螺旋状微电子触头及其制造方法技术

本文公开了适用于在器件和匹配衬底之间形成电气接触的微电子弹性触头及其制造方法。弹性触头具有粘附于器件衬底并与器件衬底的接线端相隔开的柔性焊盘。柔性焊盘具有粘附于衬底的底部以及从衬底延伸出并在远离衬底处削锥至一较小的端部区域的侧表面。引线可从器件的接线端盘绕于柔性焊盘并向其端部区域延伸以形成螺旋形状。柔性焊盘端部区域的至少一部分被引线所覆盖，在柔性焊盘上的引线的一部分由柔性焊盘支承。或者，去除焊盘以留下自立式螺旋状触头。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于半导体器件或类似器件的微电子触头。
技术介绍
始终趋于更小和更复杂的电子元件的需求已演变成对更小或更复杂的集成电路(IC)的需求。始终趋于更小的IC以及更高引线数量则要求更复杂的电气连接方案，包括用于永久或半永久粘结的封装以及适用于诸如测试和烧入(burn-in)等可迅速拆下的应用场合。例如，相比于几年前普遍使用的IC封装，许多现代IC封装具有更小的覆盖区，更多的引线数量和更好的电气性能和热性能。一种这样的紧凑型IC封装是球栅阵列(BGA)封装。BGA封装一般都是带接线端的矩形封装，一般都以球栅的形式封装凸出于封装底部。这些接线端可设计成安装在定位于印刷电路板(PCB)或其它合适衬底表面上的多个焊盘上。网格的焊球通过回流以及焊接于匹配元件上的焊盘而产生，例如，使安装着BGA封装的元件通过超声波腔室或类似热能量源，并随后移去热能量源并冷却和固化焊料以形成一种相对永久的焊接。一旦熔融并再次固化，焊球连接就难被再次使用。因此，在测试和烧入阶段需要可分离、可迅速拆下的触头元件以接触IC的接线端盘或BGA封装的焊球。用于紧凑型封装和连接方案的可迅速拆下的触头元件已在先前被发现。在5917707号美国专利专利中(Khandros等)已披露了用于直接安装到诸如IC的衬底的可迅速拆卸、可伸缩的弹性微电子弹性触头。在这些事情中，5917707号专利所公开的微电子弹性触头是使用引线粘合工艺制成的，其中引线粘合工艺包括将非常细的引线粘合到衬底上，并随后是引线的电镀以形成可伸缩的元件。这些微电子触头在应用中提供了大量优点，诸如在后端晶片处理，特别是用作探针板的触头结构的应用中，触头元件和使用细钨丝代替。这些相同或类似的触头元件一般也可用于半导体器件间形成电气接触，以及在几乎各种类型的电子器件中形成临时的(可迅速拆下的)和较永久的电气连接。然而目前制造细距弹性触头的成本将其应用范围限制到受成本影响较小的应用场合中。制造成本的多少与制造设备和工艺处理时间相关。在前面提到的专利中所描述的触头是以一系列工艺(即每次一道工序)制造的，该工艺无法轻易地转化成可平行的每次多道工序的工艺。因此，开发了多种新型的触头结构，本文称之为平版印刷型微电子弹性触头，它使用非常适于平行地制造多个弹性结构的平版印刷制造工艺，由此大量减少与各触头相关的成本。平版印刷型微电子弹性触头的范例及其制造工艺在共同享有并处于权利未定状态的Pedersen和Khandros于1998年2月26日提交的序列号为09/032473的标题为“平版印刷型微电子触头结构”的美国专利申请以及Pedersen和Khandros于1998年2月4日提交的序列号60/073679的标题为“微电子触头结构”中已有描述。这些专利申请公开了用一系列平板印刷步骤制造弹性结构、由此构造具有多个金属镀层的弹性触头的高度的方法，其中多个金属镀层可采用多种平版印刷技术进行图形化。微电子弹性触头较佳地设有足够的高度以补偿安装衬底的不平整性并提供用于在弹性触头下面安装元件(诸如电容)的空间。在单个平版印刷步骤中获得足够高度的方法，即单层弹性层以及由此获得的范例型结构在共同享有且处于权利未定状态的由Eldridge和Mathieu于1999年7月30日提交的序列号为09/364788标题为“互连组件及方法”的美国专利申请以及Eldridge和Wenzel于2000年9月9日提交的序列号为09/710539标题为“具有改进轮廓的平版印刷规模微电子触头结构”中已公开。前面的申请公开了由单个金属层所制成的弹性元件。该金属层镀覆于三维图形化的牺牲材料层上，该牺牲材料层可通过微加工或微模制工艺来形成。然后，将牺牲层去除，留下具有去除层的轮廓形状的自立式弹性触头。因此存在改进微电子弹性触头及其制造方法的需求，它能在明显较低的成本下实现或改善多层或单层弹性触头的性能。弹性触头非常适用于十分密集的微细距阵列以便于直接连接于IC及其类似器件，并能实现相对可拆下连接和相对永久(例如焊接)连接。另外，要求微电子弹性触头也能适用于紧凑型封装方案中，其中低成本、可拆性以及弹性都很重要。范例性应用场合包括便携式电子器件(蜂窝电话、掌上电脑、寻呼机、磁盘驱动器等)，它们需要比BGA封装更小的封装。在这种应用场合中，焊接凸块有时可直接地沉积到IC自身表面上并用于固定到印刷电路板(PCB)上。这种方法一般被称为直接芯片粘结或倒装芯片。但该倒装芯片方法存在许多缺点。一个关键缺点是要求在芯片下部底部填充聚合物。要求底部填充减少由硅芯片的相对低的低热膨胀率相对于基于树脂的PCB一般要高得多的膨胀率所引起的热应力。底部填充的存在经常使再次使用元件变得不可能。结果，如果IC及其与PCB的连接上有缺陷，经常必须舍弃整块PCB。已开发出另一类型BGA封装件，芯片尺寸球栅阵列或芯片尺寸封装(CSP)以克服倒装芯片的缺点。在芯片尺寸封装中，焊球端一般设置于半导体芯片的下面以减少封装的尺寸，另外出现了附加的封装元件以消除底部填充的需要。例如，在某些CSP中，软的柔性弹性体层(或弹性体焊盘)设置在芯片和焊球端之间。焊球端可安装在薄的2层柔性电路上或安装在柔性部件的接线端处。IC一般通过引线或抽头线连接于柔性电路或弹性部件的接线端，整个组件(除了球栅阵列)被包裹在合适的树脂内。弹性部件一般是诸如硅树脂的聚合体，厚度大约为125μm至175μm(5-7mils)。弹性焊盘或弹性层基本上能实现用于倒装芯片的底部填充的功能并代替底部填充，即，使芯片和PCB之间的热失配应力最小化。在其它CSP设计中，IC直接粘附到两层柔性电路的表面上，并用引线连接于柔性电路芯片侧上的接线端。焊球可安装在柔性电路的反面。这种设计缺少用于分离芯片与PCB的弹性体层并因此可能无法消除底部填充的需要。当前的芯片尺寸封装设计具有很多缺点。弹性体材料易于吸收水汽，且如果吸收过量的水汽，在回流温度下水汽的快速逸出将导致弹性体层内的空隙形态或封装的破裂。例如，水汽可能从弹性体内的聚合物材料中逸出并陷入于连结用黏合剂内。然后，在板组件加热操作过程中，所吸附的水汽膨胀就会形成空隙，这一般会引起裂纹并使封装失效。这种空乏形态在回流连结于PCB时尤其成问题。芯片尺寸封装设计的另一难点是弹性件集成工艺，这一般是通过将弹性焊盘拾取并定位在各个位点上或通过网眼印刷并随后固化液态聚合体而完成的。无论哪种情况都难以满足CSP应用场合中所要求的严格容差和封装的平整度。例如，在典型的CSP设计中，封装的平整性(平面度)应小于25μm(1mil)以确保所有的焊球在回流时与PCB建立接触。使用现有技术的工艺沉积弹性材料是难以实现这种程度的平整性的。因此，还需要为诸如CSP和倒装芯片应用场合提供一种改善的微电子触头元件。
技术实现思路
本专利技术的弹性触头结构可通过考虑其范例性制造方法而理解。在该方法的初始步骤中，一个精确构形的凹槽，诸如金字塔形凹槽用任何合适的技术(比如蚀刻和造型)形成在牺牲衬底上。一般来说，大量相同凹槽的阵列可同时形成在牺牲衬底上，排列成对应于将形成电子器件的触尖所要求位置的图形。然后根据需要，在各个凹槽的表面上涂覆一层薄的合适的脱模材料，诸如聚四氟乙烯(PTFE)。然后，凹槽采用合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于在器件衬底的接线端和匹配元件之间形成电气接触的微电子触头，所述触头包括：　　　　底部粘附于衬底、侧表面从衬底延伸出并在远离衬底处削锥至一端部区域的柔性焊盘；　　　　从器件接线端延伸并盘绕柔性焊盘的侧表面的一部分至端部区域、由此确定一螺旋形的引线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-4-10 10/411,1751.一种适用于在器件衬底的接线端和匹配元件之间形成电气接触的微电子触头，所述触头包括底部粘附于衬底、侧表面从衬底延伸出并在远离衬底处削锥至一端部区域的柔性焊盘；从器件接线端延伸并盘绕柔性焊盘的侧表面的一部分至端部区域、由此确定一螺旋形的引线。2.如权利要求1所述微电子触头，其特征在于，柔性焊盘与接线端隔开。3.如权利要求1所述微电子触头，其特征在于，柔性焊盘基本上是不导电的。4.如权利要求1所述微电子触头，其特征在于，柔性焊盘的形状可选自金字塔形、截顶的金字塔形、菱形、截顶的菱形、圆锥形、截顶的圆锥形以及半球形。5.如权利要求1所述微电子触头，其特征在于，引线包括镍材料。6.如权利要求1所述微电子触头，其特征在于，柔性焊盘基本上由硅橡胶、聚环氧化物、聚酰亚胺和聚苯乙烯中选取的材料构成。7.一种微电子触头结构，包括以从支承衬底处延伸的削锥的螺旋形状盘绕的自立式弹性部分，所述弹性部分通过图形化在削锥的牺牲焊盘上的导电性材料并去除焊盘而形成；粘附于衬底和弹性部分最接近衬底的一端的导电性引线；以及设置在远离衬底的弹性部分的一端上的触尖。8.如权利要求1所述微电子触头，其特征在于，所述弹性部分的形状是选自金字塔形、截顶的金字塔形、菱形、截顶的菱形、圆锥形、截顶的圆锥形以及半球形的形状的削锥。9.如权利要求1所述微电子触头，其特征在于，所述弹性结构被涂覆以金或其合金。10.一种用于制造微电子触头的方法，包括提供一削锥的焊盘，所述焊盘包括粘附于器件衬底的底部，从器件衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：SE林德瑟，CA米勒，DM洛斯特，SW温泽尔，
申请(专利权)人：佛姆法克特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]