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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Sockelvorrichtung für ein elektronisches Komponente,
insbesondere zum Anpassen an einen Halbleiter mit Federverpackung
(MicroSpringTM-Kontakten). Der Sockel ist nützlich zum
Kontaktieren einer Einrichtung in einer Vielzahl von Anordnungen;
von einer einzelnen Einrichtung bis zu einem vollständigen Wafer
und kann zum Sichern, Kontaktieren, Prüfen und Voraltern sowie für den regulären Betrieb
der Einrichtung verwendet werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Das
Thema der Verpackung in der Größenordnung
von Chips war viele Jahre der Mittelpunkt intensiver Untersuchungen
in der Industrie. Eine sehr vielversprechende Technologie beinhaltet
das Sichern von kleinen, elastischen Elementen auf einem geeigneten
Substrat und das Verwenden dieser Elemente, um einen Kontakt zwischen
einer aktiven Einrichtung und anderen Schaltungen 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, erteilt am 19. Dez. 95)
und ihr Gegenstück,
die im gemeinsamen Besitz stehenden, gleichzeitig anhängigen US"Teil"-Patenanmeldung 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
Zwischenverbindungselementen für Mikroelektronikanwendungen,
die beinhalten: Anbringen eines Endes eines biegsamen, länglichen Kernelements
(z. B. Draht "Schaft" oder "Gerüst") an einem Anschluß an einer
elektronischen Komponente, Beschichten des biegsamen Kernelements
und der benachbarten Oberfläche
des Anschlusses mit einer "Hülle" aus einem oder mehreren
Materialien mit einer vorbestimmten Kombination von Dicke, Dehngrenze
und Formänderungsfestigkeit,
um vorbestimmte Kraft-Auslenkungs-Eigenschaften der resultierenden
Federkontakte sicherzustellen. Beispielhafte Materialien für das Kernelement
schließen
Gold ein. Beispielhafte Materialien für die Beschichtung schließen Nickel
und seine Legierungen ein. Das resultierende Federkontaktelement
wird geeigneterweise verwendet, um Druckverbindungen oder demontierbare Verbindungen
zwischen zwei oder mehreren elektronischen Komponenten, einschließlich Halbleitereinrichtungen,
zu bewirken.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung 08/340,144,
eingereicht am 15. Nov. 94, und ihre entsprechende PCT-Patentamneldung
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. das Herstellen eines Zwischenelements (interposer). Die
Anmeldung offenbart auch Verfahren zur Fertigung von Kontaktstellen
(Kontaktspitzenstrukturen) an den Enden der Federkontaktelemente.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung 08/452,255,
eingereicht am 26. Mai 95, und ihre entsprechende PCT-Patentanmeldung
Nr. 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. zusammengesetzte Zwischenverbindungselemente, und zur Fertigung
und zum Anbringen von Kontaktspitzenstrukturen an den freien Enden
(Spitzen) der zusammengesetzten Zwischenverbindungselemente.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung 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 Fertigung elastischer Kontaktstrukturen, welche sich
zur Fertigung von Federkontaktelementen direkt auf Halbleitereinrichtungen besonders
gut eignen.
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Die
vorliegende Erfindung wendet sich der Herstellung von Zwischenverbindungen
zu modernen Mikroelektronikeinrichtungen unter einem feinen Rastermaß zu und
ist dafür
besonders gut geeignet. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "feines Rastermaß" auf Mikroelektronikeinrichtungen,
deren Anschlüsse
(im Fall der vorliegenden Erfindung ihrer Zwischenverbindungselemente)
in einem Abstand von weniger als etwa 5 mils, wie z. B. 2,5 mils
oder 65 μm,
angeordnet sind. Die Erfindung ist jedoch für Einrichtungen mit beliebigem
Rastermaß (z.
B. Millimeter oder größer) nützlich,
aber insbesondere einem Rastermaß unterhalb etwa 15 mils (375 μm). Als nur ein
nützliches
Beispiel kann eine Einrichtung mit Federn in einem Flächenarray
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 Einfangkontaktstellen unter demselben Rastermaß, um das
Array von Federn aufzunehmen.
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Nachstehend
wird im Großen
und Ganzen die mit Sockel erfolgende Aufnahme von elektronischen
Komponenten beschrieben, welche Halbleitereinrichtungen sind, und
welche Zwischenverbindungselemente aufweisen, die längliche
Zwischenverbindungselemente sind, die insbesondere Federkontaktelemente
sind, welche sich von einer Fläche derselben
erstrecken. Wie hierin verwendet, wird eine Halbleitereinrichtung
mit an dieser angebrachten Federkontaktelementen als Federhalbleitereinrichtung
bezeichnet.
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Eine
Federhalbleitereinrichtung kann mit einem Zwischenverbindungssubstrat
auf eine von zwei prinzipiellen Weisen verbunden werden. Sie kann dauerhaft
verbunden werden, wie z. B. durch Löten der freien Enden der Federkontaktelemente
an entsprechende Anschlüsse
auf einem Zwischenverbindungssubstrat, wie z. B. einer Leiterplatte.
Alternativ kann sie reversibel mit den Anschlüssen verbunden werden, indem
einfach die Federhalbleitereinrichtung gegen das Zwischenverbindungssubstrat
gedrückt wird,
so dass eine Druckverbindung zwischen den Anschlüssen und den Kontaktabschnitten
der Federkontaktelemente hergestellt wird. Eine solche reversible
Druckverbindung kann als Selbst-Sockelverbindung für die Federhalbleitereinrichtung
beschrieben werden.
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Die
Fähigkeit,
eine Federhalbleitereinrichtung aus einer Druckverbindung mit einem
Zwischenverbindungssubstrat zu entfernen, wäre im Zusammenhang mit einem
Austausch oder einer Erweiterung der Federhalbleitereinrichtung
nützlich.
Eine sehr nützliche
Aufgabe wird erfüllt,
indem einfach reversible Verbindungen mit einer Federhalbleitereinrichtung
hergestellt werden. Dies ist besonders zum Prüfen der Federhalbleitereinrichtung
nützlich.
Dies ist auch zum vorübergehenden
oder dauerhaften Anbringen an einem Zwischenverbindungssubstrat
eines Systems nützlich,
um (1) die Federhalbleitereinrichtung vorzualtern oder um (2) Festzustellen,
ob die Federhalbleitereinrichtung ihre Spezifikationen erfüllt. Als
allgemeine Prämisse
kann dies bewerkstelligt werden, indem Druckverbindungen zu den
Federkontaktelementen hergestellt werden. Ein solcher Kontakt kann
erleichterte Randbedingungen in Bezug auf Anpresskraft und dergleichen
aufweisen. Die vorliegende Erfindung offenbart eine Anzahl von Techniken
zur Sockelmontage an Federhalbleitereinrichtungen.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung 08/533,385,
eingereicht am 18. Okt. 95 von DOZIER, ELDRIDGE, GRUBE, KHANDROS
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 zu einer aktiven Halbleitereinrichtung.
Der Sockel wird wiederum an einer elektronischen Schaltung gesichert
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
reversibler Verbindungen elektronischer Komponenten, die Federkontaktelemente
aufweisen, mit Sockelsubstraten.
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Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung 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 Prüfen
auf Waferebene, wobei eine Vielzahl relativ kleiner, aktiver elektronischer
Komponenten wie z. B. anwendungsspezifische integrierte Schaltungen
(ASICs) an einem relativ großen
Zwischenverbindungssubstrat angebracht werden. Eine Vielzahl von
Halbleitereinrichtungen befinden sich auf einem unter Test stehenden
Wafer (WUT).
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Federkontaktelemente
erstrecken sich von den Oberflächen
der Halbleitereinrichtungen und sind geeigneterweise, jedoch nicht
begrenzt auf, freistehende, längliche
Zwischenverbindungselemente, wie sie z. B. in der vorstehend erwähnten, im
gemeinsamen Besitz stehenden, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 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 umgekehrten Pyramiden, von deren Flächen aus in einen ASIC hinein.
Eine Metallisierung wird auf die Seitenwände dieser Vertiefungen aufgebracht,
was eine elektrische Verbindung mit Schaltungselementen des ASICs herstellt.
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Bei
Verwendung, wenn ein ASIC und der WUT zusammengebracht werden, dringen
die Spitzen der Federkontaktelemente auf dem WUT in die Vertiefungen
in dem 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 jeder ASIC alternativ eine Vielzahl von Kontaktstellen
(Anschlüssen),
die auf eine herkömmliche
Weise auf ihrer Vorderseite 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 zu den Kontaktstellen ausgerichtet
sind und über
der Vorderseite des ASIC angeordnet sein können. Die Schicht aus Isolationsmaterial
stellt eine vergleichbare "Einfang"-Fähigkeit
wie die in den ASICs ausgebildeten Vertiefungen bereit. Die 5A–5C dieser
Patentanmeldungen stellen eine Technik zur Herstellung von leitenden
Kontaktlöchern
durch eine ASIC dar, wobei Vertiefungen (erste und zweite Lochabschnitte)
von beiden Seiten des ASICs aus erzeugt werden, bis sie aneinander
angrenzen. Dann wird eine leitende Schicht (z. B. Wolfram, Titan-Wolfram usw.) aufgebracht,
wie z. B. durch Sputtern in den ersten und zweiten Lochabschnitt,
was zu einem ersten leitenden Schichtabschnitt, der sich in den
ersten Lochabschnitt erstreckt, und einem zweiten leitenden Schichtabschnitt,
der sich in den zweiten Lochabschnitt erstreckt, führt. Dies
ist besonders interessant, wenn sich der erste und der zweite Lochabschnitt
auf entgegengesetzten Seiten eines Siliziumsubstrats, wie z. B.
eines Wafers, befinden. Dann wird eine Masse aus leitendem Material
(z. B. Gold, Nickel usw.) aufgebracht, um die leitenden Schichten in
den zwei Lochabschnitten 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 09/108,163,
eingereicht am 30. Juni 1998 von ELDRDGE, GRUBE, KHANDROS, MATHIEU,
PEDERSEN und STADT, offenbart eine Anzahl von Verfahren zur Herstellung
von reversiblen Verbindungen zu einer Federhalbleitereinrichtung
für den
Zweck des Voralterns der Federhalbleitereinrichtung und zum Feststellen,
ob die Federhalbleitereinrichtung in der Lage ist, ihre Spezifikationen
zu erfüllen. 2 der
Patentanmeldung stellt beispielsweise eine Technik dar, in der die
Federhalbleitereinrichtung gegen ein Zwischenverbindungssubstrat,
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 damit eine Druckverbindung zu
erstellen. 4 der Patentanmeldung stellt
beispielsweise eine Technik dar, bei der Endabschnitte der Federkontaktelemente
in plattierte Durchgangslochanschlüsse eines Zwischenverbindungssubstrats,
wie z. B. einer Leiterplatte, eingeführt werden. 5A der
Patentanmeldung stellt beispielsweise eine Technik dar, bei der
die Enden der Federkontaktelemente mit den entsprechenden einer
Vielzahl konkaver Anschlüsse
eines Zwischenverbindungssubstrats in Kontakt gebracht werden. Die
konkaven Anschlüsse sind
wie plattierte Durchgangslöcher
ausgebildet, die einen oberen Abschnitt in Form eines Kegels oder
einer Pyramide aufweisen, deren Basis an einer Oberfläche des
Zwischenverbindungssubstrats liegt und dessen Scheitel(-Punkt) innerhalb
des Zwischenverbindungssubstrats liegt. 5B der
Patentanmeldung stellt konkave Anschlüsse jeweils in Form einer Halbkugel
dar, deren Basis an einer Oberfläche
des Zwischenverbindungssubstrats und deren Scheitel innerhalb des
Zwischenverbindungssubstrats liegt. 5C der
Patentanmeldung stellt konkave Anschlüsse dar, die einen oberen Abschnitt
in Form eines trapezförmigen
Festkörpers
aufweisen, der einen relativ breiteren Basisabschnitt an einer Oberfläche des
Zwischenverbindungssubstrats aufweist und dessen relativ schmälerer Basisabschnitt
innerhalb des Zwischenverbindungssubstrats liegt. Bei jedem der
Beispiele der 5A, 5B und 5C der Patentanmeldung
tritt die Spitze der Federkontaktstruktur in den konkaven Anschluss
an seinem breitesten Abschnitt ein, was somit einen leichteren Eintritt
und Führung
oder "Einfangen" der Enden der Federkontaktelemente
durch die Anschlüsse
ermöglicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzusehen,
um mittels Sockel ein längliches
Zwischenverbindungselement aufzunehmen, das sich von einer elektronischen
Komponente erstreckt. Eine bevorzugte elektronische Komponente ist
eine Halbleitereinrichtung. Ein bevorzugtes längliches Zwischenverbindungselement
ist ein Federkontaktelement.
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Die
Erfindung ist in Anspruch 1, 14 bzw. 21 definiert. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem
Hauptaspekt der Erfindung sind eine Vorrichtung und Verfahren zur
mittels Sockel erfolgenden Aufnahme einer Vielzahl von Federhalbleitereinrichtungen
durch ein einzelnes Sockelsubstrat offenbart. (Siehe z. B. 5, 5A, 5B, 5C und 5D).
Mit Bezug auf die in 5 gezeigte Ausgestaltung kann
eine Halbleitereinrichtung so angeordnet werden, dass längliche Zwischenverbindungselemente
zu Einfangkontaktstellen auf einem Sockelsubstrat einen Kontakt
herstellen. Ein Gehäuse
wird über
dem Halbleiter gesichert, um ihn an der Stelle zu halten, und am
Hauptsubstrat gesichert. 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 in Position gedrückt gegen Einfangkontaktstellen
direkt auf einem Substrat, wie z. B. einer Leiterplatte. Die Beine
werden durch Löcher
im Substrat positioniert und an der Stelle fixiert. "Heißes Einsetzen" durch Schmelzen
eines thermoplastischen Materials ist besonders bevorzugt.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sockelsubstrat mit "Einfangkontaktstellen" vorgesehen zur Herstellung
reversibler Verbindungen zu einem oder mehreren Zwischenverbindungselementen,
die sich von einer elektronischen Komponente erstrecken. 1C stellt
eine bevorzugte Ausgestaltung einer elektronischen Komponente (108)
dar mit einem länglichen
Zwischenverbindungselement (130) in Form eines Federkontaktelements,
das sich von der Komponente erstreckt.
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Die
Halbleitereinrichtungen weisen Zwischenverbindungselemente auf,
welche Federkontaktelemente sind, die sich von diesen erstrecken. Solche
Einrichtungen werden hierin "Federhalbleitereinrichtungen" genannt.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung sind die Einfangkontaktstellen auf dem
Sockelsubstrat flache Kontaktstellen. Die Einfangkontaktstellen können unter
die Oberfläche
des Sockelsubstrats zurückgesetzt
sein. (Siehe z. B. 2, 2A und 2B).
Zurückgesetzte
Einfangkontaktstellen unterstützen
eine physikalische Positionierung der Enden der länglichen
Zwischenverbindungselemente.
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Gemäß anderer
Ausgestaltungen der Erfindung sind die Einfangkontaktstellen auf
dem Sockelsubstrat konkav, erstrecken sich in die Oberfläche des
Sockelsubstrats hinein, einschließlich halbkugelförmiger Vertiefungen,
invertierter Pyramiden-Vertiefungen und invertierter Pyramidenstumpf-Vertiefungen.
(Siehe z. B. 2C, 2D und 2E).
Konkave Anschlüsse
unterstützen
auch ein physikalisches "Einfangen" der Enden der länglichen
Zwischenverbindungselemente.
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Gemäß anderer
Ausgestaltungen der Erfindung sind die Einfangkontaktstellen auf
dem Sockelsubstrat Löcher,
die sich durch das Sockelsubstrat erstrecken. Solche Löcher können viele
Formen annehmen, einschließlich
zylindrischer Löcher
und sanduhrförmiger
Löcher
(Vertiefungen aus von Scheitel-zu-Scheitel invertierten Pyramiden).
(Siehe z. B. 2F). Anschlüsse vom Durchgangslochtyp erleichtern
die Herstellung von Verbindungen mit dem Sockelsubstrat über die
Rückseite
des Substrats. Es sind Verfahren zur Herstellung von symmetrischen
und asymmetrischen sanduhrförmigen Durchgangslochanschlüssen bei
einem Silizium-Sockelsubstrat offenbart. (Siehe z. B. 4A–4I). Diese
Verfahren nutzen die natürliche
Neigung von 1,0,0-Silizium aus, dass es mit einem Winkel geätzt wird
und dass das Ätzen
selbstbegrenzend ist.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung werden Verbindungen durch externe Einrichtungen zu
dem Sockelsubstrat über
Leiterbahnen hergestellt, die auf (siehe z. B. 2 und 3A)
oder innerhalb (siehe z. B. 2A) der
Fläche
des Sockelsubstrats sind. Die Leiterbahnen ermöglichen Leiterwege, wie z.
B. zwischen einem Kontaktpunkt und einem Anschluss oder anderen
Schaltungen.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung wird das Sockelsubstrat durch ein Trägersubstrat
gestützt,
das auch als ein Zwischenverbindungssubstrat wirken kann (siehe
z. B. 3B, 3C und 6A).
Verbindungen zu externen Einrichtungen können über das Träger/Zwischenverbindungssubstrat
hergestellt werden (siehe z. B. 3B und 3C).
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Gemäß dem Verfahren
der Erfindung werden Techniken offenbart, um mittels Sockel eine
Folge von einem oder mehreren Federhalbleitereinrichtungen, die
sich auf einem Halbleiterwafer befinden, auf einem oder mehreren
Sockelsubstraten aufzunehmen (siehe z. B. 9).
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Bei
einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Techniken offenbart, um
mittels Sockel eine Vielzahl von Federhalbleitereinrichtungen auf
einer Vielzahl von Sockelsubstraten (siehe z. B. 7 & 7A)
oder auf einem einzelnen großen
Sockelsubstrat aufzunehmen. (Siehe z. B. 7B).
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Bei
einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Techniken offenbart, um
mittels Sockel eine Vielzahl von Federhalbleitereinrichtungen, die
sich auf einem unter Test stehenden Halbleiterwafer (WUT) befinden
auf einem einzelnen sehr großen
Sockelsubstrat aufzunehmen (siehe z. B. 8, 8A, 8B und 8C).
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Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sowie die Einzelheiten
einer erläuternden Ausgestaltung
werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen genauer
verstanden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nun
wird im einzelnen auf bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung Bezug
genommen, von welchen Beispiele in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt
sind. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit diesen bevorzugten
Ausgestaltungen beschrieben wird, sollte verstanden sein, dass nicht beabsichtigt
ist, den Schutzbereich der Erfindung auf diese speziellen Ausgestaltungen
zu begrenzen. Bei den hierin gezeigten Seitenansichten sind zur
Klarheit der Darstellung häufig
nur Abschnitte der Seitenansicht im Querschnitt dargestellt und
Abschnitte können
in der Perspektive gezeigt sein. Bei den hierin gezeigten Figuren
ist die Größe von bestimmten Elementen
häufig
zur Klarheit der Darstellung übertrieben
(gegenüber
anderen Elementen in der Figur nicht maßstäblich).
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1A ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines Schritts bei der Herstellung
eines Federkontaktelements, das ein zusammengesetztes Zwischenverbindungselement
ist, welches bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden
kann.
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1B ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines weiteren Schritts bei der Herstellung
des Federkontaktelements von 1A, welches
bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden kann.
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1C ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines Federkontaktelements nach 1B,
welches bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden kann.
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2 ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein in-Kontakt-Drücken einer
Federhalbleitereinrichtung mit flachen Einfangkontaktstellen (Anschlüssen) eines
Zwischenverbindungssubstrats darstellt, welche bei einer Ausgestaltung
der Erfindung verwendet werden kann.
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2A ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein in-Kontakt-Drücken einer
Federhalbleitereinrichtung mit flachen Einfangkontaktstellen eines
Zwischenverbindungssubstrats darstellt, welche bei einer Ausgestaltung
der Erfindung verwendet werden kann.
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2B ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein in-Kontakt-Drücken einer
Federhalbleitereinrichtung mit flachen Anschlüssen eines Zwischenverbindungssubstrats
darstellt, welche bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet
werden kann.
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2C ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein in-Kontakt-Drücken einer
Federhalbleitereinrichtung mit konkaven, halbkugelförmigen Anschlüssen eines
Zwischenverbindungssubstrats darstellt, welche bei einer Ausgestaltung
der Erfindung verwendet werden kann.
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2D ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein in-Kontakt-Drücken einer
Federhalbleitereinrichtung mit konkaven, pyramidenartigen Anschlüssen eines
Zwischenverbindungssubstrats darstellt, welche bei einer Ausgestaltung
der Erfindung verwendet werden kann.
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2E ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein in-Kontakt-Drücken einer
Federhalbleitereinrichtung mit konkaven, pyramidenstumpfartigen
Anschlüssen
eines Zwischenverbindungssubstrats darstellt, welche bei einer Ausgestaltung
der Erfindung verwendet werden kann.
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2F ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein in-Kontakt-Drücken einer
Federhalbleitereinrichtung mit zusammengesetzten, sanduhrartigen Durchgangslochanschlüssen eines
Zwischenverbindungssubstrats darstellt, welche bei einer Ausgestaltung
der Erfindung verwendet werden kann.
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3A ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein Verbinden eines Sockelsubstrats
der vorliegenden Erfindung zu einer externen Einrichtung (nicht
dargestellt) darstellt, welches bei einer Ausgestaltung der Erfindung
verwendet werden kann.
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3B ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein Verbinden eines Sockelsubstrats
der vorliegenden Erfindung zu einer externen Einrichtung (nicht
dargestellt) darstellt, welches bei einer Ausgestaltung der Erfindung
verwendet werden kann.
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3C ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein Verbinden eines Sockelsubstrats
der vorliegenden Erfindung zu einer externen Einrichtung (nicht
dargestellt) darstellt, welches bei einer Ausgestaltung der Erfindung
verwendet werden kann.
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4A–4F sind
Seitenquerschnittsansichten, die eine Fertigung von Erfassungskontaktstellen,
die sanduhrartige Durchgangslöcher
in einem Sockelsubstrat sind, darstellen, welches bei einer Ausgestaltung
der Erfindung verwendet werden kann.
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4G ist
eine schematische Darstellung eines Schritts bei dem mit Bezug auf
die 4A–4F beschriebenen
Prozess, welcher bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet
werden kann.
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4H ist
eine schematische Darstellung eines alternativen Schritts bei dem
mit Bezug auf die 4A–4F beschriebenen
Prozess, welcher bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet
werden kann.
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4I ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines Sockelsubstrats, das unter
Verwendung der in 4H dargelegten Prozedur hergestellt
wurde, welches bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden
kann.
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4J ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines weiteren Sockelsubstrats, welches
bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden kann.
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4K ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die ein Abstützen und Verbinden mit einem
Sockelsubstrat darstellt, welches bei einer Ausgestaltung der Erfindung
verwendet werden kann.
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5 ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer Befestigungsanordnung, um mittels
Sockel eine Federhalbleitereinrichtung auf einem Sockelsubstrat aufzunehmen,
welche bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden kann.
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5A ist
eine Draufsicht auf das Sockelsubstrat von 5, welches
bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden kann.
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5B ist
eine perspektivische Ansicht einer Gehäusekomponente für die mit
Bezug auf 5 beschriebene Anordnung, welche
bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden kann.
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5C ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer weiteren Befestigungsanordnung,
um mittels Sockel eine Federhalbleitereinrichtung auf einem Sockelsubstrat
aufzunehmen, welche bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet
werden kann.
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5D ist
eine perspektivische Ansicht der Gehäusekomponente für die mit
Bezug auf 5C beschriebene Anordnung, welche
bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden kann.
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6 ist
eine teilweise schematische Seitenquerschnittsansicht einer Befestigungseinrichtung,
um mittels Sockel eine Federhalbleitereinrichtung auf einem Sockelsubstrat
aufzunehmen, welche bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden
kann.
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6A ist
ein Schema, das eine mittels Sockel erfolgende Aufnahme einer Federhalbleitereinrichtung
und eine Herstellung von Verbindungen mit einer externen Einrichtung
darstellt, welche bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet
werden kann.
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7 ist
eine Seitenquerschnittsansicht, die eine mittels Sockel erfolgende
Aufnahme einer Anzahl von Federhalbleitereinrichtungen auf einer
Anzahl von Sockelsubstraten darstellt, gemäß der Erfindung.
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7A ist
eine Draufsicht der Sockelsubstrate von 7, die sich
auf einem Zwischenverbindungssubstrat befinden, gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung.
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7B ist
eine Draufsicht eines einzelnen großen Sockelsubstrats, um mittels
Sockel eine Anzahl von Federhalbleiterchips aufzunehmen, die sich auf
einem Zwischenverbindungssubstrat befinden, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
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8 ist
eine Draufsicht einer Anordnung eines Zwischenverbindungssubstrats
das ein einzelnes, sehr großes
Sockelsubstrat aufweist, um mittels Sockel eine Vielzahl von Federhalbleitereinrichtungen
aufzunehmen, die sich auf einem Halbleiterwafer befinden, welches
bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden kann.
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8A ist
eine Seitenquerschnittsansicht der Anordnung von 8,
welche bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwendet werden kann.
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8B ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer alternativen Implementierung
der Anordnung von 8, welche bei einer Ausgestaltung
der Erfindung verwendet werden kann.
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8C ist
ein Schema, das eine Verbindung mit einer Vielzahl von Sockelstellen
auf einem sehr großen
Substrat darstellt, um mittels Sockel eine Vielzahl von Federhalbleitereinrichtungen,
die sich auf einem Halbleiterwafer befinden, aufzunehmen, gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung.
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9 ist
eine Seitenquerschnittsansicht einer Anordnung zum Prüfen von
Federhalbleitereinrichtungen gemäß der Erfindung.
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10 ist
ein Ablaufplan eines Gesamtprozesses, der Testschritte darstellt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausgestaltungen
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Anbringen von Federkontaktelementen
an Halbleitereinrichtungen
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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, eine beispielhafte Technik zur Fertigung von Federkontaktelementen
vom vorstehend erwähnten
zusammengesetzten Zwischenverbindungstyp auf elektronischen Komponenten,
die Halbleitereinrichtungen sind. Eine nützliche Technik ist im Einzelnen
offenbart in den
US Patenten
Nr. 5,772,451 , 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".
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Nun
in Bezug auf 1A, 1B und 1C ergibt
ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung von elastischen, länglichen,
freistehenden Federkontaktelementen zusammengesetzte Zwischenverbindungselemente
auf einer elektronischen Komponente 108. Bei einer besonders
bevorzugten Ausgestaltung kann die elektronische Komponente 108 eine
Halbleitereinrichtung sein. Eine leitende Schicht 126 aus
einem leitenden Material wird über einer
Passivierungsschicht 124 aufgebracht. Photolack 128 wird
aufgetragen 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 der elektronischen Komponente 108 gebondet,
dann mit einer oder mehreren Schichten eines leitenden Materials plattiert,
um ein Federkontaktelement zu ergeben, das eine freistehende, längliche,
zusammengesetzte Verbindungsstruktur ist. Der Photolack 128 und
die mit Lack bedeckten Abschnitte der leitenden Schicht 126 werden
entfernt.
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Das
in 1C gezeigte Federkontaktelement 130 stellt
ein zusammengesetztes Zwischenverbindungselement dar, das länglich ist
und ein Basis-(proximales) Ende, welches an der elektronischen Komponente 108 angebracht
ist, und ein freies (distales) Ende (Spitze) an seinem entgegengesetzten
Ende aufweist. Dies ist zur Herstellung eines Druckkontakts zu einem
Anschluss oder einem anderen Kontakt einer anderen elektronischen
Komponente nützlich
(siehe 2, 2A–2F).
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Andere
elastische Kontakte sind bei bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen
nützlich. Beispielsweise
sind die elastischen Kontaktstrukturen von
WO 97/43654 , veröffentlicht am 20. Nov. 1997,
oder von
WO 97/44676 ,
veröffentlicht
am 27. Nov. 1997, besonders bevorzugt. Diese elastischen Kontaktelemente
werden in einer gewünschten
Form direkt auf einer Halbleitereinrichtung oder in einem zwischengeschalteten
Opfersubstrat plattiert, von dem aus die Kontakte an der gewünschten
Halbleitereinrichtung befestigt werden und das Opfersubstrat entfernt
wird.
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Noch
weitere elastische Kontakte sind bei der vorliegenden Erfindung
nützlich.
Als Beispiel wird ein besonders nützlicher Kontakt hergestellt
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.
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Eine einfache Sockelmontagetechnik
-
2 stellt
eine bevorzugte grundlegende Sockelmontagetechnik dar. Bei diesem
Beispiel schließt
die Anordnung 200 eine elektronisches Komponente 202 mit
einem oder mehreren Zwischenverbindungselementen ein, 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 Einfangkontaktstellen 210 jeweils in
Form eines flachen Anschlusses auf einer Oberfläche auf, wie dargestellt. Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die elektronische
Komponente 202 eine Halbleitereinrichtung.
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Das
Sockelsubstrat 208 kann viele Formen annehmen, einschließlich irgendeines
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 und zu
trennen. Das Substrat kann selbst eine aktive Halbleitereinrichtung
sein. Das Sockelsubstrat kann ein Siliziumwafer oder ein gewisser
Abschnitt eines Siliziumwafers sein.
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Die
elektronische Komponente 202 wird gegen das Sockelsubstrat 208 gedrückt, wie
durch den Pfeil 212 angegeben, so dass die Spitzen (distalen Enden)
der Federkontaktelemente 204 mit entsprechenden Einfangkontaktstellen 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 Einfangkontaktstelle 210, so dass eine elektrische
Verbindung zu dem entsprechenden Anschluss 206 auf der
elektronischen Komponente 202 hergestellt werden kann.
Dies ist besonders nützlich,
um eine externe Einrichtung, wie z. B. ein Prüfgerät (nicht dargestellt), über die
Einfangkontaktstellen 210 über die Federkontaktelemente 204 mit
der elektronischen Komponente 202 zu verbinden.
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Die
Verbindung zwischen der elektronischen Komponente und dem Sockelsubstrat
hängt von
einem ausreichenden Kontakt zwischen diesen Komponenten ab. Die
elektronische Komponente kann vom Sockelsubstrat entfernt werden.
Somit ermöglichen
mehrere oder wiederholte Kombinationen verschiedener, elektronischer
Komponenten und/oder verschiedener Sockelsubstrate ein wiederholtes
Einsetzten von verschiedenen oder sogar denselben elektronischen
Komponente auf ein vorgegebenes Sockelsubstrat. Dies ist besonders
nützlich
zum Anbringen einer Halbleitereinrichtung bei einem fertiggestellten
Produkt, umso mehr da andere Sockel zur Montage einer eine Halbleitereinrichtung
enthaltenden Verpackung heute weit verbreitet sind.
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Dies
ist auch zum Voraltern oder Prüfen
einer Halbleitereinrichtung besonders nützlich. Im Fall des Voralterns
oder des Prüfens
kann eine Sockel- und Trägerelektronik
zum Sichern und Kontaktieren der Halbleitereinrichtung ausgelegt
sein, um die gewünschten Tests
auszuführen.
Der Unterschied besteht hier jedoch darin, dass die Halbleitereinrichtung direkt
ohne separates Verpacken mit einem Sockel versehen wird.
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Auf
diese Weise wirkt das Sockelsubstrat 208 als Sockel, um
reversible Verbindungen zu einer elektronischen Komponente 202 mit
erhöhten
Kontaktelementen, die sich von deren Fläche erstrecken, zu bewirken.
Andere Sockelkonfigurationen sind nachstehend offenbart.
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Bei
der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Federkontaktelement 204 und
einer entsprechenden Einfangkontaktstelle 210 ist es im
Allgemeinen hilfreich, wenn ein gewisser Wischvorgang im Allgemeinen
in Form einer seitlichen Verschiebung der Spitze eines Kontaktelements über die
Oberfläche
der Einfangkontaktstelle stattfindet. Dies ist insofern hilfreich,
als es dazu neigt, irgendeinen Rest oder Verunreinigungen auf der
Fläche
der Einfangkontaktstelle oder auf der Spitze des Federkontaktelements
zu verschieben oder zu durchdringen. Durch Wählen einer geeigneten Form
für das
Federkontaktelement 204 verformt eine Verschiebung der
elektronischen Komponente 202 in 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
Vektorkomponentenbewegung in der XY-Ebene senkrecht zur Z-Achse einschließt. Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Form des elastischen Kontaktelements
so gestaltet, dass diese XY-Komponente die Spitze des Kontaktelements
der elektronischen Komponente entlang der Kontaktstelle bewegt,
um eine nützliche
Wischbewegung zu ergeben. Eine alternative Wischbewegung kann durch physikalisches
Verschieben des Sockelsubstrats relativ zur Halbleitereinrichtung
in der XY-Ebene eingeführt
werden, wenn oder nachdem die Spitze des Kontaktelements mit der
Einfangkontaktstelle in Kontakt gebracht wird. Ein Fachmann kann
eine nützliche Federform
gestalten, um eine gewisse Wischbewegung zwischen einem ausgewählten Kontaktelement und
einer entsprechenden Kontaktstelle zu erzeugen.
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Eine
Leiterbahn 214 kann mit anderen Schaltungen verbunden werden,
beispielsweise mit einer externen elektronischen Einrichtung oder
mit einem Kontaktpunkt oder Anschluss zur Verbindung mit einer externen
elektronischen Einrichtung. Andere Schaltungen können in das Sockelsubstrat
integriert werden und mit einer Leiterbahn zur letztlichen Verbindung
mit der elektronischen Komponente durch ein oder mehrere Zwischenverbindungselemente 204 verbunden
werden.
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Eine zweite Sockelkonfiguration
-
2A stellt
einen weiteren Sockel 220 zum Bewirken von Verbindungen
zu Zwischenverbindungselementen 222 (vergleiche 204)
einer elektronischen Komponente (nicht dargestellt) dar. Das Sockelsubstrat 224 kann
wie das Sockelsubstrat 208 sein. Metallisierungsschichten
werden auf bekannte Weise auf der Oberfläche des Sockelsubstrats 224 ausgebildet
und schließen
eine oder mehrere Schichten Isolationsmaterial und eine oder mehrere Metallisierungsschichten
ein. Diese Schichten können
gemäß Standardtechniken
strukturiert werden. Bei dieser Darstellung ist eine Schicht 226 Metallisierung
in das Isolationsmaterial 228 eingebettet gezeigt. Eine
weitere Metallisierungsschicht ist freigelegt und zugänglich und
bildet Einfangkontaktstellen 230 zur Herstellung von Verbindungen
zu den Enden der Zwischenverbindungselemente 222 und zu
zweiten Anschlüssen 232 zur
Herstellung von Verbindungen zu einer externen Einrichtung (nicht
dargestellt). Ausgewählte
der Einfangkontaktstellen 230 sind elektrisch mit Ausgewählten der
zweiten Anschlüsse 232 verbunden über ausgewählte Abschnitte
der Metallisierung 226 und geeignete interne Verbindungen unter
Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten Techniken. Mehrere Verbindungsschichten
können
gefertigt werden. Auf diese Weise können komplexe Leiterweg-Schemata
bewirkt werden.
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Eine dritte Sockelkonfiguration
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2B stellt
einen weiteren Sockel 240 dar, um reversible Verbindungen
zu Zwischenverbindungselementen 242 (vergleiche 222)
einer elektronischen Komponente (nicht dargestellt) zu bewirken. Bei
diesem Beispiel ist eine Isolationsschicht 244 auf das
Sockelsubstrat 246 (vergleiche 224) mit Öffnungen
aufgebracht, durch die die Einfangkontaktstellen 248 freiliegen.
Diese Öffnungen
in der Isolationsschicht 244 helfen, die Enden der Zwischenverbindungselemente 242 gegen
die Einfangkontaktstellen 248 zu positionieren, insbesondere
wenn die Zwischenverbindungselemente zuerst zu den Einfangkontaktstellen 248 in
Ausrichtung gebracht und ungefähr
gegen diese positioniert werden. Wenn das Sockelsubstrat ein Halbleiterwafer
oder ein Abschnitt 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.
Beispielsweise kann diese Isolationsschicht 244 eine Fehlleitung
von Signalen oder elektrischer Energie verhindern, wenn ein Zwischenverbindungselement 242 falsch
positioniert ist und eine entsprechende Einfangkontaktstelle 248 verfehlt.
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Eine vierte Sockelkonfiguration
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2C stellt
einen weiteren Sockel 260 dar, um Verbindungen zu Zwischenverbindungselementen 262 (vergleiche 242)
einer elektronischen Komponente (nicht dargestellt) zu bewirken.
Bei diesem Beispiel weist das Sockelsubstrat 264 (vergleiche 246)
Einfangkontaktstellen 266 auf, die eher konkav als flach
sind (vergleiche Einfangkontaktstellen 210, 230, 248).
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Einfangkontaktstellen 266 vertieft
in die Fläche des
Sockelsubstrats 264 oder in die Fläche von Schichten, die über dem
Sockelsubstrat liegen (vergleiche 228 in 2A).
Die konkaven Einfangkontaktstellen 266 sind halbkugelförmig dargestellt
mit einem Durchmesser, der größer ist
als der Durchmesser des Endes des Zwischenverbindungselements 262,
welches mit der Einfangkontaktstelle 266 in Kontakt kommt,
und helfen das Ende des Zwischenverbindungselements zu den Einfangkontaktstellen
zu führen
oder dort zu platzieren.
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Auf
die vorstehend beschriebene Weise erstrecken sich Leiterbahnen 268 (vergleiche 214 in 2)
geeigneterweise von den Einfangkontaktstellen 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,
schließt "konkav" zylindrisch ein.
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Eine fünfte Sockelkonfiguration
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2D stellt
einen weiteren Sockel 280 dar, um reversible Verbindungen
zu Zwischenverbindungselementen 282 (vergleiche 262)
einer elektronischen Komponente (nicht dargestellt) zu bewirken. Bei
diesem Beispiel ist das Sockelsubstrat 284 (vergleiche 264)
mit "konkaven" Einfangkontaktstellen 286 (vergleiche 266)
versehen, geeigneterweise in Form von invertierten Pyramiden. Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung sind Metallisierungsschichten auf
eine bekannte Weise auf der Fläche
des Sockelsubstrats 284 (vergleiche 224) ausgebildet
und schließen
eine oder mehrere Schichten von Isolationsmaterial und eine oder
mehrere Metallisierungsschichten ein.
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Bei
dieser Darstellung ist eine Schicht 288 (vergleiche 226)
Metallisierung gezeigt, die in das Isolationsmaterial 290 (vergleiche 228)
eingebettet ist. Eine weitere Metallisierungsschicht ist strukturiert,
um erste Leiterbahnen 292 (vergleiche 230), die mit
Jeweiligen der Einfangkontaktstellen 286 in elektrischem
Kontakt stehen, und Leiterbahnen 294 (vergleiche 232)
zur Herstellung von Verbindungen zu anderen Schaltungen auszubilden.
Ausgewählte
der ersten Leiterbahnen 292 sind mit Ausgewählten der zweiten
Leiterbahnen 294 über
ausgewählte
Abschnitte der eingebetteten Metallisierung 288 elektrisch
verbunden.
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Eine sechste Sockelkonfiguration
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2E stellt
einen weiteren Sockel 201 dar, um Verbindungen mit Zwischenverbindungselementen 203 (vergleiche 282)
einer elektronischen Komponente (nicht dargestellt) zu bewirken.
Bei diesem erläuternden
Beispiel ist das Sockelsubstrat 205 (vergleiche 284)
mit einer Höhlung 207 in
Form einer invertierten Pyramide mit einer flachen Bodenfläche versehen.
Eine solche Höhlung 207 kann
hergestellt werden durch Maskieren eines Siliziumwafers, Ätzen und
Beenden des Ätzens,
bevor sich die abgewinkelten Seitenwände an einem Scheitel treffen
(vergleiche den pyramidenförmigen
Anschluss 286 oben). Die Höhlung ist 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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Bei
den vorstehend mit Bezug auf die 2A–2E beschriebenen
Sockelkonfigurationen werden Verbindungen zwischen dem Anschluss des
Sockels und einer externen Einrichtung (nicht dargestellt) typischerweise
durch Leiterbahnen (oder Metallisierung) auf einer ersten Fläche (oder
innerhalb einer ersten Fläche)
des Sockelsubstrats hergestellt. Diese erste Oberfläche kann
als "obere" Fläche des
Sockelsubstrats betrachtet werden.
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2F stellt
einen weiteren Sockel 221 dar, um reversible Verbindungen
zu Zwischenverbindungselementen 223 (nur eines gezeigt,
vergleiche 203) einer elektronischen Komponente (nicht
dargestellt) zu bewirken. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
ist das Sockelsubstrat Silizium und kann ein ganzer oder ein Abschnitt
eines Siliziumwafers sein. Das Sockelsubstrat 225 (vergleiche 205)
ist mit Höhlungen 227 (eine
gezeigt, vergleiche 207) versehen, die jeweils in Form
von zwei invertierten Pyramiden vorliegen, die sich an ihren Scheiteln schneiden.
Die Höhlung
ist metallisiert, wie durch die Metallschicht 229 (vergleiche 209)
angezeigt. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur
ist nachstehend in Verbindung mit den 4–4I im einzelnen
beschrieben.
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Bei
diesem Beispiel nimmt der obere Abschnitt der metallisierten Höhlung das
freie (distale) Ende des Zwischenverbindungselements 223 auf. Verbindungen
zu externen Einrichtungen können durch
direktes Verbinden mit dem unteren Abschnitt des konkaven Anschlusses
von der Unterseite des Sockelsubstrats bewirkt werden. Eine Leiterbahn 231 kann
zum Umpositionieren eines Kontaktpunkts oder zum Herstellen einer
gewünschten
Verbindung verwendet werden. Natürlich
können
Leiterbahnen auf jeder Fläche
des Sockelsubstrats vorgesehen werden und eine oder mehrere Metallisierungsschichten können verwendet
werden. Auf diese Weise ist es möglich,
komplexe Verbindungsschemata zu bewirken.
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Verbinden mit dem Substrat
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3A stellt
einen Sockel 300 dar zum Verbinden einer externen Einrichtung
mit einer elektronischen Einrichtung durch ein Sockelsubstrat 302,
das eine Einfangkontaktstelle 304 zum Aufnehmen eines Endes
eines länglichen
Zwischenverbindungselements (nicht dargestellt) aufweist. Vergleiche
Sockelsubstrat 205 von 2E und
die entsprechenden Elemente. Hier verbindet die Leiterbahn 306 die
Einfangkontaktstellen-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 eine externe Einrichtung
mit dem Anschluss 308 hergestellt werden kann. Nützliche
Verbindungen sind wohl bekannt und schließen Kantenstecker ein mit entsprechenden
Sockeln, Pogostiften, Drahtbonden, Chipträger und andere.
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3B stellt
eine bevorzugte Ausgestaltung einer Sockelanordnung 320 dar,
um eine externe Einrichtung mit einem Sockelsubstrat 322 mit
einer Einfangkontaktstelle 324 zum Aufnehmen eines Endes eines
länglichen
Zwischenverbindungselements (nicht dargestellt, vergleiche 203)
zu verbinden. Bei diesem Beispiel ist eine Leiterbahn 326 auf
dem Substrat 322 vorgesehen und erstreckt sich zum Anschluss 328,
hier an einer Kante des Substrats 322. Bei diesem Beispiel
ist das Sockelsubstrat 322 durch ein Trägersubstrat 330 gestützt. Das
Trägersubstrat kann
aus einer Vielfalt von Materialien sein, 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
irgendein beliebiges geeignetes Mittel elektrisch verbunden, wie
z. B. einen Bonddraht 334, der unter Verwendung von herkömmlichen
Drahtbondverfahren befestigt sein kann. Der Pfeil 336 stellt
schematisch eine Verbindung dar, die durch eine externe Einrichtung
zu dem Anschluss 338 und daher zu der Einfangvertiefung 324 hergestellt
sein kann.
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3C stellt
eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines Sockels dar, hier eines
Sockels 340. Das Sockelsubstrat 342 weist eine
Einfangvertiefung 344 mit einem Abschnitt 344a (vergleiche 227a)
zum Aufnehmen eines Endes eines länglichen Zwischenverbindungselements
(nicht dargestellt) auf. Bei diesem Beispiel erstreckt sich die
Einfangvertiefung 344 vollständig durch das Sockelsubstrat 342 und
weist einen unteren Abschnitt 344b (vergleiche 227b)
zur Herstellung einer weiteren Verbindung auf. Bei dieser Ausgestaltung
weist das Trägersubstrat 346 einen ersten
Anschluss 348, einen zweiten Anschluss 350 und
eine Leiterbahn 352 auf, die die zwei Anschlüsse 348 und 350 verbindet.
Eine Masse aus leitendem Material 354 (vergleiche 334),
wie z. B. Lot, eine Lotkugel, ein Klumpen leitendes Epoxid oder
dergleichen, ist innerhalb des unteren Abschnitts 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. Bei diesem Beispiel wird eine durch den Pfeil 356 angegebene
Verbindung zu einer externen Einrichtung (nicht dargestellt) mit
dem Anschluss 350 hergestellt.
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Ausbilden von Durchgangslochanschlüssen in
Silizium
-
Wie
vorstehend mit Bezug auf die 2F und 3C erörtert, ist
es möglich,
das Sockelsubstrat (225, 346) mit einem Anschluss
vom Durchgangslochtyp zu versehen, dessen oberer Abschnitt das freie
Ende eines länglichen
Zwischenverbindungselements aufnimmt und dessen unterer Abschnitt
nach Wunsch verbunden werden kann.
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Bei
bestimmten Anwendungen wäre
es erwünscht,
das Sockelsubstrat aus Silizium auszubilden. Dies ist bei einer
Anordnung besonders hilfreich, die mit einer in Betrieb befindlichen
Halbleitereinrichtung in engem Kontakt steht. Solche Einrichtungen werden
im Allgemeinen während
der Verwendung oder vielleicht während
des Prüfen warm
und es ist sehr hilfreich, sie mit Materialien zu verbinden, die
einen ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen, so dass die aktive Einrichtung und die Kontaktvorrichtung
in einer ähnlichen
geometrischen Beziehung bleiben. Das Anpassen einer Siliziumeinrichtung
an eine andere Siliziumeinrichtung ist besonders erwünscht.
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Die 4A–4F stellen
eine Bearbeitung einer Struktur 400 zum Ausbilden von Anschlüssen des
Durchgangslochtyps 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 Vorderseite eines Substrats 402 aufgebracht,
welches ein Stück
1,0,0-Silizium ist. Die Nitridschicht ist 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 Rückseite
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 gegenüber
zu einer Entsprechenden der Öffnungen 410.
Ein Paar ausgerichteter Öffnungen 406 und 410 legen
den Ort eines im Siliziumsubstrat 402 ausgebildeten Durchgangslochanschlusses
fest.
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Die Öffnungen 406 und 410 sind
so dargestellt, dass sie gegenseitig dieselbe Querabmessung (d.
h. S1 = S2) aufweisen, aber, wie nachstehend erörtert wird, ist dies nicht
notwendig und kann bei einigen Implementierungen nicht bevorzugt
sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung sind zu 406 und 410 äquivalente Öffnungen
eher rechteckig als quadratisch. Gegenüberliegende Öffnungen
können
parallel orientierte Rechtecke aufweisen oder gegenüberliegende Öffnungen
könnten
orthogonal sein. Im Allgemeinen erzeugt eine rechteckige Öffnung beim Ätzen eher
eine Durchgangsstruktur als einen Punkt. Die relativen Abmessungen
einer jeden müssen
nicht gleich sein.
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4B stellt
einen nächsten
Schritt dar, bei 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 bei den Öffnungen 404 und 408 zu verhindern.
Ein geeignetes Ätzmittel
ist Kaliumhydroxid (KOH). Ein Merkmal von 1,0,0-Silizium ist, dass es
in KOH unter einem Winkel geätzt
wird, wobei der Winkel 53,7° beträgt. Das Ätzen verläuft entsprechend
dem Kristallgitter des Siliziums. Daher ist es bevorzugt, dass die Öffnungen,
wie z. B. 406 und 410, so zu orientieren, dass
sie zu dem 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 hineinerstreckt. 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 kontrolliert. Das Ätzen stoppt, wenn kein restliches,
freiliegendes Silizium auf der Oberfläche des Substrats vorhanden
ist. Im Allgemeinen wird ausgehend von einer quadratischen Öffnung eine
pyramidenförmige
Vertiefung erzeugt. Falls 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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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung geschieht das Ätzen von beiden Seiten aus
und zwei pyramidenförmige
Vertiefungen 412 und 414"wachsen" aufeinander zu. 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, können die
Vertiefungen "überätzt" werden, so dass
die Nitridschichten 404 und 408 geringfügig über den
Vertiefungsöffnungen
hängen.
Sobald das Ätzen
beendet ist, können
die Nitridschichten 404 und 408 entfernt werden,
durch selektives Ätzen.
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Das Ätzen dieser
Sanduhr bildet ein Verbindungsloch im Siliziumsubstrat aus. Verbindungslöcher werden
bei vielen elektronischen Produkten umfangreich verwendet, wie z.
B. Halbleitereinrichtungen und mehrlagigen Substraten. Dieses neue
Verbindungsloch 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 wieder nitriert wird,
wie z. B. durch thermisches Aufwachsen einer sehr dünnen Schicht 416 Nitrid
auf allen Oberflächen
des Substrats 402, einschließlich innerhalb der Seitenwände der Vertiefungen 412 und 414.
Dieses Nitrid wirkt teilweise als Isolierung des Körpers des
Halbleitersubstrats gegen jedes anschließend aufgebrachte leitende Material.
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4D stellt
einen nächsten
Schritt dar, bei 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 nützliche
Verfahren und Materialien sind im Einzelnen in der gleichzeitig
anhängigen,
im gemeinsamen Besitz stehenden US-Patentanmeldung 09/032,473, eingereicht
am 26. Februar 1998, mit dem Titel "Lithographically Defined Microelectronic
Contact Structures",
dargelegt.
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4E stellt
einen nächsten
Schritt dar, bei dem die Schicht 430 aus Maskierungsmaterial,
wie z. B. Photolack, auf beide Seiten des Substrats 402 aufgebracht
und so strukturiert ist, dass sie Öffnungen aufweist, die zu den
Vertiefungen 412 und 414 ausgerichtet sind. Die
Keimschicht 420 innerhalb der Vertiefungen ist nicht mit
dem Maskierungsmaterial bedeckt. Dann werden eine oder mehrere Schichten eines
leitenden Materials 432, wie z. B. Nickel, auf der freigelegten
Keimschicht 420 innerhalb der Vertiefungen 412 und 414 abgeschieden,
wie z. B. durch Plattieren.
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4F stellt
einen nächsten
(letzten) Schritt dar, bei dem die Maskierungsschicht 430 entfernt wird
(wie z. B. durch Abspülen)
und der unplattierte Abschnitt der Keimschichten 418 und 420 entfernt wird
(wie z. B. durch selektives chemisches Ätzen), wobei das leitende Material 432 innerhalb
der zwei Vertiefungen 412 und 414 und das die
Vertiefung überbrückende leitende
Material zurückbleibt,
wodurch ein leitendes Verbindungsloch durch das Substrat 402 ausgebildet
wird. Dies sieht eine elektrische Kontinuität zwischen der Vertiefung 412 und
der Vertiefung 414 vor.
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4G stellt
einen zeitlichen Zwischenschritt bei dem gerade beschriebenen Prozess
dar. Wenn die Vertiefungen 412 und 414 (siehe 4B) zuerst
geätzt
werden, "wachsen" sie aufeinander
zu. Für
den Fall, dass 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) bei
dem Prozess in einem Fall dar, bei 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 Rate in das Substrat 442 (vergleiche 402)
hineinwachsen, aber dass die Vertiefung 446 ihren Scheitel
erreicht hat und ihr Wachstum beendet hat. Die Vertiefung 444 wächst weiter,
bis der Ätzvorgang
von selbst endet. Der Entwickler sollte eine Dicke des Substrats 402 und
Abmessungen der Öffnungen 406 und 410 so
auswählen,
um diese Ätzstruktur
oder eine andere ausgewählte Ätzstruktur
zu ermöglichen.
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4I stellt
ein Sockelsubstrat 452 (vergleiche 442) dar, bei
dem der Prozess mit Öffnungen (vergleiche 406 und 410)
begonnen hat, welche nicht dieselbe Querabmessung aufweisen, wie
bei 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
ist, ist dargestellt.
-
Bei
der Verwendung kann ein freies Ende eines länglichen Zwischenverbindungselements
(vergleiche 223, 2F) einen
Kontakt zu dem leitenden Material 432 innerhalb der Vertiefung 412 herstellen und
eine leitende Masse (vergleiche 345, 3C) kann
einen Kontakt zu dem leitenden Material 432 innerhalb der
Vertiefung 414 herstellen.
-
Alternative Techniken zur
Rückseitenverbindung
-
Es
wurden beispielsweise vorstehend in den 2F, 3C und 4E Techniken
zum Bewirken von Verbindungen durch das Sockelsubstrat zu dessen
Rückseite
beschrieben.
-
4J stellt
eine alternative Struktur 460 dar. Bei dieser bevorzugten
Ausgestaltung zum Bewirken von Verbindungen durch ein Sockelsubstrat 462 von
Einfanganschlüssen 464 auf
dessen Vorderseite 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.
-
Ein
Leiterbahnverlauf 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. zu einem Zwischenverbindungssubstrat oder dergleichen)
zur 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
eine weitere alternative Technik 480 zum Bewirken von Verbindungen
durch ein Sockelsubstrat 482 (vergleiche 342 in 3C)
dar, unter Verwendung von Durchgangslöchern 484 (vergleiche 344)
vom Doppelpyramidentyp, die eine Metallisierung aufweisen. Das Sockelsubstrat 482 umfasst
geeigneterweise einen Siliziumwafer. Eine Verbindung wird zu dem
unteren Abschnitt 484b des Durchgangslochs 484 hergestellt,
wobei sich ein Ende eines länglichen
Zwischenverbindungselements 486 von einem Zwischenverbindungssubstrat 488 (vergleiche 346)
auf ziemlich dieselbe Weise, wie in 2F gezeigt,
erstreckt. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung kann dieses Zwischenverbindungselement 486 an
ein Zwischenelement (interposer) befestigt sein. Das Sockelsubstrat 482 ist
durch ein oder mehrere Trägersubstrate
verstärkt
und gestützt,
aber mit ihnen nicht notwendigerweise elektrisch verbunden. Diese
sind vorzugsweise elektrisch isoliert und können aus Isolationsmaterial
bestehen. Silizium oder Keramik sind besonders nützlich. Bei 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 durch dieses
erstreckt und zu dem Durchgangsloch 484 ausgerichtet ist
(z. B. koaxial). 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 Haftmittel, 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 durch dieses
erstreckt und zum Loch 494 ausgerichtet ist (z. B. koaxial).
Das Loch 496 weist eine Querabmessung auf, die größer ist
als die Querabmessung des Lochs 494. Das erste Trägersubstrat 490 ist
vorzugsweise mit einem geeigneten Haftmittel, wie z. B. Cyanoacrylat,
an das zweite Trägersubstrat 492 geklebt. Die
Abmessungen der Löcher 494 und 496 sind
vorzugsweise fortlaufend größer, wobei
sie eine konische Öffnung
bilden. Diese Abmessungen sind jedoch nicht entscheidend, solange
das gewünschte Zwischenverbindungselement
einen elektrischen Kontakt zu 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 eine Positionierung des länglichen
Zwischenverbindungselements 486 zu unterstützen.
-
Auf
diese Weise können
elektrische Verbindungen vom Zwischenverbindungssubstrat 488 zu dem
Abschnitt 484a des Durchgangslochs 484, das dis
Einfangkontaktstelle des Sockelsubstrats 482 aufweist,
bewirkt werden.
-
Halterung (Anordnung) zum Voraltern für einen
einzelnen Chip
-
Vorstehend
wurde eine Anzahl von Sockelsubstraten beschrieben, die zur Herstellung
elektrischer Verbindungen zu länglichen
Kontaktelementen an elektronischen Komponenten, wie z. B. Halbleitereinrichtungen,
geeignet sind. Eine beispielhafte Anwendung für ein solches Sockelsubstrat
wird nun beschrieben.
-
5 stellt
eine Anordnung 500 dar, die ein Zwischenverbindungs- und
Trägersubstrat 502 (vergleiche 330 in 3B)
und ein Sockelsubstrat 504 (vergleiche 322) der
vorstehend mit Bezug auf 3B beschriebenen
Art aufweist. Das Sockelsubstrat 504 weist Einfangkontaktstellen
auf, die Anschlüsse 506 (vergleiche 324)
sind, die mit Außen-Bond-Anschlüssen 508 (vergleiche 328)
durch Leiterbahnen 510 (vergleiche 326) verbunden
sind. Die Außen-Bond-Anschlüsse 508 sind
durch Bonddrähte 512 (vergleiche 334)
mit Anschlüssen 514 (vergleiche 332)
auf dem Zwischenverbindungssubstrat 502 verbunden. Die
Anschlüsse 514 können unter
Verwendung von auf dem Fachgebiet gut bekannten Techniken mit anderen
Einrichtungen verbunden werden. Ein repräsentatives Verfahren besteht
darin, Leiterbahnen auf der Fläche
des Trägersubstrats
vorzusehen. Mit Bezug auf die Draufsicht von 5A ist das
Sockelsubstrat 504 geeigneterweise mit einer Vielzahl von
Anschlüssen 506 versehen.
Als Beispiel sind acht gezeigt.
-
Bei
der Verwendung nehmen die Anschlüsse 506 Enden
einer entsprechenden Vielzahl von Zwischenverbindungselementen 516 (vergleiche 204) auf,
wie z. B. Federkontaktelementen, die sich von einer Fläche einer
elektronischen Komponente 518 (vergleiche 202),
wie z. B. eines Halbleitereinrichtung, erstrecken.
-
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
Oberseite 522 und vier Seitenwände 524, 526, 528 und 530 auf
(von denen zwei, die Seitenwände 524 und 528,
in der Querschnittsansicht von 5 sichtbar
sind). Die Unterseite des Gehäuses 520 ist
offen. Die gegenüberliegenden
Seitenwände 524 bzw. 528 sind
jeweils mit vorsprungartigen Beinen 532 bzw. 534 versehen,
die sich von diesen an der Unterseite des Gehäuses 520 vorbei erstrecken.
Die Oberseite 522 des Gehäuses 520 ist mit einem
gewölbten
Abschnitt (Teil) 536 versehen, der bei Verwendung gegen
die Rückseite
der elektronischen Komponente 518 nach unten drückt, wie durch
den Pfeil 538 in 5 dargestellt,
um die Enden der Zwischenverbindungselemente 516 mit den Anschlüssen 506 in
Kontakt zu halten. Um das Gehäuse 520 in
seiner Lage an dem Zwischenverbindungssubstrat 502 zu halten,
werden die Enden der Beine 532 und 534 durch entsprechende
Löcher 540 bzw. 542 im
Zwischenverbindungssubstrat 502 eingesetzt. Mit Bezug auf 5 erstrecken
sich Endabschnitte der Beine 532 und 534 über die
Unterseite des Zwischenverbindungssubstrats 502 hinaus und
sind so geformt (gerollt, gebogen), dass sie an der Unterseite des
Zwischenverbindungssubstrats 502 festgehalten werden und
das Gehäuse 520 in seiner
Lage am Zwischenverbindungssubstrat 502 halten.
-
Die
Anordnung 500 ist zum Durchführen einer Voralterung an elektronischen
Komponenten, wie z. B. Halbleitereinrichtungen, wie folgt nützlich.
Die Einrichtung 518 wird auf dem Sockelsubstrat 502 so angeordnet,
dass die Enden der Zwischenverbindungselemente 516 mit
den Anschlüssen 506 des Sockelsubstrats 504 in
Eingriff kommen. Das Gehäuse 520 wird über der
Halbleitereinrichtung 518 so angeordnet, dass der gewölbte Abschnitt 536 gegen
die Rückseite
der Halbleitereinrichtung 518 drückt und so, dass sich die Vorsprünge 532 und 534 durch
die entsprechenden Löcher 540 und 542 im
Zwischenverbindungssubstrat 502 erstrecken. Leistung kann zu
den Anschlüssen 508 des
Zwischenverbindungssubstrats 502 geliefert werden, um die
Halbleitereinrichtung 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 die Halbleitereinrichtung 518 kann
entfernt werden. Ein Weiteres wird an seiner Stelle installiert
und der Prozess wird wiederholt (das Gehäuse wird wieder auf dem Zwischenverbindungssubstrat
installiert, um die nachfolgende Komponente vorzualtern).
-
Eine weitere Halterung für eine einzelne
Komponente
-
Die 5C und 5D stellen
eine weitere bevorzugte Ausgestaltung dar. Das Gehäuse 550 ist ähnlich dem
vorstehend beschriebenen Gehäuse 520.
Das Gehäuse 550 hat
die allgemeine Form eines offenen Kastens. Wie am besten in 5D zu sehen
ist (vergleiche 5B), weist das Gehäuse 550 eine
Oberseite 552 (vergleiche 522) und vier Seitenwände 554, 556, 558 und 560 (vergleiche 524, 526, 528, 530)
auf, von denen zwei, die Seitenwände 524 und 528,
in der Querschnittsansicht von 5C sichtbar
sind. Die Unterseite des Gehäuses 550 ist offen.
Zwei gegenüberliegende
Seitenwände 554 und 558 sind
jeweils mit streifenartigen Beinen 562 bzw. 564 (vergleiche 532 und 534)
versehen, die sich von diesen und über die Unterseite des Gehäuses 550 heraus
erstrecken.
-
Die
Oberseite 552 des Gehäuses 550 ist
gestanzt oder dergleichen, so dass sie drei längliche Abschnitte 566, 568 und 570 aufweist.
Zwei dieser länglichen
Abschnitte 566 und 570 erstrecken sich parallel
zueinander und beabstandet voneinander, benachbart von einer Kante
der Oberseite 552 zu einer gegenüberliegenden Kante der Oberseite.
Der dritte dieser länglichen
Abschnitte 568 erstreckt sich benachbart von der gegenüberliegenden
Kante der Oberseite in Richtung der einen Kante der Oberseite parallel
zu und zwischen den zwei länglichen
Abschnitten 566 und 570. Jeder der länglichen
Abschnitte 566, 568 und 570 ist als freitragender "Bügel" (vergleiche 536) geformt,
der in der Lage ist, auf die Rückseite
der elektronischen Komponente 572 (vergleiche 518)
nach unten zu drücken,
wie durch den Pfeil 574 (vergleiche 538) angezeigt.
-
Die
Beine 562 und 564 des Gehäuses 550 sind 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 Unterkante der Seitenwand 558 im Wesentlichen
zur Oberkante der Seitenwand 558 erstrecken. Das Bein 564 kann
dann von der Seitenwand nach außen
gebogen werden, dann kann ein Endabschnitt 564A des Beins
so gebogen werden, dass er sich parallel zur Seitenwand erstreckt.
Dies ist senkrecht (90°)
zu einem Zwischenverbindungssubstrat (vergleiche 502) mit
einem Loch (vergleiche 542) zum Aufnehmen des Endes des
länglichen Beins 564.
Und wie beim vorherigen Beispiel können die Endabschnitte der
Beine 562 und 564 so geformt (gerollt, gebogen)
werden, dass sie an der Unterseite des Zwischenverbindungssubstrats
(502) festgehalten werden und das Gehäuse 550 in seiner
Lage am Zwischenverbindungssubstrat (502) halten.
-
Bei
einer nützlichen
Variante der Kontaktarchitektur werden Kontaktanschlüsse direkt
an einem Trägersubstrat
vorgesehen. Mit Bezug auf 5 als Beispiel
können
Anschlüsse 506 direkt
im Trägersubstrat 502 ausgebildet
werden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind solche Anschlüsse 506 ein
flacher Kontakt benachbart zur Fläche des Trägersubstrats. Das Trägersubstrat 502 kann
ein organisches Material sein, wie z. B. eine Leiterplatte. Bei
dieser Ausgestaltung besteht kein Bedarf für Drahtbonds 512 und
die Anschlüsse 506 können nach
Wunsch direkt mit anderen Schaltungen verbunden werden.
-
Bei
einer nützlichen
Variante des einschließenden
Gehäuses
ist eine einfache flache Einheit an 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 einschließen, um
die flache Einheit in ihrer Lage zu halten, um die Halbleitereinrichtung 518 in
Kontakt zu den Anschlüssen 506 zu
sichern. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist ein Gehäuse mit
Beinen aus thermoplastischem Material ausgestattet. Die Halbleitereinrichtung 518 ist zu
den Anschlüssen 506 ausgerichtet
und das Gehäuse
ist so angeordnet, dass es einen gewissen Druck auf die Halbleitereinrichtung
ausübt,
wobei die Beine durch Löcher
im Trägersubstrat
reichen. Jedes Bein des Gehäuses
wird dann erhitzt ("heiß eingesetzt"), um das Material
auf eine Weise zu schmelzen, die verhindert, dass sich das Bein
durch das Loch im Substrat zurückbewegt.
-
Eine weitere Anordnung für einen
einzelnen Chip
-
Vorstehend
wurden zwei Befestigungen beschrieben, die beide Gehäuse (520, 550)
einschließen,
um eine elektronische Komponente (518, 572) mit
einem Sockelsubstrat zum Zweck der Prüfung (Voralterung oder Testen)
der elektronischen Komponente reversibel zu verbinden. Es wurden
auch Verfahren beschrieben, um Verbindungen zwischen dem Sockelsubstrat
und einer externen Einrichtung oder System zu bewirken.
-
6 stellt
eine alternative Technik 600 zum Halten einer elektronischen
Komponente 602 mit länglichen
Zwischenverbindungselementen 604 dar, die sich von dieser
gegen Anschlüsse
eines Sockelsubstrats 608 hin erstrecken. Bei 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 Außen-Bond-Anschlüssen 610 (vergleiche 328)
durch Leiterbahnen 612 (vergleiche 326) verbunden
sind. Die Außen-Bond-Anschlüsse 610 sind
durch Bonddrähte 614 (vergleiche 334)
mit Anschlüssen 616 (vergleiche 332)
auf dem Zwischenverbindungssubstrat 609 verbunden.
-
Anstelle
von Leiterbahnen (vergleiche 339) und Anschlüssen (vergleiche 336)
an der Fläche
des Zwischenverbindungssubstrats 608 und Verbindungen (vergleiche 336),
die zur Oberseite des Zwischenverbindungssubstrats 609 hergestellt
sind, ist das Zwischenverbindungssubstrat 609 bei diesem Beispiel
mit einem Satz von "Pogostiften" 620 versehen,
die sich von dessen Bodenfläche
erstrecken und durch interne Leiterbahnen 622 mit den Anschlüssen 616 verbunden
sind.
-
Anstelle
eines Gehäuses
(520, 550), das die elektronische Komponente (518, 572)
gegen das Sockelsubstrat hält,
wird die elektronische Komponente 602 bei diesem Beispiel
durch einen Prüfkopf
(oder ein Vakuum-Spannelement) 630 gegen das Sockelsubstrat 608 gehalten.
-
6A stellt
eine Technik 650 dar, das für jegliche der vorstehend erwähnten Verfahren
zum mittels Sockel erfolgenden Aufnehmen einer elektronischen Komponente,
um eine Voralterung oder einen Prüfung durchzuführen, repräsentativ
ist. Ein Sockelsubstrat 652 weist eine Vielzahl von "Einfang-"Anschlüssen (Vertiefungen,
Kontaktstellen usw.) 604 auf dessen Fläche auf und ist auf eine beliebige,
geeignete Weise (Bonddrähte,
leitende Massen usw.) an einem Zwischenverbindungssubstrat 656 angebracht
und mit diesem verbunden, welches wiederum auf eine beliebige geeignete
Weise (z. B. Kantenstecker, Pogostifte usw.) mit einer externen Prüfeinrichtung
oder -system ("PRÜFGERAT") 658 verbunden
ist.
-
Eine Befestigung für mehrere
Chips
-
Das
Konzept der mittels Sockel erfolgenden Aufnahme einer einzelnen
Federhalbleitereinrichtung kann, wie folgt, leicht auf eine Vielzahl
von Federhalbleitereinrichtungen erweitert werden.
-
Die 7 und 7A stellen
eine Anordnung 700 zum gleichzeitigen Prüfen einer
Vielzahl (vier in 7 gezeigt) elektronischer Komponenten 702 dar,
die Federhalbleitereinrichtungen sind. Jede der Federhalbleitereinrichtungen 702 (vergleiche 518)
weist längliche
Zwischenverbindungselemente auf, die Federkontaktelemente sind,
die sich von deren Fläche
erstrecken. Eine entsprechende Vielzahl (acht in 7A gezeigt)
von Sockelsubstraten 704 (vergleiche 504) weisen
Einfangkontaktstellen 706 (sechs pro Sockelsubstrat gezeigt)
auf, die geeigneterweise Vertiefungsanschlüsse (vergleiche 506) sind,
um mittels Sockel die freien Enden der länglichen Zwischenverbindungselemente
auf eine beliebige der vorstehend beschriebenen Weisen aufzunehmen.
Die Sockelsubstrate 704 sind alle geeigneterweise an einem
gemeinsamen Träger/Zwischenverbindungs-Substrat 708 (vergleiche 502)
auf eine beliebige der vorstehend beschriebenen Weisen angebracht
und mit diesem elektrisch verbunden. Zur Klarheit der Darstellung
sind keine speziellen Verbindungen wiedergegeben. Beispielhafte
Verbindungen vom Zwischenverbindungssubstrat 708 zur "Außenwelt" sind bei diesem
Beispiel als Vielzahl von Pogostiften 710 dargestellt.
Die Federhalbleitereinrichtungen 702 werden gegen das entsprechende
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 kann eine Anzahl (wie z. B. acht) von einzelnen Federhalbleitereinrichtungen 704 reversibel
zu einer externen Einrichtung oder System (vergleiche 658)
verbunden werden.
-
Wie
in 7B gezeigt, kann das Konzept des Prüfens einer
Gruppe von einzelnen Chips (elektronischen Komponenten) mit einem
einzelnen Sockelsubstrat 704' implementiert
werden, das durch ein Zwischenverbindungssubstrat 708' (vergleiche 708)
getragen und mit diesem verbunden ist. Bei dieser Figur sind acht
Sockelbereiche auf dem Sockelsubstrat 704' getrennt durch gestrichelte Linien
dargestellt und entsprechen den acht in 7A dargestellten
diskreten Sockelsubstraten 704.
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Waferebenensystem
-
Die
Konzepte der mittels Sockel erfolgenden Aufnahme einer einzelnen
Federhalbleitereinrichtung und der mittels Sockel erfolgenden Aufnahme
einer Anzahl von Federhalbleitereinrichtungen wurden vorstehend
beschrieben. Die Konzepte können
folgendermaßen
auf ein Prüfen
eines gesamten Wafers mit Federhalbleitereinrichtungen erweitert
werden.
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8 stellt
ein System 800 zum Testen eines gesamten Wafers (WUT) 802 (vergleiche 702) mit
Federhalbleitereinrichtungen dar. Ein einzelnes Sockelsubstrat oder
eine Kombination eines Sockelsubstrats und Zwischenverbindungssubstrats
mit geeigneten Einfangkontaktstellen ist insgesamt so bemessen und
mit Einfangkontaktstellen (Anschlüssen, nicht dargestellt) ausgebildet,
um freie Enden von Zwischenverbindungselementen aufzunehmen, die sich – in diesem
Fall – von
allen Halbleitereinrichtungen 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
Zwischenverbindungssubstrat (vergleiche 708) mit einer
geeigneten Anzahl von einzelnen Sockelsubstraten (vergleiche 704)
zu bestücken,
so dass jeder Halbleitereinrichtung auf dem WUT 802 ein
Sockelsubstrat zugeordnet ist und dieses deren Zwischenverbindungselemente
aufnimmt. Dies ist ganz wie das in 7 gezeigte
System, aber in einem größeren Maßstab, und
mit der Ausnahme, dass die Halbleitereinrichtungen (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
Zwischenverbindungssubstrat (vergleiche 708) mit einer geeigneten,
kleineren Anzahl von Sockelsubstraten (vergleiche 704') zu bestücken, von
denen jedes in der Lage ist, die Zwischenverbindungselemente von einer
Anzahl (z. B. acht) 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 Randgebiet des
Sockelsubstrats 804, das sich über den Umfang des WUT 802 hinaus
erstreckt, ist mit Kontaktstellen 806 oder dergleichen
bestückt,
um Verbindungen zu externen Systemen und Einrichtungen auf eine
beliebige der vorstehend beschriebenen Weisen zu bewirken. Bei Verwendung
(d. h. wenn die Halbleitereinrichtungen auf dem WUT betrieben werden) kann
unerwünschte
Wärme vom
WUT 802 und vom Sockelsubstrat 804 durch thermische
Spannelemente 812 bzw. 814 abgeführt werden.
-
Noch
eine weitere Art und Weise, um dies durchzuführen, ist in 8B gezeigt.
In diesem Fall hat ein einzelnes Sockelsubstrat 804', das aus einem anderen
Siliziumwafer ausgebildet sein kann, ungefähr die gleiche Größe (z. B.
im Durchmesser) wie der WUT 802 und ist an einem Zwischenverbindungssubstrat 808,
das größer ist
als entweder das Sockelsubstrat 804' oder der WUT 802, angebracht und
mit diesem verbunden. Ein Randgebiet des Zwischenverbindungssubstrats 808,
das sich über
den Umfang des Sockelsubstrats 804' hinaus erstreckt, ist mit Kontaktstellen 806' oder dergleichen
bestückt, um
Verbindungen zu externen Systemen und Einrichtungen auf eine beliebige
der vorstehend beschriebenen Weisen zu bewirken. Bei Verwendung (d.
h. wenn die Halbleitereinrichtungen auf dem WUT betrieben werden),
kann unerwünschte
Wärme vom WUT 802 und
vom Sockelsubstrat 804' durch
thermische Spannelemente 812' bzw. 814' abgeführt werden.
-
8C stellt
schematisch ein beispielhaftes Schema 820 zum Anordnen
und Zwischenverbinden der verschiedenen auf dem Sockelsubstrat befindlichen
Sockel (vergleiche 704')
dar, sei das Sockelsubstrat das Sockelsubstrat 804 von 8A oder das
Sockelsubstrat 804' von 8B.
Eine Vielzahl von Sockeln 822 sind in Spalten (von "a" bis "n" nummeriert)
und Zeilen (von "1" bis "N" nummeriert) angeordnet. Jeder Sockel 822 entspricht
einer der Halbleitereinrichtungen, die sich auf dem zu prüfenden Wafer
(WUT) 802 befinden. Zum Zweck des einfachen Voralterns
der Vielzahl von Halbleitereinrichtungen, die sich auf dem WUT 802 befinden,
ist es im Allgemeinen angemessen, dass jeder Sockel Anschlüsse (z.
B. Vertiefungsanschlüsse)
aufweist, die den Zwischenverbindungen an den Federhalbleitereinrichtungen
entsprechen, welche Leistung benötigen,
um die Halbleitereinrichtung vorzualtern. Mit anderen Worten, es
ist im Allgemeinen nicht erforderlich, Verbindungen zu allen Zwischenverbindungselementen
der Halbleitereinrichtungen 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 eine der auf dem WUT 802 befindlichen
Halbleitereinrichtungen überbrückt werden,
würde sie
auf diese Weise durch die Widerstände von den restlichen Halbleitereinrichtungen,
die vorgealtert werden, isoliert werden.
-
Umwandeln einer Prüfkarte
-
Eine
Prüfkarte
umfasst ein Zwischenverbindungssubstrat und längliche Federkontaktelemente, die
sich direkt oder indirekt von diesem erstrecken und so angeordnet
sind, dass sie zu Anschlüssen von
Halbleitereinrichtungen, die sich auf einem Halbleiterwafer befinden,
Kontakt herstellen. Ein Prüfgerät wird mit
der Prüfkarte
verbunden, um die Halbleitereinrichtungen auf dem Wafer zu prüfen.
-
Die
im gemeinsamen Besitz stehende, gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung 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 Prüfkarte.
9 hierin
ist mit
5 dieser gleichzeitig anhängigen Patentanmeldungen vergleichbar.
Die in diesen Anmeldungen mit 5xx nummerierte Elemente sind hierin
im Allgemeinen mit 9xx nummeriert.
-
9 stellt
eine Prüfkartenanordnung 900 dar,
die als ihre Hauptfunktionskomponenten eine Prüfkarte 902, ein Zwischenelement 904 und
ein Zwischenverbindungssubstrat 906, das ein Abstandswandler
sein kann, einschließt,
welche bei Verwendung geeignet ist, reversible Verbindungen zu länglichen
Zwischenverbindungselementen 926 herzustellen, die sich
von Halbleitereinrichtungen erstrecken, welche sich auf einem Halbleiterwafer 908 befinden.
-
Während der
Abstandswandler (518) der gleichzeitig anhängigen Anmeldungen
mit einer Vielzahl elastischer Zwischenverbindungselemente (524, "Prüfer", "Prüfelemente") versehen ist, die
angeordnet sind, um Druckverbindungen zu entsprechenden Bond-Kontaktstellen
(526) auf den Halbleitereinrichtungen, die sich auf dem
Halbleiterwafer (508) befinden, herzustellen, ist bei der
Prüfkartenanordnung 900 der
vorliegenden Erfindung ein Sockelsubstrat 924 einer beliebigen
der vorstehend beschriebenen Arten von Sockelsubstraten geeigneterweise
an dem Zwischenverbindungssubstrat 918 auf eine beliebige
der vorstehend beschriebenen Weisen angebracht und mit diesem verbunden.
-
Bei
Verwendung wird der Wafer 908 gegen die Prüfkartenanordnung 900 (oder
umgekehrt) gedrückt
(wie durch den Pfeil 925 dargestellt), so dass die Enden
der länglichen
Zwischenverbindungselemente 926, die sich von einem oder
mehreren (einschließlich
aller) Halbleitereinrichtungen auf dem Halbleiterwafer 908 erstrecken,
Kontakt zu den Anschlüssen
(z. B. Vertiefungsanschlüssen)
auf dem Sockelsubstrat 924 herstellen. Im Fall, dass die
Zwischenverbindungselemente von weniger als allen Halbleitereinrichtungen
kontaktiert werden, wird nach dem Prüfen derjenigen, die kontaktiert
sind, der Wafer 908 umpositioniert, so dass andere der
Halbleitereinrichtungen kontaktiert werden (wiederholtes "Aufsetzen") und geprüft werden
können.
-
Ein
Vorteil, der bei Verwendung der Prüfkartenanordnung 900 der
vorliegenden Erfindung leicht realisiert werden kann besteht darin,
dass die Metallurgie der Einfanganschlüsse des Sockelsubstrats 924 leicht
kontrolliert wird, um einen Kontakt zu den Enden der Zwischenverbindungselemente 926 zu optimieren,
beispielsweise ein Gold-zu-Gold Kontakt und ein begrenztes Scheuern.
-
Im
Interesse der Vollständigkeit
folgt eine kurze Beschreibung der restlichen Elemente der Prüfkartenanordnung 900.
-
Die
Prüfkarte 902 ist
im Allgemeinen ein herkömmliches
Leiterplattensubstrat mit einer Vielzahl (zwei von vielen gezeigt)
von Kontaktflächen
(Anschlüssen) 910,
die auf dessen oberer (wie betrachtet) Fläche angeordnet sind. Das Zwischenelement 904 schließt ein Substrat 912 ein.
Eine Vielzahl (zwei von vielen gezeigt) von elastischen Zwischenverbindungselementen 914 sind
an der unteren (wie betrachtet) Fläche des Substrats 912 angebracht (durch
ihre proximalen Enden) und erstrecken sich von diesem nach unten
(wie betrachtet), und eine entsprechende Vielzahl (zwei von vielen
gezeigt) von elastischen Zwischenverbindungselementen 916 sind
an der oberen (wie betrachtet) Fläche des Substrats 912 angebracht
(durch ihre proximalen Enden) und erstrecken sich von diesem nach
oben (wie betrachtet). Das Zwischenverbindungssubstrat 906 schließt ein geeignetes
mit Schaltungen versehenes Substrat 918 ein, wie z. B.
ein mehrlagiges Keramiksubstrat mit einer Vielzahl (zwei von vielen
gezeigt) von Anschlüssen
(Kontaktflächen,
Kontaktstellen) 920, die auf dessen unterer (wie betrachtet)
Fläche angeordnet
sind, und einer Vielzahl (zwei von vielen gezeigt) von Anschlüssen (Kontaktflächen, Kontaktstellen) 922,
die auf dessen oberer (wie betrachtet) Fläche angeordnet sind.
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Die
Prüfkartenanordnung 900 schließt die folgenden
Hauptkomponenten zum Stapeln des Zwischenelements 906 und
des Zwischenverbindungssubstrats 906 auf der Prüfkarte 902 ein:
eine
hintere Montageplatte 930, hergestellt aus einem starren
Material, wie z. B. rostfreiem Stahl,
eine Aktuator-Montageplatte 932,
hergestellt aus einem starren Material, wie z. B. rostfreiem Stahl,
eine
vordere Montageplatte 934, hergestellt aus einem starren
Material, wie z. B. rostfreiem Stahl,
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 federnder Vorsprünge (nicht dargestellt),
die sich von diesem erstrecken, aufweist,
eine Vielzahl (zwei
von vielen gezeigt) Schrauben 942 zum Halten des Montagerings 938 an
der vorderen Montageplatte 934, wobei das Zwischenverbindungssubstrat 906 dazwischen
festgehalten ist,
wahlweise einen Abstandsring 944,
der zwischen dem Montagering 940 und dem Zwischenverbindungssubstrat 906 angeordnet
ist, um Herstellungstoleranzen auszugleichen, und
eine Vielzahl
(zwei von vielen gezeigt) Drehkugeln 946, die an der Oberseite
(wie betrachtet) der Differentialschrauben angeordnet sind (z. B.
an der Oberseite des inneren Differentialschraubenelements 938).
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Die
hintere Montageplatte 930 ist eine Metallplatte oder ein
Metallring (als Ring gezeigt), der auf der unteren (wie gezeigt)
Fläche
der Prüfkarte 902 angeordnet
ist. Eine Vielzahl (eines von vielen gezeigt) von Löchern 948 erstrecken
sich durch die hintere Montageplatte.
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Die
Aktuator-Montageplatte 932 ist eine Metallplatte oder ein
Metallring (als Ring gezeigt), der an der unteren (wie gezeigt)
Fläche
der hinteren Montageplatte 930 angeordnet ist. Eine Vielzahl
(eines von vielen gezeigt) von Löchern 950 erstrecken
sich durch die Aktuator-Montageplatte. Bei Verwendung ist die Aktuator-Montageplatte 932 an
der hinteren Montageplatte 930 auf eine beliebige geeignete
Weise befestigt, wie z. B. mit Schrauben (aus der Figur zur Klarheit
der Darstellung weggelassen).
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Die
vordere Montageplatte 934 ist ein starrer Ring, vorzugsweise
aus Metall. Bei Verwendung ist die vordere Montageplatte 934 an
der hinteren Montageplatte 930 auf eine beliebige geeignete
Weise befestigt, wie z. B. mit Schrauben (aus der Figur zur Klarheit
der Darstellung weggelassen), die sich durch entsprechende Löcher (aus
der Figur zur Klarheit der Darstellung weggelassen) durch die Prüfkarte 902 hindurch
erstrecken, wodurch die Prüfkarte 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
betrachtet) Fläche
auf, die gegen die obere (wie betrachtet) Fläche der Prüfkarte 902 angeordnet
ist. Die vordere Montageplatte 934 weist eine durch sie
hindurchgehende, große
zentrale Öffnung
auf, die durch deren Innenkante 952 festgelegt ist, welche
so bemessen ist, dass sie der Vielzahl von Kontaktanschlüssen 910 der
Prüfkarte 920 ermöglicht,
innerhalb der zentralen Öffnung
der vorderen Montageplatte 934 zu liegen, wie gezeigt.
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Wie
erwähnt,
ist die vordere Montageplatte 934 eine ringartige Struktur
mit einer flachen unteren (wie gesehen) Fläche. Die obere (wie gesehen)
Fläche
der vorderen Montageplatte 934 ist gestuft, wobei die vordere
Montageplatte in ihrem äußeren Bereich
dicker (vertikale Ausdehnung, wie gesehen) ist als in deren innerem
Bereich. Die Stufe oder Schulter befindet sich an der Position der
gestrichelten Linie (mit 954 bezeichnet) und ist so bemessen,
dass sie dem Zwischenverbindungssubstrat 906 ermöglicht, den äußeren Bereich
der vorderen Montageplatte freizugeben und dass sie auf dem inneren
Bereich der vorderen Montageplatte 934 aufliegt (obwohl,
wie zu sehen sein wird, das Zwischenverbindungssubstrat 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)
Fläche
zumindest teilweise durch die vordere Montageplatte 934 (diese
Löcher
sind als sich nur teilweise durch die vordere Montageplatte 934 erstreckend
in der Figur gezeigt), welche, wie zu sehen sein wird, die Enden
einer entsprechenden Vielzahl der Schrauben 942 aufnehmen.
Zu diesem Zweck sind die Löcher 955 Gewindelöcher. Dies
ermöglicht,
dass das Zwischenverbindungssubstrat 906 an der vorderen
Montageplatte durch den Montagering 940 gesichert ist,
infolgedessen gegen die Prüfkarte 902 gedrückt wird.
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Eine
Vielzahl (eines von vielen gezeigt) von Löchern 958 erstreckt
sich vollständig
durch den dünneren,
inneren Bereich der vorderen Montageplatte 934 und sind
zu einer Vielzahl (eines von vielen gezeigt) von entsprechenden
Löchern 960 ausgerichtet,
die sich durch die Prüfkarte 902 erstrecken,
welche wiederum zu den Löchern 948 in
der hinteren Montageplatte und den Löchern 950 in der Aktuator-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 Aktuator-Montageplatte 932 schrauben
und die inneren Differentialschraubenelemente 938 lassen
sich in eine Gewindebohrung der äußeren Differentialschraubenelemente 936 schrauben.
Auf diese Weise können
sehr feine Anpassungen der 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 präzise
Einstellung der Planarität
des Zwischenverbindungssubstrats 906 gegenüber der
Prüfkarte 902.
Daher können
die Positionen des Sockelsubstrats 924 geändert werden,
ohne die Orientierung der Prüfkarte 902 zu ändern. Das
Zwischenelement 904 gewährleistet,
dass elektrische Verbindungen aufrechterhalten werden zwischen dem
Zwischenverbindungssubstrat 906 und der Prüfkarte 902 im
ganzen Einstellbereich des Zwischenverbindungssubstrats durch die
elastischen oder nachgiebigen Kontaktstrukturen, die auf den beiden
Flächen
der Zwischenschalteinrichtung angeordnet sind.
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Die
Prüfkartenanordnung 900 wird
einfach zusammengesetzt durch Platzieren des Zwischenelements 904 innerhalb
der Öffnung 952 der
vorderen Montageplatte 934, so dass die Spitzen der Zwischenverbindungselemente 914 die
Kontaktanschlüsse 910 der
Prüfkarte 902 kontaktieren,
Platzieren des Zwischenverbindungssubstrats 906 an der Oberseite
des Zwischenelements 904, so dass die Spitzen der Zwischenverbindungselemente 916 die Kontaktstellen 920 des
Zwischenverbindungssubstrats 906 kontaktieren, wahlweise
Platzieren eines Abstandhalters 944 an der Oberseite des
Zwischenverbindungssubstrats 906, Platzieren 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 Anbringen dieser "Untereinheit" an der Prüfkarte 902 durch
Einsetzen von Schrauben (eine teilweise als 955 dargestellt)
durch die hintere Montageplatte 930 und durch die Prüfkarte 902 in
Gewindelöcher
(nicht dargestellt) in der unteren (wie gesehen) Fläche der
vorderen Montageplatte 934. Die Aktuator-Montageplatte 938 kann
dann mit der hinteren Montageplatte 930 zusammengesetzt
werden (z. B. mit Schrauben, von denen eine teilweise als 956 dargestellt
ist), wobei die Drehkugeln 960 in die Löcher 950 der Aktuator-Montageplatte 932 abgesenkt
sind und die Differentialschraubenelemente 936 und 938 in
die Löcher 950 der
Aktuator-Montageplatte 932 eingesetzt
werden.
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Eine Gesamtmethodenlehre
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Vorstehend
wurden Techniken zum Kontaktieren länglicher Zwischenverbindungselemente
beschrieben, die sich von elektronischen Komponenten (z. B. Federhalbleitereinrichtungen),
einschließlich einzelnen
Halbleitereinrichtungen, Gruppen von Halbleitereinrichtungen und
einem ganzen Wafer mit Halbleitereinrichtungen, erstrecken, einschließlich dem
Prüfen
der Halbleitereinrichtungen durch Durchführen von Voraltern und/oder
Testprozeduren.
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Nun
wird ein gesamter Prozessablauf vom gefertigten bis zum fertiggestellten
Produkt beschrieben.
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10 stellt
eine Folge von Schritten bei einem Gesamtprozess 1000 zur
Herstellung von Halbleitereinrichtungen mit elastischen Kontaktelementen,
die sich von einer Oberfläche
derselben erstrecken, dar.
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Bei
einem ersten Schritt ("WAFERFERTIGUNG") 1002 des
Prozessablaufs 1000 werden Halbleitereinrichtungen gefertigt.
Diese Halbleitereinrichtungen werden mit länglichen, elastischen Zwischenverbindungselementen
gefertigt, die sich von deren Oberfläche erstrecken, anstatt einfach
mit herkömmlichen
Bondkontaktstellen, und werden als "Federhalbleitereinrichtungen" bezeichnet. Eine
Vielzahl von Federhalbleitereinrichtungen befindet sich auf einem
Halbleiterwafer.
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Bei
einem nächsten
Schritt ("WAFERSORTIERUNG
1") 1004 des
Prozessablaufs 1000 werden die Wafer, die so gefertigt
wurden, dass sie Federhalbleitereinrichtungen aufweisen, sortiert.
Dazu kann herkömmliches
Sondenprüfen
verwendet werden, beispielsweise unter Verwendung einer Prüfkarte von 9.
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Bei
einem nächsten
Schritt ("REPARATUR") 1006 des
Prozessablaufs 1000 können
Probleme wahlweise unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten
Verfahren, wie z. B. Laserreparatur, Antifuse-Techniken und dergleichen,
korrigiert werden.
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Bei
einem nächsten
Schritt (VORALTERN AUF WAFEREBENE") 1008 des Prozessablaufs 1000 werden
die bekannten guten Chips auf dem Wafer vorgealtert, beispielsweise
unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens von 8.
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Bei
einem nächsten
Schritt ("WAFERSORTIERUNG
2") 1010 des
Prozessablaufs 1000 werden die bekannten guten Chips, die
in Schritt 1008 vorgealtert wurden funktional getestet
und sortiert, beispielsweise unter Verwendung der in 9 vorstehend
beschriebenen Technik.
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Bei
einem letzten Schritt (nicht dargestellt) werden die vorgealterten,
getesteten/sortierten Chips vom Wafer vereinzelt, verpackt (falls
erwünscht),
beschriftet und inventarisiert oder zum Einbau in Systemen (nicht
dargestellt) versandt.