DE19500492A1 - Testvorrichtung für die Lötmittelerhebungs-Technologie mit gesteuert kollabiertem Chip-Anschlußkontakt - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf integrierte Schaltungen, und insbesondere auf biegsame Befestigungen eines Chips an einem Substrat für einen Flip-Chip. Die Er­ findung schafft eine Befestigung, die eine thermische Aus­ breitungsspannung absorbieren kann, insbesondere, wenn sie mit Mehr-Chip-Modulträgern verwendet wird, und die einen guten elektrischen Kontakt mit Lötmittelerhebungen oder Kon­ taktanschlußflächen schafft, wenn sie als eine Testvorrich­ tung verwendet wird.

Mit abnehmenden Größen der integrierten Schaltungen (IC = integrated circuit), kann die Funktionalität, die traditio­ nell auf einer gedruckten Schaltungsplatine gefunden wird, auf einem einzelnen Chip angeordnet werden. Derzeitig werden E/A-Signale (Eingabe/Ausgabe-Signale), die den Chip mit anderen Komponenten elektrisch verbinden, über Kontakte er­ reicht, die die Schaltung auf dem Chip umgeben. Die Anzahl der E/A-Signale ist durch den Umfang des Chips physikalisch begrenzt. Eine weitverbreitete Art, um die Anzahl der ver­ fügbaren E/A Signale zu erhöhen, besteht darin, eine Flip- Chip-Methodik zur Gehäusung zu verwenden, wenn ein Array von Kontakten auf der Schaltungsvorderseite des Chips angeordnet ist, und der Chip mit der Oberseite nach unten auf einem einzelnen Chip oder Mehr-Chip-Modulträger befestigt ist. Die Flip-Chip-Technologie verwendet effizient die ansonsten nicht verwendete Fläche.

Ein Verfahren zur Flip-Chip-Befestigung ist der gesteuert kollabierte Chip-Anschlußkontakt (C4 = controlled collapsed chip connection pads), das während der Sechziger Jahre von der International Business Machines Corp. (IBM) entwickelt wurde. Ein Array von Lötmittelerhebungen, das dem Array von Kontakten entspricht, verbindet den umgedrehten Chip mit dem Mehr-Chip-Modulträger. Der einzelne Chip oder die Mehr- Chip-Strukturen können nachfolgend gehäust werden und auf einer gedruckten Schaltungsplatine befestigt werden.

Chips, die für die Flip-Chip-Befestigung in Frage kommen, stellen eine Herausforderung an die überwiegenden Testver­ fahren bezüglich des Testens der vollständigen Funktionali­ tät und des Testens während des Betriebes dar. Während des vollständigen Funktionstests wird der Betrieb des ungehäu­ sten Chips beurteilt, wo hingegen das Testen während des Be­ triebs den Betrieb des Chips zusammen mit parasitären Verzö­ gerungen, die durch die Gehäusung und die Verdrahtung auf­ treten, bestimmt. Derzeitige Testvorrichtungen sind am be­ sten zum Testen von E/A-Signalen, die am Umfang des Chips angeordnet sind, geeignet. Für einen Flip-Chip sind diese Vorrichtungen nicht geeignet, nachdem alle Kontaktanschluß­ flächen oder Lötmittelerhebungen ohne eine komplizierte Vor­ richtung nicht gleichzeitig erreicht werden können.

Der empfindliche Charakter der Lötmittelerhebungen kompli­ ziert das Array-Testen weiter. Lötmittelerhebungen sind oft weich und die Anwendung von herkömmlichen Fühlertechniken führt zu verformten Erhebungen. Obwohl die Erhebungen nach dem Testen neu geformt werden können, läuft dies auf einen unnötigen und risikoreichen Aufwand hinaus. Der Prozeß zur neuen Formgebung oder zum Schmelzen setzt den Chip einem Wärmebehandlungsschritt aus, der den Betrieb und das Verhal­ ten des IC beeinflussen kann.

Eine Lösung, um die Verformung der Lötmittelerhebungen zu vermeiden, besteht darin, armförmige Fühlerspitzen zu ver­ wenden. Die scharfen Fühlerspitzen schaffen Verbindungen, die bei höheren Frequenzen einen niedrigen Widerstand und eine niedrigere Induktivität aufweisen. Die Leistungs/Mas­ se-Zuführungen werden durch eine kapazitive Entkopplung in der Nähe geschaffen. Die Anzahl der Fühlerspitzenreihen ist jedoch durch die Länge der Fühlerspitze physikalisch be­ grenzt. Nachdem lediglich vier Reihen des C4-Arrays gleich­ zeitig getestet werden können, muß im günstigsten Fall der Entwurf des IC sorgfältig geplant sein, so daß eine aufge­ teilte Testmethodik verwendet werden kann. Ferner kann mit einem Armfühler eine horizontale Durchbiegung nicht ge­ steuert werden, ein sehr wünschenswertes Merkmal, wodurch sich ein guter elektrischer Kontakt mit der Lötmittelerhe­ bung durch Entfernen des ursprünglichen Oxids ergibt.

Eine alternative Lösung ist eine Testvorrichtung, die aus einem Array von Wolfram-Fühlerspitzen oder aus Pogo-An­ schlußstiften und -Drähten, wie z. B. dem COBRA-Fühler von IBM, hergestellt ist. Obwohl der IC getestet werden kann, sind die Drähte nicht zuverlässig und sehr teuer, wenn Hun­ derte von Fühlerspitzen benötigt werden. Ferner verformen die Fühler die empfindlichen Lötmittelerhebungen, und die elektrischen Modelle sind zu komplex.

Andere Lösungen schließen biegsame Membranen ein, die mas­ kenhergestellte Spitzen als Fühler enthalten. Diese Spitzen verlieren ihre Biegsamkeit, wenn mehrere Ebenen von Verbin­ dungen hinzugefügt werden. Diese zusätzlichen Verbinderebe­ nen werden benötigt, um ICs zu testen, die bei Geschwindig­ keiten von mehr als 200 MHz arbeiten, die jedoch herkömm­ liche Membranfühler unwirksam machen. Nachdem die Membranen die diskreten Kondensatoren, die zum Testen während des Be­ triebs notwendig sind, nicht tragen können, müssen die By­ pass-Kondensatoren zusätzlich entfernt angeordnet sein.

Das Anbringen von Lötmittelerhebungen an Chip-Zu-Träger-Ver­ bindungen erzeugt während des Betriebs eine weitere Kompli­ kation. Jedes Mal, wenn ein Leistungszyklus eines Chips durchlaufen wird, wird eine thermische Spannung an die Chip­ verbindung angelegt. Es ergibt sich eine differentielle thermische Ausbreitung, wenn eine Materialfehlanpassung oder eine Temperaturdifferenz zwischen Komponenten ähnlichen Ma­ terials existiert. Lötmittelerhebungen haben etwa eine Frei­ heit von 1%, um sich lateral auszudehnen, und müssen recht hoch und deshalb dick gemacht werden. Folglich beschränkt der Abstand der Erhebungen die Dichte des Lötmittelerhe­ bungs-Arrays physikalisch. Dies führt zu einer Zugspannung bezüglich der Lötmittelerhebung, und kann nachfolgende Zu­ verlässigkeitsprobleme bei Transistoren und einer Verdrah­ tung auf dem Chip hervorrufen, wenn der IC im Betrieb ver­ wendet wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine metalli­ sche Chip-zu-Träger-Testvorrichtung oder Verbinder mit zwei Ebenen zu schaffen, der lediglich eine Durchgangsebene auf­ weist und die Bewegung aufgrund der thermischen Ausbreitung und aufgrund von Herstellungstoleranzen durch Entkopplung des vertikalen und lateralen Bewegungsfreiheitsgrades aus­ gleicht.

Diese Aufgabe wird durch eine weiche Brückenstruktur nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur deren Herstellung nach An­ spruch 13 gelöst.

Die laterale Bewegung aufgrund der thermischen Ausbreitung ist klein aber stark, wohingegen die vertikale Bewegung viel größer ist, nachdem die Verbindung Herstellungstoleranzen der Lötmittelerhebungen über die Fläche des Chips anpassen muß. Durch Trennen der horizontalen und vertikalen Verschie­ bung durch eine in lateraler Richtung freie Verankerung und eine biegsame Brücke kann die Höhe der in lateraler Richtung freien Verankerung relativ flach gemacht werden, während die notwendige vertikale Bewegung für eine Fühlerspitze beibe­ halten wird. Nachdem das Substrat lediglich eine struktu­ relle Unterstützung schafft, kann der metallische Verbinder mit zwei Ebenen über einem ähnlichen Substrat angeordnet sein, einschließlich einem, das bereits viele Schichten aus Metall aufweist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B Fühler nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Querschnittdarstellung der biegsamen Brücke;

Fig. 3 eine Draufsichtdarstellung eines T-förmigen Ausfüh­ rungsbeispiels;

Fig. 4A und 4B zwei Ausführungsbeispiele des biegsamen Git­ ters;

Fig. 5A bis 5C alternative Ausführungsbeispiele des Pfostens 14C, der in Fig. 2 gezeigt ist;

Fig. 6 ein Gehäusungsarray aus biegsamen Brücken, das bei der Flip-Chip-Gehäusung verwendet wird;

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel mit entgegengesetzter Scheuerwirkung auf einer Lötmittelerhebung;

Fig. 8A bis 8F die Herstellung der weiche Brückeneinheit,die in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 1A und 1B sind Beispiele von Fühlern nach dem Stand der Technik. Fig. 1A stellt einen herkömmlich verwendeten Mem­ branfühler dar. Fig. 1B zeigt einen COBRA-Fühler, der zum Testen von Flip-Chips verwendet wird.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt einer weichen Brückenein­ heit 10 dar. Die weiche Brückeneinheit 10 ist an einem Sub­ strat 12 befestigt. Das Substrat 12 kann eine Testvorrich­ tung oder ein Mehr-Chip-Modulträger sein.

Zwei in lateraler Richtung freie Verankerungen 14, 14′ sind durch einen Brückenhohlraum 16 getrennt. Jede Verankerung 14, 14′ ist aus einer Säule 14A, 14A′ gebildet, die an einen beweglichen Streifen 14B, 14B′ grenzt. Die Säulen 14A, 14A′ sind in dem Substrat fest verankert. Die beweglichen Strei­ fen 14B, 14B′ sind in einer ersten Höhe über dem Substrat 12 angeordnet. Auf jeden biegsamen Streifen 14B, 14B′ ist ein Pfosten 14C, 14C′ angeordnet. Zwischen den Pfosten 14C, 14C′ ist eine biegsame, leitfähige Brücke 20 in einer zweiten Höhe über dem Substrat 12 angeordnet. Eine Fühlerspitze 22 ist auf halbem Weg zwischen dem Pfosten 14C und 14C′ entlang der leitfähigen Brücke 20 angeordnet.

Die weiche Brückeneinheit 10 schafft eine elektrische Ver­ bindung, bei der die horizontalen und die vertikalen Bewe­ gungen entkoppelt sind. Jeder biegsame Streifen 14B, 14B′ ist als Tragebauglied und als elektrischer Kontakt mit der entsprechenden Säule 14A, 14A′ wirksam. Obwohl ein erwünsch­ ter Grad an lateraler Bewegung oder Kontaktscheuerwirkung unter Verwendung einer einzelnen in lateraler Richtung freien Verankerung erreicht werden kann, können zwei oder mehr in lateraler Richtung freie Verankerungen mit geeigne­ ter Steifheit einen vollständigen Bereich einer teilweise oder vollständig symmetrischen lateralen Bewegung schaffen. Die relative Steifheit der Streifen 14B, 14B′ steuert den Grad der Freiheit in der Ebene der Fühlerspitze 22. Die Pfosten 14C, 14C′ werden gezwungen einzuknicken, wenn die Fühlerspitze 22 niedergedrückt wird. Sie wird keinem großen Grad einer vertikalen Bewegung ausgesetzt, da die Streifen 14B, 14B′ bezüglich der Brücke 20 ausreichend steif gemacht werden können. Ein großer Bereich einer vertikalen Bewegung der Fühlerspitze 22 ist möglich, wenn die zweite Höhe mit der ersten Höhe und der Dicke der Streifen 14B, 14B′ kom­ biniert ist. Die Tiefe unterhalb der Streifen 14B, 14B′ kann recht flach gemacht werden, während eine große Verschie­ bungsstrecke für die Fühlerspitze 22 durch die Trennung der horizontalen und vertikalen Bewegung beibehalten wird. Der kleine Betrag der Winkeldurchbiegung, der an der Verbindung zwischen dem erweiterten, biegsamen Streifen 14B und der Säule 14A auftritt, gleicht den größten Teil der vertikalen Verschiebung der Fühlerspitze 22 aus. Ferner reduziert die Erhöhung der Höhen der Pfosten 14C, 14C′ die benötigte Winkeldurchbiegung.

Das Substrat 12 kann irgendein Material, einschließlich eines Halbleiters, wie z. B. Silizium, sein. Lediglich eine der in lateraler Richtung freien Verankerung 14, 14′ muß leitfähig sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die biegsamen Streifen 14B, 14B′ aus einem leitfähigen Material, wie z. B. einem Metall oder einem Metall auf einem Dielek­ trikum, hergestellt, wobei ausreichend Material durch eine Schnittstruktur bzw. Ätzstruktur und einen Unterschnitt bzw. eine Unterätzung entfernt wurde, so daß diese biegsam sind. Die Säulen 14A, 14A′ sind aus demselben Leitermaterial, das das Dielektrikum bedeckt. Die in lateraler Richtung freien Verankerungen 14, 14′ wurden aus Gründen der strukturellen Integrität als integrierte Einheit gebildet. Die Pfosten 14C, 14C′ sind aus Metall hergestellt, wie z. B. aus Wolf­ ram. Die Brücke 20 besteht aus einem dielektrischen Mate­ rial, das mit einem Leiter, wie z. B. einem Metall bedeckt ist, oder nur aus Metall.

Wenn die weiche Brückeneinheit 10 mit einem Mehr-Chip-Modul­ träger verwendet wird, wird das mechanische Bruchproblem, das bei einer herkömmlichen C4-Anordnung bei wiederholten Temperaturzyklen auftritt, gelöst. Lötbare Kontaktflächen ersetzen oder umgeben die Wolfram-Fühlerspitze 22, die mit der Testvorrichtung verwendet wird. Wenn die Lötmitteler­ hebungen starr an der Mitte der leitfähigen Brücke 20 be­ festigt sind, kann sich die Brücke nicht nur vertikal bewe­ gen, sie kann sich auch durch eine horizontale Bewegung oder eine Bewegung in der Ebene um einen kleinen Betrag bewegen, um eine thermische Ausbreitung zu absorbieren. Die in late­ raler Richtung freien Verankerungen 14, 14′ rufen eine Hin- und Herbewegung der Pfosten 14C, 14C′ hervor und unter­ stützen die Faltung der äußeren Abschnitte der leitfähigen Brücke 20.

Wenn ein Durchgang 14D in der Verankerung 14 vorgesehen ist, kann eine jegliche darunter liegende Schaltung in dem Mehr- Chip-Träger erreicht werden. Nachdem das Substrat 12 der weichen Brückeneinheit 10 relativ starr ist, können ferner Kondensatoren zur Entkopplung an irgendeinem der E/A-Signal­ anschlüsse des Mehr-Chip-Trägers vorgesehen werden. Diese Kondensatoren können kleiner sein als diejenigen, die bei biegsamen Membranen verwendet werden, nachdem sie näher an der E/A-Verbindung angeordnet sind, mit einer niedrigeren Induktivität, anstelle der entfernten Anordnung auf der ge­ druckten Schaltungsplatine.

Es ist für Fachleute offensichtlich, daß durch eine in late­ raler Richtung freie Verankerung und eine feste Verankerung eine vertikale Freiheit geschaffen werden kann. Während die­ se Ausführungsbeispiele eine vertikale Bewegungsfreiheit und eine Scheuerwirkung schaffen, verteilen sie die thermische Ausbreitungsspannung nicht so wirksam entlang der Brücke, wie bei dem Ausführungsbeispiel, das zwei in lateraler Rich­ tung freie Verankerungen verwendet.

Fig. 3 stellt eine Draufsichtdarstellung einer dreibeinigen T-förmigen weichen Brückenstruktur dar. Zwei weiche Brücken­ einheiten schneiden einander orthogonal. Das T-förmige Aus­ führungsbeispiel schafft eine größere mechanische Stabilität in der Verdrahtungsebene, durch Vermeiden des Verdrehens der Brücke bei der Einwirkung von seitlichen Kräften. Ein zu­ sätzliches Bein kann hinzugefügt werden, um eine kreuz­ förmige Brücke zu schaffen.

Fig. 4A und 4B stellen Draufsichtdarstellungen von Ausfüh­ rungsbeispielen für den in Fig. 2 dargestellten biegsamen Streifen dar. Fig. 4A zeigt den biegsamen Streifen, der als Haarnadel ausgeführt ist. Fig. 4B zeigt den biegsamen Strei­ fen, der als spiralgeschnittenes Gitter ausgeführt ist. Die Menge an Material, die entfernt werden muß, hängt von der Starrheit und Dicke des Materials ab. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist der biegsame Streifen durch Anordnen eines Metalls über einer dielektrischen Schicht, und durch Weg­ ätzen der gewünschten Gitterstruktur gebildet. Andere Aus­ führungsbeispiele für den biegsamen Streifen sind für Fach­ leute offensichtlich.

Fig. 5A bis 5C stellen alternative Ausführungsbeispiele des Pfostens 14D dar, der in Fig. 2 gezeigt ist. In Fig. 5A geht die leitfähige Brücke 20 in die biegsamen Streifen 14B, 14B über, und weist durch Schlitze in dem Streifenmaterial eine Biegsamkeit in der Ebene auf. In Fig. 5B ist die leitfähige Brücke 20 kontinuierlich mit dem biegsamen Streifen 14B und in einer biegsamen Befestigung 24 in der Ebene durch nach oben gerichtete Verbindungen 26 angeordnet. Fig. 5C stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem die leitfähige Brücke 20 durch nach unten geordnete Verbindungen 26 an den bieg­ samen Streifen 14B und der biegsamen Bewegung 24 in der Ebene befestigt ist.

Fig. 6 stellt ein eng gepacktes Array von weichen Brücken­ einheiten dar, das für Lötmittelerhebungs-Arrays verwendet werden kann. Durch die Säule 14A, 14A′, die an jedem bieg­ samen Streifen 14B, 14B′ befestigt ist, wird mit dem darun­ ter liegenden Substrat 12 ein elektrischer Kontakt herge­ stellt. Die weichen Brückeneinheiten sind angeordnet, um in rechten Winkeln in benachbarten Spalten ausgerichtet zu sein, um im Mittel eine orthogonale Symmetrie zu schaffen, die ähnlich derjenigen des T-förmigen Ausführungsbeispieles ist. Folglich sind die in lateraler Richtung freien Veranke­ rungen 14, 14′ von den Spalten der Lötmittelerhebungen um eine halbe Spaltenbreite verschoben.

Fig. 7 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, das die Scheuer­ wirkung verbessert, die notwendig ist, um eine Lötmitteler­ hebung zu kontaktieren. Bei jeder der T-förmigen weichen Brückeneinheiten 10, 10′ kann jede der Säulen 14A, 14A′, 14A′′ einen unterschiedlichen Grad an Steifheit aufweisen, der durch unterschiedliche Strukturen der biegsamen Streifen erreicht wird. Die weichen T-Brückeneinheiten 10, 10′ sind mit parallelen aber entgegengesetzten Scheuerrichtungen be­ züglich der Lötmittelerhebung parallel angeordnet. Alterna­ tiv können die T-förmigen Brücken konfiguriert sein, um ein Scheuern in rechten Winkeln zu ihren Längsachsen, wiederum mit einer entgegengesetzten Scheuerrichtung für jedes Paar, zu bewirken. Folglich existieren für jede Lötmittelerhebung zwei Fühlerspitzen 22, 22′.

Fig. 8A bis 8G zeigen die Herstellungsstufen der weichen Brückeneinheit, die in Fig. 2 dargestellt ist, unter Verwen­ dung von Halbleiter-Prozeßtechniken bzw. -Bearbeitungs­ techniken. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Mehr-Stu­ fen-Metallsubstrat, wie z. B. ein Chip-Träger, ausgewählt. In Fig. 8A wird durch Abscheiden einer Siliziumdioxidschicht über dem Substrat das Säulenmaterial gebildet. Das Silizium­ dioxid wird aufgrund seines Widerstandes gegenüber dem Ätzen von nachfolgend aufgebrachten dielektrischen Opferschichten ausgewählt. Ferner muß die Siliziumdioxidschicht dick genug sein, um elektrische Verbindungen durch parasitäre Kapazi­ täten mit dem Substrat zu minimieren. Als nächstes wird eine Metallschicht über der ersten dielektrischen Schicht abge­ schieden.

In Fig. 8B werden die erweiterten biegsamen Streifen gebil­ det. Eine Streifenmaske, die die erwünschte Gitterstruktur enthält, wird in die erste Metallschicht geätzt. Die Merk­ malsgröße der Linien und der Abstände der Gitterstruktur hänget direkt von den Bearbeitungsbeschränkungen ab. Diese Strukturen vereinfachen die Unterschnitt- bzw. Unterätzung- und Auffülloperationen, die noch beschrieben werden. Durch Verwendung dieser strukturierten Metallschicht als Maske de­ finiert ein anisotroper Ätzvorgang vertikal die Gitterstruk­ tur in der Siliziumdioxidschicht. Ein nachfolgender isotro­ per Ätzvorgang schafft einen ausreichenden Unterschnitt bzw. Unterätzung, um das Siliziumdioxid durch Unterschneiden bzw. Unterätzen gerade über die Hälfte der Linienbreite unterhalb des erweiterten biegsamen Streifens zu entfernen. Wenn eine Merkmalsgröße von zwei Mikrometer verwendet wird, um eine Lithographie durch einen Großfeldprojektionsausrichter zu ermöglichen, beträgt dieser Unterschnitt ein Mikrometer und mehr. Die Tiefe des Ätzvorganges kann sich, wie es gezeigt ist, zwischen den großen Öffnungen und unter dem Gitter ver­ ändern.

Fig. 8C zeigt den ersten Schritt der Bildung des Hohlraumes unterhalb der biegsamen, leitfähigen Brücke. Zuerst wird der Brückenhohlraum und die Abstände in der Gitterstruktur mit einer ersten dielektrischen Opferschicht, wie z. B. aufge­ schleudertem Polyimid, aufgefüllt. Das aufgeschleuderte Polyimid wird dann mit einer schnelleren Rate als das Sili­ ziumdioxid geätzt. Dieser Schritt schafft eine ebene Ober­ fläche für eine nachfolgende Bearbeitung.

Als nächstes werden die Brücke und die Pfosten hergestellt. Fig. 8D zeigt den zweiten Schritt zur Bildung der leitfähi­ gen Brücke. Eine zweite Schicht aus Metall wird über der ersten dielektrischen Opferschicht abgeschieden und struktu­ riert, um die Brücke zu bilden. Eine zweite dielektrische Opferschicht wird über der zweiten Metallschicht angeordnet.

Fig. 8E zeigt die Anordnung des Pfostens und der Fühler­ spitzen. Unter Verwendung einer ersten Brückendurchgangsmaske werden Pfostendurchgänge in der zweiten dielektrischen Opferschicht definiert. Die Pfostendurchgänge werden auf die erste Metallschicht in dem Streifenbereich hinuntergeätzt. Mit einer zweiten Brückendurchgangsmaske werden die Fühler­ spitzendurchgänge in der oberen dielektrischen Schicht defi­ niert. Die Spitzendurchgänge werden auf eine erwünschte Tie­ fe in der zweiten Metallschicht geätzt. Eine Wolframabschei­ dung und Rückätzung wird dann auf die zweite dielektrische Opferschicht durchgeführt, wodurch die Fühlerspitzen und die leitfähigen Pfosten gebildet werden. Abschließend wird ein dielektrischer Ätzvorgang durchgeführt, um das gesamte di­ elektrische Opfermaterial zu entfernen. Fig. 8F stellt die vollständige weiche Brückeneinheit dar.

Obwohl Fig. 8A bis 8F den Aufbau einer weichen Brückenein­ heit mit isolierenden Säulen darstellen, können die Säulen durch Hinzufügen von getrennten leitfähigen Durchgängen leitfähig gemacht werden, wie es in Fig. 8G gezeigt ist, um eine jegliche darunterliegende Schaltung zu kontaktieren. Diese Durchgänge können vor dem Abscheiden der ersten Me­ tallschicht hergestellt werden. Das Siliziumdioxid kann z. B. strukturiert und geätzt werden, um Durchgänge zu bil­ den, die als eine Gußform für die leitfähigen Säulen dienen. Die erste Metallschicht wird dann auf die Durchgänge und über die Siliziumdioxidschicht abgeschieden.

Der Herstellungsprozeß hängt nicht von der Verwendung des Substrats für irgendeinen anderen Zweck, wie z. B. der Bieg­ samkeit, ab, außer demjenigen zur mechanischen Unterstüt­ zung. Folglich kann diese Struktur über einem Substrat ange­ ordnet werden, das bereits viele Metallebenen aufweist. Die­ ses Substrat ermöglicht es ferner, Entkoppelungskondensa­ toren an jeder Kontaktanschlußfläche innerhalb des C4-Arrays zu integrieren.

Claims (17)

1. Weiche Brückenstruktur (10) mit Freiheit in lateraler Richtung zur Kontaktierung von zumindest einer Lötmit­ telerhebung aus einem Array von Lötmittelerhebungen, mit:
einem Substrat (12);
zwei Aufhängungstrageteilen (14, 14′), die auf dem Sub­ strat (12) angeordnet sind, wobei jedes Aufhängungs­ trageteil (14, 14′) folgende Merkmale umfaßt:
eine Säule (14A, 14A′) aus dielektrischem Material, und einen horizontalen, biegsamen leitfähigen Streifen (14B, 14B′) benachbart zu der Säule in einer ersten Höhe über dem Substrat (12);
einem ersten Metallstreifen (20), der zwischen die zwei Aufhängungstrageteile (14, 14′) in einer zweiten Höhe über dem Substrat (12) aufgehängt ist;
zwei leitfähigen Verbindern, wobei jeder leitfähige Ver­ binder ein zugeordnetes der zwei Aufhängungstrageteile (14, 14′) und den ersten Metallstreifen (20) verbindet; und
einem ersten Fühlerdurchgang (22), der auf dem ersten Metallstreifen (20) angeordnet ist, um die Lötmitteler­ hebung zu kontaktieren;
wobei der erste Metallstreifen (20) eine laterale Bewe­ gungsfreiheit aufweist, wenn der erste Fühlerdurchgang (22) niedergedrückt ist.

2. Weiche Brückenstruktur (10) nach Anspruch 1, bei der die zweite Höhe gleich der ersten Höhe ist.

3. Weiche Brückenstruktur (10) nach Anspruch 2, bei der die Aufhängungstrageteile (14, 14′) als die zwei leitfähigen Verbinder dienen.

4. Weiche Brückenstruktur (10) nach Anspruch 2, bei der je­ der der zwei leitfähigen Verbinder folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Verbindungsdurchgang (26), der an dem zu­ geordneten einen der zwei horizontalen Streifen (14B, 14B′) angebracht ist;
eine Erweiterungsverbindung (24) mit zwei Enden, wobei ein Ende der Erweiterungsverbindung (24) an dem ersten Verbindungsdurchgang (26) befestigt ist; und
einen zweiten Verbindungsdurchgang (26), der zwischen dem anderen Ende der Erweiterungsverbindung und dem er­ sten Metallstreifen (20) befestigt ist;
wobei die Erweiterungsverbindung (24) in Verbindung mit der Höhe des ersten und des zweiten Erweiterungsdurch­ gangs (26) den ersten Metallstreifen (20) mit lateraler Freiheit bilden.

5. Weiche Brückenstruktur (10) nach Anspruch 4, bei der der erste und der zweite Verbindungsdurchgang (26) und die Erweiterungsverbindung (24) oberhalb des biegsamen Streifens (14B, 14B′) angeordnet sind.

6. Weiche Brückenstruktur (10) nach Anspruch 4, bei der der erste und der zweite Verbindungsdurchgang (26) und die Erweiterungsverbindung (24) unterhalb des biegsamen Streifens (14B, 14B′) angeordnet sind.

7. Weiche Brückenstruktur (10) nach Anspruch 1, bei der jedes der zwei Aufhängungstrageteile (14, 14′) ferner folgende Merkmale umfaßt:
einen horizontalen, biegsamen leitfähigen Streifen (14B, 14B′), von dem Material derart entfernt ist, daß der Streifen (14B, 14B′) biegsamer ist; und
einen Pfostendurchgang (14C, 14C′), der an dem horizon­ talen Streifen (14B, 14B′) befestigt ist;
wobei der Pfostendurchgang (14C, 14C′) und der horizon­ tale Streifen (14B, 14B′) den ersten Metallstreifen (20) mit lateraler Freiheit schaffen.

8. Weiche Brückenstruktur (10) nach Anspruch 7, bei der der erste Metallstreifen (20) die Pfostendurchgänge (14C, 14C′) jedes der zwei Aufhängungstrageteile (14, 14′) derart verbindet, daß die zweite Höhe über der ersten Höhe ist.

9. Weiche Brückenstruktur (10) nach Anspruch 1,
bei der die Säule des einen der zwei Aufhängungstrage­ teile eine steife Säule und die Säule des anderen der zwei Aufhängungstrageteile eine weiche Säule ist;
wobei die weiche Brückenstruktur (10) ferner folgende Merkmale aufweist:
einen zweiten Metallstreifen (20), der benachbart und parallel zu dem ersten Metallstreifen auf der zweiten Höhe angeordnet ist;
einen zweiten Fühlerdurchgang (22′), der auf dem zweiten Metallstreifen angeordnet ist, der eine Lötmittelerhe­ bung des Arrays von Lötmittelerhebungen kontaktiert;
ein weiches Trageteil (14), das auf dem Substrat (12) an einem Ende des zweiten Metallstreifens und benachbart zu der steifen Säule angeordnet ist;
ein steifes Trageteil (14′), das auf dem Substrat (12) an dem anderen Ende des zweiten Metallstreifens und be­ nachbart zu der weichen Säule angeordnet ist;
wobei der erste und der zweite Metallstreifen eine late­ rale Bewegungsfreiheit in entgegengesetzte Richtung der­ art aufweisen, daß der erste und der zweite Fühlerdurch­ gang in entgegengesetzte Richtungen scheuern.

10. Weiche Brückenstruktur nach Anspruch 9, bei der der er­ ste und der zweite Fühlerdurchgang (22, 22′) dieselbe Lötmittelerhebung des Arrays von Lötmittelerhebungen kontaktieren.

11. Weiche Brückenstruktur nach Anspruch 1, die ferner eine Entlastungsstruktur einschließt, die folgende Merkmale umfaßt:
ein Entlastungstrageteil (14), das auf den Substrat (12) in enger Nähe zu dem ersten Metallstreifen ange­ ordnet ist;
einen Entlastungsstreifen (20), der zwischen dem Span­ nungsentlastungstragesteil in der zweiten Höhe derart angeordnet ist, daß der Entlastungsstreifen mit dem er­ sten Metallstreifen übereinstimmt;
wobei der erste Fühlerdurchgang (22) an einer Schnitt­ stelle des Entlastungsstreifens mit dem ersten Metall­ streifen derart angeordnet ist, daß eine vertikale Be­ wegungsfreiheit existiert, wenn der erste Fühlerdurch­ gang niedergedrückt wird.

12. Weiche Brückenstruktur nach Anspruch 11, bei der die Schnittstelle der Mittelpunkt des ersten Metallstreifens ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer weichen Brückenstruktur mit lateraler Freiheit unter Verwendung von Halbleiter- Prozeßtechniken, das folgende Verfahrensschritte auf­ weist:
Abscheiden einer dielektrischem Säulenmaterialschicht über einem Substrat;
Abscheiden einer Streifenmetallschicht über dem dielek­ trischen Säulenmaterial;
Strukturieren der Streifenmetallschicht mit Gitter­ strukturen;
Entfernen des dielektrischen Säulenmaterials unterhalb der Gitterstrukturen, um Aufhängungstrageteile (14, 14′) zu bilden, die Säulen (14A, 14A′) und biegsame Streifen (14B, 14B′) einschließen;
Bilden einer leitfähigen Brücke zwischen den Aufhän­ gungstrageteilen 814, 14′);
Abscheiden einer dielektrischen Opferschicht für einen Fühler;
Strukturieren einer Fühlerdurchgangsstruktur auf der di­ elektrischen Opferschicht für den Fühler über der leit­ fähigen Brücke;
Abscheiden einer Metallschicht zum Bilden eines Fühler­ durchgangs; und
Entfernen von irgendwelchen zurückgebliebenen dielek­ trischen Opferschichten.

14. Ein Verfahren zur Herstellung einer weichen Brücken­ struktur nach Anspruch 13, bei der das Bilden der leitfähigen Brücke die folgenden Schritte umfaßt:
Strukturieren der Streifenmetallschicht, um die leitfä­ hige Brücke zu definieren; und
Entfernen des dielektrischen Säulenmaterials unterhalb der leitfähigen Brücke.

15. Verfahren zur Bildung einer weichen Brückenstruktur nach Anspruch 14, bei der die Bildung der leitfähigen Brücke ferner folgende Schritte umfaßt:
Abscheiden einer dielektrischen Opferschicht für einen Pfosten über den Aufhängungstrageteilen (14, 14′) und der leitfähigen Brücke;
Strukturieren der dielektrischen Opferschicht für den Pfosten mit Verbindungsdurchgangsstrukturen, die über den biegsamen Streifen und der leitfähigen Brücke an­ geordnet sind;
Abscheiden einer Pfostenmetallschicht, um die Verbin­ dungsdurchgänge zu bilden;
Strukturieren der Pfostenmetallschicht, um Erweite­ rungsverbindungen zwischen den Verbindungsdurchgängen und der leitfähigen Brücke zu definieren; und
Entfernen der dielektrischen Opferschicht für den Pfosten unterhalb der Erweiterungsverbindungen.

16. Verfahren zur Bildung einer weichen Brückenstruktur nach Anspruch 13, bei der das Bilden der leitfähigen Brücke folgende Schritte umfaßt:
Abscheiden einer dielektrischen Opferschicht für einen Pfosten über den Aufhängungstrageteilen;
Abscheiden einer ersten Pfostenmetallschicht über der dielektrischen Opferschicht für die Pfosten;
Strukturieren der ersten Pfostenmetallschicht, um die leitfähige Brücke zu definieren;
Strukturieren der Opferschicht für den Pfosten und der leitfähigen Brücke mittels Pfostendurchgangsstrukturen, die über den biegsamen Streifen angeordnet sind;
Abscheiden einer zweiten Pfostenmetallschicht in die Pfostendurchgangsstrukturen, um Pfostendurchgänge zu bilden; und
Entfernen der dielektrischen Opferschicht von den Pfo­ sten unterhalb der leitfähigen Brücke.

17. Verfahren zur Bildung einer weichen Brückenstruktur nach Anspruch 13, bei der das Bilden der leitfähigen Brücke folgende Schritte umfaßt:
Abscheiden einer dielektrischen Opferschicht für einen Pfosten über den Aufhängungstrageteilen;
Strukturieren der dielektrischen Opferschicht für den Pfosten, wobei Pfostendurchgangsstrukturen über den biegsamen Streifen angeordnet sind;
Abscheiden einer Pfostenmetallschicht, um die Pfosten­ durchgänge zu bilden;
Strukturieren der Pfostenmetallschicht, um die leitfä­ hige Brücke derart zu definieren, daß die Brücke mit den Pfostendurchgängen verbunden ist; und
Entfernen des dielektrischen Opfermaterials für den Pfosten unter der leitfähigen Brücke.