(57)【要約】【課題】  ＩＣパッケージなどの電子部品の突出電極が接触する接続装置において、スズを含む突出電極が弾性腕に圧接したときの金属間化合物の生成を抑制できる接続装置を提供する。【解決手段】  精密板金加工またはメッキプロセスで形成された接続部は螺旋状の弾性腕２２を有している。弾性腕２２は、導電層３１と弾性層３２とを有する芯部３０の表面に被覆層３３が設けられ、この被覆層３３は白金族金属層で形成され、好ましくはパラジウムのメッキで形成されている。電子部品に設けられたスズを含む突出電極４２が被覆層３３に接触したときに、その接触部で金属の拡散が生じにくく、接触部に金属間化合物が生成されて堆積されるのを抑制できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に複数の電極を有する電子部品が設置される接続装置において、
スズを含む合金で形成された前記電極が接続される複数の接続部が設けられ、それぞれの接続部には、前記電極に弾性力を有して圧接される導電性の弾性腕が設けられており、
前記弾性腕は、導電性の芯部とこの芯部の表面に被覆されて前記電極との接触抵抗を低下させる被覆層とを有しており、前記被覆層が白金族金属層で形成されていることを特徴とする接続装置。
【請求項２】
前記白金族金属層の膜厚が、０．１μｍ以上で２μｍ以下である請求項１記載の接続装置。
【請求項３】
前記白金族金属層の表面に、厚みが０．０６μｍ以下の金の層が形成されている請求項１または２記載の接続装置。
【請求項４】
前記芯部は、銅または銅合金と、ニッケルまたはニッケル合金の、少なくとも一方で形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の接続装置。
【請求項５】
前記接続部に対して、前記電極を有する前記電子部品の装着と離脱とが繰り返して行われる検査用である請求項１ないし４のいずれかに記載の接続装置。
【請求項６】
前記電子部品が装着された状態で温度が上昇させられて、電子部品の内部回路の検査が行われる請求項５記載の接続装置。
【請求項７】
前記白金族金属層は、パラジウムのメッキ層である請求項１ないし６のいずれかに記載の接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣパッケージなどの電子部品に設けられた電極が設置される接続装置に係り、特にスズを含む合金で形成された電極が繰り返して接触するのに適した接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、複数のスパイラル状の弾性腕を備えた接続装置が開示されている。ＩＣパッケージなどの電子部品の底面には複数の球状の突出電極が設けられており、それぞれの突出電極が弾性腕に弾圧されて、突出電極と弾性腕とが一対一の関係で個別で接続される。
【０００３】
特許文献１に記載のスパイラル状の弾性腕は、電子部品に向けて突出する立体形状とされており、電子部品が接続装置に設置されるときに、弾性腕が突出電極に押圧されて潰れるように変形し、弾性腕は、このときの弾性復元力によって前記突出電極に弾圧される。
【特許文献１】特開２００４−２３４８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているようなスパイラル状の弾性腕は、銅などの導電性材料で形成されている。さらに、この弾性腕と突出電極との接触抵抗を低下させるために、弾性腕の最表面に金の層をメッキなどで形成することも一般的に採用されている。
【０００５】
しかし、弾性腕の表面に形成される金の層は、酸化しにくいためにその表面エネルギーが高い状態を維持している。そのため、スズを含む合金で形成された前記突出電極が弾性腕に圧接されると、金が突出電極内に拡散して金とスズとの金属間化合物が生成されやすくなる。特に、突出電極が弾性腕に接触している状態で周囲温度が１００℃以上または１５０℃以上になると、金属間化合物の生成が促進される。例えば、スズを含む半田と接触子とが接触した状態で、１５０℃の環境で３００時間経過すると、前記金属間化合物の厚さが５０μｍ程度になる。
【０００６】
そのため、例えば、前記弾性腕を有する接続装置がＩＣなどの電子部品の検査用装置に使用され、スズを含む突出電極が設けられた電子部品が繰り返して装着され、さらにそれぞれの電子部品に対して加熱検査が行われると、弾性腕の表面に前記金属間化合物およびこの化合物に繋がるスズ合金が堆積しやすくなる。この金属間化合物およびスズ合金が酸化すると、弾性腕の表面の抵抗が増大し、接触子としての機能が大幅に低下する。
【０００７】
また、スズと金との金属間化合物は硬いために、弾性腕に堆積した金属間化合物によって、突出電極に損傷を与えることがある。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、スズを含む電極が繰り返して接触しても接触子に金属間化合物が堆積しずらく、また接触子の表面の接触抵抗も低くできる接続装置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】
【０００９】
本発明は、底部に複数の電極を有する電子部品が設置される接続装置において、
スズを含む合金で形成された前記電極が接続される複数の接続部が設けられ、それぞれの接続部には、前記電極に弾性力を有して圧接される導電性の弾性腕が設けられており、
前記弾性腕は、導電性の芯部とこの芯部の表面に被覆されて前記電極との接触抵抗を低下させる被覆層とを有しており、前記被覆層が白金族金属層で形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、弾性腕の表面に設けられた被覆層が白金族金属層であるため、電極との接触抵抗が小さい。しかも、スズを含む合金で形成された電極が弾性腕に触れたときに、白金族金属層が電極内に拡散しにくく、弾性腕の表面と電極との間に金属間化合物が形成されにくくなる。
【００１１】
本発明は、前記白金族金属層の膜厚が、０．１μｍ以上で２μｍ以下である。さらに好ましくは０．５μｍ以下である。白金族金属層の膜厚が前記範囲内であれば、白金族金属層が、電極との接触抵抗を低下させる機能を十分に発揮できる。
【００１２】
本発明は、前記白金族金属層の表面に、厚みが０．０６μｍ以下の金の層が形成されているものであってもよい。
【００１３】
弾性腕の最表面に金の層を形成することにより、電極との接触抵抗をさらに小さくできる。また金の層の膜厚が前記範囲であると、金が電極内に拡散するものの、拡散により形成されたスズと金の金属間化合物の量がわずかとなり、従来のように多く堆積することがない。
【００１４】
本発明では、前記芯部は、銅または銅合金と、ニッケルまたはニッケル合金の、少なくとも一方で形成されている。
【００１５】
また、本発明は、前記接続部に対して、前記電極を有する前記電子部品の装着と離脱とが繰り返して行われる検査用である場合に有効である。この場合、前記電子部品が装着された状態で温度が上昇させられて、電子部品の内部回路の検査が行われるものに有効である。
【００１６】
本発明の接続装置が検査用として使用された場合に、スズを含む合金で形成された電極が、弾性腕に繰り返して接触しても、弾性腕に金属間化合物が堆積されるのを防止できる。
【００１７】
本発明は、好ましくは、前記白金族金属層は、パラジウムのメッキ層であり、これは無電解メッキ層とすることが可能である。パラジウムを使用すると、弾性腕の表面に薄い被覆層を効率よく形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の接続装置は、電極との接触抵抗が小さく、しかもスズを含む合金で形成されている電極が繰り返し接触したときに、弾性腕の表面と電極との間に電極間化合物が堆積しにくくなる。よって接続部の寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態である接続装置の部分断面図、図２は接続部の拡大断面図、図３は接続部の平面図である。図４は接続部の弾性腕と突出電極との接触状態を示す断面拡大図である。
【００２０】
図１に示す接続装置１は、基台１０を有している。基台１０の平面形状は四角形状であり、基台１０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。前記支持面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、可撓性の基材シート１６の表面に複数の接続部２０が設けられている。
【００２１】
図２に示すように、前記基材シート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、前記導電層１７に導通する表側の接続ランド１７ａが形成され、基材シート１６の裏面には、前記導電層１７に導通する裏側の接続ランド１７ｂが形成されている。
【００２２】
前記接続部２０は、薄い導電性金属板を打ち抜いて形成されさらにメッキ処理されたものであり、個々の接続部２０が、前記接続ランド１７ａの表面に導電性接着剤などで接合されている。あるいは、接続部２０は、銅やニッケルなどの導電性材料を使用してメッキ工程で形成される。例えば、基材シート１６とは別個のシートの表面に複数の接続部２０がメッキ工程で形成され、前記シートが、基材シート１６に重ね合わされて、それぞれの接続部２０が、導電性接着剤などで前記接続ランド１７ａに接合される。
【００２３】
それぞれの接続部２０は、基材シート１６に設置された後に、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、接続部２０は立体形状で弾性力を発揮できるようになる。
【００２４】
図２に示すように、基材シート１６の裏面側では、前記接続ランド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１に示すように、接続シート１５が基台１０の底部１０ｂの表面である支持面１２に設置されると、前記バンプ電極１８が、前記支持面１２に設けられた導電部に接続される。
【００２５】
前記支持面１２上での接続部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。接続部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。
【００２６】
図２と図３に示すように、接続部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は螺旋形状に形成されており、弾性腕２２の巻き始端である基部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、螺旋の中心部に位置している。図２に示すように、接続部２０を構成している支持部２１が前記接続ランド１７ａに接続され、弾性腕２２は、先端部２２ｂが支持面１２から離れるように立体成形されている。
【００２７】
図４に断面図で示すように、弾性腕２２は、芯部３０と、この芯部３０の表面の全周を覆う被覆層３３を有している。芯部３０は、導電層３１の周囲の全周が弾性層３２で覆われたものである。導電層３１は、銅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が０．６５質量％、Ｍｇが０．１５質量％のものが使用される。
【００２８】
弾性層３２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、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、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのいずれか一種以上）が使用される。弾性層３２は、導電層３１の周囲に電界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３２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％以下とすることにより、少なくとも一部が非晶質となり、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３２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、高い弾性係数と高い引っ張り強度を得ることができる。
【００２９】
図４において、前記弾性層３２の断面積は、芯部３０の断面積の２０％以上で８０％以下であることが好ましい。前記範囲であると、芯部３０が導電性とばね性の双方の機能を発揮できる。また図４の断面図において、芯部３０の厚さ寸法および幅寸法は、共に１μｍ以上で１００μｍ以下である。
【００３０】
被覆層３３は、電子部品の突出電極との接触抵抗を低下させるものであり、芯部３０を構成している導電性材料よりも比抵抗に低い金属材料で形成される。この実施の形態では、被覆層３３が白金族金属層である。すなわち、被覆層３３は、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｏｓ（オスミウム）のいずれかである。これら白金族金属層で被覆層３３を形成する場合は、電界メッキ工程で成膜することが可能である。しかし、被覆層３３をＰｄで形成すると無電解メッキで形成でき、薄い被覆層３３を効率よく低コストで形成することができる。
【００３１】
前記被覆層３３は、芯部３０の全周囲を覆うように形成される。図５は、図４に示す弾性腕２２の断面をさらに拡大したものである。前記被覆層３３の膜厚ｔ１は、０．１μｍ以上で２μｍ以下であり、好ましくは０．５μｍ以下である。この範囲であると、電子部品の突出電極との接触抵抗を低くでき、しかも低コストで構成することができる。すなわち、被覆層３３は、表面の接触抵抗を低下させるためのものであり、弾性腕の膜厚に対して、被覆層３３の膜厚は１／１０以下、さらには１／１００以下である。
【００３２】
図２に示すように、接続装置１には、電子部品４０が設置される。電子部品４０は、ＩＣパッケージなどであり、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、複数の突出電極４２が設けられており、それぞれの突出電極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、前記突出電極４２が球形状である。また、突出電極４２は裁頭円錐形状などであってもよい。
【００３３】
前記突出電極４２は、スズを含む導電性の合金で形成されている。すなわち、鉛を含まない半田で形成されており、スズ・ビスマス合金や、スズ・銀合金である。
【００３４】
実施の形態の接続装置１は、電子部品４０の検査用であり、図１に示すように、被検査物である電子部品４０が、基台１０の凹部内に装着される。このとき、電子部品４０は、その底面４１ａに設けられた個々の突出電極４２が前記接続部２０の上に設置されるように位置決めされる。基台１０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１０上に被せると、この蓋体により電子部品４０が矢印Ｆ方向へ押圧される。この押圧力により、それぞれの突出電極４２が弾性腕２２に押し付けられ、立体形状の弾性腕２２が押しつぶされて、突出電極４２と弾性腕２２とが個別に導通させられる。
【００３５】
接続装置１がいわゆるバーン・イン検査に使用される場合には、周囲の温度が１５０℃程度に設定された状態で、外部の検査用の回路から接続部２０を経て突出電極４２に電流が与えられて、電子部品４０の本体部４１内の回路が断線しているか否かの検査が行われる。あるいは、接続部２０から突出電極４２に所定の信号が与えられて、本体部４１内の回路の動作試験が行われる。
【００３６】
検査が完了した電子部品４０は、接続装置１から取り出され、次に検査すべき電子部品４０が接続装置１内に設置されて、同様にして検査が行われる。この検査が繰り返される。そのため、接続部２０の弾性腕２２には、新たな電子部品４０の突出電極４２が次々に接触することになる。
【００３７】
図４に示すように、弾性腕２２は、導電性の金属で形成された芯部３０の表面に被覆層３３が形成されており、この被覆層３３は、Ｐｄを代表とする白金族金属層である。白金族金属層で形成された被覆層３３に、スズを含む突出電極４２が圧接されるときに、白金族金属が突出電極４２内に拡散しにくく、被覆層３３と突出電極４２との接触部に白金族金属とスズとの金属間化合物が生成されにくくなる。
【００３８】
弾性腕２２の表面の金属が突出電極４２内に拡散して金属間化合物が生成されるか否かは、主に次の２つの条件に依存する。
【００３９】
ひとつの条件は、弾性腕２２を覆う金属の表面エネルギーである。弾性腕２２の表面が金の層である場合に、金は酸化しずらいために表面エネルギーが高く、よって金の層にスズを含む突出電極４２が接触すると、前記表面エネルギーにより、金がスズと結合しやすくなり、その結果、金が突出電極４２内に拡散するようになる。これに対し、Ｐｄを代表とする白金族金属は、表面にきわめて薄い酸化膜が形成されるために表面エネルギーが安定しており、Ｐｄなどが突出電極４２内に拡散しにくい。しかも、酸化膜はきわめて薄くトンネル効果で電流の通過を妨げないため、弾性腕２２の表面抵抗が低下することもない。
【００４０】
次の条件は、弾性腕２２の表面の硬度である。弾性腕２２と突出電極４２とが接触しているときの、金属間化合物の生成は、金属の熱拡散であり、温度と両部材の接触面積の双方に比例している。弾性腕２２の表面が金の層であると、表面の硬度が低いために、突出電極４２との接触面積が広くなり、金属の熱拡散が生じやすくなって、スズと金の金属間化合物が生成されて堆積されやすくなる。これに対し、白金族金属層は硬度が高く、例えばＰｄのビッカース硬度は４４０〜５５０Ｈｖ程度で、Ｒｕのビッカース硬度は６５０〜７００Ｈｖ程度である。これらは、金を含む合金であるＡｕＣｏ（１６０Ｈｖ程度）、ＡｕＮｉ（１７０〜３００Ｈｖ程度）、ＡｕＩｎ（２１０Ｈｖ程度）に比べて十分に高い。そのため、弾性腕２２の表面にある被覆層３３が白金族金属層の場合、表面硬度が高いため、突出電極４２が押し付けられたときの接触面積が大きくならず、よって白金族の金属が突出電極４２内に拡散しにくくなり、弾性腕と突出電極との間に金属間化合物が生成されにくい。
【００４１】
被覆層３３が白金族金属層であると、金の層とは異なり金属間化合物が生成されにくい。そのため、弾性腕２２の表面の接触抵抗を常に低く保つことができ、突出電極４３に与えるダメージも小さくなる。また、金属間化合物により、突出電極４２に損傷を与える現象も生じにくくなる。
【００４２】
図６は前記接続装置の変形例を示している。図６は変形例の弾性腕２２Ａの断面の一部を拡大して示している。この弾性腕２２Ａは、芯部である弾性層３２の表面の被覆層３４が２層構造である。弾性腕２２Ａの表面には、図５に示したのと同じ厚さｔ１で、Ｐｄなどの白金族金属層３４ａが形成されており、さらにその表面に金の層３４ｂが形成されている。金の層３４ｂは、白金族金属層３４ａの膜厚よりも十分に薄く、その厚みｔ２は、０．０６μｍ以下である。
【００４３】
この厚みｔ２の金の層３４ｂは非常に薄く、しかもその下に硬度の高い白金族金属層３４ａが形成されているため、突出電極４２との接触面積が小さくなり、スズと金との金属間化合物が生成されにくくなっている。また金の層３４ｂが非常に薄いため、金属間化合物が生成されたとしても、その量はわずかであり、金属間化合物により、突出電極４２に損傷を与えることも少ない。
【００４４】
図７は、本発明の第２の実施の形態を示すものであり、弾性腕２２Ｂの拡大断面図である。この弾性腕２２Ｂは、芯部がＮｉまたはＮｉ合金のみで形成されており、例えばＮＩ−Ｐの非晶質合金で形成されている。そして、その外周面に図５に示した被覆層３３または、図６に示した被覆層３４が形成されている。この弾性腕２２Ｂは、ＮｉまたはＮｉ合金を主体として構成されているため、全体の剛性と曲げ弾性係数が高い。しかも表面の接触抵抗が低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態の接続装置の部分断面図、
【図２】前記接続装置の接続部の部分拡大断面図、
【図３】接続部の平面を拡大した拡大平面図、
【図４】弾性腕と突出電極との接触部を示す拡大断面図、
【図５】弾性腕の被覆層を示す拡大断面図、
【図６】弾性腕の被覆層の変形例を示す拡大断面図、
【図７】本発明の第２の実施の形態の被覆層を示す拡大断面図、
【符号の説明】
【００４６】
１  接続装置
１０  基台
１２  支持面
１５  接続シート
１６  基材シート
２０  接続部
２１  支持部
２２  弾性腕
３０  芯部
３１  導電層
３２  弾性層
３３  被覆層
３４  被覆層
３４ａ  白金族金属層
３４ｂ  金の層
４０  電子部品
４２  突出電極
【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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