(57)【要約】【課題】ばね性ワイヤからなる外部接触端子（２０）が多数配列されている半導体装置の使用方法において、接触端子の接触回数が数百回、数千回と繰り返される場合においても、接触電圧を変化させずに、長期間にわたり安定して使用できるようにする。【解決手段】外部接触端子（２０）の先端部に、剥離可能なめっき層（２３，２４）を多層に形成しておき、外部接触端子の先端部の汚れの程度に応じて、エッチングによりめっき層を剥離、洗浄して再使用に供することを特徴とする。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ばね性ワイヤからなる外部接触端子が複数配列されて成る半導体装置において、前記外部接触端子の少なくともその先端部に、エッチングにより剥離可能なめっき層を多層に形成したことを特徴とする外部接触端子を有する半導体装置。
【請求項２】
ばね性ワイヤは金からなり、該ワイヤの表面にニッケル又はニッケル合金めっきが施され、その上に金めっき層とバラジウムめっき層が交互に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
ばね性ワイヤは金からなり、該ワイヤの表面にニッケル又はニッケル合金めっきが施され、その上に金めっき層とインジウムめっき層が交互に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記外部接触端子はその先端部を除き絶縁樹脂により被覆され、該絶縁樹脂から露出している先端部が、エッチングにより剥離可能なめっき層により多層に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
ばね性ワイヤからなる外部接触端子が複数配列されて成る半導体装置の使用方法において、前記外部接触端子の少なくともその先端部に、エッチングにより剥離可能なめっき層を多層に形成しておき、前記外部接触端子の先端部の汚れの程度に応じて、エッチングによりめっき層を剥離、洗浄して再使用に供することを特徴とする、外部接触端子を有する半導体装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外部接触端子を有する半導体装置及びその使用方法に関し、特に、半導体ソケットのように、マイクロスプリング方式のばね性のある多数の外部接触ピン又は端子を有し、インターポーザーや接続用基板のパッドや半田ボール等に接触されて半導体ソケットして使用される、外部接触端子を有する半導体装置及びその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロスプリング方式のばね性のある多数の外部接触ピン又は端子を有する、検査用のプローブ等として用いられる半導体装置において、外部接触ピン又は端子は、例えばボンディング用の金（Ａｕ）ワイヤが使用され、その表面がパラジウム（Ｐｄ）やインジウム（Ｉｎ）等のめっきが施されている。このような半導体装置において接触端子がインターポーザーや接続用基板のパッド又は半田ボール等に対して、接触回数が数百回、数千回と繰り返される間に、端子の表面が汚染されたり、汚れが付着したり、接触する相手側からの半田などの汚れによる転写等が生じて、外部接触端子の電気的な接触抵抗が高くなり、特に、高周波用プローブピン等では微量の半田付着でもテスト信号を正確に伝えなくなる等の問題が生ずる。
【０００３】
一般的にこの種のプローブピン等として用いられる半導体ソケットは、定期的に端子部の洗浄が行われるが、このような洗浄を行なっても、一旦付着した汚れ等は容易に且つ完全に除去することは困難である。このため長期間にわたって接触抵抗を安定して低水準に維持することは困難で、長期間の安定した使用に耐えないという問題がある。また、半導体ソケット等は一般に高価であり、頻繁に新しいものと交換して使用するのも経済的ではない。
【０００４】
関連する従来技術として、例えば、次のような技術がある。一浴の電解めっき浴によって銅−錫銅合金の積層皮膜を形成する場合に、めっき浴中で銅が析出する電位と、銅と錫とが共析する共析電位とを交互にパルス状に印加するパルスめっきとを施すもの（特許文献１）、めっき対象物の被めっき面に銅（Ｃｕ）層とインジウム（Ｉｎ）層とを交互に形成したもの（特許文献２）、接触端子であるワイヤを例えば樹脂により被覆し、ワイヤの先端が樹脂から露出させたもの（特許文献３）、また、ＩＣソケットをプリント配線基板から取り外すことなくＩＣソケットのコンタクト部の表面上に付着、堆積した不要な半田層或いは半田の酸化物層を除去するために電解質ゲルを用い、半田の酸化物を電解質ゲルに取り込むようにしたもの（特許文献４）、ＩＣソケットの板状の弾性部材に研磨剤層を設け、開閉操作によるコンタクト不良を修復できるようにしたもの（特許文献５）、ＩＣソケットの電極を酸性の薬液から成るはんだ除去液に浸漬し、更に純水で洗浄し、乾燥させるもの（特許文献６）、各々２つの端子を設け、一方の端子を支持基板の上部表面と概ね平行な方向に接触するように成形したもの（特許文献７）がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２５６４８２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５６４７８号公報
【特許文献３】
特開２０００−２００８０４号公報
【特許文献４】
特開２００１−９３９８号公報
【特許文献５】
特開平１１−２３３２２０号公報
【特許文献６】
特開平７−２３４２６２号公報
【特許文献７】
特許２８９２５０５号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来、マイクロスプリング方式の外部接触ピン又は端子について、その表面の汚染や異物の付着によって電気的な接触抵抗が増加したりするのを防止するために、外部接触ピン又は端子の表面に種々の加工やめっきが施されている。しかしながら、接触回数が数百回、数千回と繰り返される場合においても、長期間にわたって安定して使用することができる方法は今だ見いだされていない。
【０００７】
本発明はこのような状況の下で案出されたものであって、マイクロスプリング方式のばね性のある多数の外部接触ピン又は端子を有する半導体装置において、接触ピン又は端子の接触回数が数百回、数千回と繰り返される場合においても、個々の接触ピン又は端子の接触電圧を変化させることなく、長期間にわたり安定して使用することができる半導体装置及びその使用方法を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、ばね性ワイヤからなる外部接触端子が複数配列されて成る半導体装置において、前記外部接触端子の少なくともその先端部に、表面のめっき層を含む幾つかのめっき層がエッチング液により剥離可能であるようなめっき層が多層に形成されていることを特徴とする外部接触端子を有する半導体装置が提供される。
【０００９】
ばね性ワイヤは金からなり、該ワイヤの表面にニッケル又はニッケル合金めっきが施され、その上に金めっき層とバラジウムめっき層が交互に積層されていることを特徴とする。或いは、ばね性ワイヤは金からなり、該ワイヤの表面にニッケル又はニッケル合金めっきが施され、その上に金めっき層とインジウムめっき層が交互に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
前記外部接触端子はその先端部を除き絶縁樹脂により被覆され、該絶縁樹脂から露出している先端部が、エッチング液により剥離可能なめっき層により多層に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明によれば、ばね性ワイヤからなる外部接触端子が複数配列されて成る半導体装置の使用方法において、前記外部接触端子の少なくともその先端部に、表面めっき層を含む幾つかのめっき層がエッチング液により剥離可能であるようなめっき層を多層に形成しておき、前記外部接触端子の先端部の汚染の程度に応じて、エッチングにより外層のめっき層を剥離、洗浄して再使用に供することを特徴とする、外部接触端子を有する半導体装置の使用方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１〜図４は本発明に係る外部接触端子を有する半導体装置の製造工程を示した図である。まず、図１において、マイクロスプリング（外部接触ピン又は端子）を形成するための導体パッド１１と配線１２が形成されている支持基板１０を準備する。この支持基板１０は、ガラスエポキシ等の樹脂基板、又はセラミック基板等、一般に半導体装置の基板として使用されている各種の基板を使用することができる。
【００１４】
一般に、マイクロスプリングを形成するための導体パッド１１は、支持基板１０の表裏両面にＸ方向に等間隔及びＹ方向にも等間隔に多数配列されている。導体パッド１１には配線１２が接続され、配線１２の中には支持基板１の表裏に形成されている導体パット１１間を接続するためのスルーホール配線が含まれる。
【００１５】
支持基板１０の端部付近には、この支持基板１０を位置決め且つ固定するための貫通穴１３が形成されている。
【００１６】
図２において、ワイヤボンディング法により各導体パッド１１上に金属、例えば金（Ａｕ）からなる外部接触端端子としてのマイクロスプリング２０が立設される。ワイヤボンディング装置（図示せず）としては、一般の半導体装置の製造工程で半導体チップの電極とリードとの間をワイヤを用いて接続する際に使用されている通常のワイヤボンディング装置を使用することができる。
【００１７】
本発明の実施形態では、ワイヤボンディング法で形成するマイクロスプリングの材料として、金（Ａｕ）を用いる。各マイクロスプリング２０は、その一端が導体パッド１１に接合され、支持基板１０の側部から見て、略Ｌ字形に延びて途中で切断されて他端となり、支持基板１０を平面的に見て、例えば、多数配列された導体パッド１１の列の方向（Ｘ方向）に対して所定角度（例えば３０度）傾斜した方向に延びている。一実施例として、導体パッド１１及びマイクロスプリング２０のピッチはＸ方向において０．５ｍｍである。また、一実施例として、マイクロスプリング２０はその基端から先端までの垂直方向の高さは０．５６ｍｍ、水平方向の長さは０．６５ｍｍであり、基端から先端まで緩やかなＬ字形又はＳ字形に湾曲している。
【００１８】
次いで、図示しないが、多数のマイクロスプリング２０を、少なくともその先端部分をめっき浴に浸してめっきが施される。後述のように、金ワイヤの上に、最初にニッケルめっき層又はニッケル合金めっきが形成され、更にその上に、金めっき層とパラジウムめっき層を交互にめっきにより積層する。或いは、ニッケル又はニッケル合金めっき層の上に、金めっき層とインジウムめっき層を交互にめっきにより積層する。
【００１９】
次に、図３及び図４において、支持基板１０を試験用基板３０に接触させる工程を示す。試験用基板３０の表面上にも、支持基板１０のマイクロスプリング２０に配列に対応した配列で、且つ装着時に、支持基板１０のマイクロスプリング２０に接触する導体パッド３１（配線）が形成されている。また、試験用基板３０にも、支持基板１０の位置決め用貫通穴１３に対応した位置に位置決め用の穴３３を有する。
【００２０】
固定治具３５は、支持基板１０を試験用基板３０に対して位置決め・固定するためのもので、試験用基板３０の穴３３に嵌合するピン３７と、支持基板１０の位置決め用の貫通穴１３に嵌合するピン３６を有する。まず、固定治具３５のピン３７を試験用基板３０の穴３３に嵌合させて、固定治具３５を試験用基板３０に対して位置決め固定した後、支持基板１０の貫通穴１３を固定治具３５のピン３６に嵌合させることにより、支持基板１０を固定治具３５及び試験用基板３０に対して位置決め固定する。
【００２１】
パッケージガイド４０は、支持基板１０の位置決め用の貫通穴１３に嵌合するピン４１を有し、且つパッケージを装着するためのガイド部４２を有する。ガイド部４２は矩形状のパッケージの縁部及び４隅に対応する段部及び隅部を有する。
【００２２】
図４に示すように、支持基板１０が試験用基板３０に対して位置決め・固定されると、支持基板１０の各マイクロスプリング２０の先端が試験用基板３０の各導体パッド３１に接触する。その際、マイクロスプリング２０はばね性の金属ワイヤで構成されているので、マイクロスプリング２０は弾性変形した上で導体パッド３１に接触することとなる。
【００２３】
図５及び図６は、パッケージ５０をパッケージガイド４０に装着することにより、パッケージ５０の試験を行う工程を示す。パッケージ５０は、支持基板１０のマイクロスプリング２０に配列に対応した配列で、且つ装着時に、支持基板１０のマイクロスプリング２０に接触する外部接続端子５２（配線）が形成されている。
【００２４】
したがって、パッケージ５０がパッケージガイド４０のガイド部４２に装着され、押圧治具５４によって押圧・固定されると、図６に示すように、支持基板１０の各マイクロスプリング２０の先端がパッケージ５０の各外部接続端子５２に接触する。その際、前述と同様、マイクロスプリング２０はばね性の金属ワイヤで構成されているので、マイクロスプリング２０は弾性変形した上でパッケージ５０の外部接続端子５２に接触する。一実施例において、マイクロスプリング２０の先端がパッド３１又は端子５２に接触する際の変形、即ち、押し込み量は５０μｍ以上とすることができる。また、接触抵抗を０．１Ω以下とすることができる。
【００２５】
なお、図６ではパッケージを試験する場合について示しているが、パッケージに代えて、半導体チップや半導体ウエーハについて同様の試験を行なって良いことは勿論である。
【００２６】
図７はマイクロスプリング２０の先端部の形状を示す。ワイヤボンディング装置（図示せず）を用いて、支持基板１０の導体パッド１１に金ワイヤを立設すると共に、この金ワイヤを略Ｌ字状に折り曲げてマイクロスプリング２０を形成する。しかしながら、本発明では、このマイクロスプリング２０の少なくとも先端部に多層のめっき層を形成する。
【００２７】
金ワイヤ素材２１の表面に最初にニッケルめっき層又はニッケル合金めっき２２が形成される。そして、その上に金めっき層２３とパラジウムめっき層２４を交互にめっきにより積層する。図７では、金（Ａｕ）めっき層２３とパラジウム（Ｐｄ）めっき層２４とをそれぞれ１層しか図示していなが、これらのめっき層は交互に複数層積層される。パラジウム（Ｐｄ）めっき層２４に代え、金めっき層とインジウム（Ｉｎ）めっき層とを交互に積層しても良い。
【００２８】
本発明の外部接触端子を有する半導体装置が半導体ソケットとして長期間使用され、試験用等のために試験用基板やパッケージとの間での脱着が多数回繰り返されると、図７（ａ）に示すように、マイクロスプリング２０の先端に半田よごれ２５等が付着する。本発明では、パッケージ押圧治具５４、パッケージガイド４０、固定治具３５は容易に取り外すことができ、支持基板１０を試験装置から容易に取り外すことができる。
【００２９】
そして、支持基板１０のマイクロスプリング２０をエッチング液に浸漬して、エッチング処理する。その際、エッチング液としては、例えばマイクロスプリング２０の先端部の最外層が金めっき層であるとすれば、金（Ａｕ）を溶解させることができ、パラジウム（Ｐｄ）やインジウム（Ｉｎ）には反応しないエッチング液を選定する。また、逆にマイクロスプリング２０の先端部の最外層がバラジウム（Ｐｄ）やインジウム（Ｉｎ）めっき層であるとすれば、パラジウム（Ｐｄ）やインジウム（Ｉｎ）を溶解させることができ、金（Ａｕ）には反応しないエッチング液を選定する。このようなエッチング処理により、図７（ｂ）に示すように、マイクロスプリング２０の先端部の最外層のめっき層と共に、表面に付着した半田汚れ等が除去される。その後、このマイクロスプリング２０を洗浄することにより、図７（ｃ）に示すように、マイクロスプリング２０の表面は汚れ等が付着していない清浄な状態となり、再び半導体ソケットとして使用することができる。
【００３０】
このように、本発明では、マイクロスプリング２０に、溶解するエッチング液の異なる複数種類のめっき層を、交互に積層してる。このため、エッチングにより最外層のめっき層のみ除去することができ、マイクロスプリング２０が過剰にエッチングされることによって損傷することがない。よって、エッチングにより、何回（めっき層の積層数の回数）もマイクロスプリング２０の汚れを除去することができる。また、エッチングにより多層のめっき層が完全に除去された場合、再度マイクロスプリング２０に、溶解するエッチング液の異なる複数種類のめっき層を交互に積層することで、再生使用することもできる。
【００３１】
また、マイクロスプリングの最外層に、接触抵抗の関係から、常に特定のめっき層を設けたい場合（例えば、金めっき層とパラジウムめっき層が積層されていて、最外層に常に金めっき層を設けたい場合）、最外層の金めっき層をエッチングで除去し、次いで、次層のパラジウム層をエッチングし、表面に金めっき層を露出させれば良い。
【００３２】
図８〜図１０は本発明の変形した実施形態を示すものであり、図８は図２に、図９は図４に、図１０は図６にそれぞれ対応する工程を示す図である。この実施形態では、マイクロスプリング２０の先端部が露出するように、マイクロスプリング２０を適当な樹脂２７、例えば、シリコーン樹脂等のゴム弾性を有するエラストマ層２７で埋め込んだものである。このようなエラストマ層２７は例えば樹脂のポッティングによって成形することができる。
【００３３】
この実施形態においても、マイクロスプリング２０自体は、前述の実施形態と同様、例えば金ワイヤによりワイヤボンディング装置を用いて形成することができる。そして、マイクロスプリング２０のエラストマ２７から露出している先端部が、前述のように、金ワイヤ素材２１の表面にニッケルめっき層又はニッケル合金めっき２２が形成され、その上に金めっき層２３とパラジウムめっき層（又はインジウムめっき層）２４を交互にめっきにより積層する。なお、めっきする部分はマイクロスプリング２０の全体であってもよく、また上述のようにエラストマー層２７から露出する先端部のみであってもよい。
【００３４】
また、長期間の使用後にマイクロスプリング２０の先端に半田よごれ２５等が付着した場合は、前述と同様、支持基板１０を試験装置から取り外し、マイクロスプリング２０をエッチング液に浸漬して、エッチング処理することにより、最外層のめっき層を除去し、且つ洗浄することにより、容易に、表面に付着した半田汚れ等を除去して使用可能な状態とすることができる。
【００３５】
また、図８〜図１０に示した実施形態では、エラストマ層２７により、外力によるマイクロスプリング２０の変形を防止することができる。よって、マイクロスプリング２０のエッチングや洗浄の際に、治具等に接触し、マイクロスプリング２０が変形することを防止できる。
【００３６】
以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マイクロスプリング方式の外部接触ピン又は端子について、接触回数が数百回、数千回と繰り返してその表面の汚染や異物の付着によって電気的な接触抵抗が増加した場合であっても、接触端子の先端部にめっき層を多層に形成し、エッチング及び洗浄により最外層のめっき層を除去することにより、極めて簡単な方法で、半導体ソケットとして再使用可能な状態とすることができ、半導体ソケット等として使用する装置を長期間にわたり安定して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる支持基板の断面図である。
【図２】支持基板にマイクロスプリングを接合した状態を示す断面図である。
【図３】支持基板を試験用基板に取付ける状態を示す断面図である。
【図４】支持基板の試験用基板への取付けが完了した状態を示す断面図である。
【図５】パッケージを装着する状態を示す断面図である。
【図６】パッケージの装着が完了した状態を示す断面図である。
【図７】マイクロスプリングの先端の状態を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態の図２に対応する図である。
【図９】本発明の他の実施形態の図４に対応する図である。
【図１０】本発明の他の実施形態の図６に対応する図である。
【符号の説明】
１０…支持基板
１１…導体パッド
１２…配線
１３…貫通穴
２０…マイクロスプリング（接触端子）
２１…金ワイヤ素材
２２…ニッケル又はニッケル合金めっき層
２３、２４…多層めっき層
２７…エラストマ（樹脂）
３０…試験用基板
３５…固定治具
４０…パッケージガイド
５０…パッケージ
５４…押圧治具
【図１】
2004259530.tif 000003
【図２】
2004259530.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004259530.tif 000006
【図５】
2004259530.tif 000007
【図６】
2004259530.tif 000008
【図７】
2004259530.tif 000009
【図８】
2004259530.tif 000010
【図９】
2004259530.tif 000011
【図１０】
2004259530.tif 000012