(57)【要約】【課題】中間材がランド５と接触子２の接合面２ａとが接合する接合部からはみ出さず、接触子と基板とを好適に接合する接合方法を提供する。【解決手段】基板３の表面に形成されたＣｕ製のランド５に、Ｎｉで形成された接触子２を接合する接触子２の接合方法であって、基板３及び前記接触子２のいずれか一方に、金属からなる粉末状の中間材７を塗布する塗布工程と、温度を恒温〜融点未満とし、押圧力を１．０ＫＰａ〜１０ＭＰａとして、前記基板３及び前記接触子２を押圧する押圧工程と、ランド５と前記接触子２の接合面２ａとが接合した接合部以外に残留した中間材７を取り除く除去工程と、を含み、固相拡散接合を行うことを特徴とする接触子２の接合方法である。【選択図】図１
2009026566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成されたＣｕ製のランドに、Ｎｉで形成された接触子を接合する接触子の接合方法であって、
前記基板及び前記接触子のいずれか一方に、金属からなる粉末状の中間材を塗布する塗布工程と、
温度を恒温〜融点未満とし、押圧力を１．０ＫＰａ〜１０ＭＰａとして、前記基板及び前記接触子を押圧する押圧工程と、
前記ランドと前記接触子の接合面とが接合した接合部以外に残留した中間材を取り除く除去工程と、
を含み、固相拡散接合を行うことを特徴とする接触子の接合方法。
【請求項２】
基板の表面に形成されたＣｕ製のランドに、Ｎｉで形成された接触子を接合する接触子の接合方法であって、
前記基板及び前記接触子のいずれか一方に、金属からなる粉末状の中間材と液体とを混合した流動状の中間材を塗布する塗布工程と、
温度を恒温〜融点未満とし、押圧力を１．０ＫＰａ〜１０ＭＰａとして、前記基板及び前記接触子を押圧する押圧工程と、
乾燥して粉末状となることにより、前記ランドと前記接触子の接合面とが接合した接合部以外に残留した前記中間材を取り除く除去工程と、
を含み、固相拡散接合を行うことを特徴とする接触子の接合方法。
【請求項３】
前記中間材は、Ｂｉ−Ｓｎとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接触子の接合方法。
【請求項４】
前記中間材は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接触子の接合方法。
【請求項５】
前記中間材は、Ｓｎ−Ｐｂとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接触子の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの検査装置等に用いられる接触子を基板上に接合する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、複数の凸形のスパイラル状接触子から構成したスパイラルコンタクタの平面図である。図４に示すように、スパイラルコンタクタ１０は、ＩＣのパッケージ等の裏面に格子状又は碁盤の目状に配置された接続端子の配列に合わせて配置した複数の凸形のスパイラル状接触子２，２…から構成されている。また、個々の凸形のスパイラル状接触子２の接合面２ａはリング状であり、基板に固定されている（例えば、特許文献１参照）。スパイラル状接触子２は、平面視では渦巻き（スパイラル）形状であり、側面視では凸形を呈している。このスパイラル状接触子２は渦巻き状の接点を有し、円錐形で断面が角形のコイルばねのように形成されており、先端をフリーとした１本からなり、先端から根元に近づくにしたがってスパイラル状接触子２の渦巻き部の幅が広くなるように形成されている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
ここで、従来のスパイラル状接触子と基板との接合方法について説明する。
図５は、図４に示すＥ−Ｅ線の断面図であり、従来の接合方法の工程図を示し、（ａ）は中間材の塗布工程、（ｂ）は押圧工程、（ｃ）は治具離脱工程であり、図６は、図５の（ａ）、（ｃ）に示すＣ，Ｄ部の拡大断面図である。
図５の（ａ）に示すように、凸型のスパイラル状接触子２とポリイミド板８とは一体になっており、ポリイミド板８がパレット治具９に貼着して、組み付けの際の移動作業を容易にしている。また、スパイラル状接触子２はＮｉ（ニッケル）からなり、表面にＡｕ（金）メッキが施されている。
中間材の塗布工程（Ｓ０１）において、基板３の上面にはＣｕ（銅）のランド５が形成されている。このランド５の上面の一部に中間材である導電接着剤１１を塗布する。
そして、図６の（ａ）に示すように、ランド５の導電接着剤１１とスパイラル状接触子２の接合面２ａとが対向するように位置合わせをする。
【０００４】
つぎに、図５の（ｂ）に示すように、押圧工程（Ｓ０２）では、ランド５の所定位置にスパイラル状接触子２を圧着する。
最後に、図５の（ｃ）に示すように、治具離脱工程（Ｓ０３）によりパレット治具９を外して完成となる。
係る接合方法によれば、導電接着剤１１により、Ｎｉ製のスパイラル状接触子２の接合面２ａとＣｕ製のランド３ａとが接着される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１７５８５９公報（段落００５０〜００５３、図３７〜４０）
【特許文献２】特開２００５−２０９４１９公報（段落０００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この凸形のスパイラル状接触子２は、平面視で直径がφ０．５〜０．３ｍｍと余りにも微細であり、適量の中間材を塗布することが困難を要する。また、中間材の導電接着剤１１は硬化性接着剤であるため、図６の（ｂ）に示すように、中間材の導電接着剤１１が接合面２ａからはみ出し、必要な所以外の周辺に流れ出した状態で固着するため、接合不良やショートを起こすという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、中間材が接触子２の接合面２ａと基板３のランド５とが接合する接合部からはみ出さず、接触子２と基板３を好適に接合する接合方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る接触子（２）の接合方法は、基板（３）の表面に形成されたＣｕ製のランド（５）に、Ｎｉで形成された接触子（２）を接合する接触子（２）の接合方法であって、前記基板（３）及び前記接触子（２）のいずれか一方に、金属からなる粉末状の中間材（７）を塗布する塗布工程と、温度を恒温〜融点未満とし、押圧力を１．０ＫＰａ〜１０ＭＰａとして、前記基板（３）及び前記接触子（２）を押圧する押圧工程と、前記ランド（５）と前記接触子（２）の接合面（２ａ）とが接合した接合部以外に残留した中間材（７）を取り除く除去工程と、を含み、固相拡散接合を行うことを特徴とする。
なお、恒温とは、２０℃をいう。
【０００９】
請求項２に係る接触子（２）の接合方法は、基板（３）の表面に形成されたＣｕ製のランド（５）に、Ｎｉで形成された接触子（２）を接合する接触子（２）の接合方法であって、前記基板（３）及び前記接触子（２）のいずれか一方に、金属からなる粉末状の中間材（７）と液体（８）とを混合した流動状の中間材（１７）を塗布する塗布工程と、
温度を恒温〜融点未満とし、押圧力を１．０ＫＰａ〜１０ＭＰａとして、前記基板（３）及び前記接触子（２）を押圧する押圧工程と、乾燥して粉末状となることにより、前記ランド（５）と前記接触子（２）の接合面（２ａ）とが接合した接合部以外に残留した前記中間材（１７）を取り除く除去工程と、を含み、固相拡散接合を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の接触子（２）の接合方法であって、前記中間材（７，１７）は、Ｂｉ−Ｓｎであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の接触子（２）の接合方法であって、前記中間材（７，１７）は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の接触子（２）の接合方法であって、前記中間材（７，１７）は、Ｓｎ−Ｐｂであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る接触子の接合方法によれば、中間材が粉末状であるので、基板のランドに接触子を押圧した後、ランドと接触子の接合面とが接合した接合部以外に残留する中間材を吹き飛ばすか、又は、吸い込むことによって、不要な中間材を容易に除去できる。これにより、接触子の接合面から中間材がはみ出さないため、接合不良やショートを起こさない、接触子を接合する接合方法を提供することができる。
【００１４】
請求項２に係る接触子の接合方法によれば、流動状の中間材とすることにより、基板の姿勢が斜めや直立の場合であっても、付着性に富み、容易に塗布ができる。また、流動状の中間材が熱によって粉末状になるので、基板のランドに接触子を押圧した後、ランドと接触子の接合面とが接合した接合部以外に残留する中間材を吹き飛ばすか、又は、吸い込むことによって、不要な中間材を容易に除去できる。これにより、接触子の接合面から中間材がはみ出さないため、接合不良やショートを起こさない、接触子を接合する接合方法を提供することができる。
【００１５】
請求項３に係る接触子の接合方法によれば、粉末の中間材がＢｉ−Ｓｎとしたことにより、前記した条件で容易に固相拡散接合を行うことができる。
【００１６】
請求項４に係る接触子の接合方法によれば、粉末の中間材がＳｎ−Ａｇ−Ｃｕとしたことにより、前記した条件で容易に固相拡散接合を行うことができる。
【００１７】
請求項５に係る接触子の接合方法によれば、粉末の中間材がＳｎ−Ｐｂとしたことにより、前記した条件で容易に固相拡散接合を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜第１実施の形態＞
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、図４は、従来のスパイラル状接触子で示した平面図であるが、平面視した形状は、本実施形態と同様であるため、本実施形態の説明に用いる。
図１は、図４に示すＡ−Ａ線の断面図であり、接触子の接合方法の工程図を示し、（ａ）は中間材の塗布工程、（ｂ）は押圧工程、（ｃ）は中間材除去工程であり、図２は図１の（ａ）、（ｃ）に示すＡ、Ｂ部の拡大断面図である。
なお、図１〜図３は、前記した図５、図６と同じ部位には同符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１の（ａ）に示すように、中間材７の塗布工程（Ｓ０１）において、基板３の上面にはＣｕ（銅）製のランド５が形成されている。このランド５の上面に粉末状の中間材７を塗布する。
なお、ランド（land）とは、実装基板上に部品の端子やＩＣなどのリード線の接続をする金属の導体部分をいい、帯状のランドの幅は接触子の接合面の直径に合わせている。
また、基板３は絶縁基板のエポキシであるが、セラミックやホーロー製であってもよい。
【００２０】
図２の（ａ）に示すように、中間材７は、ここでは３種類あるが、区別するために、Ｂｉ−Ｓｎの粉末は中間材７ａ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの粉末は中間材７ｂ、Ｓｎ−Ｐｂの粉末は中間材７ｃとする。
例えば、中間材７ａは、Ｂｉ−Ｓｎの粉末であり、塗布工程（Ｓ０１）により、ランド５の接合箇所にこの中間材７ａを塗布する。
または、中間材７ｂは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの粉末であり、塗布工程（Ｓ０１）により、ランド５の接合箇所にこの中間材７ｂを塗布する。
または、中間材７ｃは、Ｓｎ−Ｐｂの粉末であり、塗布工程（Ｓ０１）により、ランド５の接合箇所にこの中間材７ｃを塗布する。
なお、金属からなる粉末状の中間材７を塗布は、基板３のランド５ではなく、スパイラル状接触子２の接合面２ａに塗布しても構わない。
そして、接合面２ａが所定位置に対向するように位置合わせをする。
【００２１】
図１の（ｂ）に示すように、押圧工程（Ｓ０２）では、ランド５の所定位置にスパイラル状接触子２を１．０ＫＰａ〜１０ＭＰａの押圧力で押圧し、恒温〜融点未満まで加熱しながら約３秒間圧着する。このとき、固相拡散接合が起きる。
なお、固相拡散接合とは、拡散接合の一種であり、接合面間を固相状態で接合する方法をいう。つまり、固相拡散接合は、拡散溶接とも言われ、母材を被接合材に密着させて加圧することにより接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する拡散接合である。
中間材７を介して押圧し温度を上げると、温度に比例して原子の振幅が増大し、原子の振幅による空孔ができる。例えば、Ｃｕ製のランド５とＮｉ製のスパイラル状接触子２の間に中間材７ａ（Ｂｉ−Ｓｎ）の粉末を塗布して押圧し、所望の温度まで上昇させると、Ｃｕのランド５とＮｉのスパイラル状接触子２に温度の上昇に伴い原子の振幅が増大して空孔が発生する。同様に、粉末の中間材７ａ（Ｂｉ−Ｓｎ）にも空孔が発生する。これらの空孔にお互いの原子が入れ乱れて飛び込むことによって、Ｃｕのランド５とＮｉのスパイラル状接触子２が固相拡散接合する。この拡散現象は、圧力よりも温度に関係する。固相拡散とは、溶けない状態で、固体の中で、形が変らない状態で起こる。金属は全く動かないように見えるが、原子レベルのミクロの世界では、絶対温度から温度が上昇（熱膨張）すると、空孔が増えるため、絶対温度の融点の１／２である１／２Ｔｍ（ケルビン）を越えると盛んに拡散が起きる。ただし、温度を上げすぎると酸化皮膜ができるので、この酸化皮膜が悪影響して接着しにくくなる。したがって、温度は恒温（２０℃）から融点未満以下の範囲で一番好ましい温度の範囲は、１／２Ｔｍ〜Ｔｍ（融点：Ｋ）である。接合の時間は、およそ３秒間である。また、粉末状の粒子は３〜１０μｍである。
押圧力は、中間材７を粉末状としたため、ある程度の押圧力で押圧することが必要であり、ここでは１．０ＫＰａ〜１０ＭＰａとしたが、押圧力を２．０〜５００ＫＰａとしてもよい。
【００２２】
各中間材の加熱温度は、つぎの通りである。
中間材７ａ（Ｂｉ−Ｓｎの粉末）の温度は、恒温２０℃〜融点未満１４５℃である。
中間材７ｂ（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの粉末）の温度は、恒温２０℃〜融点未満２１７℃である。
中間材７ｃ（Ｓｎ−Ｐｂの粉末）は、恒温２０℃〜融点未満１８３℃である。
これを１／２Ｔｍ〜Ｔｍ（融点：Ｋ）で表すと、Ｋ（ケルビン）の０度は、−２７３℃であるから、中間材７ａの上限は１４５＋２７３＝４１８Ｋ、下限は４１８Ｋ×（１／２）＝２０９Ｋとなるから、中間材７ａ（Ｂｉ−Ｓｎの粉末）の温度範囲（ケルビン）は、２０９〜４１８Ｋである。
同様に、中間材７ｂ（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの粉末）の温度範囲（ケルビン）は、２４５〜４９０Ｋである。
同様に、中間材７ｃ（Ｓｎ−Ｐｂの粉末）の温度範囲（ケルビン）は、２２８〜４５６Ｋである。なお、加熱は炉で行っても構わない。
【００２３】
つづいて、図１の（ｃ）に示すように、中間材７の除去工程（Ｓ０３）により、ランド５と接触子２の接合面２ａとが接合する接合部以外の中間材７を高圧エアで吹き飛ばすか、または、負圧のエアで残留した中間材７を吸い込み、除去する。そして、パレット治具９を外して完成となる。
【００２４】
以上、説明した接合方法によれば、ランド５と接触子２の接合面２ａとの接合部以外に残留した中間材７を容易に除去することができるため、中間材７が接合面２ａからはみ出すことがない。そのため、ショートを起こすこともない。
図２の（ｂ）に示すように、Ｃｕ製のランド５とＮｉ製のスパイラル状接触子２との間の中間材７ａは、押圧によって余分な粒子は外にはみ出して最小限度の粒子だけが板状に形成され、固相拡散接合する。
このように、中間材７ａは粉末状であるため、塗布が容易であり、除去も容易である。また、過不足なく接合でき、回収した粉末は再利用ができるため、経済的である。
【００２５】
＜第２実施の形態＞
図３は、第２実施の形態を示し、接触子の接合方法の工程図を示し、（ａ）は中間材の塗布工程、（ｂ）は押圧工程、（ｃ）は中間材の除去工程である。
前記した第１実施の形態との相違点は、中間材１７の形態が異なる。
そこで、この中間材１７の形態の相違点を説明し、その他の重複する説明は割愛する。
第２実施の形態に示す中間材１７には液体６を加え、流動状の中間材１７（７Ａ，７Ｂ，７Ｃ）としている。例えば、中間材７Ａは、Ｂｉ−Ｓｎの粉末に液体６を加えたものである。
液体６は真水でもよいし、揮発性のあるシンナーやアルコールであってもよいし、その他の液体であっても構わない。
図３の（ａ）に示すように、中間材の塗布工程（Ｓ０１）では、練り状の中間材７Ａは、例えば、Ｂｉ−Ｓｎの粉末（パウダー）にアルコールを加えたものをランド５に塗布する。
図３の（ｂ）に示すように、押圧工程（Ｓ０２）では、凸形のスパイラル状接触子２が練り状（６）の中間材７Ａに押圧され、温度が所望の温度まで加熱される。前記した図２の（ｂ）に示すように、Ｃｕ製のランド５とＮｉ製のスパイラル状接触子２との間の中間材７Ａは、押圧によって余分な粒子は外にはみ出して最小限度の粒子だけが板状に形成され、加熱と共に、固相拡散接合する。そして、例えば、Ｂｉ−Ｓｎの粉末にアルコールを加えた練り状の中間材であれば、そのアルコールが自然に揮発し、乾燥して元の粉末状の中間材７Ａになる。
そこで、図３の（ｃ）に示すように、中間材７の除去工程（Ｓ０３）により、余分な中間材７Ａをエアで吹き飛ばすか、余分な中間材７Ａを吸い込み除去する。そして、パレット治具９を外して完成となる。
【００２６】
＜第３実施の形態＞
この第３実施の形態（図示せず）の相違点は、中間材を塗布する前にグリセリン等のとろりとした液体、または、液体を散布し、その上に粉末状の中間材を塗布する方法である。このようにしても構わない。このようにした場合の工程を説明する。
中間材の塗布工程（Ｓ０１）では、ランドに液体を散布し、その上に粉末状の中間材７ａを塗布する。
押圧工程（Ｓ０２）では、凸形のスパイラル状接触子が中間材に押圧され、温度が所望の温度まで加熱される。この加熱により、固相拡散接合が起き、ＣｕのランドとＮｉのスパイラル状接触子が接合するとともに、Ｂｉ−Ｓｎの粉末の下のグリセリンは熱により揮発し、中間材が元の粉末状になる。
そこで、中間材の除去工程（Ｓ０３）により、中間材を乾燥させた後、ランドと接触子の接合面とが接合する接合部以外に残留する中間材をエアで吹き飛ばすか、または、中間材を吸い込み除去する。そして、パレット治具９を外して完成となる。
【００２７】
さて、Ｃｕのランド５とＮｉのスパイラル状接触子２とを直接、固相拡散接合させる場合、両者の接合面の面粗度を鏡面に近い仕上げ面にする必要があったが、粉末状の中間材７を使用するこの接合方法では、鏡面仕上げにする必要がないため、省力化を図ることできる。また、この金属の粉末を使用した固相拡散接合では、２０℃の恒温の比較的低い温度で接合できるため、炉が不用にできる。
【００２８】
なお、本発明はその技術的思想の範囲内で種々の改造、変更が可能である。例えば、粉末状の中間材７は、（Ｂｉ−Ｓｎ）、（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）、（Ｓｎ−Ｐｂ）の３種類としたが、そのほかの金属の組み合わせ、例えば（Ｓｎ−Ａｇ）、（Ｓｎ−Ｚｎ）であってもよいし、その他の組み合わせであっても構わない。また、接触子は凸形スパイラル状接触子の他の形状であってもよい。また、製造工程における基板３の姿勢は、斜めや直立であってもよい。さらに、接触子の接合面に液体を塗布し、その液体を塗布した接合面に中間材の粉末を塗布しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施の形態を示し、図４に示すＥ−Ｅ線の断面図で接触子の接合方法の工程図であり、（ａ）は中間材の塗布工程、（ｂ）は押圧工程、（ｃ）は中間材の除去工程である。
【図２】図１の（ａ）、（ｃ）に示すＡ、Ｂ部の拡大断面図である。
【図３】第２実施の形態を示し、接触子の接合方法の工程図であり、（ａ）は中間材の塗布工程、（ｂ）は押圧工程、（ｃ）は中間材の除去工程である。
【図４】複数の凸形スパイラル状接触子から構成したスパイラルコンタクタの平面図である（ただし、従来の技術と本願発明の図面を兼用して使用している。）
【図５】従来の接合方法の工程図を示した図４のＥ−Ｅ線の断面図であり、（ａ）は中間材の塗布工程、（ｂ）は押圧工程、（ｃ）は治具離脱工程である。
【図６】従来の図５の（ａ）、（ｃ）に示すＣ，Ｄ部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１，１０  スパイラルコンタクタ
２      スパイラル状接触子（接触子）
２ａ    接合面
３      基板（プリント基板）
５      ランド
６      液体
７，１７  中間材
７ａ    Ｂｉ−Ｓｎ（粉末状Ｂｉ−Ｓｎ）
７ｂ    Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（粉末状Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）
７ｃ    Ｓｎ−Ｐｂ（粉末状Ｓｎ−Ｐｂ）
７Ａ    Ｂｉ−Ｓｎ（液体＋粉末状Ｂｉ−Ｓｎ）
７Ｂ    Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（液体＋粉末状Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）
７Ｃ    Ｓｎ−Ｐｂ（液体＋粉末状Ｓｎ−Ｐｂ）
８      ポリイミド板
９      パレット治具
【図１】
2009026566.tif 000003
【図２】
2009026566.tif 000004
【図３】
2009026566.tif 000005
【図４】
2009026566.tif 000006
【図５】
2009026566.tif 000007
【図６】
2009026566.tif 000008