(57)【要約】【課題】  電子部品の外部電極と適度な接圧を有して接続することができ、外部電極に接しても変形しにくい突出部を備えた弾性接触子を提供する。【解決手段】  弾性接触子２０はその先端部２２ｂに突出部２３を備える。弾性接触子２０は内部の弾性層がＮｉまたはＮｉを含む合金で形成されており、電子部品４０の外部電極４２との間で適度な接圧を有して接続される。弾性層を覆う表面層はＡｕで形成されており、突出部２３はＣｕとＮｉの合金、ＮｉまたはＡｕのいずれかで形成される。ＣｕとＮｉの合金及びＮｉは、表面層を形成するＡｕより高い硬度を有するため、弾性接触子２０が外部電極４２に大きな押圧力で当接しても突出部２３が容易に変形することがなくなる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の外部電極に当接して電気的に接続される弾性腕を備えた弾性接触子において、
前記弾性腕の先端に、前記外部電極に突き当たる突出部が、前記弾性腕の表面を形成する第１の材料と同じ材料、または前記第１の材料よりも硬度の高い第２の材料で形成されていることを特徴とする弾性接触子。
【請求項２】
前記第１の材料がＡｕで形成されており、前記第２の材料がＣｕとＮｉの合金、ＮｉまたはＡｕのいずれかで形成されている請求項１記載の弾性接触子。
【請求項３】
前記突出部が、バンプボンダーで形成されたバンプである請求項１または２記載の弾性接触子。
【請求項４】
前記突出部の頂部が、平坦面で形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の弾性接触子。
【請求項５】
前記突出部は、頂部の面積よりも底部の面積の方が広い裁頭円錐形状である請求項４記載の弾性接触子。
【請求項６】
前記弾性腕が渦巻き形状に形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の弾性接触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの外部電極に接続される弾性接触子に係わり、特に外部電極に対して良好な接圧で接触することが可能な弾性接触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、弾性腕の先端に設けられた当接部２３の一方の面に当接凸部２３ａが、他方の面に当接凸部２３ｂが、互いに重ならない位置に形成されてなるスパイラル型の接続端子２０が開示されている。この接続端子２０は、Ｎｉの表面に金メッキを施すことにより形成されている。
【０００３】
ＩＣパッケージなどの電子部品の底面には複数の平面電極１ａが設けられており、それぞれの平面電極１ａを基台１１上に設けられたスパイラル状の接続端子２０に弾圧させると、一方の当接凸部２３ａが平面電極１ａに接触し、他方の当接凸部２３ｂが基台１１側の上側接続部１７ａに接触するため、平面電極１ａと上側接続部１７ａとの間を短い経路で接続できるようになっている。
【０００４】
特許文献１記載のものは、スパイラル型の接続端子２０が有するインダクタンス成分を低く抑えることを目的とするものであり、このため接側端子の先端の両面に設けられた一方の当接凸部２３ａと他方の当接凸部２３ｂを、平面電極１ａと上側接続部１７ａとの間に強固に挟み込んで接側端子２０が弾性機能を失わせた状態で使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７１５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなスパイラル型の接続端子は、例えば電子部品の検査用ソケットやバーンイン装置用のソケットなどに使用される。電子部品を保持するために必要となる押圧力は、電子部品１のピン数が増えるにしたがって増大するところ、ピン数の増加が顕著な電子部品においては、今後もより大きな押圧力を発生させるソケットが必要になる。
【０００７】
しかし、大きな押圧力を発生させるソケットは、全体的に堅牢な作りとする必要があることから大型化しやすくなり、コスト的にも安価とすること難しいという問題がある。
【０００８】
このため、接続端子の弾性腕を曲げ弾性係数の低い材料で形成すること、すなわち接続端子全体を曲げ弾性係数の高いＮｉなどの材料を使用せずにそれよりも曲げ弾性係数の低い材料（Ｃｕなど）を用いて形成することが考えられる。しかしながら、接続端子全体を曲げ弾性係数の低い材料で形成した場合には、押圧力を受けたときに当接凸部が変形しやすくなり、平面電極１ａと上側接続部１７ａとの間で接続不良が起きやすくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、電子部品の外部電極と適度な接圧を有して接触することができ、接触後も容易に変形することのない突出部（当接凸部）を備えた弾性接触子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電子部品の外部電極に当接して電気的に接続される弾性腕を備えた弾性接触子において、
前記弾性腕の先端に、前記外部電極に突き当たる突出部が、前記弾性腕の表面を形成する第１の材料と同じ材料、または前記第１の材料よりも硬度の高い第２の材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明では、前記弾性腕の先端の突出部が、弾性腕よりも硬度の高い材料で形成されているため、弾性腕が適度な弾性力を発揮して先端の突出部が電子部品の外部電極に当接しても突出部自体の変形を防止できる。このため、電子部品側の外部電極と弾性接触子との間の接続を良好にすることができる。
【００１２】
例えば、前記第１の材料がＡｕで形成されており、前記第２の材料がＣｕとＮｉの合金、ＮｉまたはＡｕのいずれかで形成されているものとして構成できる。
【００１３】
また前記突出部が、バンプボンダーで形成されたバンプとすることができる。
さらには、前記突出部の頂部が、平坦面で形成されているものが好ましい。
【００１４】
上記手段では、平面型の外部電極と突出部との接触状態を安定させることができる。
例えば、前記突出部は、頂部の面積よりも底部の面積の方が広い裁頭円錐形状である。
【００１５】
上記手段では、当接後も変形しにくい突出部とすることができる。
また前記弾性腕が渦巻き形状に形成されるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、電子部品側の外部電極に対し、弾性腕の先端部に設けられた突出部が適度な弾性力を有して接触することができる。しかも接触後において突出部の変形を防止することができるため、電気的に良好な接続状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態としての弾性接触子を拡大して示す平面図、
【図２】弾性腕の断面図、
【図３】弾性接触子を備えた接続装置の部分断面図、
【図４】図３に示す接続装置の弾性接触子付近を示す拡大断面図、
【図５】電子部品側の平面電極と接触した状態を示す図４同様の拡大断面図、
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本発明の実施形態としての弾性接触子を拡大して示す平面図、図２は弾性腕の断面図、図３は図１の弾性接触子を備えた接続装置の部分断面図、図４は図３に示す接続装置の弾性接触子付近を示す拡大断面図、図５は電子部品側の平面電極と接触した状態を示す図４同様の拡大断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の弾性接触子２０は、支持部２１と弾性腕２２が一体に連続して形成されている。弾性腕２２は例えば渦巻き形状に形成されており、弾性腕２２の巻き始端である基端部２２ａが、支持部２１と一体化されている。弾性腕２２の巻き終端である先端部２２ｂは、渦巻きのほぼ中心部に位置している。先端部２２ｂの表面には、上方（図４のＺ１方向）に突出する突出部２３が形成されている。
【００２０】
図４及び図５に示すように、弾性接触子２０は先端部２２ｂが基端部２２ａよりも上方に突出するように立体成形されており、基端部２２ａを基準として先端部２２ｂがＺ方向に弾性変形可能である。
【００２１】
なお、本発明では、弾性腕２２の形状は渦巻き形状であることに限定されない。例えば、弾性腕２２は帯状（直線状）や湾曲形状等であってもよい。
【００２２】
図２に断面図で示すように、弾性腕２２は、芯部２２Ａと芯部２２Ａの周囲を覆う弾性層２２Ｂと、弾性層２２Ｂの表面を覆う表面層２２Ｃを有している。芯部２２Ａは、例えば、銅（Ｃｕ）または銅を含む合金の単層である。銅合金は、高い電気導電度と高い機械的強度を有するＣｕ，Ｓｉ，Ｎｉを有するコルソン合金が好ましく使用される。コルソン合金は、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍｇで、Ｃｕが９６．２質量％、Ｎｉが３．０質量％、Ｓｉ（ケイ素）が０．６５質量％、Ｍｇ（マグネシウム）が０．１５質量％のものが使用される。
【００２３】
弾性層２２Ｂは、導電性であり且つ高い機械的強度と高い曲げ弾性係数を発揮する金属材料であり、ニッケル（Ｎｉ）層またはＮｉを含む合金層である。Ｎｉ合金は、Ｎｉ−Ｘ合金（ただしＸは、Ｐ（リン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｔｉ、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｂ（ホウ素）のいずれか一種以上）が使用される。
【００２４】
弾性層２２Ｂは、芯部２２Ａの周囲に電解メッキまたは無電解メッキを施すことで形成される。弾性層２２Ｂは、好ましくは無電解メッキで形成されたＮｉ−Ｐ合金である。Ｎｉ−Ｐ合金では、リン（Ｐ）の濃度を１０ａｔ％以上で３０ａｔ％以下（より好ましくは１７〜２５ａｔ％）とすることにより、少なくとも一部が非晶質となり（好ましくは全体が非晶質）、高い弾性係数と高い引っ張り強度を得ることができる。あるいは、弾性層２２ＢはＮｉ−Ｗ合金で形成される。この場合もタングステン（Ｗ）の濃度を１０ａｔ％以上で３０ａｔ％以下とすることにより、少なくとも一部が非晶質となり（好ましくは全体が非晶質）、高い弾性係数と高い引っ張り強度を得ることができる。
【００２５】
図２において、弾性層２２Ｂの断面積は、芯部２２Ａの断面積の２０％以上で８０％以下であることが好ましい。この範囲であると、芯部２２Ａが導電性とばね性（弾性）の双方の機能を発揮できる。また図２の断面図において、芯部２２Ａの厚さ寸法および幅寸法は、共に１０μｍ以上で１００μｍ以下であることが好適である。
【００２６】
ただし、弾性層２２Ｂが導電性および弾性を有するため、芯部２２Ａが形成されず、弾性層２２Ｂのみで形成されてもよい。
【００２７】
また表面層２２Ｃの材料（第１の材料）としては、弾性腕２２の導電性を高めるＡｕが好適に使用される。
【００２８】
弾性接触子２０は、例えば、薄い導電性金属板を打ち抜いて芯部２２Ａを形成し、この芯部２２Ａの表面に弾性層２２Ｂ、さらには表面層２２Ｃを上述のメッキ処理で形成される。あるいは、弾性接触子２０は、芯部２２Ａを形成する工程を含むすべての工程をメッキ工程（電鋳）により形成することもできる。
【００２９】
例えば、後述する基材シート１６とは別個のシートの表面に複数の弾性接触子２０が複数のメッキ工程を経て形成され、シートが、基材シート１６に重ね合わされて、それぞれの弾性接触子２０が、導電性接着剤などで接続ランド１７ａに接合される（図４参照）。
【００３０】
なお、それぞれの弾性接触子２０は、基材シート１６に設置された後に、例えば、外力が与えられて立体形状に形成される。このとき、加熱処理で内部の残留応力が除去され、弾性接触子２０は立体形状で弾性力を発揮できるようになる。
【００３１】
突出部２３の形成は、例えばバンプボンダーを用いて形成することができる。すなわち、弾性接触子２０をボンディングステージ上面の規定位置に保持し、所定の金属ワイヤの先端部を溶かして形成したボールを毛細管によって、弾性接触子２０の先端部２２ｂの表面に移動させ、前記ボールを弾性接触子２０の先端部２２ｂの表面に接合することにより、バンプから形成される突出部２３を得ることができる。
【００３２】
突出部２３を形成する金属ワイヤの材料（第２の材料）はＡｕを使用することができる。これにより、バンプボンダーを用いて、弾性腕２２の先端部２２ｂの表面層２２Ｃに対し、突出部２３を同じＡｕ（第２の材料）を用いて容易に形成することが可能となる。
【００３３】
また突出部２３は、先端部２２ｂ上に電鋳法を用いて形成することもできる。この場合、突出部２３を形成する第２の材料としては、表面層２２Ｃを形成するＡｕ（第１の材料）よりも硬度の高い材料、例えばＣｕとＮｉの合金、あるいはＮｉ単体などが好適に使用される。
【００３４】
このように、突出部２３を硬度の高い第２の材料で形成しておくと、突出部２３が電子部品１側の外部電極４２に強く突き当たったとしても容易に変形することを防止することができる。このため、外部電極４２と弾性接触子２０との間に接触不良が生じにくくなり、良好な接続状態とすることができる。
【００３５】
突出部２３の形状としては、頂部２３ａが平坦面で形成された凸形状が好ましく、より好ましくは底部２３ｂ側の面積が頂部２３ａ側の面積よりも広い裁頭円錐形状である。なお、頂部２３ａの直径は、おおよそ２０〜３０μｍである。
【００３６】
このように、突出部２３の頂部２３ａが平坦面で形成されていると、平面型の外部電極（平面電極）４２に対して突出部２３の頂部２３ａが安定して接触することが可能となる。よって、外部電極４２から受ける力が突出部２３に均等に作用しやすくなり、突出部２３自体の変形を防止することが可能となる。
【００３７】
さらに突出部２３が裁頭円錐形状で形成されていると、弾性接触子２０に大きな押圧力が作用したとしても突出部２３が押し潰され難くすることができる。このため、外部電極４２と弾性接触子２０との間の電気的な接続を良好な状態を維持することができ、接触不良の問題を解消することが可能となる。
【００３８】
次に、上記弾性接触子２０を用いた接続装置について説明する。
図３に示す接続装置１０は、基台１１を有している。基台１１の平面形状は例えば四角形状であり、基台１１の４辺のそれぞれにはほぼ垂直に立ち上がる側壁部１０ａが形成されている。４辺の側壁部１０ａで囲まれた領域は凹部であり、その底部１０ｂの上面が支持面１２である。支持面１２の上には、接続シート１５が設置されている。接続シート１５は、例えば、可撓性の基材シート１６の表面に複数の弾性接触子２０が設けられた構成である。
【００３９】
図４に示すように、基材シート１６には、多数のスルーホール１６ａが形成され、それぞれのスルーホール１６ａの内周面には導電体層１７がメッキなどの手段で形成されている。基材シート１６の表面には、導電体層１７に導通する表側接続ランド１７ａが形成され、基材シート１６の裏面には、導電体層１７に導通する裏側接続ランド１７ｂが形成されている。
【００４０】
そして、個々の弾性接触子２０の支持部２１が、表側接続ランド１７ａの表面に導電性接着剤などで接合されている。
【００４１】
図４に示すように、基材シート１６の裏面側では、裏側接続ランド１７ｂに個別に接続する導電性材料のバンプ電極１８が形成されている。図３に示すように、接続シート１５が基台１０Ａの底部１０ｂの表面である支持面１２に設置されると、バンプ電極１８が、支持面１２に設けられた導電部（図示せず）に接続される。
【００４２】
支持面１２上での弾性接触子２０の配列ピッチは、例えば２ｍｍ以下であり、あるいは１ｍｍ以下である。弾性接触子２０の外形寸法の最大値も２ｍｍ以下であり、あるいは１ｍｍ以下である。
【００４３】
なお上記の接続シート１５の構成は一例である。例えば、図４では基材シート１６にスルーホール１６ａが設けられているが、スルーホール１６ａが形成されず、基材シート１６の表面に弾性接触子２０と導通する配線パターンが形成された構成でもよい。
【００４４】
図３に示すように、接続装置１０は電子部品４０が設置される。電子部品４０はＩＣパッケージ（半導体デバイス）などであり、ＩＣベアチップなどの各種電子素子が本体部４１内に密閉されている。本体部４１の底面４１ａには、外部電極４２として複数の平面型の電極（平面電極）が設けられており、それぞれの外部電極４２が本体部４１内の回路に導通している。この実施の形態の電子部品４０は外部電極４２が平面型の電極（平面電極）であるが、その他例えば球状電極、あるいは裁頭円錐形状の電極などの場合もある。
【００４５】
接続装置１０は、例えば、電子部品４０の検査用ソケットであり、図３に示すように、被検査物である電子部品４０が、基台１１の凹部１１Ａ内に装着される。このとき、電子部品４０は、本体部４１の底面４１ａに設けられた個々の外部電極４２が弾性接触子２０の上に設置されるように位置決めされる。基台１１の上には図示しない押圧用の蓋体が設けられており、この蓋体を基台１１上に被せると、この蓋体により電子部品４０が矢印方向へ押圧される。
【００４６】
図５に示すように、この押圧力により、それぞれの外部電極４２が弾性接触子２０に押し付けられる。このとき、外部電極４２が弾性腕２２の先端に設けられた突出部２３に突き当たり、立体形状の弾性腕２２が圧縮されて、外部電極４２と弾性接触子２０とが個別に導通させられ、電子部品４０の本体部４１内の回路が断線しているか否か、本体部４１内の回路の動作試験が行われる。
【００４７】
弾性接触子２０は、弾性腕２２が弾性層２２Ｂを有しており、突出部２３は表面層２２Ｃを形成する第１の材料（Ａｕ）と同じ硬度か、それよりも高い硬度の第２の材料で形成されている。このため、弾性接触子２０は、適度な弾性（ばね定数）と高い導電性を有するとともに、突出部２３は大きな押圧力によっても押し潰されにくい。
【００４８】
よって、押圧力により外部電極４２が弾性接触子２０に押し付けられても、弾性接触子２０は外部電極４２を押し返し、この間に適度な接圧を確保することができ、さらには突出部２３と外部電極４２との間の接続状態が安定するため、電気的に良好な接続状態とすることができる。
【００４９】
上記実施の形態では、先端部２２ｂに突出部２３を１つ設けた構成を示して説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、複数の突出部２３を先端部２２ｂに形成する構成であってもよい。このような構成では押圧力を各突出部２３に分散させることができるため、より効果的に突出部２３の変形を防止することが可能となり、電気的な接続をより確実なものとすることができる。
【００５０】
また上記実施の形態では、突出部２３を先端部２２ｂのみに設けた構成を示して説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、先端部２２ｂ以外の弾性腕２２上のいずれかの位置に突出部２３を１ヶ、または弾性腕２２に沿ってその表面に複数形成する構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  接続装置
１０ａ  基台の側壁部
１０ｂ  基台の底部
１１  基台
１２  支持面
１５  接続シート
１６  基材シート
１６ａ  スルーホール
１７  導電体層
１７ｂ  接続ランド
１８  バンプ電極
２０  弾性接触子
２１  支持部
２２  弾性腕
２２ａ  基端部
２２ｂ  先端部
２３  突出部
２３ａ  突出部の頂部
２３ｂ  突出部の底部
２２Ａ  芯部
２２Ｂ  弾性層
２２Ｃ  表面層
４０  電子部品
４１  電子部品の本体部
４１ａ  本体部の底面
４２  外部電極（平面電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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