(57)【要約】【課題】電子デバイスの端子に大きなダメージを与えることなく電気的接触子を電気的に確実に接続させる。【解決手段】本発明の電気的接触子は、本体先端部の接触部が、電子デバイスの表面の端子に圧接して電気的に接続される電気的接触子である。上記接触部の寸法をＳ１、当該接触部と上記電子デバイスの端子との接触寸法をＶ、上記接触部の滑り量をＷ、少なくとも上記接触部の位置精度を含む付加要素をＸとすると、上記接触部の寸法Ｓ１を、Ｓ１＞Ｖ＋Ｗ＋Ｘの関係が成立する寸法に設定する。電気的接触子の接触方法では、接触開始時の滑り方向先端側のクリアランスと接触終了時の滑り方向後端側のクリアランスとの和をＸ3とすると、上記端子の押し潰される面積Ｓ２を、Ｓ２＜Ｓ１―Ｘ3の関係が成立する寸法に設定する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体基端部が支持された状態で本体先端部の接触部が、電子デバイスの表面に設けられた端子に圧接して電気的に接続される電気的接触子であって、
上記接触部の寸法をＳ１、当該接触部と上記電子デバイスの端子との接触寸法をＶ、上記接触部の滑り量をＷ、少なくとも上記接触部の位置精度を含む付加要素をＸとすると、
上記接触部の寸法Ｓ１が、
Ｓ１＞Ｖ＋Ｗ＋Ｘ
の関係が成立する寸法に設定されたことを特徴とする電気的接触子。
【請求項２】
請求項１に記載の電気的接触子において、
上記接触部の寸法Ｓ１が、隣接する電気的接触子と接触しない範囲で設定されたことを特徴とする電気的接触子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気的接触子において、
上記接触部と上記電子デバイスの端子との接触寸法Ｖの最小値Ｖmin．が、上記端子のサイズの１４％であることを特徴とする電気的接触子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電気的接触子において、
上記接触部と上記電子デバイスの端子との接触寸法Ｖの最大値Ｖmax．が、上記端子のサイズの４０％であることを特徴とする電気的接触子。
【請求項５】
電気的接触子の本体基端部が支持された状態で本体先端部の平坦面状の接触部が、電子デバイスの表面に設けられた端子に圧接して電気的に接続される電気的接触子の接触方法であって、
上記接触部の寸法をＳ１、上記接触部による上記電子デバイスの端子の押し潰される面積をＳ２、接触開始時の上記接触部の滑り方向先端側の端部から接触面までのクリアランスと接触終了時の上記接触部の滑り方向後端側の端部から接触面までのクリアランスとの和をＸ3とすると、
上記端子の押し潰される面積Ｓ２が、  
Ｓ２＜Ｓ１―Ｘ3
の関係が成立する寸法に設定されたことを特徴とする電気的接触子の接触方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電気的接触子の接触方法において、
上記接触部が、上記電子デバイスの端子を押圧すると共に、押圧方向と直交する方向に滑らすことを特徴とする電気的接触子の接触方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路等の半導体デバイスの電気的試験に用いる電気的接触子及び電気的接触子の接触方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの導通試験等の電気的試験は、電気的接触子を半導体デバイスのバンプ電極に電気的に接触させた状態で、各バンプ電極に検査信号等を印加して行われる。このような電気的試験に用いられる電気的接触子の例としては、特許文献１に記載の電気的接続装置がある。この電気的接続装置を概説する。
【０００３】
電気的接続装置１は、図１に示すように、被検査体の半導体デバイス２の電気的試験のために、半導体デバイス２のバンプ電極とテスターとを電気的に接続する装置である。電気的接続装置１は、電気的試験用の複数の接触子３を備えるプローブカード４と、半導体デバイス２を上面に受けるチャックトップ５と、チャックトップ５を少なくとも前後方向及び左右方向並びに上下方向の三方向に三次元的に移動させる検査ステージ６と、少なくとも１つの接触子３を撮影するように検査ステージ６に配置されたエリアセンサ７とを備えて構成されている。
【０００４】
接触子３は、図２に示すように、上下方向へ伸びる板状の取付部９と、取付部９の下端部から左右方向における一方の側へ伸びる板状のアーム部１０と、アーム部１０の先端部から下方へ突出する板状の台座部１１と、台座部１１の下端１２から下方へ突出する板状又は柱状の接触部１３とを備えて構成されている。
【０００５】
接触部１３は、細く尖らせて形成されている。そして、アーム部１０で弾性的に支持された接触部１３を、半導体デバイス２のバンプ電極に突き刺して食い込ませることで、接触部１３と半導体デバイス２のバンプ電極とを電気的に確実に接続させる。この状態で、導通試験等が行われる。
【０００６】
また、先端がバンプ電極に食い込むコンタクトプローブの例としては、特許文献２〜４に記載のものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２２９４１０号公報
【特許文献２】特開２０１０−０２５６１４号公報
【特許文献３】特開２００５−３３８０３９号公報
【特許文献４】米国特許第７７３３１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述のような従来の電気的接続装置１では、接触部１３が球面状のバンプ電極の斜面に接触すると、この接触部１３がバンプ電極からずれてデバイス表面に衝突してしまうことがある。そして、接触部１３がデバイス表面に衝突すると、その衝撃で接触部１３が曲がったり折れたりすることがある。
【０００９】
また、尖った接触部１３がバンプ電極に食い込むと、バンプ電極に、大きな傷や変形等の大きなダメージを与えてしまうことがある。このようなダメージがあると、実装ラインにおける外観検査の際に認識エラーではじかれる確率が高くなる。さらに、バンプ電極の溶着の際に、上記ダメージの部分で十分な接合ができずに、実装不良の原因になることもある。
【００１０】
これは、特許文献２〜４においても同様である。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、接触部をバンプ電極に、ずれることなく確実に接触させ、バンプ電極にダメージを与えることなく電気的に確実に接続できる電気的接触子及び電気的接触子の接触方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る電気的接触子は、本体基端部が支持された状態で本体先端部の接触部が、電子デバイスの表面に設けられた端子に圧接して電気的に接続される電気的接触子であって、上記接触部が、上記電子デバイスの端子の平面の面積の四分の一以上の広さの平坦面で形成されたことを特徴とする。本発明に係る電気的接触子の接触方法は、電気的接触子の本体基端部が支持された状態で本体先端部の平坦面状の接触部が、電子デバイスの表面に設けられた端子に圧接して電気的に接続される電気的接触子の接触方法であって、上記接触部が、上記電子デバイスの端子を押し潰して、その平面の面積の四分の一の広さの平坦面を形成するように押圧することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電気的接触子及び電気的接触子の接触方法では、接触部をバンプ電極に、ずれることなく確実に接触させ、バンプ電極に大きなダメージを与えることなく電気的に確実に接続できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の電気的接続装置を示す概略構成図である。
【図２】従来の電気的接続装置に組み込まれる接触子を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電気的接触子を示す側面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電気的接触子の接触部を図３のＤ方向から見た拡大図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電気的接触子の接触方法を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電気的接触子の接触寸法Ｖの具体的数値例を示す表である。
【図８】本発明の実施形態に係る電気的接触子の滑り量Ｗの具体的数値例を示す表である。
【図９】バンプサイズと  接触部の寸法Ｓ１との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係る電気的接触子の接触方法を具体的寸法と共に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る電気的接触子及び電気的接触子の接触方法について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
［電気的接触子］
まず、本実施形態の電気的接触子について説明する。本実施形態の電気的接触子は、先端の接触部に特徴がある。このため、電気的接触子の全体構成は、カンチレバー状、伸縮棒状等の既存のすべて接触子に適用することができる。以下では、その一例として、カンチレバー型の電気的接触子について説明する。
【００１７】
本実施形態の電気的接触子は、その本体基端部がプローブカード等に支持された状態で、本体先端部の接触部が、電子デバイスの表面に設けられた端子（バンプ電極）に圧接して電気的に接続される接触子である。本実施形態の電気的接触子２０は、図３に示すように、プローブカード等に支持される本体基端部である取付部２１と、取付部２１から水平方向に伸びる２本のアーム部２２と、アーム部２２の先端部から下方へ突出する台座部２３と、台座部２３の下端部である本体先端部２４に設けられた接触部２５とを備えて構成されている。この電気的接触子２０の各部の機能は、上述した従来の接触子３とほぼ同様である。このため、同一部材には同一符号を付してその説明を省略し、以下では、接触部２５を中心に説明する。なお、本実施形態の電気的接触子２０は、接触部２５の寸法が数十μｍ程度の非常に小さな部品である。このため、電気的接触子２０は、特許文献１と同様に、メッキやエッチング等の既存の技術で形成される。
【００１８】
接触部２５は、本体先端部２４に形成された平坦面で構成されている。接触部２５は、具体的には、次の式が成り立つ寸法に設定されている。
【００１９】
接触部２５の寸法をＳ１、接触部２５と電子デバイスの端子（バンプ電極２７）との接触寸法（バンプ電極２７が押し潰される寸法）をＶ、接触部２５の滑り量をＷ、少なくとも接触部２５の位置精度Ｘ1を含む付加要素をＸとすると、
上記接触部の寸法Ｓ１が、
Ｓ１＞Ｖ＋Ｗ＋Ｘ
の関係が成立する寸法に設定されている。
【００２０】
具体的な数値の例を図６に基づいて示す。
【００２１】
接触部２５と電子デバイスの端子（バンプ電極２７）との接触寸法（バンプ電極２７が押し潰される寸法）Ｖは１３．５μｍとする。この寸法Ｖは、接触寸法Ｖmin．（図６（ａ）参照）を円の直径φ７μｍ、接触寸法Ｖmax．（図６（ｂ）参照）を円の直径φ２０μｍとすると、
（７μｍ＋２０μｍ）／２＝１３．５μｍ
で特定される寸法である。なお、接触寸法Ｖmin．の円の直径φ７μｍ及び接触寸法Ｖmax．の円の直径φ２０μｍは、接触部２５とバンプ電極２７との間で正常な電気的接触が可能な状態での上限及び下限の数値である。
【００２２】
この接触寸法Ｖの具体的数値例を図７に示す。上記数値は、バンプサイズ５０μｍの例である。バンプサイズ２０〜４０μｍでも同様である。ここで、接触寸法Ｖmin．は、バンプサイズの１４％に設定されている。接触寸法Ｖmax．はバンプサイズの４０％に設定されている。そして、上記接触寸法Ｖ（Ｖave．）は、（Ｖmin．＋Ｖmax．）／２＝Ｖave．で求める。
【００２３】
接触部２５の滑り量Ｗは、１０μｍに設定されている。この１０μｍの数値は一例である。接触部分の滑り量Ｗは、電気的接触子２０の寸法や押圧力等の諸条件に応じて設定する。少なくとも、接触部２５の滑り方向前後に後述するＸ3を確保できる寸法に設定する。
【００２４】
この滑り量Ｗの具体的数値例を図８に示す。上記数値は、バンプサイズ５０μｍの例である。バンプサイズ２０〜４０μｍでも同様にして計算される。ここで、滑り量Ｗmax．を上記接触寸法Ｖmax．と同じ寸法に設定している。滑り量Ｗmin．は、滑り量Ｗmax．の四分の一、滑り量Ｗave．は滑り量Ｗmax．の二分の一に設定されている。
【００２５】
付加要素Ｘは、少なくとも接触部２５の位置精度Ｘ1を含む数値である。この付加要素Ｘとしては、種々の要素を含めることができる。例えば、位置精度Ｘ1に加えて、以下の寸法公差Ｘ2を加えることができる。即ち、電気的接触子２０や接触部２５のサイズのずれ、電気的接触子２０の取り付け時のずれ、顧客の要求する寸法精度等の寸法公差Ｘ2を加えることができる。また、接触開始時の接触部２５の滑り方向先端側の端部から接触面までのクリアランスＺ１（図６（ａ）参照）と接触終了時の接触部２５の滑り方向後端側の端部から接触面までのクリアランスＺ２（図６（ｂ）参照）との和（Ｚ１+Ｚ２＝）Ｘ3を含めることができる。
【００２６】
これらＸ1〜Ｘ3以外にも、それぞれの検査装置等によって、電気的接触子２０の接触部２５がずれる要素があるため、それらの要素も付加要素Ｘに含める。
【００２７】
接触部２５の位置精度Ｘ1は、１２μｍに設定されている。この１２μｍの数値も接触部分の滑り量Ｗと同様に一例である。位置精度Ｘ1は、電気的接触子２０を支持するプローブカード等の寸法やその精度等の諸条件に応じて決まる数値である。
【００２８】
接触部２５の寸法公差Ｘ2は、４μｍに設定されている。この数値は、許容される最大値と最小値との差であるが、電気的接触子２０の寸法等の諸条件に応じて設定する。
【００２９】
また、接触開始時の接触部２５の滑り方向先端側の端部から接触面までのクリアランスＺ１（図６（ａ）参照）と接触終了時の接触部２５の滑り方向後端側の端部から接触面までのクリアランスＺ２（図６（ｂ）参照）との和Ｘ3は、１０μｍに設定されている。このクリアランスの和Ｘ3は、接触開始時、接触終了時に接触部２５がずれても、この接触部２５がバンプ電極２７の接触面からはみ出すことがない値に設定される。具体的には、接触部２５がずれる可能性のある最大値に設定されて、接触部２５のずれを許容する。
【００３０】
以上のようにして計算される接触部２５の寸法Ｓ１は、図９に示すように、一定の幅で許容範囲が定まる。具体的には寸法Ｓ１の最小値は、バンプサイズ２０μｍで１３μｍ程度、バンプサイズ５０μｍで３３μｍ程度のほぼ比例関係になる。ここで、寸法Ｓ１の最小値とは、付加要素Ｘがすべて最小値をとったときの値である。また、寸法Ｓ１の最大値は、バンプサイズ２０μｍで３９μｍ程度、バンプサイズ５０μｍで８６μｍ程度のほぼ比例関係になる。ここで、寸法Ｓ１の最大値とは、付加要素Ｘがすべて最大値をとったときの値である。そして、これらのアベレージは、バンプサイズ２０μｍで２１μｍ程度、バンプサイズ５０μｍで５４μｍ程度のほぼ比例関係になる。
【００３１】
これにより、接触部２５は、上記電子デバイスの端子であるバンプ電極２７（図６参照）の平面の面積（バンプ電極２７を上から見たときの最大面積）のほぼ四分の一以上の広さの平坦面以上となっている。ここでは、電子デバイスのバンプ電極２７が円形であるため、平面形状が直径２ｒの円形のバンプ電極２７に対して、接触部２５はほぼ直径ｒの円形以上の形状に形成される。接触部２５は四角形状の面であるため、各辺の寸法がｒ以上に設定される。さらに、本体先端部２４の面積の最大は、隣接する電気的接触子２０と接触しない範囲で設定する。
【００３２】
この接触部２５を用いてバンプ電極２７を押し潰す際に、押し潰されるバンプ電極２７の先端部（上端部）の面積は、バンプ電極２７の平面の面積（バンプ電極２７を上から見たときの最大面積）のほぼ四分の一になるように設定されている。この押し潰される面積の寸法（直径Ｓ２）は、Ｓ２＜Ｓ１―Ｘ3とする。
【００３３】
接触部２５には、メッキが施されている。メッキの厚さ及び幅はバンプ電極２７の寸法に合わせて設定される。バンプ電極２７の幅やピッチは電子デバイスの種類等によって異なるため、それぞれのバンプ電極２７に合わせて、メッキ（接触部２５）の厚さ及び幅が設定される。
【００３４】
図１０に具体的な寸法例を示す。バンプ電極２７は、直径５０μｍの円形である。バンプ電極２７の上端の押し潰される面積の寸法（直径Ｓ２＜Ｓ１−Ｘ3）は、直径２４μｍである。各バンプ電極２７のピッチは７５μｍである。
【００３５】
上記メッキとしては高硬度材料を用いる。接触部２５はバンプ電極２７と摩擦するため、耐摩耗性に優れた高硬度材料を用いて、接触部２５をメッキする。高硬度材料としては、ロジウム（Ｒｈ）やイリジウム（Ｉｒ）等を用いることができる。
【００３６】
［電気的接触子の接触方法］
次に、上記構成の電気的接触子２０を用いたバンプ電極２７への接触方法について図１０に基づいて説明する。なお、図１０中のバンプ電極２７は、その上端部が接触部２５によって押し潰された状態を示している。
【００３７】
電気的接触子２０の本体基端部である取付部２１がプローブカード等に支持された状態で、本体先端部の平坦面状の接触部２５が、電子デバイスの表面に設けられた端子であるバンプ電極２７に圧接して電気的に接続される。
【００３８】
電気的接触子２０の平坦面の接触部２５は、球面状のバンプ電極２７に対して常にその頂点に接触する。即ち、電気的接触子２０が多少ずれても、平坦面の接触部２５がバンプ電極２７の頂点からずれてしまうことはなく、平坦面の接触部２５は、球面状のバンプ電極２７に対して常にその頂点に接触する。なお、球面状以外の形状のバンプ電極に対しても同様に、平坦面の接触部２５が、バンプ電極の頂点に常に接触する。
【００３９】
この状態で、接触部２５が、バンプ電極２７を押し潰して、バンプ電極２７の頂点部分に、バンプ電極２７の平面の面積（底面の面積）のほぼ四分の一の広さの平坦面を形成するように押圧する。
【００４０】
具体的には、バンプ電極２７の平面形状は円形であるため、円形のバンプ電極２７の直径２ｒに対して、直径ｒの円の広さの平坦面を形成するように押圧する。検査ステージ６によって半導体デバイス２を移動させて、バンプ電極２７の上端部を接触部２５に圧接して、バンプ電極２７の上端部に、バンプ電極２７の平面の面積（直径５０μｍの円の面積）のほぼ四分の一の広さの平坦面（直径Ｓ２＜Ｓ１−Ｘ3の円）を形成するように押圧する。ここでは、直径２４μｍの円形になるように押圧する。
【００４１】
このとき、接触部２５の寸法をＳ１とすることで、接触部２５のずれを許容する。具体的には、検査ステージ６ （図１参照）で半導体デバイス２を水平方向（ＸＹ方向）にずらして、上記接触部２５とバンプ電極２７との間を滑らせて摩擦する。即ち、図６に示すように、上記接触部２５が上記バンプ電極２７を押圧する方向と直交する方向に、接触部２５とバンプ電極２７とを滑らせて互いに摩擦することで、バンプ電極２７の表面の酸化膜を除去して接触させる。例えば、検査ステージ６によって半導体デバイス２を往復動させて、接触部２５とバンプ電極２７とを摩擦して酸化膜を除去して接続させる。なおここでは、バンプ電極２７側を滑らせるが、電気的接触子２０の接触部２５側を滑らせるようにしてもよい。
【００４２】
これにより、軽い圧力で接触部２５をバンプ電極２７に圧接して、電気的に確実に接続させて、検査信号等を印加する。
【００４３】
以上のように、電気的接触子２０の接触部２５を寸法Ｓ２の平坦面状に形成したため、電気的接触子２０の接触部２５をバンプ電極２７に接触させるときに、接触部２５が球面状のバンプ電極２７からずれ落ちてしまうことがなくなり、バンプ電極２７に大きなダメージを与えることなく確実に接触させることができる。
【００４４】
この結果、電気的接触子２０の先端部が折れたり曲がったりすることがなくなり、メンテナンスのサイクルを大幅に延ばすことができる。
【００４５】
さらに、上記接触部２５をずらして上記バンプ電極２７と摩擦することで、バンプ電極２７の表面の酸化膜を除去して接触させるため、低い圧力で酸化膜を除去して、接触部２５とバンプ電極２７とを電気的に確実に接触させることができる。
【００４６】
これにより、バンプ電極２７に大きな接触痕を残すことなく、接触部２５とバンプ電極２７との、信頼性の高い導通を実現できる。
【００４７】
この結果、検査時の認識エラーを起こす可能性を低減できると共に、バンプ電極２７の溶着の際の実装不良を低減できる。これにより、作業性が向上すると共に、電気デバイスを確実に実装できる。さらに、接合部分の品質が向上して、実装品に対する信頼性が向上する。
【００４８】
また、接触部２５を高硬度材料でメッキするため、バンプ電極２７に圧接されても、半田屑等の異物が付着することが少なくなる。このため、異物のクリーニングのためのメンテナンスのサイクルを大幅に延ばすことができ、検査効率を向上させることができる。
【００４９】
また、バンプ電極２７のサイズやピッチが変わっても、接触部２５のメッキの厚さや幅を調整して、変わったバンプ電極２７のサイズ及びピッチに対応させることができる。
【００５０】
[変形例]
上記各実施形態では、カンチレバー型の電気的接触子２０を例に説明したが、コンタクトプローブタイプ等の他のタイプの電気的接触子２０での本願発明を適用することができる。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００５１】
上記各実施形態では、バンプ電極２７の平面形状が円形状の場合を例に説明したが、バンプ電極２７は他の形状でもよい。例えば、三角形状や四角形状等の多角形状や、楕円形状等の他の形状でもよい。この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００５２】
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除等が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
２０：電気的接触子、２１：取付部、２２：アーム部、２３：台座部、２４：本体先端部、２５：接触部、２７：バンプ電極。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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