱向部分的橫截面圖；圖1E是根據(jù)本發(fā)明的、另一實(shí)施例，包括一中間連接元件一端的縱向部分的橫截面圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的、安裝至一電子組件的端子上、且具有一多層殼的中間連接元件的橫截面圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明的、具有一多層殼的中間連接元件的橫截面圖，其中一中間層是一介電材料；圖2C是根據(jù)本發(fā)明的、多個(gè)安裝至一電子組件(如，探針卡嵌入)上的中間連接元件的立體圖；圖2D是根據(jù)本發(fā)明的、供制造中間連接元件的技術(shù)的示范性的第一步驟的橫截面圖；圖2E是根據(jù)本發(fā)明的、供制造中間連接元件的圖2D技術(shù)的、示范性的進(jìn)一步驟的橫截面圖；圖2F是根據(jù)本發(fā)明的、供制造中間連接元件的圖2E技術(shù)的、示范性的進(jìn)一步驟的橫截面圖；圖2G是根據(jù)本發(fā)明的、依圖2D-2F技術(shù)制造的若干示范性的中間連接元件的橫截面圖；圖2H是根據(jù)本發(fā)明的、依圖2D-2F技術(shù)及互相以一規(guī)定的空間關(guān)系制造的若干示范性的中間連接元件的橫截面圖；圖2I是根據(jù)本發(fā)明的、一制造中間連接元件的替代實(shí)施例的橫截面圖，顯示了一元件的一端；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一插入物的一實(shí)施例的橫截面圖；圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一插入物的另一實(shí)施例的橫截面圖；圖3C是根據(jù)本發(fā)明的一插入物的另一實(shí)施例的橫截面圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明，在一制造一插入物的初步步驟中，一軟金屬箔的俯視圖；圖4B是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖4A中的軟金屬箔的橫截面圖；圖4C是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖4A中的軟金屬箔的立體圖；圖4D是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖4A中的軟金屬箔作為兩電子組件間的插入物的立體圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一代替實(shí)施例，在一制造一插入物的初步步驟中，一軟金屬箔的俯視圖；圖5B是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖5A中的軟金屬箔的立體圖；圖5C是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖5A中的軟金屬箔的立體圖；圖5D是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖5A中的軟金屬箔作為兩電子組件間之插入物的立體圖；圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一替代實(shí)施例，在一制造插入件的初步步驟中，一軟金屬箔的俯視圖；圖6B是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖6A中的軟金屬箔的立體圖；圖6C是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖6A中的軟金屬箔的立體圖；圖6D是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖6A中的軟金屬泊作為兩電子組件間的插入物的立體圖；圖7A是根據(jù)本發(fā)明的一代替實(shí)施例，在一制造一插入物的初步步驟中，一軟金屬箔的俯視圖；圖7B是根據(jù)本發(fā)明，在一后續(xù)程序步驟中，圖7A中的軟金屬箔作為兩電子組件間的插入物的立體圖；圖8A是根據(jù)本發(fā)明的、一特別適合制造單獨(dú)中間連接元件的技術(shù)的橫截面圖；圖8B是根據(jù)本發(fā)明的、另一特別適合制造單獨(dú)中間連接元件的技術(shù)的橫截面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的一連接器及一插入該連接器的適當(dāng)位置的電子組件的橫截面圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明前述于95年5月26日提出申請(qǐng)的美國(guó)第08/452,255號(hào)申請(qǐng)案(母案)已并入本案作參考。本申請(qǐng)案概要地?cái)⑹鲞@里所揭示的數(shù)個(gè)技術(shù)。
本發(fā)明的一重要方面在于一復(fù)合中間連接元件的形成可以芯子(其可被安裝至電子組件之端子上)為開(kāi)始，然后在該芯子外覆以合適的材料，從而(1)建立最終復(fù)合中間連接元件的機(jī)械特性；和/或(2)當(dāng)該中間連接元件被安裝于一電子組件的端子上時(shí)，安全地固定該中間連接元件于該端子上。以此方式，可制造一彈性的中間連接元件(彈簧元件)，它起始于一軟材料的芯子，其可容易地被定形成一可彎曲的形狀，且易于貼附至甚至最脆弱的電子組件上。鑒于自硬材料形成彈簧元件的現(xiàn)有技術(shù)不易明了，且可論證是反直覺(jué)的，因此軟材料能形成彈簧元件。
圖1A、1B、1C及1D以一般的方式繪示了根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合中間連接元件的不同的形狀。
下文主要描述展現(xiàn)彈性能的復(fù)合中間連接元件。然而，應(yīng)了解到，非彈性復(fù)合中間連接元件亦屬于本發(fā)明范疇之內(nèi)。
進(jìn)一步言之，下文主要描述具有一軟(容易定形，且容易藉友好程序附加至電子組件上)芯子，外覆以硬(有彈力的)材料的復(fù)合中間連接元件。然而，芯子可以是一硬材料，且它亦屬于本發(fā)明的范疇之內(nèi)，外覆程序主要是安全地固定中間連接元件至一電子組件的端子上。
在圖1A中，電氣中間連接元件110包括一“軟”材料(例如，具有一小于40,000psi之屈服強(qiáng)度的材料)的芯子112、及一“硬”材料(例如，具有一大于80,000psi屈服強(qiáng)度的材料)的殼114。芯子112是一細(xì)長(zhǎng)元件作為(構(gòu)成)一基本直的懸臂梁，且可以是一具有一0.0005至0.0020英寸(0.001英寸＝1密耳25微米(μm))直徑的引線。殼114是借助任何適當(dāng)?shù)某绦颍T如一適當(dāng)?shù)碾婂兂绦?例如，電化電鍍)施于已成形的芯子112上。
圖1A繪示的可能是供本發(fā)明的中間連接元件的一最簡(jiǎn)單彈簧形狀，亦即，對(duì)一施于其頂端110b的力“F”成一角度的直的懸梁臂。當(dāng)此種力被電子組件的一端子施加至一中間連接元件正作一壓力接觸之處時(shí)，該頂端的向下(如所示)偏向?qū)⒚黠@地導(dǎo)致該頂端，以一“磨擦接觸”的動(dòng)作，移過(guò)該端子。此種磨擦接觸確保一可靠的接觸形成于中間連接元件與電子組件的被接觸的端子之間。
因其“硬度”之故，且通過(guò)控制其厚度(0.00025至0.00500英寸)，殼114傳遞一所需的彈性能至全部的中間連接元件110。以此方式，一種位于諸電子組件(未顯示)間的彈性中間連接能于中間連接元件110的二端110a及110b之間達(dá)成。(在圖1A中，參考標(biāo)號(hào)110a是標(biāo)示中間連接元件110的一端部，而相對(duì)于端110b的實(shí)際端并未顯示)。在接觸電子組件的一端子時(shí)，中間連接元件110受一接觸力(壓力)所影響，如標(biāo)示“F”的箭號(hào)所示。
中間連接元件(如，110)將會(huì)響應(yīng)一施加的力而偏向，該偏向(彈性能)多少取決于中間連接元件的全部形狀、外覆材料(相對(duì)于芯子的材料)的占優(yōu)勢(shì)的(較大的)屈服強(qiáng)度、以及外覆材料的厚度。
在圖1B中，電氣中間連接元件120類似地包括一軟芯子122(比較112)及一硬殼124(比較114)。在此例中，芯子122被定形成具有兩個(gè)彎曲，且因而可被視為S形。如圖1A的例子中，以此方式，位于諸電子組件(未顯示)間的彈性中間連接能在中間連接元件120的兩端120a與120b間實(shí)現(xiàn)。(在圖1B中，參考標(biāo)號(hào)120a標(biāo)示中間連接元件120的一端部，而相對(duì)于端120b的實(shí)際端并未顯示)。在接觸電子組件的一端子時(shí)，中間連接元件120受一接觸力(壓力)所影響，如標(biāo)示“F”的箭號(hào)所示。
在圖1C中，電氣中間連接元件130類似地包括一軟芯子132(比較112)及一硬殼134(比較114)。在此例中，芯子132被定形成具有一個(gè)彎曲，且因而可被視為U形。如圖1A的例子中，以此方式，位于諸電子組件(未顯示)間的彈性中間連接能在中間連接元件130的兩端130a與130b間實(shí)現(xiàn)。(在圖1C中，參考標(biāo)號(hào)130a標(biāo)示中間連接元件130的一端部，而相對(duì)于端130b的實(shí)際端并未顯示)。在接觸電子組件的一端子時(shí)，中間連接元件130受一接觸力(壓力)所影響，如標(biāo)示“F”的箭號(hào)所示。或者，中間連接元件130能被運(yùn)用以作除了其端130b的端處的接觸，如標(biāo)示“F’”的箭號(hào)所示。
圖1D繪示了具有一軟芯子142及一硬殼144的彈性中間連接元件140的另一實(shí)施例。在此例中，中間連接元件140是一絕對(duì)簡(jiǎn)單的懸梁臂(比較圖1A)，其具有一彎曲的頂端140b，受一垂直作用于其縱向軸的接觸力“F”所影響。
圖1E繪示一具有一軟芯子152及一硬殼154的彈性中間連接元件150的另一實(shí)施例。在此例中，中間連接元件150大致呈“C形”，最好具有一稍微彎曲的頂端150b，且適于作一如標(biāo)示“F”的箭號(hào)所示的壓力接觸。
應(yīng)了解到，軟芯子能容易地被定形成任何可彎曲的形狀，換言之，一種將會(huì)使一最終復(fù)合中間連接元件響應(yīng)一施加于其頂端上的力而偏向的形狀。舉例言之，芯子可能被定形成一傳統(tǒng)的線圈形狀。然而，一線圈形狀并不合宜，乃由于中間連接元件的全部長(zhǎng)度及伴隨而來(lái)的電導(dǎo)(或類似者)及在高頻(速度)下操作時(shí)對(duì)電路所產(chǎn)生的不利效果。
殼的材料，或至少一多層殼之一層(下述)具有一顯然比芯子的材料更高的屈服強(qiáng)度。因此，在建立最終中間連接元件的機(jī)械特性(例如，彈性能)方面，殼使芯子相形失色。殼與芯子的屈服強(qiáng)度比最好至少為2∶1，包括至少3∶1及至少5∶1，且可以是與10∶1一樣高的比例。亦顯然可見(jiàn)的是，該殼，或至少一多層殼的一外部層應(yīng)該覆蓋該芯子的端。(然而，母案所描述的實(shí)施例中，芯子的端是暴露的，在該案中，芯子必須是可傳導(dǎo)的。)從一理論的觀點(diǎn)看，僅需要在最終形成的復(fù)合中間連接元件的彈性(彈簧形狀)部分外覆以硬材料。從此觀點(diǎn)，對(duì)于芯子的兩端必須被外覆則大致不必要的。然而，以實(shí)際的問(wèn)題來(lái)看，最好是外覆整個(gè)芯子。外覆芯子的固定(貼附)至一電子組件上的一端的特別原因及所產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)則更詳細(xì)地討論于下文。
芯子112、122、132和142的合適材料包括，但并不限于金、鋁、矽、鎂及類似者。使用銀、鈀、鉑；諸如鉑族金屬的元素的金屬或合金亦屬可行。亦能使用由鉛、錫、銦、鉍、鎘、銻及其合金所構(gòu)成的軟焊。
將芯子(線)的一端相對(duì)貼附在一電子元件的端子上(下文會(huì)更詳加討論)，一般而言，是易于接合(使用溫度、壓力及/或超聲波能達(dá)成的接合)的任何材料(例如，金)的線將適于實(shí)施本發(fā)明。任何能為芯子所使用的、易于外覆(例如，電鍍)的材料，包括非金屬材料，均屬本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
殼114、124、134和144的合適材料包括(且，如下文所述，對(duì)一多層殼的個(gè)別層而言)，但不并限于鎳、及其合金；銅、鈷、鐵及其合金；金(尤其是硬金)及銀，二者皆展現(xiàn)出的電流載送能力及優(yōu)良的接觸電阻系數(shù)特性；鉑族元素；貴金屬及其合金；鎢及鉬。在一似軟焊處理為需要的情況中，亦能使用錫、鉛、鉍、銦及其合金。
選作施加此等外覆材料于上述不同芯子材料的技術(shù)必然會(huì)因應(yīng)用的不同而有不同。大致而言，電鍍及無(wú)電電鍍是較為合宜的技術(shù)。然而，一般而言，欲電鍍金芯子可能是反直覺(jué)的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，當(dāng)電鍍(尤其是無(wú)電電鍍)一鎳殼于一金芯子上，首先施一薄銅初始層于該金線桿上，以促進(jìn)電鍍的開(kāi)始。
一示范性的中間連接元件，諸如圖1A-1E所繪示的，可能具有一約為0.001英寸的芯子直徑及0.001英寸的殼厚度，該中間連接元件因而具有一0.003英寸的全部直徑(亦即，芯子直徑加二倍殼厚度)。大致而言，殼的此種厚度將在0.2至5.0(1/5至5)倍于該芯子的厚度(例如，直徑)的范圍。
一些復(fù)合中間連接元件的示范性參數(shù)為(a)一具有1.5密耳的直徑的金線芯子被定形成具有一40密耳全高度及一9密耳半徑的大致為C形曲線(比較圖1E)，并由0.75密耳的鎳電鍍(全直徑＝1.5+2×0.75＝3密耳)，且可選擇性地接受一50微英寸的金的最終外覆(例如，以降低及強(qiáng)化接觸阻力)。最終復(fù)合中間連接元件展現(xiàn)一3-5克/密耳的彈簧常數(shù)(K)。使用時(shí)，3-5密耳的偏向會(huì)造成9-25克的接觸力。此一例子就作為一插入物的彈簧而言是有用的。
(b)一具有1.0密耳直徑的金芯子線被定形為具有一35密耳全高度及一彎曲的懸梁臂形狀，并由1.25密耳的鎳電鍍(全直徑＝1.0+2×1.25＝3.5密耳)，且選擇性地接受50微英寸的金的最后電鍍。最終復(fù)合中間連接元件展現(xiàn)一約3克/密耳的彈簧常數(shù)，就一探針的彈簧元件而言是有用的。
(c)一具有一1.5直徑的金芯子線被定形為具有一20密耳全高度及一具有約5密耳之半徑的大致為S形的曲線，并由0.75密耳的鎳或銅電鍍(全直徑＝1.5+2×0.75＝3密耳)。該最終復(fù)合中間連接元件展現(xiàn)一值約2-3克/密耳的彈簧常數(shù)(K)，且就一安裝于一半導(dǎo)體元件上的彈簧元件而言是有用的。
如下文將被更詳細(xì)描述的，芯子并不需要一圓的橫截面，但反而可以是一自一片延伸的平坦的分接頭(具有一方形橫截面)。多層殼圖2A繪示了一安裝于一設(shè)有一端子214的電子組件212上的中間連接元件210的一實(shí)施例200。在此例中，一軟的(例如，金)線芯子216被接合(附接)于端子214的一端216a上，其自端子延伸并具有一彈簧形狀(比較圖1B)，且具有一自由端216b。以此方式的結(jié)合、定形及分離是借助使用線接合裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在芯子之端216a處的人僅覆蓋端子214一相當(dāng)小部分的暴露表面。
一殼被配置于線芯子216上，在此例中，其被顯示以多層，具有一內(nèi)層218及外層220，二者皆可通過(guò)電鍍工序合適地施加。多層殼的一層或多層是由一硬材料(諸如鎳及其合金)所形成，以傳遞一所需的彈性能至中間連接元件210。例如，外層220可以為一硬材料，而內(nèi)層可以為一種將硬材料220電鍍至芯子材料216上時(shí)，充當(dāng)一緩沖層或阻隔劑層(或作為一激活層，或作為一附著層)的材料?；蛘?，內(nèi)層218可以為硬材料，而外層220可以是一種展現(xiàn)包括電氣傳導(dǎo)性及軟焊之卓越電氣特性的材料(諸如軟金)。當(dāng)需要軟焊料或黃銅焊型接觸時(shí)，中間連接元件的外層可以分別是鉛錫軟焊料或金錫黃銅材料。固定至一端子上圖2A以一大致的方式繪示本發(fā)明的另一主要特性，即，彈性中間連接元件能被安全地固定至電子組件上的端子上。由于一施加于中間連接元件自由端210b上的壓縮力(箭號(hào)“F”)，中間連接元件的接附端210a將受相當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力影響。
如圖2A所繪示，外層(210、220)不僅覆蓋芯子216，亦覆蓋以一連續(xù)(非中斷)方式鄰接于芯子216的端子214整個(gè)其余(即，除了結(jié)合點(diǎn)216a之外)暴露表面。它安全且可靠地將中間連接元件210固定于端子上，而外覆材料提供了一實(shí)質(zhì)(例如，大于50％)上的貢獻(xiàn)，使最終形成的中間連接元件固定至端子上。一般而言，僅需要外覆材料覆蓋至少一部分鄰接芯子的端子。然而，一般較為合宜的是，外覆材料覆蓋端子的整個(gè)剩余表面。最好是，殼的每一層皆是金屬的。
如一一般的設(shè)計(jì)，芯子所接附(如，接合)至端子的一相當(dāng)小的區(qū)域上并不完全適合調(diào)整由于施加于最終復(fù)合中間連接元件的接觸力(“F”)所產(chǎn)生的應(yīng)力。由于殼覆蓋端子的整個(gè)暴露表面(除了包含芯子端216a接附至端子的接附處的小區(qū)域外)，整個(gè)中間連接結(jié)構(gòu)被牢靠地固定至端子上。外層的附著力及反應(yīng)接觸力的能力將會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)芯子端216a本身所具備的。
如此處所用的術(shù)語(yǔ)“電子組件”(例如，212)包括，但非限定于中間連接及插入物基材；半導(dǎo)體晶片及模具，由任何適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料，諸如矽(Si)或砷化鎵(GaSa)所形成；產(chǎn)品中間連接插槽；測(cè)試插槽；待去除構(gòu)件、元件及基材，如本案所述半導(dǎo)體包裝，包含陶瓷和塑膠包裝，及晶片載體；以及連接器。
本發(fā)明的中間連接元件特別適用于·直接安裝中間連接元件至矽模具之上，消除對(duì)半導(dǎo)體的的需要；·中間連接元件(如探針)自基材(下文將詳述之)延伸供測(cè)試電子組件之用；及·插入物之中間連接元件(下文詳述之)。
本發(fā)明的中間連接元件獨(dú)特之處在于其可自一硬材料的機(jī)械特性(例如，高屈服強(qiáng)度)中獲利，而不受限于硬材料伴隨的典型不良的接合特性。如母案所述，此一特點(diǎn)使殼(外層)作為芯子之一“臨時(shí)支架”上的“加強(qiáng)結(jié)構(gòu)”的事實(shí)大為可行，該兩名詞皆借自土木工程領(lǐng)域。此大大有別于現(xiàn)有技術(shù)的電鍍的中間連接元件，其中電鍍是作為一保護(hù)(如，抗腐蝕)的涂層之用，且大致是無(wú)法傳遞所需的機(jī)械特性給中間連接結(jié)構(gòu)。且此的確為一顯著的相對(duì)于任何非金屬、抗腐蝕外覆層，諸如施于電氣中間連接的苯并三氮唑(BTA)。
本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于多個(gè)分立的中間連接結(jié)構(gòu)可容易地形成于基材上，自不同的水平，諸如一PCB具有一去耦接電容至高于基材的一相同高度，所以它們的自由端彼此共平面。此外，根據(jù)本發(fā)明的中間連接元件的電氣及機(jī)械特性(例如，塑性及彈性)皆容易適合多種特定的應(yīng)用。例如，在一給定的應(yīng)用中可能需要中間連接元件同時(shí)展現(xiàn)出塑性及彈性偏向(塑性偏向可能被需要用以調(diào)節(jié)被中間連接元件所互連的組件中的總平面性)。當(dāng)需要彈性動(dòng)作時(shí)，中間連接元件必須產(chǎn)生一臨界最小值的接觸力以完成可靠的接觸。另一有利的是，由于接觸表面上的混雜物污染物膜的偶然出現(xiàn)，中間連接元件形成與一電子組件的端子的磨擦接觸。
若干特性詳述于本案中包括，但非限定于制造中間連接元件于待去除基材上；成組傳輸多個(gè)中間連接元件至一電子組件；提供具接觸端的中間連接元件，最好具有粗表面加工；將中間連接元件用于一電子組件上以形成暫時(shí)連接，然后永久地連接在電子組件上；配置諸中間連接元件以在它們的一端與它們的相對(duì)端具有不同的空間；在與制造中間連接元件相同的程序中制造彈簧夾及對(duì)準(zhǔn)銷；運(yùn)用中間連接元件以調(diào)節(jié)被連接的組件間的熱膨脹的差異；排除不連續(xù)半導(dǎo)體包裝(諸如SIMMs)的需要；及選擇性地軟焊彈性中間連接元件(彈性接觸結(jié)構(gòu))。受控的阻抗圖2B顯示具有多層的復(fù)合中間連接元件220。中間連接元件220的最內(nèi)部(內(nèi)部細(xì)長(zhǎng)傳導(dǎo)元件)222是一未涂層芯子或已被外覆之芯子，如上述。最內(nèi)部222的端222b以一合適的光罩材料(未顯示)所標(biāo)識(shí)。一介電層224是以電泳步驟施加于最內(nèi)部222上。一傳導(dǎo)材料的外層226施加于介電層224上。
使用時(shí)，使外層226電氣接地將會(huì)造成中間連接元件220具有受控阻抗。一介電層224的示范性材料是一聚合材料，以任何方式施加至任何適當(dāng)?shù)暮穸?例如，0.1-3.0密耳)。
外層226可以是多層的。例如，在最內(nèi)部222是一未涂層之芯子的例子中，當(dāng)有需要全部的中間連接元件展現(xiàn)彈性時(shí)，至少一層外層226是彈簧材料。探針卡插入圖2C繪示了一實(shí)施例230，其中多個(gè)(所示為六個(gè))中間連接元件231…236被安裝于一電子組件240、諸如一探針卡插入(一以傳統(tǒng)方式安裝至一探針卡的組件)的一表面上。探針卡插入的諸端子及傳導(dǎo)軌跡為說(shuō)明清晰起見(jiàn)，已被排除于此圖之外。中間連接元件231…236的附接端231a…236a起始于一第一間隙(空間)，諸如一0.010英寸的間隙。中間連接元件231…236被定形和/或定向，以便它們的自由端(頂)在一第二、更細(xì)的間隙內(nèi)，諸如0.005英寸。從一間隙至另一間隙形成中間接合的中間接合組件一般叫做“空間變換”。
如上所述，中間連接元件的頂端231b…236b被排列成平行的兩行，以便與具有平行兩行接合區(qū)(接觸點(diǎn))的半導(dǎo)體裝置接觸(供測(cè)試和/或焊上)。中間連接元件也可排列成具有其它頂端模圖的形式，以便與具有其它接觸點(diǎn)模圖諸如陣列的電子元件接觸。
一般來(lái)說(shuō)，所有此處所公開(kāi)的實(shí)施例，雖僅有一中間連接元件可以顯示，但本發(fā)明也可應(yīng)用于制造多個(gè)以彼此規(guī)定的空間關(guān)系配置的中間連接組件，諸如在一周邊模圖或一方形陣列模圖上。待去除基材的使用直接安裝中間連接元件至電子組件的端子上已于上文討論過(guò)。一般而言，本發(fā)明的中間連接元件能被制造于，或被安裝至包括待去除座的任何合適基材的合適表面上。
請(qǐng)注意母案，它參考圖11A-11F，描述了制造多個(gè)中間連接結(jié)構(gòu)(例如，彈性接觸結(jié)構(gòu))作為分離且不同結(jié)構(gòu)供安裝至電子組件上，且參考圖12A-12C，描述了安裝一待去除基材(載體)然后轉(zhuǎn)移該多個(gè)中間連接元件至一電子組件上。
圖2D-2F繪示供使用一待去除基材制造多個(gè)具有預(yù)塑端結(jié)構(gòu)的中間連接元件之用的技術(shù)。
圖2D繪示技術(shù)250的第一步驟，其中光罩材料252的一模型層被施加在待去除基材254的一表面上。待去除基材254可以是薄(1-10密耳)的銅或鋁箔，光罩材料252可以為普通光阻。光罩層252被鑄成具多個(gè)(所示有三個(gè))在位置256a、256b和256c的開(kāi)口，在該處，需要制造中間連接元件。位置256a、256b、及256c最好在上階段處理成具有一粗糙的或有特性的表面結(jié)構(gòu)。如所示，其可以一壓花工具257以機(jī)械的方式在箔254內(nèi)的位置256a、256b及256c處形成凹陷而完成之?；蛘?，在此等位置的箔的表面利用化學(xué)蝕刻的方式使其具有表面結(jié)構(gòu)。任何適于完成此一般目的的技術(shù)皆屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)，例如噴砂法、槌平及類似者。
接著，使多個(gè)(此處顯示一個(gè))傳導(dǎo)端結(jié)構(gòu)258形成于各位置(如，256b)處，如圖2E所示。此可用任何適合的技術(shù)(諸如電鍍)完成之，且可以包括具有多層材料的端結(jié)構(gòu)。例如，端結(jié)構(gòu)258可以具有一薄(如，10-100微英寸)的施于待去除基材上的鎳的阻隔層，接著為一薄(如，10微英寸)層的軟金，接著為一薄(如，20微英寸)層的硬金，接著為一相當(dāng)厚(如，200微英寸)的鎳，最后為薄(如，100微英寸)的軟金。一般而言，第一薄阻隔層的鎳用來(lái)保護(hù)后續(xù)層金，以免于被基材254的材料(如，鋁、銅)“毒害”，此相當(dāng)厚的鎳層給端結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)度，而最后一薄層軟金提供一容易接合的表面。本發(fā)明不限定端結(jié)構(gòu)是如何形成于待去除基材上的，因?yàn)榇说刃纬煞椒〞?huì)因應(yīng)用之不同而不同。
如圖2E所示，多個(gè)(此處顯示一個(gè))供中間連接元件之用的芯子260可以形成于端結(jié)構(gòu)258上，諸如藉任何將一軟線芯子接合至上述電子組件的端子的技術(shù)。芯子260接著以一最好是硬的金屬262以上述之方式外覆之，且接著將光罩材料252移除，結(jié)果多個(gè)分立的中間連接元件264安裝至待去除基材的表面上，如圖2F所示。
以一類似于將外覆材料至少覆蓋如圖2A所述的端子214的鄰接區(qū)域的方法，利用外覆材料262牢靠地將芯子260固定至其相對(duì)的端結(jié)構(gòu)258上，且若有需要，將彈性特征賦予最終中間連接元件264。如見(jiàn)于母案，該多個(gè)安裝至待去除基座的中間連接元件可以為組傳輸至一電子組件的諸端子上?；蛘?，可采用二個(gè)較擴(kuò)散的路徑。
如圖2G所繪示，藉由任何適合的步驟，諸如選擇化學(xué)蝕刻，可簡(jiǎn)單地移除待去除基材254。因?yàn)槎鄶?shù)選擇的化學(xué)蝕刻步驟將會(huì)以一遠(yuǎn)大于一其它材料的速率蝕刻一材料，且該其它材料在此步驟中可以稍微被蝕刻，此一現(xiàn)象則有利地被運(yùn)用，以在移除待去除基材同時(shí)移除端結(jié)構(gòu)中的薄鎳阻隔層。然而，若需要，薄鎳阻隔層能在一后續(xù)的蝕刻步驟被移除。由此形成數(shù)個(gè)(此顯示三個(gè))獨(dú)立、分離、單一的中間連接元件264，如虛線266所標(biāo)示，其可隨后被安裝(藉諸如軟焊或硬焊的方式)至電子組件的諸端子上。
應(yīng)該提及的是，外覆材料亦可稍微地在移除待去除基材和/或薄阻隔層的程序中稍微變薄。然而，此情形最好不要發(fā)生。
為防止外覆材料的薄化，較佳的是利用金薄層，或者如在約20微英寸的硬金上外覆約10微英寸的軟金；以作為外覆材料262外的最外層，使用此種金的外層主要是因其優(yōu)越的導(dǎo)電性、接觸抗性及可焊性，且其通常不受因使用去除薄障礙層及待去除基材的蝕刻溶液的影響。
另外，如圖2H所示，在移去待去除基材254之前，可藉由如其中具許多孔的薄板的任何合適的支撐結(jié)構(gòu)266，將許多(示出其中三個(gè))連接元件以所希望的相對(duì)空間位置關(guān)系互相“固定”，在此情況下移去基材。支撐結(jié)構(gòu)266可為絕緣材料，或外覆有絕緣材料的導(dǎo)電材料。可進(jìn)行進(jìn)一步的處理(不另說(shuō)明)，如將許多連接元件裝設(shè)于如矽晶片或印刷電路板的電子零件上。此外，在某些應(yīng)用中，有必要穩(wěn)定中間連接元件264的尖端(相對(duì)于尖端結(jié)構(gòu))，以避免移動(dòng)，特別是使用接觸力時(shí)，為此目的，有必要以適當(dāng)?shù)木哂性S多孔的片材268，如絕緣材料制成的篩網(wǎng)來(lái)限制中間連接元件尖端的移動(dòng)。
上述技術(shù)250的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在于尖端結(jié)構(gòu)258可由實(shí)際上所希望的材料制成，且可為任何所希望的構(gòu)造。如前所述，金是一種表現(xiàn)極佳電導(dǎo)體性質(zhì)、低接觸抗性、可焊性及抗腐蝕等電的特性的貴金屬的典型。由于金亦可延展，故特別適合作為所述任何連接元件的最后外覆，特別是此處所述的彈性連接元件。其它貴金屬展示相似的所希望的性質(zhì)。然而，展示此類優(yōu)異電的特性的如銣的某些材料并不適合外覆整個(gè)連接元件。舉例而言，銣?zhǔn)敲黠@易碎的，且當(dāng)其作為彈性連接元件的外覆時(shí)，表現(xiàn)并不好。以此作考慮，以技術(shù)250作為典型的技術(shù)可穩(wěn)定地克服此種限制。例如，多層端結(jié)構(gòu)(見(jiàn)258)的第一層可為銣(非以上所述的金)，以此利用其優(yōu)異的電的特性供連接電子零件，但不致對(duì)所得的連接元件的機(jī)械性能產(chǎn)生影響。
圖2I說(shuō)明供制造連接元件的另一實(shí)施例270。在此實(shí)施例中，以相當(dāng)于以上圖2D所述的技術(shù)，在待去除基材274上施以一光罩材料272，并將其圖案化使之具有許多(示出其中之一)開(kāi)口276，在該等開(kāi)口276所限定的區(qū)域上，以分立結(jié)構(gòu)形式制造連接元件。(如直至目前為止說(shuō)明書(shū)中所述的，當(dāng)其一端接合至電子零件的終端或待去除基材的區(qū)域，但連接元件的相對(duì)端并未接合至電子零件或待去除基材時(shí)，一連接元件是“分立的”。)可以任何適當(dāng)方法使開(kāi)口區(qū)域內(nèi)具有某種結(jié)構(gòu)，如一次以上的壓縮，如延伸入待去除基材274表面的單一壓痕278所表示。
一芯子(線桿)280被一至開(kāi)口276中的待去除基材的表面，且可為任何適當(dāng)型狀。在此說(shuō)明中，為清楚說(shuō)明起見(jiàn)，僅示出一連接元件之一端。另一端(未示出)可附接于一電子零件上。可清楚觀察到，技術(shù)270不同于前述技術(shù)250處在于芯子直接接合至待去除基材274上，而非接合至端結(jié)構(gòu)258上。藉由此例，以傳統(tǒng)線接合技術(shù)，金線芯子280可穩(wěn)固地接合至鋁基材274的表面。
在方法270的下一步驟中，在芯子280上及開(kāi)口276中基材274的暴露區(qū)(包含在壓痕278)上施以(如，以電鍍法)一金層282，此層282的主要目的是在所得連接元件(如，一旦移除待去除基材)的端部形成一接觸表面。之后，在層282外施以一如鎳的相對(duì)硬的材料層284。如前所述，層284的主要目在于將所需的機(jī)械性質(zhì)(如彈性)賦予所得的復(fù)合連接元件。在此實(shí)施例中，層284的另一主要目的是加強(qiáng)所得連接元件較低端(如圖所示)上所制造的接觸表面的耐久性。金的最終層(未示出)可施于層284外，以加強(qiáng)所得連接元件的電的性質(zhì)。
在最終步驟中，除去光罩材料272及待去除基材274，制成許多或是單一的連接元件(比較圖2G)，或是具有預(yù)定的彼此空間關(guān)系的許多連接元件(比較圖2H)。
此實(shí)施例270是供在連接元件的端部制造突出的接觸尖端的技術(shù)的典型。在此例中，說(shuō)明了一“金外覆鎳”接觸尖端的優(yōu)異實(shí)例，然而，在本發(fā)明的范疇中，根據(jù)此處所述的技術(shù)，可在連接元件的端部制造其它類似的接觸尖端。此實(shí)施例270的另一特征在于接觸尖端完全突出于待去除基材274上，而非如前述實(shí)施例250所述在待去除基材254的表面內(nèi)。插入物使用本發(fā)明的中間連接元件的主體已敘述于上文中。一般而言，如此處所用的“插入物”是指一基材，其在二相對(duì)表面具有接觸點(diǎn)，配置于二電子組件之間以互連二電子組件。往往，需要插入物是為了讓至少二個(gè)互連的電子組件中的一個(gè)被移除(例如，為取代、改良、及類似的目的)。插入物實(shí)施例1圖3A繪示了一使用本發(fā)明的中間連接元件的插入物的實(shí)施例300。大致上，一絕緣基材302(諸如PCB型基材)上設(shè)有多個(gè)(此處并示兩個(gè))導(dǎo)電的穿透孔(例如，電鍍通道)306、308或類似者，各具有暴露于絕緣基材302的頂(上)302a及底(下)302b的表面。
一對(duì)軟芯子311及312附接至基材302的頂表面302a上的穿透孔306的暴露部分。一對(duì)軟芯子313及314附接至基材302的底表面上的穿透孔306的暴露部分。類似地，一對(duì)軟芯子315及316附接至基材302的頂表面上的穿透孔308的暴露部分，且一對(duì)軟芯子317及318附接至基材302的底表面上的穿透孔308的暴露部分。在芯子311…318上外覆以一硬材料320，以在基材302的頂表面302a上形成中間連接結(jié)構(gòu)322及324，且在基材302的底表面302b上形成中間連接結(jié)構(gòu)326及328。以此方式，對(duì)應(yīng)的芯子311…318可牢靠地固定在穿透孔的對(duì)應(yīng)暴露部分，中間連接結(jié)構(gòu)322以電氣的方式連接至中間連接結(jié)構(gòu)326，且中間連接結(jié)構(gòu)324電氣連接至中間連接結(jié)構(gòu)328?？梢钥吹?，通過(guò)將各中間連接結(jié)構(gòu)(如，322)設(shè)為一對(duì)中間連接元件(如，311、312)，則可達(dá)成外部組件(未顯示)更加可靠的連接(如，相對(duì)于單一中間連接元件而言)。
如所示，中間連接元件311、312、315及316的頂部組皆以同樣的形狀形成，且中間連接元件的底部組皆具有相同的形狀。應(yīng)該了解的是，中間連接元件的底部組能設(shè)有一種與中間連接元件頂部組不同的形狀，其將能提供一種機(jī)會(huì)，以制造出與從基材的底表面延伸的中間連接結(jié)構(gòu)不同機(jī)械性質(zhì)的從絕緣基材的頂表面延伸的中間連接結(jié)構(gòu)。插入物實(shí)施例2圖3B繪示了使用本發(fā)明的中間連接元件的一插入物的另一實(shí)施例330。在此實(shí)施例中，多個(gè)(此處顯示一個(gè))中間連接元件332制造于一待去除基材(未顯示)的所需的模圖(例如，一陣列)上。一支撐基材334在一對(duì)應(yīng)模圖中設(shè)有多個(gè)孔336。支撐基材334置于中間連接元件332之上，以便中間連接元件332伸出孔336。中間連接元件332藉一合適的材料338(諸如一彈性體)松弛地固持于支撐基材之內(nèi)，且從該支撐基材的頂及底表面延伸出來(lái)。然后，移除待去除基材。明顯地，在制造此一插入物組件的程度中，支撐基材334(比較266)能簡(jiǎn)單地“掉落”在多個(gè)安裝于待去除基材254的中間連接元件(比較264)上。插入物實(shí)施例3圖3C繪示了使用本發(fā)明的中間連接元件的一插入物的另一實(shí)施例360。此實(shí)施例360類似前述的實(shí)施例330，除了中間連接結(jié)構(gòu)362(比較332)是通過(guò)將中間連接結(jié)構(gòu)362的中間部分軟焊至支撐基材的穿透孔366的電鍍部分368而支撐于孔366(比較336)中。此外，支撐基材364(比較266)能簡(jiǎn)單地在制造此插入物組件的程序中“掉落”在多個(gè)安裝于待去除基材254的中間連接元件(比較266)上。
圖3B及3C繪示的事實(shí)為，一單一中間連接元件(332、362)能被用作完成兩件電子組件的對(duì)應(yīng)端子的單一連接。應(yīng)被了解且屬本發(fā)明范圍的是，任何傳導(dǎo)元件可用以代替本發(fā)明的中間連接元件，如圖3B及3C所示。
應(yīng)被了解的是，在圖3A、3B及3C所示的插入物的實(shí)施例中，電子組件(未顯示)可配置于插入物300、330和360的兩端，以便插入物在諸端子(未顯示)間形成電氣連接。由薄片形成中間連接元件上述內(nèi)容主要集中于由軟線芯子形成的中間連接元件，其以一硬材料定形與外覆。本發(fā)明亦適于形成這樣一種中間連接元件，其由鑄形(諸如藉沖鍛或蝕刻)的軟的金屬薄片形成，且外覆以一硬材料。
關(guān)于由彈性材質(zhì)的平坦金屬層形成可向垂直方向變形的連接結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)已被說(shuō)明，例如，在美國(guó)專利第4,893,172號(hào)(“MATSUMOTO”)中。MATSUMOTO案公開(kāi)了制造在一絕緣薄片上的螺旋傳導(dǎo)平坦彈簧。各該彈簧的內(nèi)部端與一穿過(guò)絕緣片的孔對(duì)齊，該絕緣片對(duì)應(yīng)于晶片電極32的位置，且由軟焊料31焊至該電極上。各彈簧的外部端固定至絕緣薄片，且與一基材電極以軟焊料41連接。
MATSUMOTO案的彈簧的制造是通過(guò)將一薄的、平坦的彈簧材料(銅、銅合金、或銅的復(fù)合金屬)粘至一絕緣薄片(聚酰亞胺樹(shù)脂、玻璃、環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃聚酰亞胺樹(shù)脂、多元脂樹(shù)脂、包含石英纖維的聚酰亞胺樹(shù)脂、或一聚酰亞胺、包含碳纖維的環(huán)氧樹(shù)脂或多元脂)形成的。接著，在絕緣薄片材料上形成各大于尚待形成的傳導(dǎo)平坦彈簧的螺旋部分的孔。接著，該平坦彈簧材料藉光蝕刻形成一螺旋形狀。最后，將傳導(dǎo)平坦彈簧軟焊至對(duì)應(yīng)的切角電極32及基材電極42上。對(duì)此一步驟次序的一些替換敘述于MATSUMOTO案中(例如第4列，第27-36行)，其包括熱壓縮接合、硬焊或取代軟焊的焊接。所述各彈簧較適宜的大小范圍為，10-40μm厚度及40-70μm寬度(直徑)。MATSUMOTO案中所述的彈簧結(jié)構(gòu)在于在互連電極32和42間的固有的長(zhǎng)傳導(dǎo)路徑，如上所述，該結(jié)構(gòu)并不適于許多應(yīng)用。此外，在垂直方向(以給定的彈簧常數(shù))的增加的運(yùn)行使一較大直徑的螺旋彈簧成為必要。再者，MATSUMOTO案的裝置僅僅為諸電極間的全部中間連接的每彈簧確立一單一的彈簧常數(shù)。
從上所述可見(jiàn)，本發(fā)明易于建立復(fù)合中間連接元件(外覆芯子)的一第一彈簧常數(shù)，該中間連接元件向上突出以與一第一電子組件連接，以及建立復(fù)合中間連接元件(外覆芯子)的一與該第一彈簧常數(shù)不類似的第二彈簧常數(shù)，該中間連接元件向下突出以與一第二電子組件連接(例如，見(jiàn)圖3A)。一般而言，對(duì)一給定的外覆，且就同時(shí)對(duì)所有芯子進(jìn)行外覆而言，完全不同的彈簧速率可容易地通過(guò)調(diào)整芯子元件的物理特性(例如，厚度、形狀等等)而實(shí)現(xiàn)。此概念由下述的懸臂實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)。懸臂實(shí)施例1圖4A、4B、4C及4D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的用以制造一插入物的技術(shù)。在圖4A中，顯示了一平坦、薄(諸如0.001-0.005英寸)的軟金屬(例如，金、軟銅合金、軟鋁合金)薄片402被鑄形(如通過(guò)沖鍛或蝕刻)以形成此處所述的多個(gè)(此處顯示兩個(gè))細(xì)長(zhǎng)元件404、406。各細(xì)長(zhǎng)元件具有一個(gè)中間部分及兩個(gè)自中間部分在薄片平面上延伸的端部分。
如圖4B所示，一層光罩材料408(諸如光阻)施加于諸細(xì)長(zhǎng)元件區(qū)域外的軟金屬薄層上。各細(xì)長(zhǎng)元件的端部相對(duì)該薄片彎離平面。細(xì)長(zhǎng)元件404的一端部404a向一單一方向(向上，如所示)彎曲，藉以形成一自薄片402向上延伸的分接頭。該細(xì)長(zhǎng)元件的另一端部404b向一相對(duì)(向下，如所示)方向彎曲，藉以形成一自薄片402向下延伸的分接頭。分接頭404a、404b可以自薄片延伸至實(shí)質(zhì)上任何所需的距離，例如5-100密耳，以供微電子應(yīng)用。這種分接頭404a、404b的形狀能獨(dú)立地受控于彎曲步驟，故向上延伸的分接頭具有與向下延伸的分接頭相同或不同的形狀。
應(yīng)了解到，分接頭能以與細(xì)長(zhǎng)元件的鑄形相同的步驟成形，且此等步驟能以現(xiàn)有的設(shè)備執(zhí)行。
如圖4C所示，一絕緣(介電)支撐層410(諸如銩(Tm)或聚酰亞胺的薄層(膜、板))上設(shè)有多個(gè)孔412。絕緣薄片410置于軟金屬薄片402上，故諸孔412在相對(duì)于光罩材料的薄片的一側(cè)與諸分接頭對(duì)齊，且由合適的粘結(jié)劑(未顯示)固定于軟金屬薄片上。
在此實(shí)施例及下述諸實(shí)施例中的絕緣薄片可是一具有介電材料涂層的金屬板，且它們均屬于本發(fā)明的范疇。
整個(gè)組件于是被外覆以一硬材料，諸如鎳及其合金。支撐薄片410及光罩材料408確保僅有細(xì)長(zhǎng)元件被外覆以硬材料。最后，剝除光罩材料408，而尚未被外覆的軟金屬被諸如選定的化學(xué)蝕刻法移除?？蛇x擇的方式為，在后完工步驟時(shí)，中間連接元件可以以一展現(xiàn)良好接觸阻力特性，諸如金的材質(zhì)加以外覆。
由此造成一具有復(fù)合中間連接元件(外覆的分接頭)的中間連接結(jié)構(gòu)，而復(fù)合中間連接元件自其頂及底表面延伸，如圖4D所示，各該向上延伸的復(fù)合中間連接元件的作用為一懸臂，且被一薄片連接至一亦作懸臂而向下延伸的其中一個(gè)相對(duì)分接頭上，各該復(fù)合中間連接元件足以傳遞一所需的接觸力(例如，15克)至一電子組件的對(duì)應(yīng)端子處。
以此方式，可獲得一插入物400，其具有二尖端供連接一第一電子組件(未顯示)的端子420至一第二電子組件(未顯示)的端子422之用，且可獲得一適于使用于一插入物的第二中間連接結(jié)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)具有二尖端供連接該第一電子組件(未顯示)的端子424至該第二電子組件(未顯示)的對(duì)應(yīng)端子426之用。
圖4D繪示了一中間連接結(jié)構(gòu)400，其由一細(xì)長(zhǎng)元件416形成，并以形成前述中間連接結(jié)構(gòu)的方式外覆以相同的材料412。細(xì)長(zhǎng)元件416與細(xì)長(zhǎng)元件406以一距離縱向地成一列，而細(xì)長(zhǎng)元件404則與細(xì)長(zhǎng)元件406以一距離橫向地成一列，由此表示中間連接元件可以以陣列配置。鄰接的細(xì)長(zhǎng)元件之間的空間將針對(duì)圖7A及7B更詳細(xì)地描述。
此技術(shù)及將會(huì)明顯的后述的技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，一可輕易成形(沖鍛及定形)的軟的、非彈性金屬薄片可以以一類似于軟線芯子被定形及外覆以展現(xiàn)彈性的方式被外覆，并展現(xiàn)強(qiáng)韌的彈性特性。
一夾具可以在外覆(例如，電鍍)程序期間執(zhí)行光罩的功能，而使光罩材料為非必要的，這也屬于本發(fā)明的技術(shù)范疇之內(nèi)。
多個(gè)中間連接元件可以形成一對(duì)應(yīng)接觸結(jié)構(gòu)，接著在彼此附近以諸如一支撐薄片被支撐，這也屬本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)。
一般而言，支撐層410以一彼此規(guī)定的關(guān)系，諸如以一垂直(x，y) 陣列模型，支撐多個(gè)中間連接元件。支撐層可以是可撓的，如上所述，也可以是剛性的(例如，由陶瓷制成)。一可撓的支撐層具有可讓被支撐的中間連接元件在某一定程序的垂直位置“懸浮”的優(yōu)點(diǎn)，以調(diào)整待連接的電子組件的表面差異(公差)。此主題將會(huì)在討論圖7A及7B時(shí)予以詳述。懸臂實(shí)施例2圖5A-5F繪示了由一平坦金屬薄片制造一插入物的代替技術(shù)。
如圖5A所示，一平坦軟金屬(例如，銅)薄片(如，箔)被鑄形(沖鍛、蝕刻、或類似方法)，以便具有對(duì)立的細(xì)長(zhǎng)元件504及506，它們大致彼此鄰接且平行。細(xì)長(zhǎng)元件506及504的底端由一環(huán)508所固持。
以一類似于圖4A-4D的實(shí)施例的方法，細(xì)長(zhǎng)元件504的一端被彎曲成一向一方向彎曲的分接頭，而另一被彎曲成向一相反方向的分接頭，導(dǎo)致圖5B(比較圖4B)所示的狀態(tài)。
如圖5C所示，一合適的光罩材料510(諸如光阻)施加于薄片502上，且在環(huán)508及細(xì)長(zhǎng)元件504及506的區(qū)域之外。
薄片502于是被外覆(如，電鍍)以一硬金屬材料(如鎳或其合金)512，藉以將分接頭(定形的細(xì)長(zhǎng)元件504及506)轉(zhuǎn)換成具有彈簧功能的中間連接元件。接著，藉由諸如選定的蝕刻法將光罩材料510移除，形甩圖5D所示的插入物結(jié)構(gòu)500，它具有上指的復(fù)合中間連接元件及對(duì)應(yīng)的下指的復(fù)合中間連接元件，向上及向下指的中間連接元件皆作為懸臂，各足以傳遞一所需的接觸力(如，15克)至一電子組件的對(duì)應(yīng)端子。
以此方式可獲得插入物500，它具有兩端，供將一第一電子組件(未顯示)的端子520連接至一第二電子組件(未顯示)的對(duì)應(yīng)端子522之用。
一般來(lái)說(shuō)，圖4A-4D的實(shí)施例400較優(yōu)于圖5D-5A的實(shí)施例500。懸臂實(shí)施例3如圖6A-6D所示，通過(guò)將一軟金屬薄片602鑄形成具有兩個(gè)平行(并排)的細(xì)長(zhǎng)元件604及606，且它們共用一底部608，可形成一類似產(chǎn)品(如，針對(duì)圖5A-5E前述實(shí)施例而言)。
細(xì)長(zhǎng)元件604的一端被彎曲成一向一方向延伸的分接頭，而細(xì)長(zhǎng)元件的另一個(gè)被彎曲成向一相對(duì)方向延伸的分接頭，造成如圖6B所示的形態(tài)(比較圖5B)。
如圖6C所示，將合適的光罩材料，諸如光阻610施加于薄片602上，但在細(xì)長(zhǎng)元件604及606及它們的共用底部608區(qū)域之外。
接著，薄片602被外覆(如，電鍍)一硬金屬材料(如鎳或其合金)612，藉以將分接頭(定形的細(xì)長(zhǎng)元件604及606)轉(zhuǎn)換成具有彈簧功能的中間連接元件。接著，藉由諸如被選定的蝕刻法將光罩材料610移除，且將所有非外覆(藉612)的軟金屬602移除，形成圖6D所示的插入物結(jié)構(gòu)600，它具有上指的復(fù)合中間連接元件及對(duì)應(yīng)的下指的復(fù)合中間連接元件，向上及向下指的中間連接元件皆作為懸臂，各足以傳遞一所需的接觸力(如，15克)至一電子組件的對(duì)應(yīng)端子。
以此方式，可獲得插入物600，它具有兩端，供將一第一電子組件(未顯示)的端子620連接至一第二電子組件(未顯示)的對(duì)應(yīng)端子622之用。
雖未顯示，但多個(gè)中間連接元件可以通過(guò)將它們固定至一諸如設(shè)有多個(gè)孔的合適的支撐組件上，而配置于一所需的模圖(如一矩形陣列)上，如圖4C所示?！盎斐伞睂?shí)施例參照?qǐng)D4A-4D所示的實(shí)施例，很明顯，在細(xì)長(zhǎng)元件404、406原長(zhǎng)(彎曲前)基礎(chǔ)上建立的分接頭限制了自該薄片延伸的長(zhǎng)度，換言之，即最終中間連接元件的長(zhǎng)度(和/或高度)受到了限制。
這里所使用的名詞“長(zhǎng)度”一般指一細(xì)長(zhǎng)元件在定形(若有)之前的縱向大小，而名詞“高度”一般指細(xì)長(zhǎng)元件(及最終中間連接元件)在定形及涂層之后的縱向大小。為本文獻(xiàn)的的緣故，這些名詞大致上是可替換的。
如上所述，在一微電子區(qū)域中建立一具有微細(xì)間隙的、諸如鄰近中間連接元件間為0.010英寸(10密耳)的中間連接元件陣列是人所希望的。然而，對(duì)于各中間連接元件而言，能具有50密耳、100密耳或更多高度亦是人所希望的。參見(jiàn)圖4D，可明顯看到，位于鄰近中間連接結(jié)構(gòu)間(例如，406、416)的10密耳的空間會(huì)使中間連接元件的此種高度在實(shí)質(zhì)性上是不可能的。
圖7A及7B繪示了根據(jù)本發(fā)明克服實(shí)質(zhì)性上限制的技術(shù)。
圖7A繪示一軟材質(zhì)制的平坦薄片702。一單一細(xì)長(zhǎng)元件704(比較404、504、604)形成于薄片702上，且向一方向(向下，如所示)彎曲，藉以形成一個(gè)自薄片702向下延伸的分接頭。
因?yàn)?，如上述，人們期望具有相?dāng)長(zhǎng)度但又彼此緊密配置的中間連接元件，于是，將芯子710附接于分接頭的上(如所示)表面，靠近分接頭自由端處，且定形成具有彈簧功能的形狀。該芯子可形成具有彈簧功能的任何形狀(例如，比較圖1B所示的形狀)，且能成為實(shí)質(zhì)上想要的任何長(zhǎng)度，且一金接合線合適地連接該分接頭，如圖7B所示，分接頭704及芯子710的最終組件是外覆以一諸如鎳及其合金的硬材料712。芯子710大致正規(guī)地(如，以九十度)延伸至分接頭704的表面。
以此方式，可獲得一適于使用于一插入物的中間連接結(jié)構(gòu)，它具有兩端，供將一第一電子組件(未顯示)的端子720連接至一第二電子組件(未顯示)的一對(duì)應(yīng)的端子722之用。
分接頭(外電鍍以材料712的細(xì)長(zhǎng)元件704)作為芯子710的一“懸浮支撐”，且也在該芯子的下端(如所示)建立一接觸尖端。這是有利的，尤其在需要中間連接元件來(lái)調(diào)節(jié)一待接觸的電子組件諸端子的同平面性上總偏差的應(yīng)用。舉例言之，一電子組件可以具有非平面的表面，此情況下電子組件諸端子(如，722)將會(huì)在“Z”(垂直)軸的不同位置上。兩個(gè)機(jī)構(gòu)可用來(lái)調(diào)節(jié)這種非平面性。首先，分接頭704容易地用來(lái)調(diào)節(jié)這種不規(guī)則(位置上的公差)，而允許中間連接元件710建立一相當(dāng)堅(jiān)固且可預(yù)測(cè)的彈性力在該兩互連的電子組件之間。第二，外覆的芯子亦可以展現(xiàn)塑性及彈性形變的組合，塑性形變可調(diào)節(jié)電子組件上的端子的非平面性。因此，外覆的細(xì)長(zhǎng)元件704主要作為外覆細(xì)長(zhǎng)元件710的懸浮支撐，而毋需制造一相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)給外覆的細(xì)長(zhǎng)元件710提供所使用的接觸力，即使其較硬于外覆的細(xì)長(zhǎng)元件710。(比較圖3B所示實(shí)施例330的彈性支撐338)。
或者，細(xì)長(zhǎng)元件704可以實(shí)質(zhì)上整個(gè)被光罩(例如，比較圖5C的光罩材料510)，以便細(xì)長(zhǎng)元件704對(duì)主要由塑性形變而非由彈性形變所形成的力作反應(yīng)。在此方面，這種替代的結(jié)構(gòu)會(huì)承受一些(有限的)如圖3B所示實(shí)施例的功能上的類似點(diǎn)。細(xì)長(zhǎng)元件704是部分或完全地被光罩，以便借助控制形成于其上的外覆材料712的量而視需要調(diào)整其物理特性，這也屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
明顯地，圖7A-7B的實(shí)施例700能使中間連接元件以一微細(xì)(如，10密耳)的間隙制成，但其長(zhǎng)度及延伸的高度(如，100密耳)遠(yuǎn)大于它們的間隙。
芯子710能安裝于一端部平坦螺旋彈簧上，諸如示于前述美國(guó)專利第4，893，172號(hào)案中的螺旋彈簧的內(nèi)部端，這也屬于本發(fā)膽的范圍內(nèi)。制造單獨(dú)的中間連接元件圖8A及8B繪示了制造單獨(dú)中間連接元件的技術(shù)，諸如堆積多個(gè)這種“彈簧接觸”的元件，且隨后自動(dòng)地將它們組裝成一諸如半導(dǎo)體元件或插入物的支撐基材的電子組件。
圖8A繪示了一技術(shù)800，其中諸如軟銅材質(zhì)的一平坦薄片(箔)802通過(guò)沖鍛、蝕刻或類似方法已形成多個(gè)(此顯示一個(gè))細(xì)長(zhǎng)元件(分接頭)804。細(xì)長(zhǎng)元件804隨后被定形成具有一彈簧的形狀。各細(xì)長(zhǎng)元件804具有一底部804a，其實(shí)質(zhì)上為薄片802的一殘余(剩余)部，且其最好被允許保持與薄片802共平面。各細(xì)長(zhǎng)元件804自底部804a的相對(duì)端具有一端(頂)部804b。細(xì)長(zhǎng)元件804位于頂部804b與一鄰接于底部804a的部分804d之間的區(qū)域804c，彎曲成任何適當(dāng)?shù)?、具有彈簧功能的形狀?br> 合適的光罩材料806(諸如光阻)施加于薄片802的兩側(cè)，包括(如所示)可選擇地加于細(xì)長(zhǎng)元件804的底部804a上，留下細(xì)長(zhǎng)元件804的“可操作”部分為未光罩的狀態(tài)。然后，細(xì)長(zhǎng)元件外覆以一合格的材料808，且如上所述，選定作為傳遞彈性至最終中間連接元件的能力。外覆材料可以選擇性地覆蓋細(xì)長(zhǎng)元件804的底部804a.
然后，去除光罩材料806，諸如藉由選擇的蝕刻。由此形成多個(gè)單獨(dú)復(fù)合中間連接元件，這種元件能安裝至一電子組件上，或通過(guò)它們的底部804a被固定在一支撐基材上，而以彼此規(guī)定的空間關(guān)系(如，一陣列)被支承。或者，多個(gè)根據(jù)此一技術(shù)形成的中間連接元件能被一彈性體支撐于一陣列中。
圖8B繪示了另一技術(shù)850，其中諸如軟銅材質(zhì)的一平坦薄片(箔)852通過(guò)沖鍛、蝕刻或類似方法而形成多個(gè)(此處示六個(gè))細(xì)長(zhǎng)元件(分接頭)854。細(xì)長(zhǎng)元件804隨后被定形成具有一彈簧的形狀。各分接頭854a可比得上先前實(shí)施例800中的底部804a。在此實(shí)施例850中，薄片被沖鍛以便底部854a全部彼此連接。所繪示的“橋”856僅是例示性質(zhì)。細(xì)長(zhǎng)元件可以在沖鍛期間或之后被定形。
細(xì)長(zhǎng)元件854被定形成具有彈簧形狀，然后如上所述被外覆以合適的材料(未顯示)。外覆層(未顯示，如上述)最好在細(xì)長(zhǎng)元件仍然彼此互連之際施加，且不需要施加任何光罩材料。
在一最終步驟時(shí)，包含多個(gè)互連的、外覆的細(xì)長(zhǎng)元件的薄片被進(jìn)一步?jīng)_鍛，以便彼此分離(分隔)成單獨(dú)的外覆細(xì)長(zhǎng)元件。
如前述例子800，此技術(shù)850形成多個(gè)單獨(dú)的中間連接元件，它們能安裝至一電子組件、或通過(guò)將它們的底部固定在一支承基材上而彼此被支撐于一陣列中?；蛘?，多個(gè)根據(jù)此一技術(shù)形成的中間連接元件能被一彈簧體懸置于一陣列中。制造連接器/插槽圖9繪示了使用上述關(guān)于自一軟金屬薄片制造中間連接元件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，該軟金屬薄片已被外覆以一硬材料。連接器900包含一塑料的本體902及多個(gè)(顯示兩個(gè))用于連接器本體902內(nèi)的中間連接元件904、906。各中間連接元件906、904以一類似于上述有關(guān)圖4A-4D的插入物的方式被制造，即一軟金屬薄片910被鑄形及定形成具有一特定形狀，然后外覆以一硬材料912以提供所需的機(jī)械特性(如彈性)。如先前的例子，具有杰出電氣特性(如，金)的材料的一最后層(未顯示)能施加于外覆的中間連接元件上。
連接器900適于容納另一個(gè)匹配的連接器或電子組件，如所示，具有自表面延伸的接腳924及926的電子組件920，接腳924及926分別插入中間連接元件904及906。
如上所述，本發(fā)明大大有別于現(xiàn)有技術(shù)，其中一外覆層是用來(lái)提供所需的機(jī)械特性(如，彈性)給另一非彈性、易成形、不完全的中間連接元件(接觸結(jié)構(gòu))。在現(xiàn)有技術(shù)中，涂層(包括金電鍍)主要用于強(qiáng)化中間連接元件的電氣特性，且防止腐蝕。
中間連接元件能在電子組件上“于其原來(lái)的位置”被制成，或“預(yù)先制造”供隨后安裝于電子組件之用。
雖然本發(fā)明已在附圖及前述說(shuō)明中詳細(xì)予以繪示及說(shuō)明，但其乃作為說(shuō)明而非作為限制。應(yīng)該了解到僅有較佳實(shí)施例被顯示及描述，但所有來(lái)自本發(fā)明精神的變化及修改均應(yīng)被保護(hù)。無(wú)疑地，本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員會(huì)聯(lián)想到許多其它上述“主題”的“變化”，但這些變化乃應(yīng)屬于本發(fā)明范疇之內(nèi)。若干這種變化則在母案中有描述。
權(quán)利要求
1.一種制造復(fù)合半導(dǎo)體連接元件的方法，包括形成一具有彈簧形狀的芯子；及以足夠厚度及足夠屈服強(qiáng)度的材料外覆該芯子，以使最終復(fù)合連接元件具有所需的彈性量，并決定所述彈性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該芯子選自由金、銅、鋁及它們的合金所組成的集合中的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該芯子由選自由鎳及其合金所組成的集合中的材料所外覆。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該芯子的直徑為0.0005至0.0020英寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于外覆在芯子上的材料具有0.00025至0.0030英寸的厚度。
6.一種將中間連接元件裝設(shè)至電子組件的端子上的方法，其中將一芯子元件附接于一電子組件的一端子上；及用足夠厚度及屈服強(qiáng)度的材料外覆該芯子元件及至少該端子的附近部分，以便將最終復(fù)合連接元件固定裝設(shè)在該端子上，該外覆材料實(shí)質(zhì)上使最終連接元件固定至該端子上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該芯子選自由金、銅、鋁及它們的合金所組成的集合中的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在該芯子上外覆選自由鎳及其合金所組成的集合中的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該芯子的直徑為0.0005至0.0020英寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于外覆在芯子上的材料具有0.00025至0.0030英寸的厚度。
11.一種制造中間連接元件的方法，包括裝設(shè)許多芯子元件至一待去除基材的表面；以至少一種材料的至少一層外覆該芯子元件；及移除該待去除基材。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包含在將芯子元件裝設(shè)至待去除基材的表面之前，通過(guò)將光罩材料施加于基材表面并使光罩材料圖案化而具有開(kāi)口來(lái)限定待去除基材表面上的區(qū)域，以便制造連接元件，每一開(kāi)口限定待去除基材表面的一對(duì)應(yīng)區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于在將該芯子元件裝設(shè)至待去除基材的表面之前，在待去除基材表面形成尖端結(jié)構(gòu)，之后，將許多芯子元件裝設(shè)在尖端結(jié)構(gòu)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包含移除待去除基材以形成許多分離的、單獨(dú)的連接元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包含在外覆該芯子元件之后，及在移除待去除基材前，以所需的彼此空間關(guān)系固定連接元件。
16.一種制造供微電子應(yīng)用的中間連接元件的方法，其包含提供相對(duì)軟的材料制的芯子，以及一相對(duì)硬的材料制的殼外覆該芯子。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于以一方法外覆一芯子，該方法選自不同方法組成的集合，它包含從水溶液析出的材料沉積、電解液電鍍、無(wú)電鍍敷、化學(xué)蒸汽沉積法(CVD)、物理蒸汽沉積法(PVD)、以及可使液體、固體及氣體分離的方法。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于該芯子為一線。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于該芯子是由金屬片材圖案化形成的分接頭。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于該芯子選自由金、銅、鋁及它們的合金所組成的集合中的材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于在該芯子上外覆以選自由鎳及其合金所組成的集合中的材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于該芯子具有第一屈服強(qiáng)度；該殼具有第二屈服強(qiáng)度；及該第二屈服強(qiáng)度至少為第一屈服強(qiáng)度的兩倍。
23.一種將中間連接元件裝設(shè)至電子組件的端子上的方法，其包含將一第一材料上的細(xì)長(zhǎng)元件附著于電子組件的端子上；及以一具較第一材料的屈服強(qiáng)度高的第二材料外覆該細(xì)長(zhǎng)元件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，還包含當(dāng)外覆該細(xì)長(zhǎng)元件時(shí)，第二材料至少外覆該端子的暴露表面部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于該芯子是一線；以一方法外覆該線，該方法選自不同方法組成的集合，它包含從水溶液析出的材料的沉積、是電解液電鍍、無(wú)電鍍敷、化學(xué)蒸汽沉積法(CVD)、物理蒸汽沉積法(PVD)、以及可使液體、固體及氣體分離的方法。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于該第一材料是選自由金、銅、鋁及它們的合金組成的集合中的材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于該第二材料是選自由鎳及其合金所組成的集合中的材料。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于該細(xì)長(zhǎng)元件外覆有多層材料，其中至少一層由第二材料所制成。
29.一種制造插入物的方法，其包含由第一材料制成至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)元件；以一具較第一材料屈服強(qiáng)度高的第二材料外覆該細(xì)長(zhǎng)元件。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于還包含將第一多個(gè)經(jīng)外覆的細(xì)長(zhǎng)元件裝設(shè)于支撐基材的第一表面；將第二多個(gè)經(jīng)外覆的細(xì)長(zhǎng)元件裝設(shè)于支撐基材的第二表面；將第一多個(gè)經(jīng)外覆的細(xì)長(zhǎng)元件選定中的一個(gè)經(jīng)由支撐基材連接至第二多個(gè)經(jīng)外覆的細(xì)長(zhǎng)元件中選定的一個(gè)上。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于至少一個(gè)經(jīng)外覆的細(xì)長(zhǎng)元件具有兩端，一端及一相對(duì)該端的另一端；還包含在支撐基材上的相對(duì)應(yīng)的孔上支撐著至少一個(gè)經(jīng)外覆的細(xì)長(zhǎng)元件，每一孔由支撐基材的第一表面延伸至支撐基材的第二表面，如此，每一經(jīng)外覆元件的一端自支撐基材的第一表面延伸，而每一經(jīng)外覆元件的另一端自支撐基材的第二表面延伸。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于該經(jīng)外覆的細(xì)長(zhǎng)元件是藉由彈性體支撐于支撐基材的孔中。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于該經(jīng)外覆的細(xì)長(zhǎng)元件是藉由焊料支撐與支撐基材的孔中。
34.一種制造插入物的方法，其包含在第一材料的片材中生成一具第一分接頭及第二分接頭的中間連接元件；折彎該分接頭，如此，兩分接頭中的一個(gè)以第一方向自片材延伸，兩分接頭中的另一個(gè)以第二方向自片材延伸；以一具較第一材料屈服強(qiáng)度高的第二材料外覆該分接頭。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，還包含提供許多中間連接元件；用一絕緣片材，以一彼此間的空間關(guān)系支撐許多中間連接元件。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于在折彎該分接頭之前，將第一分接頭與第二分接頭縱向地排成一線。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于在折彎該分接頭之前，該第一分接頭平行于第二分接頭。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于在折彎該分接頭之前，該第一分接頭平行于第二分接頭，且這些分接頭共用一底部。
39.一種制造中間連接元件的方法，其包含由第一材料的片材生成一作為分接頭的第一細(xì)長(zhǎng)元件，該分接頭具有一自由端部；將第二細(xì)長(zhǎng)元件的第一端裝設(shè)于該分接頭的自由端部，該第二細(xì)長(zhǎng)元件具有一第二端，且該第二細(xì)長(zhǎng)元件由第二材料所制成；及，以較第二材料的屈服強(qiáng)度高的第三材料外覆第二細(xì)長(zhǎng)元件與第一細(xì)長(zhǎng)元件的至少一部分。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，還包含在外覆第二細(xì)長(zhǎng)元件過(guò)程中，外覆整個(gè)第一細(xì)長(zhǎng)元件。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的所述的方法，其特征在于，還包含將許多第二細(xì)長(zhǎng)元件的第一端部裝設(shè)至許多分接頭的自由端上。
42根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，還包含以彼此間的空間關(guān)系配置許多分接頭。
43.一種制造具可控阻抗的彈性中間連接元件的方法，供使用于微電子應(yīng)用上，其包含形成一內(nèi)部細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體元件以具有一彈簧形狀；在內(nèi)部元件上施加一絕緣材料；以一導(dǎo)體材料外覆絕緣材料層。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于該內(nèi)部元件包含一芯子，該芯子已外覆一足夠厚度及足夠屈服強(qiáng)度的材料，以使該最終復(fù)合中間連接元件具有所需的彈性量。
45.一種供微電子用的中間連接元件，其包括一由軟材料制成的芯子；一設(shè)置在該芯子外的硬材料；其中，基于使中間連接元件具有彈性的能力來(lái)選擇硬材料。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的中間連接元件，其特征在于該芯子具有小于40,000psi的屈服強(qiáng)度；該硬材料具有大小80,000psi的屈服強(qiáng)度。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的中間連接元件，其特征在于該芯子是一細(xì)長(zhǎng)元件。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的中間連接元件，其特征在于該細(xì)長(zhǎng)件是一線。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的中間連接元件，其特征在于線的一端附接于電子組件的端子上，且線自該端子延伸。
50.根據(jù)權(quán)利要求45所述的中間連接元件，其特征在于該芯子是由一片材形成的一分接頭。
51.一種制造單個(gè)彈簧接觸元件的方法，其包含將一片材料圖案化以使之具有許多細(xì)長(zhǎng)元件，每一細(xì)長(zhǎng)元件具一尖端且一相反于尖端的底部；將每一細(xì)長(zhǎng)元件成形以使其在該尖端與相鄰底部的一部分之間的區(qū)域內(nèi)具有一彈簧形狀，以及，用一種選定的材料外覆除它們底部外的整個(gè)細(xì)長(zhǎng)元件，該材料能提供彈性給許多由此產(chǎn)生的彈簧接觸元件。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的中間連接元件，其特征在于自片材上分離彈簧接觸元件。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，還包含將該彈簧接觸元件裝設(shè)至一電子組件上。
54.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，還包含以預(yù)定的彼此間空間關(guān)系來(lái)支撐許多彈簧接觸元件。
全文摘要
展現(xiàn)良好機(jī)械特性的電子組件的復(fù)合中間連接元件,是通過(guò)將一軟材料(諸如金)定型成一具有彈簧形狀(包括懸臂梁、S形、U型)的細(xì)長(zhǎng)元件(芯子),且在該定形的細(xì)長(zhǎng)元件上外覆一硬材料(諸如鎳及其合金),以賦予所需彈簧(彈性)特性而形成的。一具有優(yōu)越性質(zhì)(例如,導(dǎo)電性和/或軟焊性)材料的最后的外覆可施加于復(fù)合中間連接元件。此細(xì)長(zhǎng)元件可以由一線、或由一薄片(例如,金屬箔)所組成。最終的中間連接元件可以安裝在各種電子組件上。
文檔編號(hào)H05K3/40GK1171167SQ95197034
公開(kāi)日1998年1月21日 申請(qǐng)日期1995年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月15日
發(fā)明者伊格爾·Y·漢洛斯, 蓋坦·L·馬希 申請(qǐng)人:佛姆法克特股份有限公司