Electrical connection device and this method of manufacturing

本発明は電気的接続に関し、より具体的には、２つ又はそれ以上の表面を電気的に接続するための改良された技法に関する。

一般的に複数のコンタクトを含むランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）は、通常電子デバイスの要素間のインタポーザとして用いられている。 例えば、ＬＧＡは、チップ・モジュール上の金属パッドの２次元アレイと、プリント回路基板（ＰＣＢ）とも呼ばれるプリント配線基板（ＰＷＢ）上の対応する金属パッドとの間に存在することがあり、その場合ＬＧＡのコンタクトは電気信号をチップ・モジュールからＰＷＢに伝える。

ＬＧＡが用いられるときには、適切な導電性が重要な問題となる。 即ち、電気信号はＬＧＡによって高品位で伝導され、相当な電流量を収容できなければならない。 このことは多くの用途において大きな問題を引き起こす。 例えば、大部分のチップ・モジュール及びＰＷＢは完全には平面でなく、それらの寸法は特定用途向けである傾向がある。 寸法もまた、１つのＬＧＡから別のＬＧＡへと変化する可能性がある。 これらの寸法の変動は、従来のＬＧＡの全コンタクトにわたって適切な電気的接続を生じることを、たとえ可能であるとしても、困難にする。

従って、従来の電気的接続方法に現れる１つ又は複数の問題をもたない、表面、特に非平面の表面を電気的に接続する方法が必要である。

本発明は、例証的な実施形態において２つ又はそれ以上の表面、特に非平面の表面を電気的に接続するための改善された電気的接続を形成する方法を提供することによって、上述の必要性に対処するものである。 本発明の一態様により、その平面を横切る即ちその平面に設けられる１つ又は複数のコンタクト構造体を有する電気絶縁性キャリアを含む電気的接続デバイスが提供される。 各々のコンタクト構造体は、キャリアの平面を貫通して少なくとも１表面に沿い連続的に延びる導電層を有するエラストマ材を含む。

本発明の一実施形態により、導電層の少なくとも一部分の上にあって、キャリアの平面を貫通して連続的に延びる絶縁層を形成し、絶縁層の少なくとも一部分の上にあって、キャリアの平面を貫通して連続的に延びる第２の導電層(例えば金属層)を形成することによって、同軸性の電気的接続を提供することができる。 第２導電層は共通シグナルのグラウンドに接続することができる。

本発明の別の態様によれば、電気的接続デバイスを形成する方法は、電気絶縁性キャリア上にエラストマ材を付着するステップと、エラストマ材をメタライズして、エラストマ材の表面に沿ってキャリアの平面を貫通して連続的に延びる導電層を形成するステップとを含む。

本発明のさらに別の態様によれば、ランド・グリッド・アレイのインタポーザ接続デバイスは、その平面を横切る即ちその平面に設けられる１つ又は複数のコンタクト構造体を有する電気絶縁性キャリアを含み、各々のコンタクト構造体は、キャリアの平面を貫通して少なくとも１表面に沿い連続的に延びる導電層を有するエラストマ材を含む。

本発明のこれら及び他の特徴並びに利点は、添付の図面と共に理解されるべき例証的な実施形態の以下の詳細な説明から明白となるであろう。

以下の開示の全ては、引用によりここに組み入れられる。 特許文献１に基づいて優先権を主張する特許文献２の米国国内段階である特許文献３、特許文献１に基づいて優先権を主張する特許文献４の米国国内段階である特許文献５として発行された特許文献６、特許文献７に基づいて優先権を主張する特許文献８の米国国内段階である特許文献９として発行された特許文献１０、現在は放棄されている特許文献１１の継続出願である特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０。

米国特許仮出願第６０／０２６，０８８号（１９９６年９月１３日出願）

国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９７／１６２６４号（１９９７年９月１２日出願）

米国特許出願第０９／２５４，７６９号（１９９９年３月１１日出願）

国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９７／１６２６５号（１９９７年９月１２日出願）

米国特許第６，５２８，９８４号（２００３年３月４日発行）

米国特許出願第０９／２５４，７６８号（１９９９年３月１１日出願）

米国特許仮出願第６０／０２６，０５０号（１９９６年９月１３日出願）

国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９７／１３６９８号（１９９７年９月１２日出願）

米国特許第６，４５２，４０６号（２００２年９月１７日発行）

米国特許出願第０９／２５４，７９８号（１９９９年３月１１日出願）

米国特許出願第０８／４２５，６３９号（１９９５年４月２０日出願）

米国特許出願第０８／７５６，８３１号（１９９６年１１月２０日出願）

米国特許第５，８２１，７６３号

米国特許第６，０６２，８７９号

米国特許第６，２９５，７２９号

米国特許第６，３２９，８２７号

米国特許第６，２８６，２０８号

米国特許第６，０５４，６５１号

米国特許第６，１０４，２０１号

米国特許第５，５３１，０２２号

米国特許出願第１０／７１５，２８８号（２００３年１１月１７日出願）

米国特許第６，１４９，８４０号

米国特許第５，７７６，５８７号

米国特許第５，２４４，１４３号

米国特許第６，７０８，８７２Ｂ２号

米国特許第６，４５２，４０６Ｂ１号

米国特許第５，６３５，８４６号

米国特許第５，３７１，６５４号

米国特許第６，１１０，８２３号

米国特許出願第１０／９２８，４７３号（２００４年８月２７日出願）

本発明は、ここで例証的な電気コンタクト構造体に関連して説明される。 しかし、本発明はこれら又は任意の他の特定の電気コンタクト構造体に限定されないことを理解されたい。 むしろ、本発明はより一般的に、２つ又はそれ以上の表面の間の改良された電気的接続を与える技法に当てはまる。 本発明の実施は、本明細書では特にＬＧＡインタポーザ・コネクタ及びそれを形成する例示的方法に関して説明されるが、本発明はそのような用途及び／又はそのような製造法には限定されないこと、及び、当業者には明白となるように、例えば半導体検査及び／又は製造技術など他の適切な用途に同様に使用できることを理解されたい。

図１は、電気コンタクトの例示的なアレイの上面図を示す図である。 例示としてだけ、図１に示される電気コンタクトのツーバイツー（２×２）のアレイは、ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）インタポーザ・コネクタを構成することができる。 電気コンタクトをもつインタポーザは、例えば、「電気コンタクト・ボタンを有するインタポーザ及び方法」と題する特許文献２１に説明されており、この文献の開示は引用によりここに組み入れられる。 各々の電気コンタクトは、例えばコンタクト２は、例えば弾性ゴムを含んだエラストマ・バンプ４を含む。 以下で図２の説明に関連して説明されるように、キャリア８のエラストマ・バンプ４とは反対側に同様の対応するエラストマ・バンプが存在する。

エラストマ・コンタクトを有するＬＧＡインタポーザ・コネクタを用いることは、幾つかの顕著な利益をもたらす。 例えば、適切な導電性を達成するために、ＬＧＡインタポーザ・コネクタは普通、例えばバネ及び作動ハードウェアによって与えられる力を受けて、接続される表面の間に挟まれるなどのように、圧力下に置かれる。 しかし、接続される表面、例えば、チップ・モジュール及びプリント配線基板（ＰＷＢ）は、通常完全には平面でなく、ＬＧＡインタポーザ・コネクタ上の幾つかのコンタクトが受ける力は、他のコンタクトが受ける力より大きくなる。 変形可能でなお弾力性のあるエラストマ材の性質のために、エラストマ・コンタクトはこれらの力の変動に適応するのに好適であり、全てのコンタクトにわたって適切な導電性を確保する。

エラストマ・コンタクトは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）ゴム、シリコン・ゴム、及び前記のエラストマ材の少なくとも１つを含んだ組合せを含むが、それらに限定はされない、任意の適切なエラストマ材を含むことができる。 例示的な一実施形態によれば、１つ又は複数のエラストマ・バンプはＰＤＭＳゴムを含み、シロキサン前駆体の光重合によって形成される。

上記のゴム化合物に加えて、他のエラストマ材もエラストマ・バンプを形成するのに適切である可能性がある。 これらの材料は、ポリウレタン、エポキシ、ブタジエン含有ポリマー、及び前記のエラストマ材の少なくとも１つを含んだ組合せを含むが、それらに限定はされない。

本発明によるエラストマ・バンプを形成する例示的な方法は、本明細書において以下で図１５の説明に関連して説明される。

エラストマ・バンプ４は、外表面上の金属層６又は代替の導電層を含む。 特に、以下で図２の説明に関連してさらに詳しく説明されるように、金属層６は、エラストマ・バンプ４の頂部又はピークから、キャリア８の反対側の対向するエラストマ・バンプのピークまで、例えば、ＬＧＡのソース側からターミナル側まで、連続的であることが好ましい。 金属層６は、エラストマ・バンプの最も遠く離れた点の間を連続的に延びていることが好ましい。 開口（例えば、キャリア８の開口１０）は、金属層６がキャリア８の両側にあるエラストマ・バンプ４のピークの間で中断なしに延びることを可能にする。

金属層６は、エラストマ材への良好な接着力を有し、そして弾力性と延性のある組合せによって、例えば亀裂に対して、機械的耐久性を有することになる。 従って、例えば上述のように、チップ・モジュールとＰＷＢの間でコンタクトが圧着されるとき、金属層６はまず、モジュールとＰＷＢに接触し、次いでその力が、アレイ全域の全コンタクトが接触するように加えられるまでさらに圧着される。 その結果、接続表面の完全な平面性からの反り及び他の形態的変形のために、幾つかのコンタクトは他のものよりもさらに強く圧着されることになる。

金属層６は、銅、金、ニッケル・チタン合金、及び前記の金属の少なくとも１つを含んだ組合せを含むが、それらに限定はされない、効率的な導電に適切な任意の金属を含むことが好ましい。 さらに金属層６は、スパッタリング、蒸着、電気メッキ、無電解メッキ、及び前記の金属付着法の少なくとも１つを含んだ組合せを含むが、それらに限定はされない、任意の適切な金属付着法によって付着させる、即ちエラストマ・バンプ４をメタライズすることができる。

例示のためだけに、全面的メタライゼーション法が、金属層６を付着させるのに利用できる。 具体的には、金属層６は、例えば銅を十分な厚さに電気メッキすることによって、全露出表面を全面的にメタライズすることによって付着させることができる。 電気メッキの後に、フォトレジストの塗布、及びその後の、例えば光による、フォトマスクを通してのフォトレジストの露光が実施されることが好ましい。 フォトレジストは、エッチング除去すべき所望の領域を露光して、現像される。

不要な金属材料は次いで、キャリア８からエッチング除去することができる。 エッチングに続いて、不要なフォトレジストは次に各エラストマ・バンプ４から除去されて、所望の形状の、例えば、エラストマ・バンプ４の頂部からエラストマ・バンプ４の側面を連続的に下がり、開口１０を貫通して、キャリア８（図示せず）の反対側のエラストマ・バンプの頂部に至る、一辺の金属だけが残される。

次いで金属層６は、随意に、コンタクトに耐食性を付与するために、選択的な無電解メッキにより、例えば金でコーティングすることができる。 代替的に、金属層６は、ニッケルを含むがこれに限定されない他の金属を用いて、電気メッキを含むがこれに限定されない他の選択的メタライゼーション工程によって、コーティングすることができる。

別の例示的な実施形態によれば、金属層６は、メタライゼーションを必要とするエラストマ・バンプの領域の上に配置された開口を有する固体マスクを用いて付着される。 金属層６を形成するのに用いられる材料は次いで、スパッタリング、蒸着、メッキ、スプレー（例えば、次のメッキのための、スズ又はパラジウムなどのシード化合物を含む溶液などの金属含有溶液）、及び前記の付着法の少なくとも１つを含んだ組合せを含むがこれらに限定はされない、通常の付着法を用いて付着される。

さらに、これらの通常の付着法、即ち、スパッタリング、蒸着、メッキ及びスプレーは、金属層６を形成するのに用いられる材料を、金属層６がエラストマ・バンプの選択された領域上だけに付着するように、例えばエラストマ・バンプの主軸に対して１つ又は複数の角度で付着させることにより、エラストマ・バンプの上に金属層６を選択的に付着させるために用いることができる。 この選択的な付着は、固体マスクを用いるか又は用いずに実施することができる。 例えば、金属層６を形成するのに用いられる材料は、金属層６がエラストマ・バンプの実質的にその側面上だけに付着するように、エラストマ・バンプの上にある角度（例えば側面から）でスプレーすることができる。

さらに別の例示的な実施形態によれば、選択的なメッキ法が、エラストマ・バンプをメタライズするのに用いられる。 具体的には、金属層６は、エラストマ・バンプ全体を、エラストマ材上に又はその内部に選択的な吸引力、吸着力又は吸収力を有するシード化合物に曝すことによって付着される。 適切なシード化合物は、純液体状態又は溶液中の、フェニルフォスフェン含有化合物、ポリフォスフェン、白金、パラジウム、スズ、スズ塩及び前記の化合物の少なくとも１つを含んだ組合せを含むが、これらに限定はされない。 例えば、フェニルフォスフェン含有化合物は、ＰＤＭＳ内に吸収され、銅、ニッケル及び他の金属の無電解付着のための従来のパラジウム−スズのコロイド触媒システムに結合することが知られている。

さらに、フェニルホスフィン系は、エラストマ・バンプのシロキサン架橋された網目に共有結合することができて、メッキ金属層の付着力を最大にする。 その結果は、金属に完全に覆われたエラストマ・バンプとなり、機械的及び電気的性能の両方の利点と欠点の異なるバランスを生じる。

次いでアレイは、全体として無電解メッキ薬液に曝すことができる。 キャリアではなく「シードされた」エラストマ・バンプが、そこでメタライズされることなる。 さらに上述のように、エラストマ・バンプから、メタラジのあらゆる不要部分を除去するために、フォトレジスト及びエッチング処理を用いることができる。

代替的に、最初にエラストマ・バンプを、例えば上記の方法により、選択的にメッキし、次いでフォトレジストを例えばスピン・オン付着法により、メッキ上に付着することができる。 次にフォトレジストは光現像され、メタライゼーションの不要部分が除去される。 これは、エラストマ・バンプ上の所望のパターン（完全な金属包み込みとは対照的に）を生じると同時に、スパッタリング及び蒸着法よりも普通は費用のかからない無電解付着のためのシーディングの湿式工程手段を与える。 対照的に、全面メッキ法は、上述のように、普通、接着材及びシード層のスパッタ付着を必要とする。

さらに進んだ例示的な実施形態によれば、フォトレジストが最初にアレイに塗布され、次いで、所望のメタライゼーション・パターンを形成するように現像される。 次に金属層６を形成するのに用いられる材料は、例えばスパッタリング、蒸着、又はそれらの組合せにより、アレイ上に全体として付着させることができる。 次いで、残りのフォトレジストを除去し、一緒にメタラジの不要部分を除去することができる。

破線１２は、図２に示されるアレイの断面図の描画方向を示す。 破線１４は、図３に示されるアレイの断面図の描画方向を示す。
図２は、図１に示される電気コンタクトのアレイの、例えば破線１２に沿った断面図を示す図である。 図２は、エラストマ・バンプ４が、キャリア８のエラストマ・バンプ４とは反対側の側面から延びる、対応するエラストマ・バンプ５を有することを示す。 この配置により、エラストマ・バンプの対、例えばエラストマ・バンプ４及びエラストマ・バンプ５は、キャリア８の面の上下に、例えば、キャリア８の開口１０及び１３を貫通して、連続的に延びる。 このエラストマ・バンプの対、例えばエラストマ・バンプ４及び５は、結合した金属層、例えば金属層６によって、単一の電気コンタクトを形成する。

金属層６について図１の説明に関連して同様に上述されたように、開口１３は、エラストマ材がキャリア８を連続的に貫通することを可能にする。 従ってエラストマ・バンプは、キャリアの２つの対向する面上でポジティブ・レリーフの形態で存在する。

キャリア８のための適切な出発材料は、例えばカプトン・ポリイミド・シート（オハイオ州サークルビル所在のＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ製）の有孔セラミック又はプラスチック・シート、又はガラス繊維シートなどの、有孔電気絶縁材料を含むが、これらに限定はされない。 キャリア内において、開口１３は、１ミリメートルのピッチの二次元アレイのような規則的パターン状に、パンチされるか、又はレーザ穿孔される。 次いで、同じピッチの開口１０の別のパターンを開口１３のパターンの上に、例えば約１半径（エラストマ・バンプの中心からその外縁までの距離によって定義される）分だけ位置をシフトさせて、重ね合わせることができる。

開口の２つのアレイを有するキャリアは、次に金型内に配置され、ＰＤＭＳがキャリアの面の上下の両方に延びるレリーフ構造内に注入又はトランスファ成形される。 エラストマ・バンプの形状はまた、特定の用途に基づいて調整することができる。 例えば、エラストマ・バンプの高さは変えることができる。 さらにエラストマ・バンプは、円錐の部分（例えば平らな上部と底部を有する）に形成することができる。 代替的に、エラストマ・バンプは、丸みのある上部又は複数点の上部を有するよう形成することができる。 丸みのある上部は、平坦な上部と比べて、メタライゼーションのための滑らかな連続表面を与えるので有利である。 複数点の上部は、複数点の接触を与え、それから生じる接触に力を集中するように機能するので有利である。

本発明の重要な構造的特徴は、エラストマ材が開口１０を部分的に（例えば中途まで）だけ横切って延びることである。 この構造的特徴は、例えば、図２に図解されている。 この様に、常に空気に接する滑らかな連続表面が、エラストマ・バンプ４の最上部から、その片側を下って、キャリア８の開口１０を貫通し、キャリア８の他の側にあるエラストマ・バンプ５の片側に沿って、その頂点まで延びる。 しかしながら、付着した金属層６は残りの経路全域に延びて、開口１０を事実上埋めることが期待される。 この存在は、コンタクトの機能に影響を及ぼさない。

図２の描画から、エラストマ・バンプ４及び５は、開口１３に実質的に軸中心をもつことを注意されたい。 ここで与えられる教示は、キャリア内の開口に実質的に軸中心をもつエラストマ・バンプに限定されると解釈されるべきではないが、そのような配置を有することは有利である場合がある。 例えば、エラストマ・バンプの軸中心を、キャリア内の開口に置くことは、成形工程中の材料移動のため、及びエラストマ・バンプのキャリアへの適切な固定を確保するのに、有用である。

例えば図１に示されるエラストマ・バンプ４のような、本発明によるエラストマ・バンプの導電性は、導電性粒子（例えば金属粒子）で充填されたエラストマ材を用いることによって所望どおりに有益に増すことができる。 代替として、本質的に導電性のポリマーで充填されたエラストマ材を用いることができる。 本発明で用いるのに適切な導電性ポリマーは、例えば、その開示が引用によりここに組み入れられる特許文献２２及び特許文献２３に説明されている。

図３は、図１に示される電気コンタクトのアレイの、例えば破線１４に沿った、別の断面図を示す図である。 図３は、金属層６が、エラストマ・バンプ４及び５の両方のピーク上に存在することを示している。

図４は、電気コンタクトの別の例示的アレイの上面図を示す図である。 各々の電気コンタクト、例えばコンタクト４２は、上述のように、キャリア４７の反対側にある対応するエラストマ・バンプに連続するエラストマ・バンプ４４を含む。 エラストマ・バンプ４４は金属層４９を含む。 図１〜図３に示される配置とは対照的に、図４の電気コンタクトは、材料をキャリアの片側から反対側へ移動するためにコンタクトの外縁に存在するキャリア内の開口、例えば開口４５ａと４５ｂ、だけを用いて形成される。 従って、各エラストマ・バンプの軸中心に隣接したキャリア内の開口、例えば上述の図２の開口１３は、不要となる。

図４に示される実施形態によれば、開口４５ａは、金属層４９の形成のための導管として機能し、上述の図２の開口１０と同様の機能をもつ。 開口４５ｂは、エラストマ・バンプ４４を形成するのに用いられるエラストマ材のための導管として機能する。 開口４５ｂは、電気的目的には働かない。 例えば、これは金属層の形成においては機能しない。 しかしながら、開口４５ｂは、エラストマ・バンプ４４をキャリア４７に固定する働きをする。 そのように、ここでは、複数の開口、例えば４５ａと４５ｂ、を有し、エラストマ・バンプ４４の下に中心をもつ開口を有しない配置が企図されている。

破線４６は、図５に示されるアレイの断面図の描画方向を示す。 破線４８は、図６に示されるアレイの断面図の描画方向を示す。
図４に示される別の構造的特徴は、開口４５ａなど、金属層の形成のための導管として機能する２つの開口があるので、２つの向き合う導電金属線が形成されることである。 そのような配置を有することは、単一の非対称導電体経路と比較すると、有利となることがある。 例えば、２本の導電線を有することは、信頼性を高めて、信号の完全性への誘導負荷を制御する助けとなり得る。

さらに、金属層の形状（例えば、幅、バンプ表面上の経路及び厚さ）は、性能を高めるように変更することができる。 例えば、金属層の形状は、異なるフォトマスク・パターンを選択することによって変更することができる。 他の形状、例えばエラストマ・バンプの表面上を左から右へ小刻みに波打つ（大よそ正弦形状の）導電線は、エラストマ・バンプの上部及び底部への経路を作るので、又は、らせん状の導電線は、特定の用途において電気的と同様に機械的利点を有する可能性がある。

図５は、図４に示される電気コンタクトのアレイの、例えば破線４６に沿った、断面図を示す図である。 例えば図２に示され、上述されたコンタクト配置とは対照的に、図５は、エラストマ・バンプ４４のピークからその２つの対向する側面を下って延びて、２本の導電回路線を形成する金属層（金属層４９）を示す。

図６は、図４に示される電気コンタクトのアレイの、例えば破線４８に沿った、別の断面図を示す図である。 例えば図３に示され、上述されたコンタクト配置と同様に、図６は、金属層、例えば金属層４９が、エラストマ・バンプ４３及び４４の両方のピーク上に存在することを示す。 図６はさらに、開口４５ｂがエラストマ・バンプ４４の両側に存在することを示す。 上で強調されたように、これらの開口は、エラストマ・バンプを形成するときにエラストマ材の導管として機能し、エラストマ・バンプが一旦形成されると、例えば機械的接続点として作用して、エラストマ・バンプをキャリアに固定する働きをする。

キャリア内の開口は、様々な形状と寸法を有することができる。 例えば、図７は、細長い開口を有するキャリアの上面図を示す図である。 即ち、図７では、キャリア７２は細長い開口７４を有する。 細長い開口７４は、長いスロット、又は、内部に注入されるエラストマ・バンプの直径よりも大きな最長寸法を有する、他の高い縦横比の楕円形開口を含むことができる。

図８は、細長い開口を有するキャリア上に形成されたエラストマ・バンプの例示的アレイの上面図を示す図である。 図８に示されるように、エラストマ材はキャリア７２の上に及びそれを通して注入され、エラストマ・バンプ８２と、細長い開口７４によって接続される、キャリア７２の反対側の表面上の対応するエラストマ・バンプ（図示せず）とが形成される。 この配置は、その後のメタライゼーションのために、エラストマ・バンプの垂直側面全体に沿った連続表面を準備する。

図９は、細長い開口を有するキャリア上に形成された電気コンタクトの例示的アレイの上面図を示す図である。 図９に示されるように、金属層９２は、例えば、キャリア７２内の細長い開口７４を通して、エラストマ・バンプ８２の両側を下に延びる。

破線９４は、図１０に示されるアレイの断面図の描画方向を示す。 破線９６は、図１１に示されるアレイの断面図の描画方向を示す。
図１０は、図９に示される電気コンタクトのアレイの、例えば破線９４に沿った、断面図を示す図である。 図１０は、上述のように、エラストマ・バンプ８２がエラストマ・バンプ８３と共に、コンタクトの１対のエラストマ・バンプの部分であることを示している。 さらに、図９の説明と関連して上述されたように、金属層９２は、エラストマ・バンプの２つの対向する側面に沿って延びる。

当該の例示的実施形態の１つの利点は、エラストマ・バンプの形成中に継ぎ目が生じる場合、金属層９２は、この継ぎ目を横切ってコンタクトに構造的連続性をもたらすように働くことができることである。

図１１は、図９に示される電気コンタクトのアレイの、例えば破線９６に沿った、別の断面図を示す図である。 図１１は、金属層９２が、エラストマ・バンプ８２及び８３の両方のピーク上に存在することを示している。

図１２は、細長い開口を有するキャリア上に形成された電気コンタクトの、別の例示的アレイの上面図を示す図である。 図１２において、キャリア１２０１は、コンタクト１２０２、１２０４、１２０６、及び１２０８を含む。 コンタクト１２０２、１２０４、１２０６及び１２０８は、それぞれ、エラストマ・バンプ１２１０、１２１２、１２１４及び１２１６を含む。 次に、エラストマ・バンプ１２１０、１２１２、１２１４及び１２１６は、それぞれ、それらの片側のみに沿って延びる金属層１２１８，１２２０，１２２２及び１２２４を含む。

図１２の金属層の方向は、注目すべき重要な点である。 即ち、金属層１２１８及び１２２４は、それぞれ、コンタクト１２０２及び１２０８の同じ向きの側面に沿って延び、金属層１２２０及び１２２２は、それぞれ、コンタクト１２０４及び１２０６の同じ向きの側面に沿って、しかしコンタクト１２０２及び１２０８とは反対向きに延びる。

この配置は、形成される金属コンタクトが非対称であるので有利であり、使用に際して界面の横方向のスクラビング（例えば酸化物層を除去してより良好なコンタクトを生じるための界面の削摩）を強化し、また、ある特定の方向又は配向に正味の力が発生しないようにすることができる。 正味の力に関しては、図１２に示されるように同数の金属層、又は実質的に同数の金属層が反対方向を向くとき、正味の横方向の力はゼロとなる。 正味の力は、そのようなコネクタ・デバイスが「移動する」即ち横方向に一次元的に動く原因となり、時間経過と共に、例えばチップ上のパッドに対するコンタクトのずれを生じる傾向がある。 しかしながら、この配置により、垂直方向の圧着により引き起こされる横方向の力の方向は釣り合う。

破線１２３８は、図１３に示されるアレイの断面図の描画方向を示す。 破線１２４０は、以下に説明されるように、図１４に示されるアレイの断面図の描画方向を示す。
図１３は、図１２に示される電気コンタクトのアレイの、例えば破線１２３８に沿った、断面図を示す図である。 図１３は、上述のように、エラストマ・バンプ１２１０及び１２１６は、それぞれ、エラストマ・バンプ１２１１及び１２１７と共に、それぞれ、コンタクト１２０２及び１２０８の一対のエラストマ・バンプを構成することを示す。 さらに、図１２の説明に関連して上述されたように、金属層１２１８及び１２２４は、それぞれ、コンタクト１２０２及び１２０８の各々の、単一の同じ向きの側面にそって延びる。

図１４は、図１２に示される電気コンタクトのアレイの、例えば破線１２４０に沿った、別の断面図を示す図である。 上で、図１３の説明と関連して説明されたコンタクト１２０２及び１２０８と同様に、エラストマ・バンプ１２１２及び１２１４は、それぞれ、エラストマ・バンプ１２１３及び１２１５と共に、それぞれ、コンタクト１２０４及び１２０６の一対のエラストマ・バンプを構成する。

図１５は、キャリア上に電気コンタクトを作成するための、例示的な方法を示す図である。 ステップ１５０２において、上半分１５１２と下半分１５１４を備えた金型が準備されるが、ここで下半分１５１４にはブランク・キャリア１５１１が取り付けられている。 金型の下半分１５１４はまた、注入口ポート１５１６を備える。

ステップ１５０４においては、金型の上半分１５１２と下半分１５１４が、位置整合されて互いに固く接触させられる。 そこで金型は、例えば注入口ポート１５１６を通して、エラストマ材の注入を受け入れる用意ができた状態になる。

ステップ１５０６においては、エラストマ材１５１８が金型に注入されている。 次にエラストマ材は、金型内で、例えば硬化などの反応を起すことが可能となる。

ステップ１５０８においては、キャリア１５１１上に形成された一対のエラストマ・バンプ１５２０が、金型から外される。 注入口ポートから残った余分なエラストマ材１５１８の大部分は、上記のステップ１５０６から分かるように、バンプの重要でない部分の上の小さな不均一部分１５２２のみを残して除去される（折られる、又は拭取られる）。 ステップ１５１０では、次いで成形されたエラストマ・バンプのメタライゼーションが起こり、キャリア１５１１の平坦部分を横切って延びる連続的な金属層１５２４が生じる。

図１６は、電気コンタクトを形成するのに使用される例示的な金型を示す図である。 図１６において、金型１６００は、上半分１６０２と下半分１６０４を含む。 例えば、図１５の説明に関連して上述された金型とは対照的に、金型１６００は、形成されるエラストマ・バンプの各々の対のための注入口ポートを含まず、代わりに、金型の側端部にだけ、注入口をもつ。

図１７は、電気コンタクトの形成に使用される金型の下半分の、側面及び上面図を示す図である。 具体的には、図１７は、例えば図１６の説明に関連して上述された金型１６００の下半分１６０４の、側面図１７０２と上面図１７０４を示す。 金型１６００の下半分１６０４の側面図１７０２と上面図１７０４は両方ともに、型穴１７０６のネガティブ・レリーフと、スタッド１７０８のポジティブ・レリーフを示す。 ポジティブ・レリーフのスタッド１７０８は、その領域での成形を防ぐ働きをする。

図１８は、電気コンタクトを形成するのに使用される金型の上半分の、側面及び上面図を示す図である。 具体的には、図１８は、例えば図１６の説明に関連して上述された金型１６００の上半分１６０２の側面図１８０２及び上面図１８０４を示す。 金型１６００の上半分１６０２の、側面図１８０２及び上面図１８０４は両方ともに、型穴１８０６のネガティブ・レリーフを示す。

図１９は、キャリア上に電気コンタクトを作成するための、別の例示的な方法を示す図である。 ステップ１９０２においては、例えば、図１６の説明に関連して上述され、上半分１６０２及び下半分１６０４を含む金型１６００などの金型が準備される。 金型の上半分１６０２及び下半分１６０４は、位置整合されて互いに接触させられ、その間に配置されるキャリア１９１０を有する。 キャリア１９１０は、金型の穴１７０６及び１８０６によって占有されていない空間の大部分を占有する。 空体積１９１２は、金型の上半分１６０２と下半分１６０４の間の残りの間隙を構成する。

ステップ１９０４においては、エラストマ材１９１４が、金型の上半分１６０２と下半分１６０４の間の、穴１７０６及び１８０６、間隙１９１２及びキャリア１９１０内の浸透可能体積を含んだ全ての空領域に注入されている。 これは、エラストマ材をキャリアに固定するのに役立ち、そして特にキャリアがガラス繊維などの材料を含むとき、キャリア平面を安定させるのに役立つ。

ステップ１９０６においては、エラストマ・バンプ１９１８を含む、生成されたモノリシック成形物が金型から外される。 成形物はキャリア１９１０により補強された区域１９１６を含み、それは成形物の歪みを防ぐのに役立つ。 ステップ１９０８においては、次いでエラストマ・バンプのメタライゼーションが起こり、キャリア１９１０の平坦部分を横切って延びる連続的な金属層１９２０が生じる。

本明細書で説明されるコンタクトは、ＬＧＡインタポーザ・デバイスに用いることに加えて、ウェハ・プローブ又はモジュール・プローブの相互接続デバイスに用いることもできる。 ウェハ検査は一般に、集積回路チップの電気的機能を、まだ、例えば無損傷の切り分けられていないウェハなどのウェハ段階にある間に、試験する工程を含む。 ウェハ検査の間、ウェハ・プローブ相互接続デバイスは通常、所与のチップ又は複数チップの入力／出力（ＩＯ）パッドに接続される。 即ち、各々の関連チップ・サイトの試験されるべき各ＩＯパッド（全てのＩＯパッドを含む可能性がある）を、試験計測器のコンタクト・パッドの対応する平面に同時に接続することができる、相互接続の平面アレイが必要となる。 従って、ウェハの底部のＣ４ＩＯ接続の各々又は一部は、試験設備上のＩＯ接続の接合用アレイに同時に可逆的に接続することができる。 これは、所与のウェハ上の不良チップ・サイトから優良チップ・サイトを識別するためなどの試験目的に理想的な、信頼できるが一時的な接続を与える。

本発明のこの実施形態によれば、ウェハ・プローブ構造体は、キャリアと、ウェハの底部にある各々（又は所望の一部）の接続のためのメタライズされたエラストマ・コンタクトとを含む。 ウェハ上のＣ４接続は、典型的にはＬＧＡインタポーザ・コネクタよりもピッチ、直径及び高さが小さく、しかし実質的に同じ製造方法を用いることができる。 しかし、幾つかの違いを注意しておくことが有益である。

ＬＧＡインタポーザにおいては、単一のインタポーザ上のコンタクトは数百から数万に達し、典型的な寸法は、中心から中心へのピッチが約１ミリメートル、高さが約４０ミル（１．０１６ミリメートル）、及び直径が約３００ミクロンである。 比較すると、ウェハ・プローブでは、コンタクトの総数は数百万になることがあり、中心から中心へのピッチは約１００ミクロン、直径は５０ミクロン、及び高さは５０ミクロンである。 ここで与えられる寸法は、例証的な比較を与える単なる例示にすぎない。 当業者は、ＬＧＡインタポーザ・コネクタ及びウェハ／チップＩＯのコンタクト及びピッチの寸法は、ＬＧＡ及びウェハ／チップＩＯの全体のコンタクト数が増加するに従って縮小される可能性があることを理解するであろう。

さらに、この実施形態により、ウェハ上に非常に多くのＩＯがある場合、総ボタン数の単一の金型を作成するよりも、グループでバンプを成形することによって、キャリアをエラストマ・コンタクトで埋めることが有用である可能性がある。

さらに加えて、コンタクト又はＩＯ寸法が小さくなるに従って、金型自体を製造する方法が変わる可能性がある。 例えば、０．５ミリメートルの程度のコンタクト直径の場合には、金型は優れた形状及び深さ制御を備えた高速自動フライス盤によって作成することができる。 そのようなフライス盤は、全てのコンタクト・サイトが完成するまで位置をラスタすることになる。 しかし、極小のコンタクト・サイズの場合には、金型の穴及び構造をエッチングするのに、フォトリソグラフィ法を用いることが好ましい。 代替的に、金型を画定するのにレーザ・エッチング法又はレーザ穿孔法を用いることができる。 さらになお金型は、加法的又は減法的方法のいずれか、或いはそれらの組合せによるステレオリソグラフィによって、又は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）型構造体を金属又はシリコン若しくはガラス内に形成するのに最も普通に利用される、リソグラフィ電鋳及びモールディング（ＬＩＧＡ）法又は他のステレオ製造法によって、作成することができる。 金型はまた、エンボス加工法によって作成することができる。 金型は、エラストマ材が金型に注入された後に光硬化することを可能にするために、ガラス又は石英で作成することができる。

集積回路デバイス上のコンタクトの寸法と間隔に対応した間隔と寸法で、はんだマウンドを注入成形するための装置及び方法は、例えば、その開示が引用によりここに組み入れられる、Ｆｅｒｅｎｃｅ他による特許文献２４及びＧｒｕｂｅｒ他による特許文献２５に説明されている。 これらの方法は、本発明の構造体を、非常に小さなサイズ、間隔及び寸法で形成するために容易に利用できる。

同軸エラストマ電気コンタクトは、本明細書の教示によって、そして以下でさらに説明されるように作成することができる。 図２０は、コンタクト１２０２及び１２０８が、それぞれ、誘電体コーティング２００２及び２００４でコーティングされた、図１３の構造体を示す。 誘電体コーティングは、例えばポリマイド（ｐｏｌｙｍｉｄｅ）などの任意の適切な誘電体材料を含むことができる。 適切な誘電体材料を付着する方法は、例えば、その開示が引用によりここに組み入れられるＢｅａｍａｎ他による特許文献２６に説明されているように、当業者には既知である。

図２１に示されるように、誘電体コーティング２００２及び２００４は、それぞれ、その上に配置された導電材料２１０２及び２１０４を有する。 導電材料２１０２及び２１０４は、導電材料１２１８及び１２２４と同じ方式で付着させることができる。 従って、導電材料２１０２及び２１０４は、任意の所望のパターンを有することができる。

図２２は、図２１の構造体を示す上面図である。 これは、導電体パターン２１０２及び２１０４を示す。 コンタクト１２０６及び１２０４上の対応する導電体は、それぞれ、２１０６及び２１０８である。 導電パターン２１０２、２１０４、２１０６及び２１０８は、図２２に示されるように互いに接続することができるが、本発明は示された接続配列に限定はされない。 図から明らかなように、導電パターン２１０２、２１０４、２１０６及び２１０８は、導電パターン２２０２により互いに接続することができて、共通シグナルのグラウンドに接続するように適合させることができる。 導電パターン２２０２は、導電パターン２１０２、２１０４、２１０６及び２１０８を形成するのに用いられるのと同じ工程を用いて形成することができる。 相互接続された導電体２１０２、２１０４、２１０６及び２１０８は、導電体２１０２、２１０４、２１０６及び２１０８の各々に、特にグラウンドの、共通の電位を生じる。

２１０２及び２１０４のような導電パターンは、任意の形状をとることができる。 図２３は、図２２に示さるような上面図を有する２つの代表的な形状を示す。 パターン２１０２´は放射状スポーク型パターン、及びパターン２１０４´はらせん型パターンである。 任意の他のパターンを使用することもできる。

図２４は、同軸スポークとして用いることができる同軸コネクタ２４１０及び２４１２の頂部２４０２、２４０４、２４０６及び２４０８において、誘電体材料２００２及び２００４が選択的に除去された、図２１の構造体を示す。

上で教示されたように、図１２及び他の関連図面の構造体は、半導体チップを含む集積回路チップのパッケージ基板などの電子デバイスのプローブとして用いることができる。 そのような使用法の詳細は、例えば、その開示が引用によりここに組み入れられる、Ｂｅａｍａｎ他による特許文献２７及びＢｅａｍａｎ他による特許文献２８に説明されている。 検査用途に用いるときには、図１２及び関連図面の構造体は、試験装置に接続するように適合された、１つ又は複数の追加のコンタクト構造体を含むことができる。 誘電体材料２００２及び２００４の選択的除去は、上で引用により組み入れられた特許文献２６に説明されているように実施することができる。 例えば、材料２００２及び２００４がポリマイドである場合、酸素反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）法を、ポリマイドをエッチングするために用いることができる。 図１３に示される導電パターン１２１８及び１２２４を生成するのに用いられるマスキング工程と同様のマスキング工程を、図２０の誘電体材料２００２及び２００４をパターン付けするために用いて図２４に示される構造体を形成することができる。

図２４の構造体、又は図１２及び図１３に示されるような非同軸構造体がプローブとして使用されるときには、検査されるパッドへの良好な電気的接触を生じるように、検査されるパッド上のいかなる表層をも突き破ることができる突起を構造体の端部に有することが望ましい。 例えば、図２５を参照すると、プローブ・ティップ２５０２及び２５０４を形成して、それぞれ導電パターン１２１８及び１２２４の位置２５０６及び２５０８に接合することができる。 プローブ・ティップ２５０２及び２５０４は、例えば、上で引用により組み入れられた特許文献２８に開示され、その文献の図２３に示される教示に従って形成することができるが、その場合、端部２５０６及び２５０８は、例えば、上で引用により組み入れられた特許文献２７の図１４及び図１５に示されるように、ワイヤ接合用はんだ接合材のレーザ溶接接合によって接合される。 代替的に、図２６に示されるように、パッド２６０２及び２６０４は、それぞれ端部２４０２及び２４０４に接合することができる。 スパイク２６０６及び２６０８を備えたパッド２６０２及び２６０４は、例えば、その開示が引用によりここに組み入れられる、Ｅｌｄｒｉｄｇｅ他による特許文献２９に説明されているように（特に、その文献の図５０ｂを参照して）作成することができる。

図２７は、本明細書に開示される構造体を、ウェハ及び／又はモジュール検査（例えば、Ｄ．Ｃ．及びＡ．Ｃ．試験）及びウェハ・レベルでのバーンインのための集積回路ウェハ・プローブとして用いた、例証的な配置を示す。 集積回路ウェハ２７０２は、２７０４、２７０６及び２７０８として概略的に示される複数のチップ・ロケーションを有する。 各ロケーションは、複数の電気コンタクト・ロケーション２７１０、２７１２及び２７１４を有する。 本発明による構造体２７１６は、基板２７１８と電気通信するように配置される。 本発明によれば、構造体２７１６は複数の電気コネクタ２７２６を有する。 基板２７１８は、例えば、多層基板上のパッケージ半導体チップに使用されるような、多層プリント回路基板（ＰＣＢ）又は多層セラミック基板とすることができる。 これらの基板は通常、セラミック材料から作られ、７０またはそれ以上の層を有することができる。

基板２７１８の第１の面２７２０は、その上に配置された第１の複数の電気コンタクト・ロケーション２７２２を有することが好ましい。 本発明による電気コネクタ２７２６の各々は、基板２７１８の対応する電気コンタクト・ロケーション２７２２と電気通信する端部２７２８を有することが好ましい。 端部２７２８は、例えば、構造体２７１６を基板２７１８の第１面２７２０に対して所定位置に保持するためのクランプ（図示せず）を用いた圧着接触により、コンタクト・ロケーション２７２２と電気通信するように保持することができる。 代替的には、図２７の端部２７２８は（概略的に示される）、はんだ２７３０、又は代替の接続機構によって、電気コンタクト・ロケーション２７２２に接合することができる。 圧着接合又ははんだ接合は、別のフットプリントが所望される場合、又は構造体２７１６に障害が起きた場合に、構造体２７１６は基板２７１８から容易に取り外すことができるという利点をもたらす。

電気コンタクト・ロケーション２７２２は、基板２７１８の、面２７２０とは反対側の第２の面２７３４上に形成された第２の複数の電気コンタクト・ロケーション２７３２との間で、基板２７１８の面２７３４上の電気コンタクト・ロケーション２７３２を通して、２７３６として概略的に示される導電パターンを通して、面２７２０上のコンタクト・ロケーションのフットプリントから面２７３４上のより大きなコンタクト・ロケーションフットプリントへの扇状の広がりをもたらすことのできる基板２７１８を通して、電気通信する状態にあることが好ましい。 電気コンタクト・ロケーション２７３２は、プリント回路基板を通して電気的接続部の扇状の広がりを与えられることができる試験装置との間で、電気通信する状態に配置することができる。 電気コネクタ２７２６は、検査工程などにおいて、電気コンタクト・ロケーション２７１０、２７１２及び２７１４を接触させるのに用いられるときには、ここに説明されるように、コネクタ２７２６の端部２７４０に取付けられた対応するコンタクト・ティップ２７３８を有することができる。

ティップ２７３８と、対応するコンタクト・ロケーション２７１０、２７１２及び２７１４との間に良好な電気的接触を生じるためには、基板２７１８とウェハ２７０２の間に十分な圧着力を加えなければならない。 基板２７１８とウェハ２７０２の間にそのような圧着力を加えるために本発明で使用するのに適した１つの方法は、例えば、その開示が引用によりここに組み入れられる、同一出願人による特許文献３０に説明されている。 代替的に、良好な電気的接触を生じるために、その開示が上で引用によりここに組み入れられた特許文献３０に説明されているように、ティップ２７３８は、振動を用いるなどによって、それぞれのコンタクト・ロケーション２７１０、２７１２及び２７１４に対して横方向に移動させることができる。

本明細書において、本発明の例証的な実施形態が添付の図面を参照して説明されたが、本発明はそれらの正確な実施形態には限定されないこと、及び、当業者により、種々の他の変更及び修正を添付の特許請求の範囲から逸脱することなく施すことができることを理解されたい。

本発明の例証的な実施形態によって形成される、電気コンタクトの例示的なアレイを示す上面図である。

本発明の一実施形態による、図１に示される電気コンタクトのアレイの断面図である。

本発明の一実施形態による、図１に示される電気コンタクトのアレイの別の断面図である。

本発明の別の実施形態によって形成される、電気コンタクトの例示的なアレイを示す上面図である。

本発明の一実施形態による、図４に示される電気コンタクトのアレイの断面図である。

本発明の一実施形態による、図４に示される電気コンタクトのアレイの別の断面図である。

本発明の一実施形態によって形成される、細長い開口を有する例示的なキャリアの示す上面図である。

本発明の一実施形態によって形成される、細長い開口を有するキャリアの上に形成されたエラストマ・バンプの例示的なアレイを示す上面図である。

本発明の一実施形態による、細長い開口を有するキャリアの上に形成された電気コンタクトの例示的なアレイを示す上面図である。

本発明の一実施形態による、図９に示される電気コンタクトのアレイの断面図である。

本発明の一実施形態による、図９に示される電気コンタクトのアレイの別の断面図である。

本発明の別の実施形態による、細長い開口を有するキャリアの上に形成された電気コンタクトの例示的なアレイを示す上面図である。

本発明の一実施形態による、図１２に示される電気コンタクトのアレイを示す、線１２３８に沿って描かれた断面図である。

本発明の一実施形態による、図１２に示される電気コンタクトのアレイを示す、線１２４０に沿って描かれた断面図である。

本発明の例証的な一実施形態による、キャリア上に電気コンタクトを作成する例示的な方法を示す図である。

本発明の一実施形態による、電気コンタクトの形成に用いる例示的な金型を示す図である。

本発明の一実施形態による、電気コンタクトの形成に用いるのに適切な金型の下半分の側面図及び上面図を示す図である。

本発明の一実施形態による、電気コンタクトの形成に用いるのに適切な金型の上半分の側面図及び上面図を示す図である。

本発明の別の実施形態による、キャリア上に電気コンタクトを作成する例示的な方法を示す図である。

本発明の一実施形態による、上に付着させた誘電体コーティングを有する図１３の例示的な構造体を示す断面図である。

本発明の一実施形態による、誘電体コーティング上に付着させた導電材料を有する図２０の例示的な構造体を示す断面図である。

本発明の一実施形態による、導電パターンを含む図２１の例示的な構造体を示す上面図である。

本発明の例証的な実施形態による、図２２に示される導電パターンの２つの例証的な形状を示す上面図である。

本発明の一実施形態による、誘電体コーティングの特定部分が選択的に除去された図２１の例示的な構造体を示す断面図である。

本発明の一実施形態による、上部にプローブ・ティップが形成された図２４の例示的な構造体を示す断面図である。

本発明の一実施形態による、上部にパッドが形成された図２４の例示的な構造体を示す断面図である。

本発明の例証的な一実施形態による、本発明の導電構造体を用いる例示的な用途を示す図である。

符号の説明

２、４２、１２０２、１２０４、１２０６、１２０８：コンタクト４、５、４３、４４、８２、８３、１２１０、１２１１、１２１２、１２１３、１２１４、１２１５、１２１６、１２１７、１５２０、１９１８：エラストマ・バンプ６、４９、９２，１２１８、１２２０、１２２２，１２２４、１５２４、１９２０：金属層８、４７、７２、１２０１、１９１０：キャリア１０、１３、４５ａ、４５ｂ、７４，１２０３：開口１４、４６、４８、９４、９６、１２３８、１２４０：断面図描画の方向を示す破線１５０２、１５０４、１５０６、１５０８、１５１０、１９０２、１９０４、１９０６、１９０８：ステップ１５１１：ブランク・キャリア１５１２、１６０２：金型の上半分１５１４、１６０４：金型の下半分１５１６：注入口ポート１５１８、１９１４：エラストマ材１５２２：不均一部分１６００：金型１７０２、１８０２：側面図１７０４、１８０４：上面図１７０６、１８０６：型穴１７０８：スタッド１９１２：空体積１９１６：区域２００２、２００４：誘電体コーティング２１０２、２１０４、２１０６、２１０８、２２０２：導電体材料（導電体パターン）
２１０２´：放射状スポーク型パターン２１０４´：らせん型パターン２４０２、２４０４、２４０６、２４０８：端部（頂部）
２４１０、２４１２：同軸コネクタ２５０２、２５０４：プローブ・ティップ２５０６、２５０８：位置２６０２、２６０４：パッド２６０６、２６０８：スパイク２７０２：集積回路ウェハ２７０４、２７０６、２７０８：チップ・ロケーション２７１０、２７１２、２７１４、２７２２，２７３２：コンタクト・ロケーション２７１６：本発明の構造体２７１８：基板２７２０：第１の面２７２６：電気コネクタ２７２８、２７４０：端部２７３０：はんだ２７３４：第２の面２７３６：導電体パターン２７３８：コンタクト・ティップ