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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Sockel für ein elektronisches Bauteil,
insbesondere zu Verbinden eines Kontakts mit einem Halbleiter mit
einer Federverkappung (MicroSpringTM-Kontakten). Der Sockel ist
zum Kontaktieren eines Bauelements in einer Vielzahl von Anordnungen
von einem einzelnen Bauelement bis zu einem vollständigen Wafer
nützlich
und kann zum Befestigen, Kontaktieren, Testen und Voraltern sowie
für den
regulären
Betrieb des Bauelements verwendet werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der
Gegenstand der Chipmaßstabsverkappung
war viele Jahre der Mittelpunkt einer intensiven Untersuchung in
der Industrie. Eine sehr vielversprechende Technologie beinhaltet
das Sichern von kleinen, elastischen Elementen an einem geeigneten Substrat
und die Verwendung dieser Elemente, um einen Kontakt zwischen einem
aktiven Bauelement und einer anderen Schaltung zu bewirken.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende US-Patentanmeldung Nr. 08/152 812,
eingereicht am 16. Nov. 93 (nun USP 4 576 211, herausgegeben am 19.
Dez. 95) und ihr Gegenstück,
die im gemeinsamen Besitz stehenden, gleichzeitig anhängigen US-"Ausscheidungs"-Patentanmeldungen Nrn. 08/457 479,
eingereicht am 01. Juni 95 (Status: anhängig), und 08/570 230, eingereicht
am 11. Dez. 95 (Status: anhängig),
alle von KHANDROS, offenbaren Verfahren zur Herstellung von elastischen
Verbindungselementen für
Mikroelektronikanwendungen, die das Anbringen eines Endes eines
biegsamen, länglichen
Kernelements (z.B. Draht-"Schaft" oder -"Gerüst") an einem Anschluss
an einem elektronischen Bauteil, das Beschichten des biegsamen Kernelements
und der benachbarten Oberfläche
des Anschlusses mit einem "Mantel" aus einem oder mehreren
Materialien mit einer vorbestimmten Kombination von Dicke, Dehngrenze
und Elastizitätsmodul,
um vorbestimmte Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der
resultierenden Federkontakte sicherzustellen, beinhalten. Beispielhafte
Materialien für
das Kernelement umfassen Gold. Beispielhafte Materialien für die Beschichtung
umfassen Nickel und seine Legierungen. Das resultierende Federkontaktelement
wird geeigneterweise verwendet, um Druck- oder demontierbare Verbindungen
zwischen zwei oder mehreren elektronischen Bauteilen, einschließlich Halbleiterbauelementen,
zu bewirken.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr. 08/340
144, eingereicht am 15. Nov. 94, und ihre entsprechende PCT-Patentanmeldung
Nr. PCT/US94/13373, eingereicht am 16. Nov. 94 (WO95/14314, veröffentlicht
am 26. Mai 95), beide von KHANDROS und MATHIEU, offenbaren eine
Anzahl von Anwendungen für
die vorstehend erwähnten Federkontaktelemente,
wie z.B. die Herstellung einer Zwischenschalteinrichtung. Die Anmeldung
offenbart auch Verfahren zur Herstellung von Kontaktstellen (Kontaktspitzenstrukturen)
an den Enden der Federkontaktelemente.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr. 08/452
255, eingereicht am 26. Mai 95, und ihre entsprechende PCT-Patentanmeldung
Nr.
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PCT/US95/14909,
eingereicht am 13. Nov. 95 (WO96/17278, veröffentlicht am 06. Juni 96),
beide von ELDRIDGE, GRUBE, KHANDROS und MATHIEU, offenbaren zusätzliche
Verfahren und Metallurgien zur Herstellung von Federkontaktelementen wie
z.B. zusammengesetzten Verbindungselementen, und zur Herstellung
und zum Anbringen von Kontaktspitzenstrukturen an den freien Enden
(Spitzen) der zusammengesetzten Verbindungselemente.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr. 08/558
332, eingereicht am 15. Nov. 95 von ELDRIDGE, GRUBE, KHANDROS und
MATHIEU, und ihre entsprechende PCT-Patentanmeldung Nr. US95/14885,
eingereicht am 15. Nov. 95 von ELDRIDGE, GRUBE, KHANDROS und MATHIEU, offenbaren
Verfahren zur Herstellung von elastischen Kontaktstrukturen, die
sich zur Herstellung von Federkontaktelementen direkt auf Halbleiterbauelementen
besonders gut eignen.
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Die
vorliegende Erfindung wendet sich der Herstellung von Verbindungen
mit modernen Mikroelektronikbauelementen mit einem feinen Rastermaß zu und
ist dafür
besonders gut geeignet. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "feines Rastermaß" auf Mikroelektronikbauelemente,
deren Anschlüsse
(im Fall der vorliegenden Erfindung ihre Verbindungselemente) in
einem Abstand von weniger als etwa 5 mils, wie z.B. 2,5 mils oder
65 μm, angeordnet
sind. Die Erfindung ist jedoch bei Bauelementen mit einem beliebigen
Rastermaß (z.B.
Millimeter oder größer), aber
insbesondere einem Rastermaß unterhalb
etwa 15 mils (375 μm),
nützlich.
Als nur ein nützliches
Beispiel kann ein Bauelement mit Federn in einer Flächenmatrix
mit einem Abstand von ungefähr
10 mils (250 μm)
ausgestattet werden. Ein entsprechendes Verbindungselement hätte dasselbe Rastermaß wie die
Kontaktflächen
der Federn. Ein entsprechender Sockel hätte beispielsweise ein entsprechendes
Muster von Erfassungskontaktstellen mit demselben Rastermaß, um die
Matrix von Federn aufzunehmen.
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Nachstehend
wird im großen
und ganzen die mit Sockel erfolgende Aufnahme von elektronischen Bauteilen
beschrieben, die Halbleiterbauelemente sind und die Verbindungselemente
aufweisen, die längliche
Verbindungselemente sind, insbesondere die Federkontaktelemente
sind, die sich von einer Oberfläche
derselben erstrecken. Wie hierin verwendet, wird ein Halbleiterbauelement
mit an diesem angebrachten Federkontaktelementen Federhalbleiterbauelement
genannt.
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Ein
Federhalbleiterbauelement kann mit einem Verbindungssubstrat auf
eine von zwei prinzipiellen Weisen verbunden werden. Es kann dauerhaft verbunden
werden, wie z.B. durch Löten
der freien Enden der Federkontaktelemente an entsprechende Anschlüsse auf
einem Verbindungssubstrat wie z.B. einer Leiterplatte. Alternativ
kann es reversibel mit den Anschlüssen verbunden werden, einfach
indem das Federhalbleiterbauelement gegen das Verbindungssubstrat
gedrückt
wird, so dass eine Druckverbindung zwischen den Anschlüssen und
Kontaktteilen der Federkontaktelemente hergestellt wird. Eine solche
reversible Druckverbindung kann als Selbststeckvorgang für das Federhalbleiterbauelement
beschrieben werden.
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Die
Fähigkeit,
ein Federhalbleiterbauelement von einer Druckverbindung mit einem
Verbindungssubstrat zu entfernen, wäre im Zusammenhang mit dem
Austausch oder der Aufrüstung
des Federhalbleiterbauelements nützlich.
Eine sehr nützliche
Aufgabe wird erfüllt,
indem einfach reversible Verbindungen mit einem Federhalbleiterbauelement hergestellt
werden. Dies ist zum Testen des Federhalbleiterbauelements besonders
nützlich.
Dies ist auch zum vorübergehenden
oder dauerhaften Anbringen an einem Verbindungssubstrat eines Systems
zum (1) Voraltern des Federhalbleiterbauelements oder (2) zum Feststellen,
ob das Federhalbleiterbauelement an seine Spezifikationen herankommt,
nützlich.
Als allgemeiner Vorschlag kann dies bewerkstelligt werden, indem
Druckverbindungen mit den Federkontaktelementen hergestellt werden.
Ein solcher Kontakt kann gelockerte Beschränkungen für die Kontaktkraft und dergleichen
aufweisen. Die vorliegende Erfindung offenbart eine Anzahl von Verfahren
zur Sockelmontage an Federhalbleiterbauelementen.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr. 08/533
385, eingereicht am 18. Okt. 95 von DOZIER, ELDRIDGE, GRUBE, KHRNDROS
und MATHIEU, und ihre entsprechende PCT-Patentanmeldung Nr. US95/14842,
eingereicht am 13. Nov. 95 von DOZIER, ELDRIDGE, GRUBE, KHANDROS
und MATHIEU, offenbaren Sockelsubstrate mit Federkontaktelementen
zur Herstellung von reversiblen Verbindungen mit einem aktiven Halbleiterbauelement.
Der Sockel wird wiederum an einer elektronischen Schaltung befestigt
und mit dieser verbunden. Auf eine sehr allgemeine Weise wendet
sich die vorliegende Erfindung dem zu, was als analoge, aber umgekehrte Situation
betrachtet werden könnte,
nämlich
der Herstellung von reversiblen Verbindungen mit elektronischen
Bauteilen mit Federkontaktelementen mit Sockelsubstraten.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr. 08/784
862, eingereicht am 15. Jan. 97 von KHANDROS UND PEDERSEN, und ihr
Gegenstück,
die PCT-Patentanmeldung
Nr. US97/08604, eingereicht am 15. Mai 97 von KHANDROS UND PEDERSEN, offenbaren
ein System zum Voraltern und -Testen auf Waferebene, wobei eine
Vielzahl von relativ kleinen, aktiven elektronischen Bauteilen wie
z.B. anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) an
einem relativ großen
Verbindungssubstrat angebracht werden. Eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen
befinden sich auf einem zu prüfenden
Wafer (WUT).
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Federkontaktelemente
erstrecken sich von den Oberflächen
der Halbleiterbauelemente und sind geeigneterweise freistehende,
längliche
Verbindungselemente, jedoch nicht auf diese begrenzt, wie sie z.B.
in der vorstehend erwähnten,
im gemeinsamen Besitz stehenden, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung
Nr. 08/452 255, eingereicht am 26. Mai 95, und ihrem Gegenstück, der
PCT-Patentanmeldung
Nummer US95/14909, eingereicht am 13. NOV. 95, offenbart sind. Wie
in 3B darin dargestellt, erstrecken sich eine Vielzahl
von Vertiefungen, geeigneterweise in Form von umgedrehten Pyramiden,
in eine ASIC von deren Flächen
aus. Eine Metallisierung wird auf die Seitenwände dieser Vertiefungen aufgebracht,
was eine elektrische Verbindung mit Schaltungselementen der ASIC
herstellt.
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Bei
der Verwendung, wenn eine ASIC und der WUT zusammengebracht werden,
treten die Spitzen der Federkontaktelemente auf dem WUT in die Vertiefungen
in der ASIC ein und kommen mit den Seitenwänden der Vertiefungen mit ausreichender Kraft
in Eingriff, um eine zuverlässige
elektrische Druckverbindung sicherzustellen. Wie in 3C darin
dargestellt, weist jede ASIC alternativ eine Vielzahl von Kontaktstellen
(Anschlüssen),
die auf eine herkömmliche
Weise auf ihrer Vorderfläche
ausgebildet sind, und eine Schicht aus Isolationsmaterial auf. Ein
solcher Siliziumchip kann so mikrobearbeitet werden, dass er eine
Vielzahl von Öffnungen
aufweist, die sich durch diesen hindurcherstrecken und auf die Kontaktstellen
ausgerichtet sind und über
der Vorderfläche
der ASIC angeordnet werden können.
Die Schicht aus Isolationsmaterial stellt eine vergleichbare "Erfassungs"-Fähigkeit
wie die in den ASICs ausgebildeten Vertiefungen bereit. Die 5A-5C dieser Patentanmeldungen
stellen ein Verfahren zur Herstellung von leitenden Kontaktlöchern durch
eine ASIC dar, wobei Vertiefungen (erste und zweite Lochteile) von
beiden Seiten der ASIC aus erzeugt werden, bis sie zueinander benachbart
werden. Dann wird eine leitende Schicht (z.B. Wolfram, Titan-Wolfram
usw.) wie z.B. durch Sputtern in den ersten und zweiten Lochteilen
abgeschieden, was zu einem ersten leitenden Schichtteil, der sich
in den ersten Lochteil erstreckt, und einem zweiten leitenden Schichtteil,
der sich in den zweiten Lochteil erstreckt, führt. Dies ist besonders interessant,
wenn sich der erste und der zweite Lochteil auf entgegengesetzten
Seiten eines Siliziumsubstrats wie z.B. eines Wafers befindet. Dann
wird eine Masse aus leitendem Material (z.B. Gold, Nickel usw.)
aufgebracht, um die leitenden Schichten in den zwei Lochteilen zu
verbinden (überbrücken). Diese
Masse aus leitendem Material wird geeigneterweise durch Plattieren
aufgebracht.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr. 09/108
163, eingereicht am 30. Juni 1998 von ELDRIDGE, GRUBE, KHANDROS,
MATHIEU, PEDERSEN und STADT, offenbart eine Anzahl von Verfahren
zur Herstellung von reversiblen Verbindungen mit einem Federhalbleiterbauelement
für den
Zweck der Voralterung des Federhalbleiterbauelements und der Feststellung,
ob das Federhalbleiterbauelement in der Lage ist, seine Spezifikationen
zu erfüllen. 2 der
Patentanmeldung stellt beispielsweise ein Verfahren dar, in dem
das Federhalbleiterbauelement gegen ein Verbindungssubstrat wie
z.B. eine Leiterplatte (PCB) gedrückt wird, so dass die Spitzen der
Federkontaktelemente mit einer entsprechenden Vielzahl von Anschlüssen auf
der PCB in Druckkontakt kommen, um eine Druckverbindung mit diesen herzustellen. 4 der Patentanmeldung stellt beispielsweise
ein verfahren dar, bei dem Endteile der Federkontaktelemente in
plattierte Durchgangslochanschlüsse
eines Verbindungssubstrats wie z.B. einer Leiterplatte eingesetzt
werden. 5A der Patentanmeldung stellt
beispielsweise ein Verfahren dar, bei dem die Enden der Federkontaktelemente mit
entsprechenden einer Vielzahl von konkaven Anschlüssen eines
Verbindungssubstrats in Kontakt gebracht werden. Die konkaven Anschlüsse sind
wie plattierte Durchgangslöcher
ausgebildet, die einen oberen Teil in Form eines Kegels oder einer
Pyramide aufweisen, dessen/deren Basis an einer oberen Oberfläche des
Verbindungssubstrats liegt und dessen/deren Scheitel (Punkt) innerhalb
des Verbindungssubstrats liegt. 5B der
Patentanmeldung stellt konkave Anschlüsse jeweils in Form einer Halbkugel
dar, deren Basis an einer oberen Oberfläche des Verbindungssubstrats
liegt und deren Scheitel innerhalb des Verbindungssubstrats liegt. 5C der Patentanmeldung
stellt konkave Anschlüsse
dar, die einen oberen Teil in Form eines trapezförmigen Festkörpers aufweisen,
der einen relativ breiteren Basisteil an einer oberen Oberfläche des
Verbindungssubstrats aufweist, und dessen relativ schmälerer Basisteil
innerhalb des Verbindungssubstrats liegt. In jedem der Beispiele
der 5A, 5B und 5C der
Patentanmeldung tritt die Spitze der Federkontaktstruktur in den
konkaven Anschluss an seinem breitesten Teil ein, was somit einen
leichteren Eintritt und eine leichtere Führung oder "Erfassung" der Enden der Federkontaktelemente
durch die Anschlüsse ermöglicht.
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In
EP 0 072 492 A2 weist
ein IC-Bauteil eine Vielzahl von Kontaktstiften auf, die an entsprechende Leiterleitungen
an einem biegsamen Kabel mit mehreren Leitern gelötet sind.
Das Kabel mit mehreren Leitern wird gebogen und das IC-Bauteil sowie das Kabel
werden in einem Gehäuse
montiert. Das Gehäuse
weist auf einer Seite eine Schlitzöffnung zum Einsetzen eines
PCB-Kartenteils auf. Der einsetzbare PCB-Kartenteil weist Leitungsverbindungsstecker auf,
die die Verbindungsstecker an dem Kabel mit mehreren Leitern in
Kontakt bringen, wenn es in den Schlitz eingesetzt wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Sichern und elektrischen
Verbinden eines elektronischen Bauteils und ein Verfahren zur Herstellung
eines elektrischen Kontakts zwischen einem elektronischen Bauteil
und einer Kontaktstelle auf einem Substrat bereitzustellen, die
eine vorübergehende
und zuverlässige
Verbindung zwischen einem elektronischen Bauteil und einem Substrat
ermöglichen.
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Die
Anordnung der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert und das Verfahren
ist in Anspruch 16 definiert. Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
in den abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Ein
bevorzugtes elektronisches Bauteil ist ein Halbleiterbauelement.
Ein bevorzugtes längliches Verbindungselement
ist ein Federkontaktelement.
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Gemäß einem
Hauptaspekt der Erfindung werden eine Vorrichtung und Verfahren
zur mittel Sockel erfolgenden Aufnahme eines einzelnen Federhalbleiterbauelements
an einem einzelnen Sockelsubstrat offenbart (siehe z.B. 5, 5A, 5B, 5C und 5D).
Mit Bezug auf 5 kann ein Halbleiterbauelement
so angeordnet werden, dass die länglichen
Verbindungselemente mit Erfassungskontaktstellen auf einem Sockelsubstrat einen
Kontakt herstellen. Ein Gehäuse
wird über
dem Halbleiter befestigt, um ihn an der Stelle zu halten, und am
primären
Substrat befestigt. Ein Federmechanismus im Gehäuse sieht eine Spannung vor,
um den Halbleiter an der Stelle zu halten. Bei einem besonders bevorzugten
Mechanismus wird ein einfaches Gehäuse mit Beinen, das einem Tisch ähnelt, direkt
gegen den Halbleiter mit Erfassungskontaktstellen direkt auf einem
Substrat wie z.B. einer Leiterplatte in Position gedrückt. Die
Beine werden durch Löcher
im Substrat positioniert und an der Stelle fixiertt. "Heißes Anpflocken" durch Schmelzen
eines thermoplastischen Materials ist besonders bevorzugt.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Sockelsubstrat mit "Erfassungskontaktstellen" zur Herstellung
von reversiblen Verbindungen mit einem oder mehreren Verbindungselementen,
die sich von einem elektronischen Bauteil erstrecken, bereitgestellt. 1C stellt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines elektronischen Bauteils (108) mit einem länglichen
Verbindungselement (130) in Form eines Federkontaktelements,
das sich vom Bauteil erstreckt, dar.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann das elektronische Bauteil ein Halbleiterbauelement
mit Verbindungselementen sein, die Federkontaktelemente sind, die
sich von diesem erstrecken. Solche Bauelemente werden hierin "Federhalbleiterbauelemente" genannt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind die Erfassungskontaktstellen auf dem Sockelsubstrat
flache Kontaktstellen. Die Erfassungskontaktstellen können unter
die Oberfläche
des Sockelsubstrats vertieft sein (Siehe z.B. 2, 2A und 2B).
Vertiefte Erfassungskontaktstellen unterstützen die physikalische Positionierung der
Enden der länglichen
Verbindungselemente.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind die Erfassungskontaktstellen auf dem Sockelsubstrat
konkav, wobei sie sich in die Oberfläche des Sockelsubstrats erstrecken,
einschließlich
halbkugelförmiger
Vertiefungen, Vertiefungen von umgedrehten Pyramiden und Vertiefungen
von umgedrehten Pyramidenstümpfen
(siehe z.B. 2C, 2D und 2E).
Konkave Anschlüsse
unterstützen
auch beim physikalischen "Erfassen" der Enden der länglichen
Verbindungselemente.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
das keinen Teil der beanspruchten Erfindung bildet, sind die Erfassungskontaktstellen
auf dem Sockelsubstrat Löcher,
die sich durch das Sockelsubstrat erstrecken. Solche Löcher können viele
Formen annehmen, einschließlich
zylindrischer Löcher
und Löcher,
die sanduhrförmig
sind (Vertiefungen aus von Scheitel zu Scheitel umgedrehten Pyramiden) (siehe
z.B. 2F). Anschlüsse
vom Durchgangslochtyp erleichtern die Herstellung von Verbindungen mit
dem Sockelsubstrat über
die Rückseite
des Substrats. Es werden Verfahren zur Herstellung von symmetrischen
und asymmetrischen sanduhrförmigen Durchgangslochanschlüssen in
einem Silizium-Sockelsubstrat offenbart (siehe z.B. 4A-4I). Diese
Verfahren nutzen die natürliche
Neigung von 1,0,0-Silizium, in einem Winkel zu ätzen, und dass das Ätzen selbstbegrenzend
ist.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung werden Verbindungen durch externe Bauelemente mit dem
Sockelsubstrat über
Leiterbahnen hergestellt, die sich auf (siehe z.B. 2 und 3A)
oder innerhalb (siehe z.B. 2A) der Oberfläche des
Sockelsubstrats befinden. Die Leiterbahnen ermöglichen einen Leiterbahnverlauf
wie z.B. zwischen einem Kontaktpunkt und einem Anschluss oder einer
anderen Schaltung.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird das Sockelsubstrat durch ein Trägersubstrat abgestützt, das
auch als Verbindungssubstrat funktionieren kann (siehe z.B. 3B, 3C und 6A).
Verbindungen mit externen Bauelementen können über das Träger/Verbindungs-Substrat hergestellt
werden (siehe z.B. 3B und 3C).
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung werden Verfahren zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen
einer Vielzahl von Federhalbleiterbauelementen auf einer Vielzahl
von Sockelsubstraten offenbart (siehe z.B. 7 & 7A).
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung werden Verfahren zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen
einer Vielzahl von Federhalbleiterbauelementen auf einem einzelnen
großen Sockelsubstrat
offenbart (siehe z.B. 7B).
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung werden Verfahren zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen
einer Vielzahl von Federhalbleiterbauelementen, die sich auf einem
getesteten Halbleiterwafer (WUT) befinden, auf einem einzelnen sehr
großen
Sockelsubstrat offenbart (siehe z.B. 8, 8A, 8B und 8C).
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung werden Verfahren zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen
einer Folge von einem oder mehreren Federhalbleiterbauelementen,
die sich auf einem Halbleiterwafer befinden, auf einem oder mehreren
Sockelsubstraten offenbart (siehe z.B. 9).
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
das keinen Teil der beanspruchten Erfindung bildet, wird ein Gesamtprozess
zur Herstellung von Federhalbleiterbauelementen offenbart (siehe
z.B. 10).
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Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sowie die Einzelheiten
eines erläuternden Ausführungsbeispiels
werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen genauer
verstanden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nun
wird im einzelnen auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
Bezug genommen, von welchen Beispiele in den zugehörigen Zeichnungen
dargestellt sind. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit diesen
bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben wird, sollte es selbstverständlich sein, dass dies nicht
vorgesehen ist, um den Schutzbereich der Erfindung auf diese speziellen Ausführungsbeispiele
zu begrenzen. In den hierin dargestellten Seitenansichten sind der
Darstellungsklarheit halber häufig
nur Teile der Seitenansicht im Querschnitt dargestellt und Teile
können
in der Perspektive gezeigt sein. In den hierin dargestellten Figuren
ist die Größe von bestimmten
Elementen häufig der
Darstellungsklarheit halber übertrieben
(gegenüber
anderen Elementen in der Figur nicht maßstäblich).
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1A ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines Schritts bei der Herstellung
eines erfindungsgemäßen Federkontaktelements,
das ein zusammengesetztes Verbindungselement ist.
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1B ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines weiteren Schritts bei der Herstellung
des erfindungsgemäßen Federkontaktelements
von 1A.
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1C ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Federkontaktelements
nach 1B.
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2 ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Drücken eines Federhalbleiterbauelements
in Kontakt mit flachen Erfassungskontaktstellen (Anschlüssen) eines
Verbindungssubstrats gemäß der Erfindung
darstellt.
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2A ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Drücken eines Federhalbleiterbauelements in
Kontakt mit flachen Erfassungskontaktstellen eines Verbindungssubstrats
gemäß der Erfindung
darstellt.
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2B ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Drücken eines Federhalbleiterbauelements in
Kontakt mit flachen Anschlüssen
eines Verbindungssubstrats gemäß der Erfindung
darstellt.
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2C ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Drücken eines Federhalbleiterbauelements in
Kontakt mit konkaven, halbkugelförmigen
Anschlüssen
eines Verbindungssubstrats gemäß der Erfindung
darstellt.
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2D ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Drücken eines Federhalbleiterbauelements in
Kontakt mit konkaven, pyramidenartigen Anschlüssen eines Verbindungssubstrats
gemäß der Erfindung
darstellt.
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2E ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Drücken eines Federhalbleiterbauelements in
Kontakt mit konkaven, pyramidenstumpfartigen Anschlüssen eines
Verbindungssubstrats gemäß der Erfindung
darstellt.
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2F ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Drücken eines Federhalbleiterbauelements in
Kontakt mit zusammengesetzten, sanduhrartigen, Durchgangslochanschlüssen eines
Verbindungssubstrats gemäß der Erfindung
darstellt.
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3A ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Verbinden eines Sockelsubstrats
der vorliegenden Erfindung mit einem externen Bauelement (nicht
dargestellt) gemäß der Erfindung
darstellt.
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3B ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Verbinden eines Sockelsubstrats
der vorliegenden Erfindung mit einem externen Bauelement (nicht
dargestellt) gemäß der Erfindung
darstellt.
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3C ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Verbinden eines Sockelsubstrats
der vorliegenden Erfindung mit einem externen Bauelement (nicht
dargestellt) gemäß der Erfindung
darstellt.
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4A-4F sind
Seitenquerschnittsansichten, die die Herstellung von Erfassungskontaktstellen,
die sanduhrartige Durchgangslöcher
sind, in einem Sockelsubstrat gemäß der Erfindung darstellen.
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4G ist
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schritts
in dem mit Bezug auf die 4A-4F beschriebenen
Prozess.
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4H ist
eine schematische Darstellung eines alternativen erfindungsgemäßen Schritts
in dem mit Bezug auf die 4A-4F beschriebenen Prozess.
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4I ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Sockelsubstrats,
das unter Verwendung der in 4H dargelegten
Prozedur hergestellt wurde.
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4J ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Sockelsubstrats.
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4K ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die das Abstützen und Verbinden mit einem
Sockelsubstrat gemäß der Erfindung
darstellt.
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5 ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer Aufspannanordnung zum mittels
Sockel erfolgenden Aufnehmen eines Federhalbleiterbauelements auf
einem Sockelsubstrat gemäß der Erfindung.
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5A ist
eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Sockelsubstrat von 5.
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5B ist
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gehäusekomponente für die mit
Bezug auf 5 beschriebene Anordnung.
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5C ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Aufspannanordnung
zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen eines Federhalbleiterbauelements
auf einem Sockelsubstrat.
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5D ist
eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Gehäusekomponente für die mit Bezug
auf 5C beschriebene Anordnung.
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6 ist
eine teilweise schematische Seitenquerschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Aufspannvorrichtung
zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen eines Federhalbleiterbauelements
auf einem Sockelsubstrat.
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6A ist
ein Diagramm, das die mittels Sockel erfolgende Aufnahme eines Federhalbleiterbauelements
und die Herstellung von Verbindungen mit einem externen Bauelement
gemäß der Erfindung darstellt.
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7 ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die die mittels Sockel erfolgende
Aufnahme einer Anzahl von Federhalbleiterbauelementen auf einer
Anzahl von Sockelsubstraten gemäß der Erfindung
darstellt.
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7A ist
eine Draufsicht auf die erfindungsgemäßen Sockelsubstrate von 7,
die sich auf einem Verbindungssubstrat befinden.
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7B ist
eine Draufsicht auf ein einzelnes großes erfindungsgemäßes Sockelsubstrat
zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen einer Anzahl von Federhalbleiterchips,
die sich auf einem Verbindungssubstrat befinden.
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8 ist
eine Draufsicht auf eine Anordnung eines Verbindungssubstrats mit
einem einzelnen sehr großen
Sockelsubstrat zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen einer Vielzahl
von Federhalbleiterbauelementen, die sich auf einem Halbleiterwafer befinden,
gemäß der Erfindung.
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8A ist
eine Seitenquerschnittsansicht der Anordnung von 8 gemäß der Erfindung.
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8B ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Implementierung
der Anordnung von 8.
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8C ist
ein Diagramm, das die Verbindung mit einer Vielzahl von Sockelstellen
auf einem sehr großen
Substrat zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen einer Vielzahl
von Federhalbleiterbauelementen, die sich auf einem Halbleiterwafer
befinden, gemäß der Erfindung
darstellt.
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9 ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer Anordnung zum Prüfen von
Federhalbleiterbauelementen gemäß der Erfindung.
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10 ist
ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Gesamtprozesses, der Testschritte
darstellt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Anbringen von Federkontaktelementen
an Halbleiterbauelementen
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Die
vorstehend erwähnte,
im gemeinsamen Besitz stehende PCT-Patentanmeldung Nr. US95/14909,
offenbart in deren zum Text gehörenden 1C, 1D und 1E,
die hierin als 1A, 1B und 1C wiedergegeben
sind, ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung von Federkontaktelementen
vom vorstehend erwähnten
zusammengesetzten Verbindungstyp auf elektronischen Bauteilen, die
Halbleiterbauelemente sind. Ein nützliches Verfahren ist im einzelnen
in den Patenten Nr. 5 772 451 der Vereinigten Staaten, herausgegeben
am 30. Juni 1998, mit dem Titel "Sockets
for Electronic Components and Methods of Connecting to Electronic
Components", und
Nr. 5 806 181, herausgegeben am 15. September 1998, mit dem Titel "Contact Carriers
(Tiles) for Populating Larger Substrates with Spring Contacts", offenbart.
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Mit
Bezug nun auf die 1A, 1B und 1C ergibt
ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung von elastischen, länglichen,
freistehenden Federkontaktelementen zusammengesetzte Verbindungselemente
auf einem elektronischen Bauteil 108. In einem besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann das elektronische Bauteil 108 ein Halbleiterbauelement
sein. Eine leitende Schicht 126 aus einem leitenden Material
wird über
einer Passivierungsschicht 124 abgeschieden. Photoresist 128 wird
aufgebracht und mit Öffnungen 132 strukturiert, die über Öffnungen 122 in
der Passivierungsschicht ausgerichtet sind. Ein freies Ende 102a eines
Drahts 102 wird an eine Oberfläche des elektronischen Bauteils 108 gebondet,
dann mit einer oder mehreren Schichten aus einem leitenden Material
plattiert, um ein Federkontaktelement zu ergeben, das eine freistehende,
längliche,
zusammengesetzte Verbindungsstruktur darstellt. Der Photoresist 128 und
die mit Resist bedeckten Teile der leitenden Schicht 126 werden
entfernt.
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Das
in 1C gezeigte Federkontaktelement 130 stellt
ein zusammengesetztes Verbindungselement dar, das länglich ist
und ein Basis- (proximales) Ende, das am elektronischen Bauteil 108 angebracht
ist, und ein freies (distales) Ende (Spitze) an seinem entgegengesetzten
Ende aufweist. Dies ist zur Herstellung eines Druckkontakts mit
einem Anschluss oder einem anderen Kontakt eines anderen elektronischen
Bauteils (siehe 2, 2A-2F)
nützlich.
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Andere
elastische Kontakte sind in bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen
nützlich.
Die elastischen Kontaktstrukturen von WO 97/43654, veröffentlicht
am 20. Nov. 1997, oder von WO 97/44676, veröffentlicht am 27. Nov. 1997,
sind beispielsweise besonders bevorzugt. Diese elastischen Kontaktelemente
werden direkt auf einem Halbleiterbauelement oder in einem Zwischen-Opfersubstrat, von
dem aus die Kontakte am gewünschten
Halbleiterbauelement befestigt werden, und das Opfersubstrat entfernt
wird, in einer gewünschten
Form plattiert.
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Noch
weitere elastische Kontakte sind in der vorliegenden Erfindung nützlich.
Als Beispiel wird gemäß der Offenbarung
der US-Anmeldung Nr. 09.032 473, eingereicht am 26. Feb. 1998, mit
dem Titel "Lithographically
Defined Microelectronic Contact Structures", von Pedersen und Khandros, ein besonders
nützlicher
Kontakt hergestellt.
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Ein einfaches
Sockelmontageverfahren
-
2 stellt
ein bevorzugtes Basis-Sockelmontageverfahren dar. In diesem Beispiel
umfasst die Anordnung 200 ein elektronisches Bauteil 202 mit einem
oder mehreren Verbindungselementen jeweils in Form eines Federkontaktelements 204,
das an einem entsprechenden Anschluss 206 angebracht ist und
sich von diesem erstreckt. Ein Sockelsubstrat 208 weist
eine oder mehrere Erfassungskontaktstellen 210 jeweils
in Form eines flachen Anschlusses auf einer Oberfläche, wie
dargestellt, auf. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das elektronische Bauteil 202 ein Halbleiterbauelement.
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Das
Sockelsubstrat 208 kann viele Formen annehmen, einschließlich eines
beliebigen geeigneten Isolationsmaterials wie z.B. einer Keramik
oder einer PCB. Ein besonders bevorzugtes Sockelsubstrat ist Silizium.
Silizium kann direkt als Halbleiter verwendet werden oder kann behandelt
werden, um die gezeigten leitenden Elemente zu isolieren. Das Substrat
kann selbst ein aktives Halbleiterbauelement sein. Das Sockelsubstrat
kann ein Siliziumwafer oder ein gewisser Teil eines Siliziumwafers
sein.
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Das
elektronische Bauteil 202 wird gegen das Sockelsubstrat 208 gedrückt, wie
durch den Pfeil 212 angegeben, so dass die Spitzen (distalen
Enden) der Federkontaktelemente 204 mit entsprechenden Erfassungskontaktstellen 210 in
Eingriff kommen und einen elektrischen Kontakt herstellen.
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Leiterbahnen 214 können auf
dem Sockelsubstrat 208 vorgesehen sein. Eine Leiterbahn 214 erstreckt
sich von einer Erfassungskontaktstelle 210 so, dass eine
elektrische Verbindung mit dem entsprechenden Anschluss 206 auf
dem elektronischen Bauteil 202 hergestellt werden kann.
Dies ist zum Verbinden eines externen Bauelements wie z.B. eines
Prüfgeräts (nicht
dargestellt) über
die Erfassungskontaktstellen 210 über die Federkontaktelemente 204 mit
dem elektronischen Bauteil 202 besonders nützlich.
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Die
Verbindung zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Sockelsubstrat
hängt von
einem ausreichenden Kontakt zwischen diesen Bauteilen ab. Das elektronische
Bauteil kann vom Sockelsubstrat entfernt werden. Somit ermöglichen
mehrere oder wiederholte Kombinationen von verschiedenen elektronischen
Bauteilen und/oder verschiedenen Sockelsubstraten ein wiederholtes
Aufnehmen von verschiedenen oder auch demselben elektronischen Bauteil
auf ein gegebenes Sockelsubstrat. Dies ist zum Anbringen eines Halbleiterbauelementes
in einem fertiggestellten Produkt besonders nützlich, eben da andere Sockel
zum Anbringen eines ein Halbleiterbauelement enthaltenden Gehäuses heute umfangreich
verwendet werden.
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Dies
ist auch zum Voraltern oder Testen eines Halbleiterbauelements besonders
nützlich.
Im Voralterungs- oder
Testfall kann eine Sockel- und Trägerelektronik zum Befestigen
und Kontaktieren des Halbleiterbauelements ausgelegt werden, um
die gewünschten
Tests auszuführen.
Der Unterschied besteht jedoch hier darin, dass das Halbleiterbauelement
direkt ohne separate Verkappung mit Sockel versehen wird.
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Auf
diese Weise funktioniert das Sockelsubstrat 208 als Sockel
zum Bewirken von reversiblen Verbindungen mit einem elektronischen
Bauteil 202 mit erhabenen Kontaktelementen, die sich von
einer Oberfläche
desselben erstrecken. Andere Sockelkonfigurationen werden nachstehend
offenbart.
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Bei
der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Federkontaktelement 204 und
einer entsprechenden Erfassungskontaktstelle 210 ist es
im Allgemeinen hilfreich, wenn eine gewisse Schleifwirkung im Allgemeinen
in Form einer seitlichen Verschiebung der Spitze eines Kontaktelements über die
Oberfläche
der Erfassungskontaktstelle stattfindet. Dies ist insofern hilfreich,
als es gewöhnlich
irgendeinen Rest oder Verunreinigungen auf der Oberfläche der
Erfassungskontaktstelle oder auf der Spitze des Federkontaktelements
verlagert oder durchdringt. Durch Wählen einer geeigneten Form
für das
Federkontaktelement 204 verformt eine Verschiebung des
elektronischen Bauteils 202 in der Richtung 212 (in
der Z-Achse des Sockelsubstrats 208) das Kontaktelement
in der entgegengesetzten Z-Richtung.
Ein elastisches Kontaktelement kann so geformt sein, dass eine Reaktion
auf diese Z-Verschiebung eine Komponentenvektorbewegung in der XY-Ebene
senkrecht zur Z-Achse
umfasst. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Form
des elastischen Kontaktelements so ausgelegt, dass diese XY-Komponente
die Spitze des Kontaktelements des elektronischen Bauteils entlang
der Kontaktstelle bewegt, was eine nützliche Schleifbewegung ergibt. Eine
alternative Schleifbewegung kann durch physikalisches Verschieben
des Sockelsubstrats relativ zum Halbleiterbauelement in der XY-Ebene, wenn oder
nachdem die Spitze des Kontaktelements mit der Erfassungskontaktstelle
in Kontakt gebracht wird, eingeführt
werden. Ein Fachmann kann eine nützliche
Federform entwerfen, um eine gewisse Schleifbewegung zwischen einem
ausgewählten
Kontaktelement und einer entsprechenden Kontaktstelle zu erzeugen.
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Eine
Leiterbahn 214 kann mit einer anderen Schaltung, beispielsweise
mit einem externen elektronischen Bauelement oder mit einem Kontaktpunkt oder
Anschluss zur Verbindung mit einem externen elektronischen Bauelement,
verbunden werden. Eine andere Schaltung kann in das Sockelsubstrat
integriert werden und mit einer Leiterbahn zur letztlichen Verbindung
mit dem elektronischen Bauteil über
ein oder mehrere Verbindungselemente 204 verbunden werden.
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Eine zweite
Sockelkonfiguration
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2A stellt
einen weiteren Sockel 220 zum Bewirken von Verbindungen
mit Verbindungselementen 222 (vergleiche 204)
eines elektronischen Bauteils (nicht dargestellt) dar. Das Sockelsubstrat 224 kann
wie das Sockelsubstrat 208 sein. Metallisierungsschichten
werden auf eine bekannte Weise auf der Oberfläche des Sockelsubstrats 224 ausgebildet und
umfassen eine oder mehrere Schichten aus Isolationsmaterial und
eine oder mehrere Metallisierungsschichten. Diese Schichten können gemäß Standardverfahren
strukturiert werden. In dieser Darstellung ist eine Metallisierungsschicht 226 in
das Isolationsmaterial 228 eingebettet gezeigt. Eine weitere
Metallisierungsschicht ist freigelegt und zugänglich und bildet Erfassungskontaktstellen 230 zur
Herstellung von Verbindungen mit den Enden der Verbindungselemente 222 und
zweite Anschlüsse 232 zur Herstellung
von Verbindungen mit einem externen Bauelement (nicht dargestellt).
Ausgewählte
der Erfassungskontaktstellen 230 werden elektrisch mit ausgewählten der
zweiten Anschlüsse 232 über ausgewählte Teile
der Metallisierung 226 und geeignete interne Verbindungen
unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren verbunden. Mehrere
Verbindungsschichten können
hergestellt werden. Auf diese Weise können komplexe Leiterbahnverlaufsschemen
bewirkt werden.
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Eine dritte
Sockelkonfiguration
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2B stellt
einen weiteren Sockel 240 zum Bewirken von reversiblen
Verbindungen mit Verbindungselementen 242 (vergleiche 222)
eines elektronischen Bauteils (nicht dargestellt) dar. In diesem Beispiel
wird eine Isolationsschicht 244 über das Sockelsubstrat 246 (vergleiche 224)
mit Öffnungen, durch
die die Erfassungskontaktstellen 248 freiliegen, aufgebracht.
Diese Öffnungen
in der Isolationsschicht 244 helfen, die Enden der Verbindungselemente 242 an
den Erfassungskontaktstellen 248 zu positionieren, insbesondere
wenn die Verbindungselemente zuerst mit den Erfassungskontaktstellen 248 in
Ausrichtung gebracht und ungefähr
an diesen positioniert werden. Wenn das Sockelsubstrat ein Halbleiterwafer
oder ein Teil davon ist, kann die Isolationsschicht 244 als
herkömmliche
Passivierungsschicht aufgebracht werden. Die Isolationsschicht 244 sieht einen
physikalischen Schutz für
die Leiterbahnen (z.B. 214 in
-
2)
vor. Diese Isolationsschicht 244 kann beispielsweise eine
Fehlleitung von Signalen oder elektrischer Energie verhindern, wenn
ein Verbindungselement 242 falsch positioniert ist und
ihm eine entsprechende Erfassungskontaktstelle 248 fehlt.
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Eine vierte
Sockelkonfiguration
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2C stellt
einen weiteren Sockel 260 zum Bewirken von Verbindungen
mit Verbindungselementen 262 (vergleiche 242)
eines elektronischen Bauteils (nicht dargestellt) dar. In diesem
Beispiel weist das Sockelsubstrat 264 (vergleiche 246)
Erfassungskontaktstellen 266 auf, die vielmehr konkav als
flach sind (vergleiche Erfassungskontaktstellen 210, 230, 248).
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden
die Erfassungskontaktstellen 266 in die Oberfläche des
Sockelsubstrats 264 oder in die Oberfläche von Schichten, die über dem
Sockelsubstrat liegen (vergleiche 228 in 2A),
abgesenkt. Die konkaven Erfassungskontaktstellen 266 sind
als halbkugelförmig
dargestellt, die einen Durchmesser aufweisen, der größer ist
als der Durchmesser des Endes des Verbindungselements 262,
welches mit der Erfassungskontaktstelle 266 in Kontakt
kommt, und helfen, das Ende des Verbindungselements zu den Erfassungskontaktstellen
zu führen
oder dort anzuordnen.
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Auf
die vorstehend beschriebene Weise erstrecken sich Leiterbahnen 268 (vergleiche 214 in 2)
geeigneterweise von den Erfassungskontaktstellen 266 zu
anderen Stellen auf dem Sockelsubstrat 264.
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Es
liegt innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung, dass die Anschlüsse andere
Formen aufweisen können,
wie z.B. zylindrische Vertiefungen, die sich in die Oberfläche des
Sockelsubstrats oder eine über
dem Sockelsubstrat liegende Schicht erstrecken. Wie hierin verwendet,
umfasst "konkav" zylindrisch.
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Eine fünfte Sockelkonfiguration
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2D stellt
einen weiteren Sockel 280 zum Bewirken von reversiblen
Verbindungen mit Verbindungselementen 282 (vergleiche 262)
eines elektronischen Bauteils (nicht dargestellt) dar. In diesem Beispiel
ist das Sockelsubstrat 284 (vergleiche 264) mit "konkaven" Erfassungskontaktstellen 286 (vergleiche 266),
geeigneterweise in Form von umgedrehten Pyramiden, versehen. In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden Metallisierungsschichten auf eine bekannte Weise auf der
Oberfläche
des Sockelsubstrats 284 (vergleiche 224) ausgebildet und
umfassen eine oder mehrere Schichten aus Isolationsmaterial und
eine oder mehrere Metallisierungsschichten. In dieser Darstellung
ist eine Metallisierungsschicht 288 (vergleiche 226)
in das Isolationsmaterial 290 (vergleiche 228)
eingebettet gezeigt. Eine weitere Metallisierungsschicht wird strukturiert, um
erste Leiterbahnen 292 (vergleiche 230), die mit jeweiligen
der Erfassungskontaktstellen 286 in elektrischem Kontakt
stehen, und Leiterbahnen 294 (vergleiche 232)
zur Herstellung von Verbindungen mit einer anderen Schaltung auszubilden.
Ausgewählte der
ersten Leiterbahnen 292 werden mit ausgewählten der
zweiten Leiterbahnen 294 über ausgewählte Teile der eingebetteten
Metallisierung 288 elektrisch verbunden.
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Eine sechste
Sockelkonfiguration
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2E stellt
einen weiteren Sockel 201 zum Bewirken von Verbindungen
mit Verbindungselementen 203 (vergleiche 282)
eines elektronischen Bauteils (nicht dargestellt) dar. In diesem
erläuternden Beispiel
ist das Sockelsubstrat 205 (vergleiche 284) mit
einer Konkavität 207 in
Form einer umgedrehten Pyramide mit einer flachen Bodenfläche versehen. Eine
solche Konkavität 207 kann
durch Maskieren eines Siliziumwafers, Ätzen und Beenden des Ätzens, bevor
sich die abgewinkelten Seitenwände
an einen Scheitel treffen (vergleiche den pyramidenförmigen Anschluss 286 oben),
hergestellt werden. Die Konkavität
wird metallisiert, wie durch die Metallschicht 209 angegeben.
Dies bildet eine nützliche
Erfassungskontaktstelle. Eine Leiterbahn 211 (vergleiche 214 in 2)
ist auf dem Sockelsubstrat 205 mit der Metallisierung 209 (vergleiche 210)
verbunden gezeigt.
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Eine siebte Sockelkonfiguration
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In
den mit Bezug auf die 2A-2E vorstehend
beschriebenen Sockelkonfigurationen werden Verbindungen zwischen
dem Anschluss des Sockels und einem externen Bauelement (nicht dargestellt)
typischerweise durch Leiterbahnen (oder Metallisierung) auf einer
ersten Oberfläche
(oder innerhalb einer ersten Oberfläche) des Sockelsubstrats hergestellt.
Diese erste Oberfläche
kann als "obere" Oberfläche des
Sockelsubstrats betrachtet werden.
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2F stellt
einen weiteren Sockel 221 zum Bewirken von reversiblen
Verbindungen mit Verbindungselementen 223 (nur eines gezeigt,
vergleiche 203) eines elektronischen Bauteils (nicht dargestellt) dar.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Sockelsubstrat
Silizium und kann alles oder ein Teil eines Siliziumwafers sein.
Das Sockelsubstrat 225 (vergleiche 205) ist mit
Konkavitäten 227 (eine
gezeigt, vergleiche 207) versehen, die jeweils in Form
von zwei umgedrehten Pyramiden, die sich an ihren Scheiteln schneiden,
vorliegen. Die Konkavität
wird metallisiert, wie durch die Metallschicht 229 (vergleiche 209)
angegeben. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur
wird nachstehend in Verbindung mit den 4-4I im
einzelnen beschrieben.
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In
diesem Beispiel nimmt der obere Teil der metallisierten Konkavität das freie
(distale) Ende des Verbindungselements 223 auf. Verbindungen
mit externen Bauelementen können
durch direktes Verbinden mit dem unteren Teil des konkaven Anschlusses von
der unteren Oberfläche
des Sockelsubstrats bewirkt werden. Eine Leiterbahn 231 kann
verwendet werden, um einen Kontaktpunkt umzupositionieren oder eine
gewünschte
Verbindung herzustellen. Leiterbahnen können natürlich auf beiden Oberflächen des
Sockelsubstrats vorgesehen werden und eine oder mehrere Metallisierungsschichten
können
verwendet werden. Auf diese Weise ist es möglich, komplexe Verbindungsschemen
zu bewirken.
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Verbindung
mit dem Substrat
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3A stellt
einen Sockel 300 zur Verbindung eines externen Bauelements
mit einem elektronischen Bauelement durch ein Sockelsubstrat 302 mit
einer Erfassungskontaktstelle 304 zum Aufnehmen eines Endes
eines länglichen
Verbindungselements (nicht dargestellt) dar. Vergleiche das Sockelsubstrat 205 von 2E und
die entsprechenden Elemente. Hier verbindet die Leiterbahn 306 die
Erfassungskontaktstellen-Metallisierung 304 mit dem Anschluss 308,
der an einer Kante des Substrats 302 dargestellt ist. Die
Leiterbahn 306 ist nur erläuternd, da die Verbindung zwischen
den Anschlüssen 304 und 308 ebenso
vergraben sein könnte,
wie in 2A und 2D dargestellt
und wie auf dem Fachgebiet bekannt. Der Pfeil 310 stellt
schematisch eine Verbindung dar, die durch ein externes Bauelement
mit dem Anschluss 308 hergestellt werden kann. Nützliche
Verbindungen sind gut bekannt und umfassen Randstiftleisten mit
entsprechenden Sockeln, Pogostifte, Drahtbonden, Leiterrahmen und andere.
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3B stellt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Sockelanordnung 320 zum Verbinden eines externen Bauelements
mit einem Sockelsubstrat 322 mit einer Erfassungskontaktstelle 324 zum Aufnehmen
eines Endes eines länglichen
Verbindungselements (nicht dargestellt, vergleiche 203) dar.
In diesem Beispiel ist eine Leiterbahn 326 auf dem Substrat 322 vorgesehen
und erstreckt sich zum Anschluss 328, hier an einer Kante
des Substrats 322. In diesem Beispiel ist das Sockelsubstrat 322 durch
ein Trägersubstrat 330 abgestützt. Das
Trägersubstrat
kann eine Vielfalt von Materialien, vorzugsweise Keramik, Silizium
oder eine PCB sein. Das Trägersubstrat 330 weist
einen Anschluss 332 auf. Der Anschluss 328 des
Sockelsubstrats 322 ist mit dem Anschluss 332 des
Trägersubstrats 330 durch
ein beliebiges geeignetes Mittel wie z.B. einen Bonddraht 334,
der unter Verwendung von herkömmlichen Drahtbondverfahren
befestigt werden kann, elektrisch verbunden. Der Pfeil 336 stellt
schematisch eine Verbindung dar, die durch ein externes Bauelement
mit dem Anschluss 338 und daher mit der Erfassungsvertiefung 324 hergestellt
werden kann.
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3C stellt
ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Sockels, hier eines Sockels 340, dar. Das Sockelsubstrat 342 weist
eine Erfassungsvertiefung 344 mit einem Teil 344a (vergleiche 227a)
zum Aufnehmen eines Endes eines länglichen Verbindungselements
(nicht dargestellt) auf. In diesem Beispiel erstreckt sich die Erfassungsvertiefung 344 vollständig durch
das Sockelsubstrat 342 und weist einen unteren Teil 344b (vergleiche 227b)
zur Herstellung einer weiteren Verbindung auf. In diesem Ausführungsbeispiel
weist das Trägersubstrat 346 einen
ersten Anschluss 348, einen zweiten Anschluss 350 und
eine Leiterbahn 352, die die zwei Anschlüsse 348 und 350 verbindet,
auf. Eine Masse aus leitendem Material 354 (vergleiche 334)
wie z.B. Lötmittel,
eine Lötkugel,
eine Menge an leitendem Epoxid oder dergleichen, wird innerhalb
des unteren Teils 344b des Anschlusses 344 angeordnet
und erstreckt sich vom Trägersubstrat
weg, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Anschluss 344 des
Sockelsubstrats 342 und dem Anschluss 348 des
Trägersubstrats 346 zu
bewirken. In diesem Beispiel wird eine Verbindung, die durch den
Pfeil 356 angegeben ist, mit einem externen Bauelement
(nicht dargestellt) mit dem Anschluss 350 hergestellt.
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Ausbilden
von Durchgangslochanschlüssen
in Silizium
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Wie
vorstehend mit Bezug auf die 2F und 3C erörtert, ist
es möglich,
das Sockelsubstrat (225, 346) mit einem Anschluss
vom Durchgangslochtyp zu versehen, von welchem ein oberer Teil das
freie Ende eines länglichen
Verbindungselements aufnimmt und von welchem ein unterer Teil nach
Wunsch verbunden werden kann.
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In
bestimmten Anwendungen wäre
es erwünscht,
das Sockelsubstrat aus Silizium auszubilden. Dies ist in einer Anordnung,
die mit einem arbeitenden Halbleiterbauelement in engem Kontakt
steht, besonders hilfreich. Solche Bauelemente werden während der
Verwendung oder vielleicht während des
Testens im Allgemeinen warm und es ist sehr hilfreich, sie mit Materialien
zu verbinden, die einen ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen, so dass das aktive Bauelement und die Kontaktvorrichtung
in einer ähnlichen
geometrischen Beziehung bleiben. Das Anpassen eines Siliziumbauelements an
ein anderes Siliziumbauelement ist besonders erwünscht.
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Die 4A-4F stellen
die Bearbeitung einer Struktur 400 zum Ausbilden von Anschlüssen vom
Durchgangslochtyp in einem Siliziumsubstrat 402 dar. Siehe
im Allgemeinen die Erörterung
in PCT WO97/43656 ("Wafer-Level
Burn-In and Test")
hinsichtlich der 5A, 5B und 5C dieser
Veröffentlichung.
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4A stellt
einen ersten Schritt des Prozesses dar. Eine Schicht 404 aus
Nitrid wird auf eine Vorderfläche
eines Substrats 402 aufgebracht, welches ein Stück aus 1,0,0-Silizium
ist. Die Nitridschicht wird so strukturiert, dass sie Öffnungen 406 aufweist. Diese Öffnungen 406 sind
vorzugsweise quadratisch, wobei sie Querabmessungen (S1) von 150-250 μm, wie z.B.
200 μm,
aufweisen. Auf eine ähnliche
Weise wird eine Nitridschicht 408 auf eine Rückfläche des Substrats 402 aufgebracht
und wird so strukturiert, dass sie Öffnungen 410 aufweist.
Die Öffnungen 410 in
der Nitridschicht 408 sind vorzugsweise quadratisch, wobei
sie Querabmessungen (S2) von 150-250 μm, wie z.B. 200 μm, aufweisen.
Ausgewählte
und im Allgemeinen jede der Öffnungen 406 liegt
direkt entgegengesetzt zu einer entsprechenden der Öffnungen 410.
Ein Paar von ausgerichteten Öffnungen 406 und 410 legen
den Ort eines im Siliziumsubstrat 402 ausgebildeten Durchgangslochanschlusses
fest.
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Die Öffnungen 406 und 410 sind
als mit derselben Querabmessung zueinander (d.h. S1 = S2) dargestellt,
aber, wie nachstehend erörtert
wird, ist dies nicht notwendig und kann in einigen Implementierungen
nicht bevorzugt sein.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
zu 406 und 410 äquivalente Öffnungen
vielmehr rechteckig als quadratisch. Entgegengesetzte Öffnungen
können
parallel orientierte Rechtecke aufweisen oder entgegengesetzte Öffnungen
könnten orthogonal
sein. Im Allgemeinen erzeugt eine rechteckige Öffnung beim Ätzen vielmehr
eine Wannenstruktur als einen Punkt. Die relativen Abmessungen von
jeder müssen
nicht gleich sein.
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4B stellt
einen nächsten
Schritt dar, in dem das Substrat 402 innerhalb der Öffnungen 406 und 410 geätzt wird,
wobei die Nitridschichten 404 und 408 als Maskierungsmaterial
wirken, um das Ätzen
anderswo als an den Öffnungen 404 und 408 zu verhindern.
Ein geeignetes Ätzmittel
ist Kaliumhydroxid (KOH). Ein Merkmal von 1,0,0-Silizium ist, dass es mit KOH in einem
Winkel geätzt
wird, wobei der Winkel 53,7° beträgt. Das Ätzen geht
gemäß dem Kristallgitter
des Siliziums vor sich. Somit ist es bevorzugt, dass die Öffnungen
wie z.B. 406 und 410 so orientiert sind, dass
sie auf das Kristallgitter ausgerichtet sind. Die Orientierung des
Gitters ist bekannt und wird im Allgemeinen durch eine Kerbe in
dem im Allgemeinen kreisförmigen
Siliziumwafer angegeben.
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Das Ätzen von
nur einer Seite ergibt eine pyramidenförmige Vertiefung (vergleiche 286 in 2D),
die sich in diese Seite des Substrats erstreckt. Die Abmessungen
der Vertiefung werden durch die Abmessung und Orientierung der Öffnung, in
der das Ätzen
stattfindet, und den Ätzwinkel
von 1,0,0-Silizium gesteuert. Das Ätzen kommt zu einem Stop, wenn
kein restliches freiliegendes Silizium auf der Oberfläche des
Substrats vorhanden ist. Im Allgemeinen wird ausgehend von einer
quadratischen Öffnung
eine pyramidenförmige
Vertiefung erzeugt. Wenn das Ätzen
nicht bis zum Abschluß betrieben wird,
kann ein Pyramidenstumpf ausgebildet werden. Wenn die Öffnung zum Ätzen rechteckig
ist, wird eine Wannenstruktur ausgebildet.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel geschieht
das Ätzen
von beiden Seiten aus und zwei pyramidenförmige Vertiefungen 412 und 414 "wachsen" zueinander hin.
Durch Sicherstellen, dass die Öffnungen
ausreichend breit sind und das Substrat ausreichend dünn ist,
wachsen diese zwei pyramidenförmigen
Vertiefungen 412 und 414 ineinander (überlappen),
was zu den in 4B dargestellten "sanduhrförmigen" Durchgangslöchern führt. Falls erwünscht, kann
man die Vertiefungen "überätzen", so dass die Nitridschichten 404 und 408 geringfügig über den
Vertiefungsöffnungen
hängen.
Sobald das Ätzen
durchgeführt ist,
können
die Nitridschichten 404 und 408 durch bevorzugtes Ätzen entfernt
werden.
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Das Ätzen dieser
Sanduhr bildet ein Kontaktloch im Siliziumsubstrat aus. Kontaktlöcher werden
in vielen elektronischen Produkten, wie z.B. Halbleiterbauelementen
und mehrlagigen Substraten, umfangreich verwendet. Dieses neue Kontaktloch
wird elektrisch leitend gemacht, dann kann es auf viele der für die Verwendung
von Kontaktlöchern
bekannten Weisen verwendet werden.
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4C stellt
einen nächsten
Schritt dar, bei dem das Substrat 402 erneut nitriert wird,
wie z.B. durch thermisches Aufwachsen einer sehr dünnen Schicht 416 aus
Nitrid auf allen Oberflächen
des Substrats 402, einschließlich innerhalb der Seitenwände der
Vertiefungen 412 und 414. Dieses Nitrid funktioniert
teilweise zum Isolieren des Körpers
des Halbleitersubstrats von irgendeinem anschließend aufgebrachten leitenden
Material.
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4D stellt
einen nächsten
Schritt dar, in dem das ganze Substrat 402 mit einer dünnen Schicht 418 aus
Titan-Wolfram (TiW),
dann einer dünnen
Keimschicht 420 aus Gold (Au) überzogen (z.B. durch Sputtern überzogen)
wird. Repräsentative
Abmessungen und brauchbare Verfahren und Materialien sind in der
gleichzeitig anhängigen,
im gemeinsamen Besitz stehenden Patentanmeldung 09/032 473 der Vereinigten
Staaten, eingereicht am 26. Februar 1998, mit dem Titel "Lithographically
Defined Microelectronic Contact Structures", im einzelnen dargelegt.
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4E stellt
einen nächsten
Schritt dar, in dem die Schicht 430 aus Maskierungsmaterial
wie z.B. Photoresist auf beide Seiten des Substrats 402 aufgebracht
und so strukturiert wird, dass sie Öffnungen aufweist, die auf
die Vertiefungen 412 und 414 ausgerichtet sind.
Die Keimschicht 420 innerhalb der Vertiefungen wird nicht
mit dem Maskierungsmaterial bedeckt. Dann werden eine oder mehrere
Schichten aus einem leitenden Material 432 wie z.B. Nickel
wie z.B. durch Plattieren auf der freigelegten Keimschicht 420 innerhalb
der Vertiefungen 412 und 414 abgeschieden.
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4F stellt
einen nächsten
(letzten) Schritt dar, in dem die Maskierungsschicht 430 (wie
z.B. durch Abspülen)
entfernt und der unplattierte Teil der Keimschichten 418 und 420 (wie
z.B. durch selektives chemisches Ätzen) entfernt wird, wobei
das leitende Material 432 innerhalb der zwei Vertiefungen 412 und 414,
das diese überbrückt, belassen
wird, wodurch ein leitendes Kontaktloch durch das Substrat 402 hindurch
ausgebildet wird. Dies stellt eine elektrische Kontinuität zwischen
der Vertiefung 412 und der Vertiefung 414 bereit.
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4G stellt
einen zeitlichen Zwischenschritt in dem gerade beschriebenen Prozess
dar. Wenn die Vertiefungen 412 und 414 (siehe 4B) zuerst
geätzt
werden, "wachsen" sie zueinander hin. In
dem Fall, in dem die Öffnungen 406 und 410 (siehe 4A)
dieselbe Querabmessung aufweisen (beide sind "S1"),
sollten die wachsenden Vertiefungen zueinander symmetrisch sein,
wobei eine das Spiegelbild der anderen ist, wie dargestellt.
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4H stellt
einen zeitlichen Zwischenschritt (vergleiche 4G) in
dem Prozess in einem Fall dar, in dem die Öffnungen 406 und 410 (siehe 4A)
nicht dieselbe Querabmessung aufweisen, beispielsweise die Öffnung 406 eine
größere Querabmessung
aufweist als die Öffnung 410 (d.h.
S1 > S2). Hier kann
beobachtet werden, dass die zwei Vertiefungen 444 und 446 (vergleiche 412 und 414) mit
derselben Geschwindigkeit in das Substrat 442 (vergleiche 402)
wachsen, aber dass die Vertiefung 446 ihren Scheitel erreicht
hat und ihr Wachstum beendet hat. Die Vertiefung 444 wächst weiter,
bis das Ätzen
von selbst endet. Der Entwickler sollte eine Dicke des Substrats 402 und
Abmessungen der Öffnungen 406 und 410 auswählen, um
diese Ätzstruktur
oder eine andere ausgewählte Ätzstruktur
zu ermöglichen.
-
4I stellt
ein Sockelsubstrat 452 (vergleiche 442) dar, bei
dem der Prozess mit Öffnungen (vergleiche 406 und 410)
begonnen hat, die nicht dieselbe Querabmessung aufweisen, wie in
dem mit Bezug auf 4H erörterten Fall. Hier kann beobachtet werden,
dass die Vertiefung 454 (vergleiche 444) breiter
und tiefer ist als die Vertiefung 456 (vergleiche 446).
Das leitende Material 458, das auf den Keimschichten (nicht
dargestellt) in den Vertiefungen 454 und 456 abgeschieden
wird, ist dargestellt.
-
Bei
der Verwendung kann ein freies Ende eines länglichen Verbindungselements
(vergleiche 223, 2F) einen
Kontakt mit dem leitenden Material 432 innerhalb der Vertiefung 412 herstellen
und eine leitende Masse (vergleiche 345, 3C)
kann einen Kontakt mit dem leitenden Material 432 innerhalb
der Vertiefung 414 herstellen.
-
Alternative
Rückseitenverbindungsverfahren
-
Es
wurden beispielsweise in den 2F, 3C und 4E vorstehend
Verfahren zum Bewirken von Verbindungen durch das Sockelsubstrat hindurch
zu dessen Rückseite
beschrieben.
-
4J stellt
eine alternative Struktur 460 dar. In diesem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
zum Bewirken von Verbindungen durch ein Sockelsubstrat 462 hindurch
von Erfassungsanschlüssen 464 auf dessen
Vorderseite bis zu dessen Rückseite.
Die Anschlüsse 464 sind
als die Anschlüsse
vom Vertiefungstyp dargestellt, wie z.B. jene (286 und 304),
die mit Bezug auf die 2D bzw. 3A beschrieben wurden.
-
Eine
Leiterbahn 466 erstreckt sich zwischen einem Anschluss 464 und
einem herkömmlichen plattierten
Durchgangsloch 468, das sich durch das Sockelsubstrat 462 erstreckt.
Auf diese Weise können
Verbindungen (z.B. mit einem Verbindungssubstrat oder dergleichen)
mit der Rückseite
des Sockelsubstrats 462 hergestellt werden. Solche Leiterbahnen
können
in Verbindung mit den vorstehend erörterten plattierten Durchgangslöchern verwendet
werden. Siehe beispielsweise 4I und
die Verwendung der dargestellten Struktur anstelle von 468 in 4J.
-
4K stellt
ein weiteres alternatives Verfahren 480 zum Bewirken von
Verbindungen durch ein Sockelsubstrat 482 (vergleiche 342 in 3C) unter
Verwendung von Durchgangslöchern 484 (vergleiche 344)
vom Doppelpyramidentyp mit Metallisierung dar. Das Sockelsubstrat 482 umfasst
geeigneterweise einen Siliziumwafer. Eine Verbindung wird mit dem
unteren Teil 484b des Durchgangslochs 484 hergestellt,
wobei sich ein Ende eines länglichen
Verbindungselements 486 von einem Verbindungssubstrat 488 (vergleiche 346)
ganz auf dieselbe Weise wie in 2F gezeigt
erstreckt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann dieses
Verbindungselement 486 an einer Zwischenschalteinrichtung
befestigt werden. Das Sockelsubstrat 482 wird durch ein oder
mehrere Trägersubstrate
verstärkt
und abgestützt,
aber nicht notwendigerweise elektrisch verbunden. Diese sind vorzugsweise
elektrisch isoliert und können
aus Isolationsmaterial bestehen. Silizium oder Keramik sind besonders
nützlich.
In diesem Beispiel sind zwei Trägersubstrate 490 und 492 dargestellt.
-
Ein
erstes Trägersubstrat 490 ist
unmittelbar benachbart zum Sockelsubstrat 482 angeordnet
und ist mit einem Loch 494 versehen, das sich auf das Durchgangsloch 484 ausgerichtet
(d.h. koaxial) durch dieses erstreckt. Das Loch 494 weist
eine Querabmessung auf, die größer ist
als die Querabmessung des Durchgangslochs 484, wo es in
die Rückseite
des Sockelsubstrats 482 eintritt. Das Sockelsubstrat 482 wird
vorzugsweise mit einem geeigneten Klebstoff wie z.B. Cyanoacrylat
an das Trägersubstrat 490 geklebt.
-
Ein
zweites Trägersubstrat 492 ist
benachbart zum ersten Trägersubstrat 490 angeordnet
und ist mit einem Loch 496 versehen, das sich auf das Loch 494 ausgerichtet
(d.h. koaxial) durch dieses hindurch erstreckt. Das Loch 496 weist
eine Querabmessung auf, die größer ist
als die Querabmessung des Lochs 494. Das erste Trägersubstrat 490 wird vorzugsweise
mit einem geeigneten Klebstoff wie z.B. Cyanoacrylat an das zweite
Trägersubstrat 492 geklebt.
Die Abmessungen der Löcher 494 und 496 sind
vorzugsweise fortlaufend größer, wobei
sie eine verjüngte Öffnung bilden.
Diese Abmessungen sind jedoch nicht entscheidend, solange das gewünschte Verbindungselement
einen elektrischen Kontakt mit dem Durchgangsloch 484 herstellen
kann. Es kann beispielsweise erwünscht
sein, ein schmales Loch 496 zu haben, um eine gewisse zusätzliche
Festigkeit für
die Anordnung vorzusehen oder bei der Positionierung des länglichen
Verbindungselements 486 zu unterstützen.
-
Auf
diese Weise können
elektrische Verbindungen vom Verbindungssubstrat 488 mit
dem Teil 484a des Durchgangslochs 484 mit der
Erfassungskontaktstelle des Sockelsubstrats 482 hergestellt werden.
-
Voralterungsaufspaanvorrichtung
(Anordnung) für
einen einzelnen Chip
-
Vorstehend
wurde eine Anzahl von Sockelsubstraten beschrieben, die zur Herstellung
von elektrischen Verbindungen mit länglichen Kontaktelementen auf
elektronischen Bauteilen wie z.B. Halbleiterbauelementen geeignet
sind. Eine beispielhafte Anwendung für ein solches Sockelsubstrat
wird nun beschrieben.
-
5 stellt
eine Anordnung 500 mit einem Verbindungs- und Trägersubstrat 502 (vergleiche 330 in 3B)
und einem Sockelsubstrat 504 (vergleiche 322)
der vorstehend mit Bezug auf 3B beschriebenen
Art dar. Das Sockelsubstrat 504 weist Erfassungskontaktstellen
auf, die Anschlüsse 506 (vergleiche 324)
sind, die mit Außenbondanschlüssen 508 (vergleiche 328)
durch Leiterbahnen 510 (vergleiche 326) verbunden
sind. Die Außenbondanschlüsse 508 sind
durch Bonddrähte 512 (vergleiche 334)
mit Anschlüssen 514 (vergleiche 332)
auf dem Verbindungssubstrat 502 verbunden. Die Anschlüsse 514 können unter
Verwendung von auf dem Fachgebiet gut bekannten Verfahren mit anderen
Bauelementen verbunden werden. Ein repräsentatives Verfahren besteht
darin, Leiterbahnen auf der Oberfläche des Trägersubstrats vorzusehen. Mit
Bezug auf die Draufsicht von 5A wird
das Sockelsubstrat 504 geeigneterweise mit einer Vielzahl
von Anschlüssen 506 versehen.
Als Beispiel sind acht gezeigt.
-
Bei
der Verwendung nehmen die Anschlüsse 506 die
Enden einer entsprechenden Vielzahl von Verbindungselementen 516 (vergleiche 204)
wie z.B. Federkontaktelementen, die sich von einer Oberfläche eines
elektronischen Bauteils 518 (vergleiche 202) wie
z.B. eines Halbleiterbauelements erstrecken, auf.
-
Die
Anordnung 500 umfasst ferner ein Gehäuse (Hülse) 520 in der allgemeinen
Form eines offenen Kastens. Mit Bezug auf 5B weist
das Gehäuse 520 eine
obere Oberfläche 522 und
vier Seitenwände 524, 526, 528 und 530 (von
denen zwei, die Seitenwände 524 und 528,
in der Querschnittsansicht von 5 sichtbar
sind) auf. Die Unterseite des Gehäuses 520 ist offen.
Die entgegengesetzten Seitenwände 524 und 528 sind
jeweils mit vorsprungartigen Beinen 532 bzw. 534 versehen,
die sich von diesen an der Unterseite des Gehäuses 520 vorbei erstrecken.
Die obere Oberfläche 522 des
Gehäuses 520 ist
mit einem gewölbten
Teil (Abschnitt) 536 versehen, der bei der Verwendung gegen
die Rückfläche des
elektronischen Bauteils 518 nach unten drückt, wie
durch den Pfeil 538 in 5 dargestellt, um
die Enden der Verbindungselemente 516 mit den Anschlüssen 506 in
Kontakt zu halten. Um das Gehäuse 520 an
dem Verbindungssubstrat 502 an der Stelle zu halten, werden
die Enden der Beine 532 und 534 durch entsprechende
Löcher 540 bzw. 542 im
Verbindungssubstrat 502 eingesetzt. Mit Bezug auf 5 erstrecken
sich Endteile der Beine 532 und 534 an der unteren
Oberfläche
des Verbindungssubstrats 502 vorbei und sind so geformt
(gekräuselt,
gebogen), dass sie an der unteren Oberfläche des Verbindungssubstrats 502 festgehalten
werden und das Gehäuse 520 auf
dem Verbindungssubstrat 502 an der Stelle halten.
-
Die
Anordnung 500 ist zum Durchführen einer Voralterung an elektronischen
Bauteilen wie z.B. Halbleiterbauelementen folgendermaßen nützlich. Das
Bauelement 518 wird auf dem Sockelsubstrat 502 so
angeordnet, dass die Enden der Verbindungselemente 516 mit
den Anschlüssen 506 des
Sockelsubstrats 504 in Eingriff kommen. Das Gehäuse 520 wird über dem
Halbleiterbauelement 518 so angeordnet, dass der gewölbte Teil 536 gegen
die Rückfläche des
Halbleiterbauelements 518 drückt und so dass die Vorsprünge 532 und 534 sich
durch die entsprechenden Löcher 540 und 542 im
Verbindungssubstrat 502 erstrecken. Leistung kann zu den
Anschlüssen 508 des
Verbindungssubstrats 502 geliefert werden, um das Halbleiterbauelement 518 einzuschalten und
vorzualtern. Das Gehäuse 520 kann
durch Quetschen der Beine 532 und 534 nach innen
(zueinander hin), wie durch die Pfeile 544 dargestellt,
entfernt werden und das Halbleiterbauelement 518 kann entfernt
werden. Ein weiteres wird an seiner Stelle installiert und der Prozess
wird wiederholt (das Gehäuse wird
wieder auf dem Verbindungssubstrat installiert, um das nachfolgende
Bauteil vorzualtern).
-
Eine weitere Aufspannvorrichtung
für ein
einzelnes Bauteil
-
Die 5C und 5D stellen
ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
dar. Das Gehäuse 550 ist ähnlich zum
vorstehend beschriebenen Gehäuse 520.
Das Gehäuse 550 liegt
in der allgemeinen Form eines offenen Kastens vor. Wie am besten in 5D zu
sehen (vergleiche 5B), weist das Gehäuse 550 eine
obere Oberfläche 552 (vergleiche 522)
und vier Seitenwände 554, 556, 558 und 560 (vergleiche 524, 526, 528, 530,
von denen zwei, die Seitenwände 524 und 528,
in der Querschnittsansicht von 5C sichtbar
sind, auf. Die Unterseite des Gehäuses 550 ist offen.
Zwei entgegengesetzte Seitenwände 554 und 558 sind
jeweils mit vorsprungartigen Beinen 562 bzw. 564 (vergleiche 532 und 534)
versehen, die sich von diesen und an der Unterseite des Gehäuses 550 vorbei
erstrecken.
-
Die
obere Oberfläche 552 des
Gehäuses 550 ist
gestanzt oder dergleichen, so dass sie drei längliche Teile 566, 568 und 570 aufweist.
Zwei von diesen länglichen
Teilen 566 und 570 erstrecken sich parallel zueinander
und beabstandet voneinander von der Nachbarschaft einer Kante der
oberen Oberfläche 552 zu
einer entgegengesetzten Kante der oberen Oberfläche. Der dritte dieser länglichen
Teile 568 erstreckt sich von der Nachbarschaft der entgegengesetzten
Kante der oberen Oberfläche
in Richtung der einen Kante der oberen Oberfläche parallel zu und zwischen
den zwei länglichen
Teilen 566 und 570. Jeder der länglichen
Teile 566, 568 und 570 ist als freitragende "Schale" (vergleiche 536)
geformt, die in der Lage ist, auf die Rückfläche des elektronischen Bauteils 572 (vergleiche 518)
nach unten zu drücken,
wie durch den Pfeil 574 (vergleiche 538) angegeben.
-
Die
Beine 562 und 564 des Gehäuses 550 werden geeigneterweise
auf die folgende Weise ausgebildet. Mit Bezug auf 5D wird
ein Bein 564 in einer Seitenwand 558 des Gehäuses durch
zwei beabstandete parallele Kerben 576 und 578 ausgebildet,
die sich von der unteren Kante der Seitenwand 558 im Wesentlichen
zur oberen Kante der Seitenwand 558 erstrecken. Das Bein 564 kann
dann von der Seitenwand nach außen
gebogen werden, dann kann ein Endteil 564A des Beins so
gebogen werden, dass er sich parallel zur Seitenwand erstreckt.
Dies ist zu einem Verbindungssubstrat (vergleiche 502) mit
einem Loch (vergleiche 542) zum Aufnehmen des Endes des
länglichen
Beins 564 senkrecht (90°).
Und wie im vorherigen Beispiel können
die Endteile der Beine 562 und 564 so geformt
(gekrümmt,
gebogen) werden, dass sie an der unteren Oberfläche des Verbindungssubstrats
(502) festgehalten werden und das Gehäuse 550 auf dem Verbindungssubstrat (502)
an der Stelle halten.
-
In
einer nützlichen
Variante der Kontaktarchitektur werden Kontaktanschlüsse direkt
auf einem Trägersubstrat
vorgesehen. Mit Bezug auf 5 als Beispiel
können
Anschlüsse 506 direkt
im Trägersubstrat 502 ausgebildet
werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind solche
Anschlüsse 506 ein flacher
Kontakt benachbart zur Oberfläche
des Trägersubstrats.
Das Trägersubstrat 502 kann
ein organisches Material wie z.B. eine Leiterplatte sein. In diesem
Ausführungsbeispiel
besteht kein Bedarf für Drahtbondstellen 512 und
die Anschlüsse 506 können nach
Wunsch direkt mit einer anderen Schaltung verbunden werden.
-
In
einer nützlichen
Variante des umschließenden
Gehäuses
wird eine einfache flache Einheit an den vier Ecken mit Beinen ganz
wie ein typischer Tisch ausgestattet, wobei sich die Beine in Richtung des
Trägersubstrats
erstrecken. Das Trägersubstrat weist
wiederum entsprechende Löcher
auf, in die die Beine eingesetzt werden können. Die Beine können ein
biegsames, versetztes oder aufweitendes Verriegelungsmerkmal umfassen,
um die flache Einheit an der Stelle zu halten, um das Halbleiterbauelement 518 in
Kontakt mit den Anschlüssen 506 zu
befestigen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Gehäuse mit
Beinen aus thermoplastischem Material ausgestattet. Das Halbleiterbauelement 518 wird
auf die Anschlüsse 506 ausgerichtet
und das Gehäuse
wird so angeordnet, dass es einen gewissen Druck auf das Halbleiterbauelement ausübt, wobei
die Beine durch Löcher
im Trägersubstrat
verlaufen. Jedes Bein des Gehäuses
wird dann erhitzt ("heiß angepflockt"), um das Material
auf eine Weise zu schmelzen, so dass verhindert wird, dass sich
das Bein durch das Loch im Substrat zurückbewegt.
-
Eine weitere Anordnung
für einen
einzelnen Chip
-
Vorstehend
wurden zwei Aufspannvorrichtungen beschrieben, die beide Gehäuse (520, 550) zum
reversiblen Verbinden eines elektronischen Bauteils (518, 572)
mit einem Sockelsubstrat für
den Zweck der Prüfung
(Voralterung oder Testen) des elektronischen Bauteils beinhalteten.
Es wurde auch ein Verfahren zum Bewirken von Verbindungen zwischen
dem Sockelsubstrat und einem externen Bauelement oder System beschrieben.
-
6 stellt
ein alternatives Verfahren 600 zum Halten eines elektronischen
Bauteils 602 mit länglichen
Verbindungselementen 604, die sich von diesem erstrecken,
an Anschlüssen
eines Sockelsubstrats 608 dar. In diesem Beispiel ist das
Sockelsubstrat 608 vom vorstehend mit Bezug auf 3B beschriebenen
Typ. Das Sockelsubstrat 608 (vergleiche 322) weist
Anschlüsse 606 (vergleiche 324)
vom Vertiefungstyp auf, die mit Außenbondanschlüssen 610 (vergleiche 328)
durch Leiterbahnen 612 (vergleiche 326) verbunden
sind. Die Außenbondanschlüsse 610 sind
durch Bonddrähte 614 (vergleiche 334)
mit Anschlüssen 616 (vergleiche 332)
auf dem Verbindungssubstrat 609 verbunden.
-
Anstatt
dass Leiterbahnen (vergleiche 339) und Anschlüsse (vergleiche 336)
auf der Oberfläche des
Verbindungssubstrats 608 vorhanden sind und Verbindungen
(vergleiche 336) mit der Oberseite des Verbindungssubstrats 609 hergestellt
sind, ist das Verbindungssubstrat 609 in diesem Beispiel
mit einem Satz von "Pogostiften" 620 versehen,
die sich von einer unteren Oberfläche desselben erstrecken und
durch interne Leiterbahnen 622 mit den Anschlüssen 616 verbunden
sind.
-
Anstatt
dass ein Gehäuse
(520, 550) vorhanden ist, das das elektronische
Bauteil (518, 572) am Sockelsubstrat hält, wird
das elektronische Bauteil 602 in diesem Beispiel durch
einen Prüfkopf
(oder eine Vakuumaufspannvorrichtung) 630 am Sockelsubstrat 608 gehalten.
-
6A stellt
ein Verfahren 650 dar, das für jegliche der vorstehend erwähnten Verfahren
zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen eines elektronischen Bauteils
zum Durchführen
einer Voralterung oder eines Tests repräsentativ ist. Ein Sockelsubstrat 652 weist
eine Vielzahl von "Erfassungs"-Anschlüssen (Vertiefungen,
Kontaktstellen usw.) 604 auf einer Oberfläche desselben
auf und ist auf eine beliebige geeignete Weise (Bonddrähte, leitende
Massen usw.) an einem Verbindungssubstrat 656 angebracht und
mit diesem verbunden, das wiederum auf eine beliebige geeignete
Weise (z.B. Randstiftleisten, Pogostifte usw.) mit einem externen
Prüfgerät oder -system
("PRÜFGERÄT") 658 verbunden
ist.
-
Das
Konzept der mittels Sockel erfolgenden Aufnahme eines einzelnen
Federhalbleiterbauelements kann folgendermaßen leicht auf eine Vielzahl von
Federhalbleiterbauelementen erweitert werden.
-
Die 7 und 7A stellen
eine Anordnung 700 zum gleichzeitigen Prüfen einer
Vielzahl (vier in 7 gezeigt) von elektronischen
Bauteilen 702 dar, die Federhalbleiterbauelemente sind.
Jedes der Federhalbleiterbauelemente 702 (vergleiche 518)
weist längliche
Verbindungselemente auf, die Federkontaktelemente sind, die sich
von einer Oberfläche
desselben erstrecken. Eine entsprechende Vielzahl (acht in 7A gezeigt)
von Sockelsubstraten 704 (vergleiche 504) weisen
Erfassungskontaktstellen 706 (sechs pro Sockelsubstrat
gezeigt) auf, die geeigneterweise Vertiefungsanschlüsse (vergleiche 506)
zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen der freien Enden der länglichen
Verbindungselemente auf eine beliebige der vorstehend beschriebenen Weisen
sind. Die Sockelsubstrate 704 sind alle geeigneterweise
an einem gemeinsamen Träger/Verbindungs-Substrat 708 (vergleiche 502)
auf eine beliebige der vorstehend beschriebenen Weisen angebracht
und mit diesem elektrisch verbunden. Keine speziellen Verbindungen
sind der Darstellungsklarheit halber wiedergegeben. Beispielhafte
Verbindungen vom Verbindungssubstrat 708 mit der "Außenwelt" sind in diesem Beispiel
als Vielzahl von Pogostiften 710 dargestellt. Die Federhalbleiterbauelemente 702 werden
am entsprechenden Sockelsubstrat 704 auf eine beliebige
geeignete Weise gehalten, wie z.B. vorstehend beschrieben wurde
(z.B. Gehäuse 520 und 550,
Prüfkopf 630 oder
dergleichen), wie durch die Pfeile 712 dargestellt. Auf
diese Weise können
eine Anzahl (wie z.B. acht) von einzelnen Federhalbleiterbauelementen 704 reversibel
mit einem externen Bauelement oder System (vergleiche 658) verbunden
werden.
-
Wie
in 7B gezeigt, kann das Konzept der Prüfung einer
Gruppe von einzelnen Chips (elektronischen Bauteilen) mit einem
einzelnen Sockelsubstrat 704',
das durch ein Verbindungssubstrat 708' (vergleiche 708) getragen
und mit diesem verbunden ist, implementiert werden. In dieser Figur sind
acht Sockelbereiche auf dem Sockelsubstrat 704' durch gestrichelte
Linien getrennt dargestellt und entsprechen den acht diskreten Sockelsubstraten 704,
die in 7A dargestellt sind.
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Waferebenensystem
-
Die
Konzepte der mittels Sockel erfolgenden Aufnahme eines einzelnen
Federhalbleiterbauelements und der mittels Sockel erfolgenden Aufnahme einer
Anzahl von Federhalbleiterbauelemente wurden vorstehend beschrieben.
Die Konzepte können auf
die Prüfung
eines ganzen Wafers von Federhalbleiterbauelementen folgendermaßen erweitert
werden.
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8 stellt
ein System 800 zum Testen eines ganzen Wafers (WUT) 802 (vergleiche 702)
mit Federhalbleiterbauelementen dar. Ein einzelnes Sockelsubstrat
oder eine Kombination eines Sockelsubstrats und Verbindungssubstrats
mit geeigneten Erfassungskontaktstellen wird insgesamt bemessen und
mit Erfassungskontaktstellen (Anschlüssen, nicht dargestellt) ausgebildet,
um die freien Enden von Verbindungselementen aufzunehmen, die sich
in diesem Fall von allen Halbleiterbauelementen auf dem WUT 802 wegerstrecken.
Dies kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden.
-
Eine
erste Art und Weise, um dies durchzuführen, besteht darin, ein einzelnes
großes
Verbindungssubstrat (vergleiche 708) mit einer geeigneten Anzahl
von einzelnen Sockelsubstraten (vergleiche 704) zu bestücken, so
dass jedem Halbleiterbauelement auf dem WUT 802 ein Sockelsubstrat
zugeordnet ist und dieses seine Verbindungselemente aufnimmt. Dies
ist ganz wie das in 7 gezeigte System, aber in einem
größeren Maßstab, und
abgesehen davon, dass die Halbleiterbauelemente (702) auf dem
WUT 802 liegen (d.h. nicht vom WUT vereinzelt sind).
-
Eine
weitere Art und Weise, um dies durchzuführen, besteht darin, ein einzelnes
großes
Verbindungssubstrat (vergleiche 708) mit einer geeigneten kleineren
Anzahl von Sockelsubstraten (vergleiche 704') zu bestücken, von denen jedes in der
Lage ist, die Verbindungselemente von einer Anzahl (z.B. acht) von
Halbleiterchips (vergleiche 702), die sich auf dem WUT 802 befinden,
aufzunehmen. Dies ist ganz wie das in 7A gezeigte
System, aber in einem größeren Maßstab.
-
Noch
eine weitere Art und Weise, um dies durchzuführen, ist in 8A gezeigt.
In diesem Fall ist ein einzelnes Sockelsubstrat 804, das
aus einem anderen Siliziumwafer ausgebildet sein kann, größer (z.B.
im Durchmesser) als der WUT 802. Ein Umfangsbereich des
Sockelsubstrats 804, der sich über den Umfang des WUT 802 hinaus
erstreckt, wird mit Kontaktstellen 806 oder dergleichen
versehen, um Verbindungen mit externen Systemen und Bauelementen
auf eine beliebige der vorstehend beschriebenen Weisen zu bewirken.
Bei der Verwendung (d.h. wenn die Halbleiterbauelemente auf dem
WUT betrieben werden), kann ungewollte Wärme vom WUT 802 und
vom Sockelsubstrat 804 durch thermische Aufspannvorrichtungen 812 bzw. 814 abgeführt werden.
-
Noch
eine weitere Art und Weise, um dies durchzuführen, ist in 8B gezeigt.
In diesem Fall weist ein einzelnes Sockelsubstrat 804', das aus einem
anderen Siliziumwafer ausgebildet sein kann, ungefähr dieselbe
Größe (z.B.
im Durchmesser) auf wie der WUT 802 und wird an einem Verbindungssubstrat 808,
das größer ist
als entweder das Sockelsubstrat 804' oder der WUT 802, montiert
und mit diesem verbunden. Ein Umfangsbereich des Verbindungssubstrats 808,
der sich über
den Umfang des Sockelsubstrats 804' hinaus erstreckt, wird mit Kontaktstellen 806' oder dergleichen
bestückt,
um Verbindungen mit externen Systemen und Bauelementen auf eine
beliebige der vorstehend beschriebenen Weisen zu bewirken. Bei der
Verwendung (d.h. wenn die Halbleiterbauelemente auf dem WUT betrieben werden),
kann ungewollte Wärme
vom WUT 802 und vom Sockelsubstrat 804' durch thermische
Aufspannvorrichtungen 812' bzw. 814' abgeführt werden.
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8C stellt
schematisch ein beispielhaftes Schema 820 zum Anordnen
und Verbinden der verschiedenen Sockel (vergleiche 704'), die sich
auf dem Sockelsubstrat befinden, ob das Sockelsubstrat das Sockelsubstrat 804 von 8A oder
das Sockelsubstrat 804' von 8B ist,
dar. Eine Vielzahl von Sockeln 822 sind in Spalten (von "a" bis "n" nummeriert)
und Reihen (von "1" bis "N" nummeriert) angeordnet. Jeder Sockel 822 entspricht
einem der Halbleiterbauelemente, die sich auf dem zu prüfenden Wafer
(WUT) 802 befinden. Für
Zwecke des einfachen Voralterns der Vielzahl von Halbleiterbauelementen,
die sich auf dem WUT 802 befinden, ist es im Allgemeinen
angemessen, dass jeder Sockel Anschlüsse (z.B. Vertiefungsanschlüsse) aufweist,
die den Verbindungen auf den Federhalbleiterbauelementen entsprechen,
die Leistung benötigen,
um das Halbleiterbauelement vorzualtern. Mit anderen Worten, es
ist im Allgemeinen nicht erforderlich, Verbindungen mit allen Verbindungselementen
der Halbleiterbauelemente herzustellen, um sie vorzualtern. Wie
in der Figur gezeigt, kann Leistung zu den verschiedenen Sockeln 822 über eine
verringerte Anzahl von gemeinsamen Leitungen 824 geliefert
werden, wobei jede Leitung mit einem entsprechenden Sockel über einen
Widerstand 826 verbunden ist. Sollte eines der Halbleiterbauelemente,
die sich auf dem WUT 802 befinden, überbrückt werden, würde es auf
diese Weise durch die Widerstände
von den restlichen der vorgealterten Halbleiterbauelemente isoliert
werden.
-
Umwandeln
einer Nadelkarte
-
Eine
Nadelkarte umfasst ein Verbindungssubstrat und längliche Federkontaktelemente,
die sich direkt oder indirekt von diesem erstrecken und angeordnet
sind, um mit Anschlüssen
von Halbleiterbauelementen, die sich auf einem Halbleiterwafer befinden,
einen Kontakt herzustellen. Ein Prüfgerät wird mit der Nadelkarte verbunden,
um die Halbleiterbauelemente auf dem Wafer zu prüfen.
-
Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung Nr. 08/554
902, eingereicht am 09. Nov. 95 (Status: anhängig), und ihr Gegenstück, die
PCT-Patentanmeldung
Nr. US95/14844, eingereicht am 13. Nov. 95 (Status: anhängig, veröffentlicht
als WO96/15458, 23. Mai 96), offenbaren eine beispielhafte Nadelkarte. 9 hierin
ist zu 5 dieser gleichzeitig anhängigen Patentanmeldungen vergleichbar.
In diesen Anmeldungen mit 5xx nummerierte Elemente sind hierin im
Allgemeinen mit 9xx nummeriert.
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9 stellt
eine Nadelkartenanordnung 900 dar, die als ihre Hauptfunktionskomponenten
eine Nadelkarte 902, eine Zwischenschalteinrichtung 904 und
ein Verbindungssubstrat 906, das ein Raumtransformator
sein kann, umfasst, welche bei der Verwendung zur Herstellung von
reversiblen Verbindungen mit länglichen
Verbindungselementen 926, die sich von Halbleiterbauelementen
erstrecken, die sich auf einem Halbleiterwafer 908 befinden,
geeignet ist.
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Während der
Raumtransformator (518) der gleichzeitig anhängigen Anmeldungen
mit einer Vielzahl von elastischen Verbindungselementen (524, "Sonden", "Sondenelementen") versehen ist, die
zur Herstellung von Druckverbindungen mit entsprechenden Bondkontaktstellen
(526) auf den Halbleiterbauelementen, die sich auf dem
Halbleiterwafer (508) befinden, angeordnet sind, ist in
der Nadelkartenanordnung 900 der vorliegenden Erfindung
ein Sockelsubstrat 924 einer beliebigen der vorstehend beschriebenen
Arten von Sockelsubstraten geeigneterweise am Verbindungssubstrat 918 auf
eine beliebige der vorstehend beschriebenen Weisen angebracht und
mit diesem verbunden.
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Bei
der Verwendung wird der Wafer 908 gegen die Nadelkartenanordnung 900 gedrückt (wie durch
den Pfeil 925 dargestellt) (oder umgekehrt), so dass die
Enden der länglichen
Verbindungselemente 926, die sich von einem oder mehreren
(einschließlich
aller) der Halbleiterbauelemente auf dem Halbleiterwafer 908 erstrecken,
einen Kontakt mit den Anschlüssen
(z.B. Vertiefungsanschlüssen)
auf dem Sockelsubstrat 924 herstellen. Im Fall, dass die
Verbindungselemente von weniger als allen der Halbleiterbauelemente
kontaktiert werden, wird nach dem Testen derjenigen, die kontaktiert
sind, der Wafer 908 umpositioniert, so dass andere der
Halbleiterbauelemente kontaktiert werden (wiederholtes "Aufsetzen") und getestet werden
können.
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Ein
Vorteil, der unter Verwendung der Nadelkartenanordnung 900 der
vorliegenden Erfindung leicht realisiert werden kann, besteht darin,
dass die Metallurgie der Erfassungsanschlüsse des Sockelsubstrats 924 leicht
gesteuert wird, um den Kontakt mit den Enden der Verbindungselemente 926 zu
optimieren, beispielsweise ein Gold-Gold-Kontakt und ein Scheuern
zu begrenzen.
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Im
Interesse der Vollständigkeit
folgt eine kurze Beschreibung der restlichen Elemente der Nadelkartenanordnung 900.
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Die
Nadelkarte 902 ist im Allgemeinen ein herkömmliches
Leiterplattensubstrat mit einer Vielzahl (zwei von vielen gezeigt)
von Kontaktflächen (Anschlüssen) 910,
die auf der oberen (wie gesehen) Oberfläche desselben angeordnet sind.
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Die
Zwischenschalteinrichtung 904 umfasst ein Substrat 912.
Eine Vielzahl (zwei von vielen gezeigt) von elastischen Verbindungselementen 914 sind
an der unteren (wie gesehen) Oberfläche des Substrats 912 angebracht
(durch ihre proximalen Enden) und erstrecken sich von dieser nach
unten (wie gesehen), und eine entsprechende Vielzahl (zwei von vielen
gezeigt) von elastischen Verbindungselementen 916 sind
an der oberen (wie gesehen) Oberfläche des Substrats 912 angebracht
(durch ihre proximalen Enden) und erstrecken sich von dieser nach oben
(wie gesehen). Das Verbindungssubstrat 906 umfasst ein
geeignetes mit Schaltungen versehenes Substrat 918 wie
z.B. ein mehrlagiges Keramiksubstrat mit einer Vielzahl (zwei von
vielen gezeigt) von Anschlüssen
(Kontaktflächen,
Kontaktstellen) 920, die auf der unteren (wie gesehen)
Oberfläche
desselben angeordnet sind, und einer Vielzahl (zwei von vielen gezeigt)
von Anschlüssen
(Kontaktflächen, Kontaktstellen) 922,
die auf der oberen (wie gesehen) Oberfläche desselben angeordnet sind.
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Die
Nadelkartenanordnung 900 umfasst die folgenden Hauptkomponenten
zum Stapeln der Zwischenschalteinrichtung 906 und des Verbindungssubstrats 906 auf
der Nadelkarte 902:
eine hintere Montageplatte 930,
die aus einem starren Material, wie z.B. rostfreiem Stahl, besteht,
eine
Stellglied-Montageplatte 932, die aus einem starren Material,
wie z.B. rostfreiem Stahl, besteht,
eine vordere Montageplatte 934,
die aus einem starren Material, wie z.B. rostfreiem Stahl, besteht,
eine
Vielzahl (zwei von vielen gezeigt, drei ist bevorzugt) von Differentialschrauben
mit einem äußeren Differentialschraubenelement 936 und
einem inneren Differentialschraubenelement 938,
einen
Montagering 940, der vorzugsweise aus einem federnden Material,
wie z.B. Phosphorbronze, besteht und der ein Muster von federnden
Vorsprüngen (nicht
dargestellt), die sich von diesem erstrecken, aufweist,
eine
Vielzahl (zwei von vielen gezeigt) von Schrauben 942 zum
Halten des Montagerings 938 an der vorderen Montageplatte 934,
wobei das Verbindungssubstrat 906 dazwischen festgehalten
ist,
wahlweise einen Abstandsring 944, der zwischen dem
Montagering 940 und dem Verbindungssubstrat 906 angeordnet
ist, um Herstellungstoleranzen Rechnung zu tragen, und
eine
Vielzahl (zwei von vielen gezeigt) von Drehkugeln 946,
die auf (wie gesehen) den Differentialschrauben angeordnet sind
(z.B. auf dem inneren Differentialschraubenelement 938).
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Die
hintere Montageplatte 930 ist eine Metallplatte oder ein
Metallring (als Ring gezeigt), die/der auf der unteren (wie gezeigt)
Oberfläche
der Nadelkarte 902 angeordnet wird. Eine Vielzahl (eines von
vielen gezeigt) von Löchern 948 erstrecken
sich durch die hintere Montageplatte.
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Die
Stellglied-Montageplatte 932 ist eine Metallplatte oder
ein Metallring (als Ring gezeigt), die/der auf der unteren (wie
gezeigt) Oberfläche
der hinteren Montageplatte 930 angeordnet wird. Eine Vielzahl
(eines von vielen gezeigt) von Löchern 950 erstrecken
sich durch die Stellglied-Montageplatte. Bei
der Verwendung wird die Stellglied-Montageplatte 932 an der hinteren
Montageplatte 930 auf eine beliebige geeignete Weise wie
z.B. mit Schrauben (aus der Figur der Darstellungsklarheit halber
weggelassen) befestigt.
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Die
vordere Montageplatte 934 ist ein starrer Ring, vorzugsweise
aus Metall. Bei der Verwendung wird die vordere Montageplatte 934 an
der hinteren Montageplatte 930 auf eine beliebige geeignete
Weise wie z.B. mit Schrauben (aus der Figur der Darstellungsklarheit
halber weggelassen), die sich durch entsprechende Löcher (aus
der Figur der Darstellungsklarheit halber weggelassen) durch die
Nadelkarte 902 hindurch erstrecken, befestigt, wodurch
die Nadelkarte 902 sicher zwischen der vorderen Montageplatte 934 und
der hinteren Montageplatte 930 festgehalten wird.
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Die
vordere Montageplatte 934 weist eine flache untere (wie
gesehen) Oberfläche
auf, die an der oberen (wie gesehen) Oberfläche der Nadelkarte 902 angeordnet
wird. Die vordere Montageplatte 934 weist eine große zentrale Öffnung durch
diese hindurch auf, die durch eine innere Kante 952 derselben festgelegt
ist, die so bemessen ist, dass sie ermöglicht, dass die Vielzahl von
Kontaktanschlüssen 910 der
Nadelkarte 920 innerhalb der zentralen Öffnung der vorderen Montageplatte 934 liegen,
wie gezeigt.
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Wie
erwähnt,
ist die vordere Montageplatte 934 eine ringartige Struktur
mit einer flachen unteren (wie gesehen) Oberfläche. Die obere (wie gesehen) Oberfläche der
vorderen Montageplatte 934 ist abgestuft, wobei die vordere
Montageplatte in einem äußeren Bereich
derselben dicker (vertikale Ausdehnung, wie gesehen) ist als in
einem inneren Bereich derselben. Die Stufe oder der Absatz befindet
sich an der Position der gestrichelten Linie (mit 954 bezeichnet)
und ist so bemessen, dass sie/er ermöglicht, dass das Verbindungssubstrat 906 den äußeren Bereich
der vorderen Montageplatte freigibt und auf dem inneren Bereich
der vorderen Montageplatte 934 aufliegt (obwohl, wie zu
sehen ist, das Verbindungssubstrat 906 tatsächlich auf
den Drehkugeln 946 aufliegt).
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Eine
Vielzahl (eines von vielen gezeigt) von Löchern 955 erstrecken
sich in den äußeren Bereich der
vorderen Montageplatte 934 von deren oberer (wie gesehen)
Oberfläche
zumindest teilweise durch die vordere Montageplatte 934 (diese
Löcher
sind als sich nur teilweise durch die vordere Montageplatte 934 erstreckend
in der Figur gezeigt), die, wie zu sehen ist, die Enden einer entsprechenden
Vielzahl der Schrauben 942 aufnehmen. Dazu sind die Löcher 955 Gewindelöcher. Dies
ermöglicht,
dass das Verbindungssubstrat 906 an der vorderen Montageplatte durch
den Montagering 940 befestigt wird, daher gegen die Nadelkarte 902 gedrückt wird.
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Eine
Vielzahl (eines von vielen gezeigt) von Löchern 958 erstrecken
sich vollständig
durch den dünneren,
inneren Bereich der vorderen Montageplatte 934 und sind
auf eine Vielzahl (eines von vielen gezeigt) von entsprechenden
Löchern 960,
die sich durch die Nadelkarte 902 erstrecken, ausgerichtet, die
wiederum auf die Löcher 948 in
der hinteren Montageplatte und die Löcher 950 in der Stellglied-Montageplatte 938 ausgerichtet
sind.
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Die
Drehkugeln 946 sind locker innerhalb der ausgerichteten
Löcher 958 und 960 am
oberen (wie gesehen) Ende der inneren Differentialschraubenelemente 938 angeordnet.
Die äußeren Differentialschraubenelemente 936 lassen
sich in die (mit Gewinde versehenen) Löcher 950 der Stellglied-Montageplatte 932 schrauben
und die inneren Differentialschraubenelemente 938 lassen
sich in eine Gewindebohrung der äußeren Differentialschraubenelemente 936 schrauben.
Auf diese Weise können
sehr feine Einstellungen in den Positionen der einzelnen Drehkugeln 946 vorgenommen
werden. Die äußeren Differentialschraubenelemente 936 weisen
beispielsweise ein Außengewinde
mit 72 Gewindegängen
pro Inch auf und die inneren Differentialschraubenelemente 938 weisen
ein Außengewinde
mit 80 Gewindegängen
pro Inch auf. Dies ermöglicht
eine leichte und genaue Einstellung der Planarität des Verbindungssubstrats 906 gegenüber der
Nadelkarte 902. Daher können
die Positionen des Sockelsubstrats 924 geändert werden,
ohne die Orientierung der Nadelkarte 902 zu ändern. Die
Zwischenschalteinrichtung 904 stellt sicher, dass elektrische
Verbindungen zwischen dem Verbindungssubstrat 906 und der
Nadelkarte 902 im ganzen Einstellbereich des Verbindungssubstrats
durch die elastischen oder nachgiebigen Kontaktstrukturen, die auf
den zwei Oberflächen
der Zwischenschalteinrichtung angeordnet sind, aufrechterhalten
werden.
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Die
Nadelkartenanordnung 900 wird einfach zusammengesetzt durch
Anordnen der Zwischenschalteinrichtung 904 innerhalb der Öffnung 952 der vorderen
Montageplatte 934, so dass die Spitzen der Verbindungselemente 914 die
Kontaktanschlüsse 910 der
Nadelkarte 902 kontaktieren, Anordnen des Verbindungssubstrats 906 auf
der Zwischenschalteinrichtung 904, so dass die Spitzen
der Verbindungselemente 916 die Kontaktstellen 920 des
Verbindungssubstrats 906 kontaktieren, wahlweise Anordnen
eines Abstandhalters 944 auf dem Verbindungssubstrat 906,
Anordnen des Montagerings 940 über dem Abstandhalter 944 und
Einsetzen der Schrauben 942 durch den Montagering 940,
durch den Abstandhalter 944 und in die Löcher 955 der
vorderen Montageplatte 934 und Montieren dieser "Unterbaugruppe" an der Nadelkarte 902 durch
Einsetzen von Schrauben (eine teilweise als 955 dargestellt)
durch die hintere Montageplatte 930 und durch die Nadelkarte 902 in
Gewindelöcher
(nicht dargestellt) in der unteren (wie gesehen) Oberfläche der vorderen
Montageplatte 934. Die Stellglied-Montageplatte 938 kann
dann (z.B. mit Schrauben, von denen eine teilweise als 956 dargestellt
ist) mit der hinteren Montageplatte 930 zusammengefügt werden,
wobei man die Drehkugeln 960 in die Löcher 950 der Stellglied-Montageplatte 932 fallen
lässt und
die Differentialschraubenelemente 936 und 938 in
die Löcher 950 der
Stellglied-Montageplatte 932 eingesetzt werden.
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Eine Gesamtmethodenlehre
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Vorstehend
wurden Verfahren zum Kontaktieren von länglichen Verbindungselementen
beschrieben, die sich von elektronischen Bauteilen (z.B.
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Federhalbleiterbauelementen),
einschließlich
einzelnen Halbleiterbauelementen, Gruppen von Halbleiterbauelementen
und eines ganzen Wafers mit Halbleiterbauelementen, erstrecken,
einschließlich
der Prüfung
der Halbleiterbauelemente durch Durchführen von Voralterungs- und/oder Testprozeduren.
Nun wird ein gesamter Prozessablauf vom gefertigten bis zum fertiggestellten
Produkt beschrieben.
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10 stellt
eine Folge von Schritten in einem Gesamtprozess 1000 zur
Herstellung von Halbleiterbauelementen mit elastischen Kontaktelementen,
die sich von einer Oberfläche
derselben erstrecken, dar.
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In
einem ersten Schritt ("WAFERFERTIGUNG") 1002 des
Prozessablaufs 1000 werden Halbleiterbauelemente gefertigt.
Diese Halbleiterbauelemente werden mit länglichen, elastischen Verbindungselementen
gefertigt, die sich von einer Oberfläche derselben erstrecken, anstatt
einfach mit herkömmlichen
Bondkontaktstellen, und werden "Federhalbleiterbauelemente" genannt. Eine Vielzahl von
Federhalbleiterbauelementen befinden sich auf einem Halbleiterwafer.
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In
einem nächsten
Schritt ("WAFERSORTIERUNG
1") 1004 des
Prozessablaufs 1000 werden die Wafer, die so gefertigt
wurden, dass sie Federhalbleiterbauelemente aufweisen, sortiert.
Dazu kann eine herkömmliche
Sondenprüfung,
beispielsweise unter Verwendung einer Nadelkarte von 9,
verwendet werden.
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In
einem nächsten
Schritt ("REPARATUR") 1006 des
Prozessablaufs 1000 können
Probleme wahlweise unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten
Verfahren, wie z.B. Laserreparatur, Antischmelzsicherungsverfahren
und dergleichen, korrigiert werden.
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In
einem nächsten
Schritt (WAFEREBENEN-VORALTERUNG") 1008 des
Prozessablaufs 1000 werden die bekannten guten Chips auf
dem Wafer beispielsweise unter Verwendung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens von 8 vorgealtert.
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In
einem nächsten
Schritt ("WAFERSORTIERUNG
2") 1010 des
Prozessablaufs 1000 werden die bekannten guten Chips, die
in Schritt 1008 vorgealtert wurden, beispielsweise unter
Verwendung des in 9 vorstehend beschriebenen Verfahrens
funktional getestet und sortiert.
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In
einem letzten Schritt (nicht dargestellt) werden die vorgealterten,
getesteten/sortierten Chips vom Wafer vereinzelt, verkappt (falls
erwünscht),
beschriftet und inventarisiert oder zur Montage in Systemen (nicht
dargestellt) versandt.
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Eine
allgemeine Beschreibung der Vorrichtung und des Verfahrens zur Verwendung
der vorliegenden Erfindung sowie verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend dargelegt. Ein Fachmann
wird viele Änderungen
in vielen Aspekten der Vorrichtung und des Verfahrens, die vorstehend
beschrieben wurden, erkennen und ausführen können, einschließlich Variationen,
die innerhalb die Lehren dieser Erfindung fallen.